వార్తలు - బయో ఫార్మాస్యూటికల్ కిణ్వ ప్రక్రియలో కరిగిన ఆక్సిజన్ స్థాయిల పర్యవేక్షణ

కరిగిన ఆక్సిజన్ అంటే ఏమిటి?

కరిగిన ఆక్సిజన్ (DO) అంటే పరమాణు ఆక్సిజన్ (O)_�) నీటిలో కరిగిపోతుంది. ఇది నీటి అణువులలో ఉండే ఆక్సిజన్ అణువుల నుండి భిన్నంగా ఉంటుంది (H_�O), ఇది నీటిలో స్వతంత్ర ఆక్సిజన్ అణువుల రూపంలో ఉంటుంది, వాతావరణం నుండి ఉద్భవించవచ్చు లేదా జల మొక్కల ద్వారా కిరణజన్య సంయోగక్రియ ద్వారా ఉత్పత్తి అవుతుంది. DO యొక్క సాంద్రత ఉష్ణోగ్రత, లవణీయత, నీటి ప్రవాహం మరియు జీవసంబంధమైన కార్యకలాపాలతో సహా వివిధ అంశాలచే ప్రభావితమవుతుంది. అందువల్ల, ఇది జల వాతావరణాల ఆరోగ్యం మరియు కాలుష్య స్థితిని అంచనా వేయడానికి కీలకమైన సూచికగా పనిచేస్తుంది.

కరిగిన ఆక్సిజన్ సూక్ష్మజీవుల జీవక్రియను ప్రోత్సహించడంలో కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది, కణ శ్వాసక్రియ, పెరుగుదల మరియు జీవక్రియ ఉత్పత్తుల బయోసింథసిస్‌ను ప్రభావితం చేస్తుంది. అయితే, కరిగిన ఆక్సిజన్ యొక్క అధిక స్థాయిలు ఎల్లప్పుడూ ప్రయోజనకరంగా ఉండవు. అదనపు ఆక్సిజన్ పేరుకుపోయిన ఉత్పత్తుల యొక్క మరింత జీవక్రియకు దారితీయవచ్చు మరియు విషపూరిత ప్రతిచర్యలకు కారణం కావచ్చు. వివిధ బ్యాక్టీరియా జాతులలో సరైన DO స్థాయిలు మారుతూ ఉంటాయి. ఉదాహరణకు, పెన్సిలిన్ యొక్క బయోసింథసిస్ సమయంలో, DO సాధారణంగా సుమారు 30% గాలి సంతృప్తత వద్ద నిర్వహించబడుతుంది. DO సున్నాకి పడిపోయి ఐదు నిమిషాలు ఆ స్థాయిలో ఉంటే, ఉత్పత్తి నిర్మాణం గణనీయంగా బలహీనపడుతుంది. ఈ పరిస్థితి 20 నిమిషాల పాటు కొనసాగితే, కోలుకోలేని నష్టం సంభవించవచ్చు.

ప్రస్తుతం, సాధారణంగా ఉపయోగించే DO సెన్సార్లు కరిగిన ఆక్సిజన్ యొక్క సంపూర్ణ సాంద్రతను కాకుండా సాపేక్ష గాలి సంతృప్తతను మాత్రమే కొలవగలవు. కల్చర్ మాధ్యమం యొక్క స్టెరిలైజేషన్ తర్వాత, సెన్సార్ రీడింగ్ స్థిరీకరించబడే వరకు గాలి ప్రసరణ మరియు కదిలించడం నిర్వహిస్తారు, ఆ సమయంలో విలువ 100% గాలి సంతృప్తతకు సెట్ చేయబడుతుంది. కిణ్వ ప్రక్రియ ప్రక్రియలో తదుపరి కొలతలు ఈ సూచనపై ఆధారపడి ఉంటాయి. ప్రామాణిక సెన్సార్లను ఉపయోగించి సంపూర్ణ DO విలువలను నిర్ణయించలేము మరియు పోలరోగ్రఫీ వంటి మరింత అధునాతన పద్ధతులు అవసరం. అయితే, కిణ్వ ప్రక్రియ ప్రక్రియలను పర్యవేక్షించడానికి మరియు నియంత్రించడానికి గాలి సంతృప్త కొలతలు సాధారణంగా సరిపోతాయి.

