Die Kontrolle der mikrobiellen Fermentationsrate zielt darauf ab, die Wachstumsbedingungen durch die präzise Anpassung wichtiger Faktoren wie Temperatur, pH-Wert, gelöster Sauerstoff und Substratkonzentration zu optimieren und sicherzustellen, dass sich die Mikroorganismen in ihrem optimalen physiologischen Zustand befinden. Dies verbessert die Syntheseeffizienz und den Ertrag der Zielprodukte. Die Strategie der Ratenkontrolle fördert schnelles mikrobielles Wachstum und effizienten Stoffwechsel und hält die Stabilität des Fermentationsprozesses aufrecht, wodurch Produktionsrisiken durch Umweltschwankungen reduziert werden.

Darüber hinaus verbessert es effektiv die Nutzungseffizienz von Energie und Ressourcen und senkt so die Produktionskosten. Durch die flexible Anpassung der Fermentationsbedingungen an die spezifischen Anforderungen verschiedener Fermentationsstufen stellt die Rate Control-Strategie sicher, dass die mikrobiellen Aktivitäten während des gesamten Fermentationszyklus optimiert bleiben, wodurch letztendlich ein effizienter, stabiler und wirtschaftlicher Produktionsprozess erreicht wird.

Yaohai Bio-Pharma hat durch Optimierung der Basis- und Zufuhrmedien sowie der Fermentationskontrollstrategien einen hochdichten Fermentationsplattformprozess entwickelt, der für die Plasmidproduktion in Escherichia coli geeignet ist. Innerhalb eines Kultivierungszyklus von 30 Stunden übersteigt die Plasmidausbeute 1 g/l. Darüber hinaus kann Yaohai Bio-Pharma maßgeschneiderte Prozessoptimierungslösungen basierend auf Einzelfaktor- oder Design of Experiments (DoE)-Methoden für verschiedene Plasmide und Wirtsbakterien anbieten und so den Bedarf der Kunden an einer hochertragreichen und qualitativ hochwertigen Plasmidproduktion erfüllen. Auf Grundlage seiner umfangreichen Erfahrung in der mikrobiellen Fermentation hat Yaohai Bio-Pharma mehrere effektive Strategien zur Fermentationsratenkontrolle zusammengefasst.

Strategien zur Kontrolle der Fermentationsrate

Der Schlüssel zur Kontrolle der mikrobiellen Fermentationsrate liegt in der Regulierung der enzymatischen Katalyserate. Enzyme sind Proteine, die chemische Reaktionen in lebenden Organismen katalysieren und Reaktionsprozesse beschleunigen, ohne die Gesamtenergieänderung zu verändern. Bei der mikrobiellen Fermentation wirkt sich die Rate der enzymatischen Katalyse direkt auf den Entstehungsprozess von Metaboliten und die Gesamteffizienz der Fermentation aus.

Temperaturkontrolle

Die Aktivität von Enzymen wird maßgeblich von der Temperatur beeinflusst. Normalerweise hat jedes Enzym einen optimalen Temperaturbereich, in dem es maximale Aktivität und höchste Reaktionsgeschwindigkeit zeigt. Folglich kann man durch Manipulation der Fermentationstemperatur die Geschwindigkeit der enzymatischen Katalyse regulieren. So können Mikroorganismen, die eine Fermentation bei hohen Temperaturen benötigen, mit einer geeigneten Umgebung mit erhöhter Temperatur ausgestattet werden, um enzymatische Reaktionen zu beschleunigen, während Mikroorganismen, die eine Fermentation bei niedrigen Temperaturen benötigen, bei kühleren Temperaturen gehalten werden müssen, um die Enzymaktivität aufrechtzuerhalten.

pH-Regulierung

Die Aktivität von Enzymen wird auch durch den pH-Wert beeinflusst. Jedes Enzym besitzt einen optimalen pH-Bereich; Abweichungen von diesem Bereich können zu einer verminderten Enzymaktivität oder sogar zur Inaktivierung führen. Durch Anpassen des pH-Werts der Fermentationsbrühe können wir die Geschwindigkeit der enzymatischen Katalyse beeinflussen. Eine regelmäßige Überwachung des pH-Werts der Fermentationsbrühe und die Zugabe von Säure- oder Basenregulatoren nach Bedarf tragen dazu bei, optimale Fermentationsbedingungen aufrechtzuerhalten.

Substratkonzentration und Nährstoffbedingungen

Die Substratkonzentration ist ein entscheidender Faktor, der die Geschwindigkeit der enzymatischen Katalyse beeinflusst. Zu hohe Substratkonzentrationen können zu einer Substrathemmung führen und die Reaktionsgeschwindigkeit verlangsamen, während zu niedrige Konzentrationen die Reaktionsgeschwindigkeit begrenzen können. Daher ist es wichtig, die Zugaberate und die Menge des Substrats zu kontrollieren, um einen optimalen Substratkonzentrationsbereich aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus benötigen Mikroorganismen bestimmte Nährstoffe, um ihr Wachstum und ihre Stoffwechselaktivitäten während der Fermentation aufrechtzuerhalten. Die Bereitstellung ausreichender Nährstoffe verbessert die Geschwindigkeit und Effizienz der enzymatischen Katalyse.

Gelöster Sauerstoff und Belüftung

Für aerobe Mikroorganismen ist gelöster Sauerstoff ein entscheidender Faktor, der ihre Stoffwechselaktivitäten beeinflusst. Durch die Kontrolle der Belüftungsraten und Rührgeschwindigkeiten können wir den Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Fermentationsbrühe regulieren und so die Geschwindigkeit der enzymatischen Katalyse beeinflussen. Im Allgemeinen werden während der aeroben Fermentation hohe Gehalte an gelöstem Sauerstoff aufrechterhalten, um das mikrobielle Wachstum und die Stoffwechselaktivitäten zu fördern, während während der anaeroben Fermentation niedrige Gehalte aufrechterhalten werden, um die hemmende Wirkung von Sauerstoff auf anaerobe Mikroorganismen zu vermeiden.

Die Fermentationszeit ist ein weiterer kritischer Faktor, der die Geschwindigkeit der enzymatischen Katalyse und die Produktausbeute beeinflusst. Durch die Steuerung der Fermentationsdauer können wir mikrobielle Stoffwechselaktivitäten und die Produktbildung regulieren. In der Praxis hängt die Bestimmung des geeigneten Fermentationszeitraums von bestimmten Fermentationsprozessen und Produktanforderungen ab.

Yaohai Bio-Pharma ist außerdem aktiv auf der Suche nach institutionellen oder individuellen globalen Partnern und bietet die wettbewerbsfähigste Vergütung der Branche. Wenn Sie Fragen haben, können Sie uns gerne kontaktieren: [email protected]