Поскольку некоторые микроорганизмы более хрупкие, высокая скорость вращения может привести к разрушению микроорганизмов:
Разрыв клеток: Высокий сдвиг может непосредственно привести к разрыву стенок микробных клеток, высвобождая вещества внутри клеток. Это не только влияет на выживаемость микроорганизмов, но также может негативно сказаться на последующих процессах ферментации или обработки.
Утечка метаболитов: после разрыва клетки метаболиты в клетке просачиваются в окружающую среду. Эти метаболиты могут быть биологически активными или токсичными и представлять потенциальную угрозу для окружающей среды и здоровья человека.
Снижение эффективности ферментации: если большое количество микробных клеток разрывается во время ферментации, это приводит к снижению концентрации клеток в ферментере, что влияет на эффективность ферментации и производство продуктов.
Для аэробных микроорганизмов механизм отравления кислородом в основном связан с избыточным образованием и повреждением свободных радикалов кислорода и дисбалансом систем антиоксидантной защиты. При высоких концентрациях кислорода или давлении аэробные микроорганизмы могут подвергаться риску окислительного стресса, который приводит к разрушению структуры и функции клеток и гибели клеток. Поэтому при выращивании и применении аэробных микроорганизмов необходимо контролировать соответствующую концентрацию кислорода и условия давления, чтобы обеспечить их нормальный рост и метаболическую активность. Поэтому необходимо контролируемое ферментация путем ограничения коэффициента вентиляции.
В условиях высокой вентиляции, если концентрация кислорода в окружающей среде, в которой находится микроорганизм, слишком высока, это может нанести ему ущерб и даже привести к смерти. Этот механизм повреждения может быть связан с образованием и атакой свободных радикалов кислорода.
Контроль за вентиляцией: В процессе ферментации вентиляция должна разумно контролироваться в соответствии с потребностями и переносимостью микроорганизмов, чтобы избежать чрезмерной или низкой концентрации кислорода.
Мониторинг концентрации кислорода: Регулярный мониторинг концентрации кислорода в ферментере, чтобы убедиться, что она находится в нужном диапазоне.
Оптимизация условий ферментации: В дополнение к вентиляции следует обратить внимание на другие условия ферментации, такие как температура, pH, концентрация субстрата и т. Д. Чтобы создать среду, наиболее подходящую для роста микроорганизмов и синтеза продуктов.
Усиление технического обслуживания оборудования: убедитесь, что ферментационное оборудование находится в хорошем состоянии, чтобы избежать неисправности оборудования, приводящей к аномальной вентиляции.
Высокая концентрация субстрата подавляет микробный метаболизм, главным образом из - за следующих факторов:
3.1. Увеличение концентрации субстрата может привести к повышению осмотического давления раствора, что может повлиять на рост и размножение микроорганизмов. Высокая концентрация субстратов препятствует росту и размножению микроорганизмов, поскольку чрезмерное осмотическое давление разрушает клеточные мембраны, вызывая потерю или чрезмерное всасывание воды, что влияет на нормальное функционирование клеток.
3.2. Высокая концентрация субстрата может привести к насыщению метаболических путей. Когда концентрация субстрата достигает определенного уровня, соответствующий фермент может достичь насыщенного состояния, что приводит к дальнейшему увеличению концентрации субстрата, скорость реакции не увеличивается.
3.3. Высокая концентрация субстрата также может вызвать метаболический феномен Overflow. Когда концентрация субстрата слишком высока, микроорганизмы могут запускать ненужные метаболические пути, которые приводят к потере энергии и образованию побочных продуктов, что также влияет на изучение целевых продуктов.
В микробиологических метаболических исследованиях контроль концентрации субстратов имеет большое значение для регулирования метаболических путей, повышения урожайности и эффективности целевых продуктов.
Высокая концентрация продуктов может значительно подавлять рост и метаболизм микроорганизмов, замедлять скорость ферментации и даже приводить к сбоям ферментации. Продукты высокой концентрации могут непосредственно отравлять клетки, влияя на активность ферментов и метаболические пути, одновременно увеличивая осмотическое давление фермента и нарушая клеточный баланс. Поэтому контроль скорости ферментации имеет решающее значение, путем регулирования условий культивирования, добавления ингибиторов и других средств для поддержания соответствующей скорости образования продукта, предотвращения чрезмерного накопления. В то же время, повышение скорости разделения продуктов, реализация процесса связи разделения края боковой ферментации может эффективно снизить концентрацию продукта, уменьшить ингибирующее действие, обеспечить стабильное проведение процесса ферментации, улучшить производство и качество продукта. Решения основаны на ферментации связи или культивировании орошения.
Процесс связанной ферментации, т.е. метод разделения во время ферментации, является передовым процессом, который тесно связывает процесс ферментации с процессом разделения продуктов. Он выделяет продукт из ферментатора в реальном времени, используя соответствующие методы разделения, такие как мембранное разделение, экстракция и т. Д. В процессе ферментации, тем самым эффективно снижая концентрацию продукта, снимая ингибирующее воздействие на микроорганизмы, повышая эффективность ферментации и производительность продукта. Этот процесс не только оптимизирует процесс ферментации, но и повышает чистоту и скорость переработки продукции, что является важным направлением развития современной биоферментативной промышленности.
Стабильность мРНК снижается: в условиях быстрого роста может быть нарушена стабильность мРНК в клетках, что приводит к ускорению процесса разложения мРНК, связанного с синтезом белков. Это уменьшит количество мРНК, которое можно использовать для перевода, что, в свою очередь, повлияет на синтез белков.
Нарушение функции рибосомы: Хотя сами рибосомы не уменьшаются непосредственно из - за слишком высоких темпов роста, увеличение метаболического давления и неравномерное распределение ресурсов, которые могут быть вызваны быстрым ростом, могут косвенно повлиять на функцию рибосомы. Например, рибосомы могут не получать достаточного количества энергии или аминокислот для поддержки эффективного синтеза белка.
Аномальное сворачивание и модификация белков: из - за отсутствия тела Горького и эндоплазматической сети быстро растущие клетки могут не обеспечить достаточной среды для сворачивания и модификации новых белков. Это может привести к тому, что белки не могут быть правильно сложены в биологически активные конфигурации или не могут получить необходимые модификации, такие как сахаризация и фосфатирование, что может повлиять на их функцию и стабильность.
По вышеуказанным причинам для протонуклеотидных микроорганизмов контроль скорости роста микроорганизмов путем корректировки состава питательной среды, стратегий добавок, температуры и т. Д. помогает поддерживать метаболический баланс в клетках и стабильность регулирования экспрессии генов, тем самым повышая эффективность и качество синтеза белков.
В микробиологических процессах контролируемая ферментация является ключом к обеспечению равновесия на всех этапах. Благодаря тонкому регулированию скорости ферментации можно оптимизировать распределение времени, биомассы, питательных веществ и энергии. Благодаря сегментированному технологическому проектированию, комплексное рассмотрение цикла роста микроорганизмов, поддержание подходящих условий роста, чтобы избежать слишком быстрого или слишком медленного, приводящего к растрате ресурсов или ингибированию продуктов. Регулируемая ферментация, направленная на максимизацию использования ресурсов, повышение качества и урожайности продуктов, является важной стратегией современной биоферментативной промышленности.