बातम्या - जैव औषधी किण्वन प्रक्रियेत विरघळलेल्या ऑक्सिजन पातळीचे निरीक्षण

विरघळलेला ऑक्सिजन म्हणजे काय?

विरघळलेला ऑक्सिजन (DO) म्हणजे आण्विक ऑक्सिजन (O)._₂) जे पाण्यात विरघळते. ते पाण्याच्या रेणूंमध्ये असलेल्या ऑक्सिजन अणूंपेक्षा वेगळे असते (H_₂O), कारण ते पाण्यात स्वतंत्र ऑक्सिजन रेणूंच्या स्वरूपात अस्तित्वात असते, जे वातावरणातून उद्भवते किंवा जलीय वनस्पतींद्वारे प्रकाशसंश्लेषणाद्वारे निर्माण होते. DO चे प्रमाण तापमान, क्षारता, पाण्याचा प्रवाह आणि जैविक क्रियाकलापांसह विविध घटकांवर अवलंबून असते. म्हणून, ते जलीय वातावरणाच्या आरोग्य आणि प्रदूषण स्थितीचे मूल्यांकन करण्यासाठी एक महत्त्वपूर्ण सूचक म्हणून काम करते.

विरघळलेला ऑक्सिजन सूक्ष्मजीव चयापचय वाढविण्यासाठी, पेशीय श्वसन, वाढ आणि चयापचय उत्पादनांच्या जैवसंश्लेषणावर परिणाम करण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावतो. तथापि, विरघळलेल्या ऑक्सिजनची उच्च पातळी नेहमीच फायदेशीर नसते. जास्त ऑक्सिजनमुळे संचित उत्पादनांचे चयापचय आणखी वाढू शकते आणि संभाव्यतः विषारी प्रतिक्रिया निर्माण होऊ शकतात. वेगवेगळ्या जीवाणू प्रजातींमध्ये इष्टतम डीओ पातळी बदलते. उदाहरणार्थ, पेनिसिलिनच्या जैवसंश्लेषणादरम्यान, डीओ सामान्यतः अंदाजे 30% हवेच्या संपृक्ततेवर राखला जातो. जर डीओ शून्यावर घसरला आणि पाच मिनिटे त्या पातळीवर राहिला तर उत्पादन निर्मितीमध्ये लक्षणीय बिघाड होऊ शकतो. जर ही स्थिती 20 मिनिटे कायम राहिली तर अपरिवर्तनीय नुकसान होऊ शकते.

सध्या, सर्वात जास्त वापरले जाणारे DO सेन्सर विरघळलेल्या ऑक्सिजनच्या निरपेक्ष एकाग्रतेऐवजी केवळ सापेक्ष हवा संपृक्तता मोजू शकतात. कल्चर माध्यमाचे निर्जंतुकीकरण केल्यानंतर, सेन्सर वाचन स्थिर होईपर्यंत वायुवीजन आणि ढवळणे केले जाते, ज्या टप्प्यावर मूल्य 100% हवा संपृक्ततेवर सेट केले जाते. किण्वन प्रक्रियेदरम्यान पुढील मोजमाप या संदर्भावर आधारित आहेत. मानक सेन्सर वापरून परिपूर्ण DO मूल्ये निश्चित केली जाऊ शकत नाहीत आणि त्यांना पोलरोग्राफीसारख्या अधिक प्रगत तंत्रांची आवश्यकता असते. तथापि, किण्वन प्रक्रियांचे निरीक्षण आणि नियंत्रण करण्यासाठी सामान्यतः हवा संपृक्तता मोजमाप पुरेसे असतात.

एका किण्वन यंत्रात, वेगवेगळ्या प्रदेशांमध्ये DO पातळी बदलू शकते. एका टप्प्यावर स्थिर वाचन प्राप्त झाले तरीही, विशिष्ट कल्चर माध्यमांमध्ये चढउतार होऊ शकतात. मोठे किण्वन यंत्र DO पातळींमध्ये जास्त अवकाशीय फरक दर्शवतात, ज्यामुळे सूक्ष्मजीव वाढ आणि उत्पादकता लक्षणीयरीत्या प्रभावित होऊ शकते. प्रायोगिक पुराव्यांवरून असे दिसून आले आहे की, जरी सरासरी DO पातळी 30% असू शकते, तरी चढउतार परिस्थितीत किण्वन कामगिरी स्थिर परिस्थितींपेक्षा लक्षणीयरीत्या कमी असते. म्हणूनच, किण्वन यंत्रांच्या प्रमाणात - भौमितिक आणि शक्ती समानतेच्या विचारांच्या पलीकडे - अवकाशीय DO भिन्नता कमी करणे हे एक प्रमुख संशोधन उद्दिष्ट आहे.