ఒక ఫెర్మెంటర్ లోపల, DO స్థాయిలు వివిధ ప్రాంతాలలో మారవచ్చు. ఒక సమయంలో స్థిరమైన రీడింగ్ పొందినప్పటికీ, కొన్ని కల్చర్ మీడియాలో హెచ్చుతగ్గులు ఇప్పటికీ సంభవించవచ్చు. పెద్ద ఫెర్మెంటర్లు DO స్థాయిలలో ఎక్కువ ప్రాదేశిక వైవిధ్యాలను ప్రదర్శిస్తాయి, ఇది సూక్ష్మజీవుల పెరుగుదల మరియు ఉత్పాదకతను గణనీయంగా ప్రభావితం చేస్తుంది. సగటు DO స్థాయి 30% ఉన్నప్పటికీ, హెచ్చుతగ్గుల పరిస్థితులలో కిణ్వ ప్రక్రియ పనితీరు స్థిరమైన పరిస్థితుల కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుందని ప్రయోగాత్మక ఆధారాలు చూపించాయి. అందువల్ల, ఫెర్మెంటర్ల స్కేల్-అప్‌లో - రేఖాగణిత మరియు శక్తి సారూప్యతను పరిగణనలోకి తీసుకోకుండా - ప్రాదేశిక DO వైవిధ్యాలను తగ్గించడం ఒక ముఖ్యమైన పరిశోధన లక్ష్యం.

బయోఫార్మాస్యూటికల్ కిణ్వ ప్రక్రియలో కరిగిన ఆక్సిజన్ పర్యవేక్షణ ఎందుకు అవసరం?

1. సూక్ష్మజీవులు లేదా కణాలకు అనుకూలమైన వృద్ధి వాతావరణాన్ని నిర్వహించడానికి
పారిశ్రామిక కిణ్వ ప్రక్రియలో సాధారణంగా ఎస్చెరిచియా కోలి మరియు ఈస్ట్ వంటి వాయురహిత సూక్ష్మజీవులు లేదా చైనీస్ హాంస్టర్ ఓవరీ (CHO) కణాలు వంటి క్షీరద కణాలు ఉంటాయి. ఈ కణాలు కిణ్వ ప్రక్రియ వ్యవస్థలో "కార్మికులు"గా పనిచేస్తాయి, శ్వాసక్రియ మరియు జీవక్రియ కార్యకలాపాలకు ఆక్సిజన్ అవసరం. ఆక్సిజన్ ఏరోబిక్ శ్వాసక్రియలో టెర్మినల్ ఎలక్ట్రాన్ అంగీకారకంగా పనిచేస్తుంది, ATP రూపంలో శక్తి ఉత్పత్తిని అనుమతిస్తుంది. తగినంత ఆక్సిజన్ సరఫరా లేకపోవడం వల్ల సెల్యులార్ ఊపిరాడకుండా పోవడం, పెరుగుదల ఆగిపోవడం లేదా కణ మరణానికి దారితీస్తుంది, చివరికి కిణ్వ ప్రక్రియ వైఫల్యానికి దారితీస్తుంది. DO స్థాయిలను పర్యవేక్షించడం వలన ఆక్సిజన్ సాంద్రతలు స్థిరమైన కణ పెరుగుదల మరియు సాధ్యత కోసం సరైన పరిధిలో ఉండేలా చేస్తుంది.

2. లక్ష్య ఉత్పత్తుల సమర్థవంతమైన సంశ్లేషణను నిర్ధారించడానికి
బయోఫార్మాస్యూటికల్ కిణ్వ ప్రక్రియ యొక్క లక్ష్యం కణాల విస్తరణను ప్రోత్సహించడమే కాదు, ఇన్సులిన్, మోనోక్లోనల్ యాంటీబాడీస్, టీకాలు మరియు ఎంజైమ్‌లు వంటి కావలసిన లక్ష్య ఉత్పత్తుల యొక్క సమర్థవంతమైన సంశ్లేషణను సులభతరం చేయడం. ఈ బయోసింథటిక్ మార్గాలకు తరచుగా గణనీయమైన శక్తి ఇన్‌పుట్ అవసరం, ఇది ప్రధానంగా ఏరోబిక్ శ్వాసక్రియ నుండి తీసుకోబడింది. అదనంగా, ఉత్పత్తి సంశ్లేషణలో పాల్గొనే అనేక ఎంజైమాటిక్ వ్యవస్థలు నేరుగా ఆక్సిజన్‌పై ఆధారపడి ఉంటాయి. ఆక్సిజన్ లోపం ఈ మార్గాల సామర్థ్యాన్ని దెబ్బతీస్తుంది లేదా తగ్గిస్తుంది.

అంతేకాకుండా, DO స్థాయిలు నియంత్రణ సంకేతంగా పనిచేస్తాయి. అధికంగా మరియు తక్కువగా ఉన్న DO సాంద్రతలు రెండూ:
- కణ జీవక్రియ మార్గాలను మార్చడం, ఉదాహరణకు, ఏరోబిక్ శ్వాసక్రియ నుండి తక్కువ సమర్థవంతమైన వాయురహిత కిణ్వ ప్రక్రియకు మారడం.
- సెల్యులార్ ఒత్తిడి ప్రతిస్పందనలను ప్రేరేపిస్తుంది, ఇది అవాంఛనీయ ఉప ఉత్పత్తుల ఉత్పత్తికి దారితీస్తుంది.
- బాహ్య ప్రోటీన్ల వ్యక్తీకరణ స్థాయిలను ప్రభావితం చేస్తుంది.

కిణ్వ ప్రక్రియ యొక్క వివిధ దశలలో DO స్థాయిలను ఖచ్చితంగా నియంత్రించడం ద్వారా, సెల్యులార్ జీవక్రియను గరిష్ట లక్ష్య ఉత్పత్తి సంశ్లేషణ వైపు నడిపించడం సాధ్యమవుతుంది, తద్వారా అధిక సాంద్రత మరియు అధిక దిగుబడి కిణ్వ ప్రక్రియను సాధించవచ్చు.

బయో ఫార్మాస్యూటికల్స్ కోసం నీటి ప్రవాహ చార్టుకు పరిచయం

3. ఆక్సిజన్ లోపం లేదా అధికాన్ని నివారించడానికి
ఆక్సిజన్ లోపం (హైపోక్సియా) తీవ్రమైన పరిణామాలను కలిగిస్తుంది:
- కణ పెరుగుదల మరియు ఉత్పత్తి సంశ్లేషణ ఆగిపోతుంది.
- జీవక్రియ వాయురహిత మార్గాలకు మారుతుంది, ఫలితంగా లాక్టిక్ ఆమ్లం మరియు ఎసిటిక్ ఆమ్లం వంటి సేంద్రీయ ఆమ్లాలు పేరుకుపోతాయి, ఇవి సంస్కృతి మాధ్యమం యొక్క pH ని తగ్గిస్తాయి మరియు కణాలను విషపూరితం చేస్తాయి.
- దీర్ఘకాలిక హైపోక్సియా కోలుకోలేని నష్టాన్ని కలిగిస్తుంది, ఆక్సిజన్ సరఫరా పునరుద్ధరించబడిన తర్వాత కూడా కోలుకోవడం అసంపూర్ణంగా ఉంటుంది.

అధిక ఆక్సిజన్ (సూపర్‌సాచురేషన్) కూడా ప్రమాదాలను కలిగిస్తుంది:
- ఇది ఆక్సీకరణ ఒత్తిడిని మరియు కణ త్వచాలు మరియు జీవ అణువులను దెబ్బతీసే రియాక్టివ్ ఆక్సిజన్ జాతులు (ROS) ఏర్పడటానికి ప్రేరేపిస్తుంది.
- అధిక వాయువు మరియు ఆందోళన శక్తి వినియోగం మరియు నిర్వహణ ఖర్చులను పెంచుతుంది, ఇది అనవసరమైన వనరుల వృధాకు దారితీస్తుంది.

4. రియల్-టైమ్ మానిటరింగ్ మరియు ఫీడ్‌బ్యాక్ నియంత్రణకు కీలకమైన పరామితిగా

DO అనేది కిణ్వ ప్రక్రియ వ్యవస్థ యొక్క అంతర్గత పరిస్థితులను ప్రతిబింబించే నిజ-సమయ, నిరంతర మరియు సమగ్ర పరామితి. DO స్థాయిలలో మార్పులు వివిధ శారీరక మరియు కార్యాచరణ స్థితులను సున్నితంగా సూచిస్తాయి:
- కణాల వేగవంతమైన పెరుగుదల ఆక్సిజన్ వినియోగాన్ని పెంచుతుంది, దీని వలన DO స్థాయిలు తగ్గుతాయి.
- ఉపరితల క్షీణత లేదా నిరోధం జీవక్రియను నెమ్మదిస్తుంది, ఆక్సిజన్ వినియోగాన్ని తగ్గిస్తుంది మరియు DO స్థాయిలు పెరగడానికి కారణమవుతుంది.
- విదేశీ సూక్ష్మజీవుల ద్వారా కాలుష్యం ఆక్సిజన్ వినియోగ సరళిని మారుస్తుంది, ఇది అసాధారణ DO హెచ్చుతగ్గులకు దారితీస్తుంది మరియు ముందస్తు హెచ్చరిక సంకేతంగా పనిచేస్తుంది.
- స్టిరర్ వైఫల్యం, వెంటిలేషన్ పైపు అడ్డుపడటం లేదా ఫిల్టర్ ఫౌలింగ్ వంటి పరికరాల పనిచేయకపోవడం కూడా అసాధారణ DO ప్రవర్తనకు దారితీస్తుంది.

రియల్-టైమ్ DO పర్యవేక్షణను ఆటోమేటెడ్ ఫీడ్‌బ్యాక్ నియంత్రణ వ్యవస్థలో అనుసంధానించడం ద్వారా, కింది పారామితుల యొక్క డైనమిక్ సర్దుబాట్ల ద్వారా DO స్థాయిల యొక్క ఖచ్చితమైన నియంత్రణను సాధించవచ్చు:
- కదిలించే వేగం: వేగాన్ని పెంచడం వల్ల బుడగలు విచ్ఛిన్నం కావడం ద్వారా వాయు-ద్రవ సంబంధం పెరుగుతుంది, తద్వారా ఆక్సిజన్ బదిలీ సామర్థ్యం మెరుగుపడుతుంది. ఇది సాధారణంగా ఉపయోగించే మరియు ప్రభావవంతమైన పద్ధతి.
- వాయు ప్రసరణ రేటు: ఇన్లెట్ వాయువు యొక్క ప్రవాహ రేటు లేదా కూర్పును సర్దుబాటు చేయడం (ఉదా. గాలి లేదా స్వచ్ఛమైన ఆక్సిజన్ నిష్పత్తిని పెంచడం).
- ట్యాంక్ పీడనం: పీడనాన్ని పెంచడం వల్ల ఆక్సిజన్ పాక్షిక పీడనం పెరుగుతుంది, తద్వారా ద్రావణీయత పెరుగుతుంది.
- ఉష్ణోగ్రత: ఉష్ణోగ్రతను తగ్గించడం వల్ల కల్చర్ మాధ్యమంలో ఆక్సిజన్ ద్రావణీయత పెరుగుతుంది.

జీవసంబంధ కిణ్వ ప్రక్రియ యొక్క ఆన్‌లైన్ పర్యవేక్షణ కోసం BOQU ఉత్పత్తి సిఫార్సులు: