Factorii care Influențează Viteza Proceselor de Fermentație

Metaboliţii sunt rezultatul reacţiilor enzimatice din cadrul diferitelor căi metabolice. Viteza reacţiilor enzimatice, ca şi viteza reacţiilor chimice, este influenţată de o serie de factori, dintre care cei mai importanţi sunt:
- Compoziţia mediului de cultură şi concentraţia substratului limitativ;
- Temperatura şi pH-ul mediului;
- Concentraţia oxigenului dizolvat;
- Intensitatea amestecării.
Cunoaşterea modului de acţionare (cu alte cuvinte efectul acestor factori) asupra reacţiilor enzimatice permite stabilirea condiţiilor optime pentru desfăşurarea procesului fermentativ.
O caracteristică importantă a proceselor fermentative constă în faptul că modificarea unui singur parametru atrage după sine modificarea celorlalţi, putând avea o influenţă profundă asupra desfăşurării procesului.
a. Influenţa concentraţiei substratului limitativ şi compoziţia
mediului de cultură
Influenţa concentraţiei substratului limitativ asupra vitezei de creştere este redată de ecuaţia Monod:
În variaţia vitezei specifice de creştere funcţie de concentraţia substratului limitativ se pot deosebi trei cazuri:
1. concentraţia substratului limitativ, în mediu sau celulă, este foarte mare comparativ cu constanta de asimilare a substratului, adică , ceea ce are ca efect egalitatea dintre viteza specifică de creştere şi viteza maximă, egalitate care se menţine până când are loc o scădere drastică a concentraţiei substratului limitativ;
2. concentraţia substratului limitativ are valori comparabile cu valoarea constantei de asimilare a substratului, adică
3. concentraţia substratului limitativ este foarte mică, viteza procesului fiind proporţională cu concentraţia substratului limitativ, .
Variaţia concentraţiei de produs (metabolit) funcţie de concentraţia substratului limitativ este redată în figura 1. Se remarcă faptul că la adăugarea continuă de substrat se evită şocul provocat de adăugarea în trepte, şoc datorat inhibiţiei de substrat. Alegerea variantei de adăugarea continuă presupune folosirea unui biosenzor adecvat, care să furnizeze informaţii referitoare la concentraţia substratului limitativ din mediu de fermentaţie, în scopul menţinerii acestuia în limitele prescrise.
Fig.1. Influenţa modului de furnizarea a substratului limitativ asupra procesului fermentativ
Influenţă semnificativă asupra vitezei reacţiilor enzimatice au şi electroliţii din mediu, care reglează permeabilitatea membranei celulare, natura sursei de carbon, concentraţia componenţilor mediului de cultură, care influenţează viteza de creştere, de respiraţie , respectiv de producere de metabolit.
În multe cazuri, orientarea biosintezei spre un anumit produs se face cu ajutorul precursorilor prezenţi în mediul de cultură. De exemplu, dacă se doreşte obţinerea de Penicilină G drept precursor se utilizează acid fenilacetic, în schimb pentru Penicilina V este necesară prezenţa acidului fenoxiacetic.
b. Influenţa temperaturii
Temperatura este unul dintre cei mai importanţi parametri fizici care intervin în procesele biochimice, deoarece influenţează puternic activitatea microorganismelor şi a enzimelor implicate, iar modificările vitezei de reacţie au loc într-un interval limitat de temperaturi. Viteza reacţiilor enzimatice se poate dubla la o diferenţă de temperatură de 100C, cu condiţia ca în acest interval enzima catalizatoare să nu se dezactiveze. Reacţiile biochimice au o temperatură optimă, corespunzătoare activităţii enzimatice maxime, temperatură care diferă funcţie de natura enzimei, aşa cum reiese din figura 2.