बायोफार्मास्युटिकल किण्वन प्रक्रियेत विरघळलेल्या ऑक्सिजनचे निरीक्षण का आवश्यक आहे?

१. सूक्ष्मजीव किंवा पेशींसाठी इष्टतम वाढीचे वातावरण राखणे
औद्योगिक किण्वन प्रक्रियेत सामान्यतः एस्चेरिचिया कोलाई आणि यीस्ट सारखे एरोबिक सूक्ष्मजीव किंवा चायनीज हॅम्स्टर ओव्हरी (CHO) पेशी सारख्या सस्तन प्राण्यांच्या पेशींचा समावेश असतो. या पेशी किण्वन प्रणालीमध्ये "कामगार" म्हणून काम करतात, त्यांना श्वसन आणि चयापचय क्रियाकलापांसाठी ऑक्सिजनची आवश्यकता असते. एरोबिक श्वसनात ऑक्सिजन टर्मिनल इलेक्ट्रॉन स्वीकारकर्ता म्हणून काम करतो, ज्यामुळे ATP स्वरूपात ऊर्जा उत्पादन शक्य होते. अपुरा ऑक्सिजन पुरवठा पेशी गुदमरणे, वाढ थांबणे किंवा पेशी मृत्यू देखील होऊ शकतो, ज्यामुळे शेवटी किण्वन अपयश येते. DO पातळीचे निरीक्षण केल्याने हे सुनिश्चित होते की ऑक्सिजनचे प्रमाण सतत पेशींच्या वाढीसाठी आणि व्यवहार्यतेसाठी इष्टतम मर्यादेत राहते.

२. लक्ष्यित उत्पादनांचे कार्यक्षम संश्लेषण सुनिश्चित करणे
बायोफार्मास्युटिकल किण्वनाचा उद्देश केवळ पेशींच्या प्रसाराला चालना देणे नाही तर इन्सुलिन, मोनोक्लोनल अँटीबॉडीज, लस आणि एन्झाईम्स यासारख्या इच्छित लक्ष्य उत्पादनांचे कार्यक्षम संश्लेषण सुलभ करणे आहे. या बायोसिंथेटिक मार्गांना बहुतेकदा मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा इनपुटची आवश्यकता असते, जी प्रामुख्याने एरोबिक श्वसनातून मिळते. याव्यतिरिक्त, उत्पादन संश्लेषणात सामील असलेल्या अनेक एंजाइमॅटिक प्रणाली थेट ऑक्सिजनवर अवलंबून असतात. ऑक्सिजनची कमतरता या मार्गांची कार्यक्षमता व्यत्यय आणू शकते किंवा कमी करू शकते.

शिवाय, डीओ पातळी नियामक सिग्नल म्हणून काम करते. अत्यधिक उच्च आणि कमी डीओ सांद्रता दोन्ही हे करू शकतात:
- सेल्युलर चयापचय मार्ग बदलणे, उदाहरणार्थ, एरोबिक श्वसनापासून कमी कार्यक्षम अॅनारोबिक किण्वनाकडे जाणे.
- पेशीय ताण प्रतिसादांना चालना देते, ज्यामुळे अवांछित उप-उत्पादने तयार होतात.
- बाह्य प्रथिनांच्या अभिव्यक्तीच्या पातळीवर परिणाम करा.

किण्वनाच्या वेगवेगळ्या टप्प्यांवर डीओ पातळी अचूकपणे नियंत्रित करून, सेल्युलर चयापचय जास्तीत जास्त लक्ष्य उत्पादन संश्लेषणाकडे निर्देशित करणे शक्य आहे, ज्यामुळे उच्च-घनता आणि उच्च-उत्पन्न किण्वन प्राप्त होते.

बायो फार्मास्युटिकल्ससाठी वॉटर फ्लो चार्टचा परिचय

३. ऑक्सिजनची कमतरता किंवा जास्ती टाळण्यासाठी
ऑक्सिजनच्या कमतरतेमुळे (हायपोक्सिया) गंभीर परिणाम होऊ शकतात:
- पेशींची वाढ आणि उत्पादन संश्लेषण थांबते.
- चयापचय क्रिया अ‍ॅनारोबिक मार्गांकडे सरकते, ज्यामुळे लॅक्टिक अ‍ॅसिड आणि अ‍ॅसिटिक अ‍ॅसिड सारख्या सेंद्रिय अ‍ॅसिडचे संचय होते, जे कल्चर माध्यमाचे पीएच कमी करते आणि पेशींना विषबाधा करू शकते.
- दीर्घकाळापर्यंत हायपोक्सियामुळे अपरिवर्तनीय नुकसान होऊ शकते, ऑक्सिजन पुरवठा पूर्ववत झाल्यानंतरही पुनर्प्राप्ती अपूर्ण राहते.

जास्त ऑक्सिजन (अतिसंतृप्तता) देखील धोके निर्माण करते:
- हे ऑक्सिडेटिव्ह ताण आणि प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन प्रजाती (ROS) तयार करण्यास प्रवृत्त करू शकते, ज्यामुळे पेशी पडदा आणि जैव रेणूंचे नुकसान होते.
- जास्त वायुवीजन आणि हालचालींमुळे ऊर्जेचा वापर आणि ऑपरेशनल खर्च वाढतो, ज्यामुळे अनावश्यक संसाधनांचा अपव्यय होतो.

४. रिअल-टाइम मॉनिटरिंग आणि फीडबॅक कंट्रोलसाठी एक गंभीर पॅरामीटर म्हणून

डीओ हा एक वास्तविक-वेळ, सतत आणि व्यापक पॅरामीटर आहे जो किण्वन प्रणालीच्या अंतर्गत परिस्थिती प्रतिबिंबित करतो. डीओ पातळीतील बदल संवेदनशीलपणे विविध शारीरिक आणि कार्यात्मक अवस्था दर्शवू शकतात:
- पेशींच्या जलद वाढीमुळे ऑक्सिजनचा वापर वाढतो, ज्यामुळे डीओ पातळी कमी होते.
- सब्सट्रेट कमी होणे किंवा प्रतिबंध करणे चयापचय मंदावते, ऑक्सिजनचा वापर कमी करते आणि डीओ पातळी वाढवते.
- परदेशी सूक्ष्मजीवांमुळे होणारे दूषितीकरण ऑक्सिजन वापरण्याच्या पद्धतीत बदल करते, ज्यामुळे असामान्य डीओ चढउतार होतात आणि ते पूर्वसूचना सिग्नल म्हणून काम करतात.
- उपकरणातील बिघाड, जसे की स्टिरर बिघाड, वेंटिलेशन पाईप ब्लॉकेज किंवा फिल्टर फाउलिंग, यामुळे देखील असामान्य डीओ वर्तन होऊ शकते.

स्वयंचलित अभिप्राय नियंत्रण प्रणालीमध्ये रिअल-टाइम डीओ मॉनिटरिंग एकत्रित करून, खालील पॅरामीटर्सच्या गतिमान समायोजनाद्वारे डीओ पातळीचे अचूक नियमन साध्य केले जाऊ शकते:
- ढवळण्याची गती: गती वाढवल्याने बुडबुडे फुटून वायू-द्रव संपर्क वाढतो, ज्यामुळे ऑक्सिजन हस्तांतरण कार्यक्षमता सुधारते. ही सर्वात सामान्यपणे वापरली जाणारी आणि प्रभावी पद्धत आहे.
- वायुवीजन दर: इनलेट वायूचा प्रवाह दर किंवा रचना समायोजित करणे (उदा., हवा किंवा शुद्ध ऑक्सिजनचे प्रमाण वाढवणे).
- टाकीचा दाब: वाढत्या दाबामुळे ऑक्सिजनचा आंशिक दाब वाढतो, ज्यामुळे विद्राव्यता वाढते.
- तापमान: तापमान कमी केल्याने कल्चर माध्यमात ऑक्सिजनची विद्राव्यता वाढते.

जैविक किण्वन प्रक्रियेच्या ऑनलाइन देखरेखीसाठी BOQU च्या उत्पादन शिफारसी: