Fermentasiya və ya enzimatik reaksiyalar yolu ilə insan südü oligosakkaridlərinin (HMO) biosintezi mürəkkəb, istehlakçı və tez-tez aşağı məhsuldar bir prosesdir. Ultrasonication, substrat və hüceyrə fabrikləri arasında kütlə ötürülməsini artırır və hüceyrə böyüməsini və metabolizmanı stimullaşdırır. Beləliklə, sonication, HMO-ların sürətlə və daha səmərəli istehsalına səbəb olan fermentasiya və biokimyəvi prosesləri gücləndirir.

İnsan Südü Oligosakkaridlər

İnsan südü glikanları olaraq da bilinən insan südü oliqosakaridləri (HMO) oligosakkaridlər qrupuna daxil olan şəkər molekullarıdır. HMO'ların məşhur nümunələrinə 2'-fukosillaktoza (2) daxildir′-FL), lakto-N-neotetraoza (LNnT), 3'-qalaktosillaktoza (3)′-GL) və difukosillaktoza (DFL).
İnsan ana südü fərqli 150-dən çox HMO quruluşundan ibarət olsa da, yalnız 2′-fukosillaktoza (2′-FL) və lakto-N-neotetraoza (LNnT) hazırda kommersiya səviyyəsində istehsal olunur və körpələr düsturunda qida əlavələri olaraq istifadə olunur.
İnsan südü oligosakkaridləri (HMO) körpənin qidalanmasında əhəmiyyətlidir. İnsan südü oligosakkaridləri körpənin bağırsağında prebiyotiklər, anti-yapışan mikroblara qarşı və immunomodulyator kimi çıxış edən və beynin inkişafına əhəmiyyətli dərəcədə töhfə verən unikal bir qidadır. HMOs yalnız insanın ana südündə olur; digər məməli südçülər (məsələn, inək, keçi, qoyun, dəvə və s.) bu xüsusi oliqosakarid formasına malik deyillər.
İnsan südü oligosakkaridləri, insan südündəki üçüncü ən bol bərk tərkib hissəsidir, suda həll olunan və ya emulsiya edilmiş və ya asma şəklində mövcud ola bilər. Laktoza və yağ turşuları insan südündə aşkar olunan ən bol qatı maddələrdir. HMO'lar 0.35-0.88 unsiya (9.9–24.9 q) / L. konsentrasiyasında mövcuddur. Təxminən 200 struktur fərqli insan südü oligosakkaridləri məlumdur. Bütün qadınların 80% -də dominant oliqosakarid 2-dir′- təxminən 2,5 q / L konsentrasiyasında insan ana südündə mövcud olan fukosillaktoza.
HMO-lar həzm olunmadığı üçün bəslənməyə kalori olaraq qatqı vermirlər. Həzm olunmayan karbohidratlar olmaqla, prebiyotik kimi fəaliyyət göstərir və arzuolunan bağırsaq mikroflorası, xüsusən bifidobakteriyalar tərəfindən seçilir.

İnsan Südü Oligosakkaridlərinin biosintezi

Hüceyrə fabrikləri və enzimatik / kimyoviy enzimatik sistemlər HMO sintezi üçün istifadə olunan cari texnologiyalardır. Sənaye miqyasında HMO istehsalı üçün mikrob hüceyrə fabriklərinin fermentasiyası, biokimyəvi sintez və fərqli ferment reaksiyaları HMO bio-istehsalının mümkün yollarıdır. İqtisadi səbəblərə görə mikrob hüceyrə fabrikləri vasitəsilə bio-sintez hal hazırda HMO-ların sənaye istehsalı səviyyəsində istifadə olunan yeganə texnikadır.

Mikrob hüceyrə fabriklərindən istifadə edərək HMO-ların mayalanması

E.coli, Saccharomyces cerevisiae və Lactococcus lactis, HMO kimi bioloji molekulların bio istehsalında istifadə olunan çox istifadə olunan hüceyrə fabrikləridir. Fermentasiya, bir substratı hədəf bioloji molekullara çevirmək üçün mikroorqanizmlərdən istifadə edən biokimyəvi bir prosesdir. Mikrob hüceyrə fabrikləri sadə şəkərləri HMO-lara çevirən substrat kimi istifadə edirlər. Sadə şəkərlər (məsələn, laktoza) bol, ucuz bir substrat olduğundan, bio-sintez prosesini qənaətcil saxlayır.
Böyümə və biokonversiya sürətinə əsasən qida maddələrinin (substrat) mikroorqanizmlərə kütləvi ötürülməsi təsir göstərir. Kütlənin ötürülmə sürəti fermentasiya zamanı məhsulun sintezinə təsir edən əsas amildir. Ultrasonication kütləvi köçürməni təşviq etmək üçün yaxşı tanınıb.
Fermentasiya zamanı bioreaktordakı şərtlər daim izlənilməli və tənzimlənməlidir ki, sonra hədəf biomolekulları (məsələn HMO kimi oligosakaridlər; insulin; rekombinant zülallar) çıxarmaq üçün hüceyrələrin mümkün qədər tez böyüməsi üçün. Teorik olaraq, məhsulun əmələ gəlməsi hüceyrə mədəniyyəti böyüməyə başlayan kimi başlayır. Xüsusilə mühəndis mikroorqanizmlər kimi genetik cəhətdən dəyişdirilmiş hüceyrələrdə adətən hədəf biomolekülün ifadəsini tənzimləyən substrata kimyəvi maddə əlavə etməklə əmələ gəlir. Ultrasonik bioreaktorlar (sono-bioreaktor) dəqiq idarə oluna bilər və mikrobların xüsusi stimullaşdırılmasına imkan verir. Bu, sürətlənmiş bir biosintez və daha yüksək məhsul verir.
Ultrasonik lizis və ekstraksiya: Mürəkkəb HMO-ların mayalanması aşağı fermentasiya titrləri və hüceyrədaxili qalan məhsullarla məhdudlaşa bilər. Ultrasonik lizis və ekstraksiya təmizlənmə və axın proseslərindən əvvəl hüceyrədaxili materialın sərbəst buraxılması üçün istifadə olunur.

Ultrasonik olaraq təşviq olunan fermentasiya

Escherichia coli, mühəndis E.coli, Saccharomyces cerevisiae və Lactococcus lactis kimi mikrobların böyümə sürəti, idarə olunan aşağı tezlikli ultrasəs tətbiq etməklə kütlə ötürmə sürətini və hüceyrə divarının keçiriciliyini artıraraq sürətlənə bilər. Yüngül, istilik olmayan bir emal texnikası olaraq, ultrasonication fermentasiya bulyonuna sırf mexaniki qüvvələr tətbiq edir.
Akustik kavitasiya: Sonikasyonun iş prinsipi akustik kavitasiyaya əsaslanır. Ultrasonik zond (sonotrode) aşağı tezlikli ultrasəs d dalğalarını mühitə daxil edir. Ultrasəs dalğaları alternativ yüksək təzyiq (sıxılma) / aşağı təzyiq (nadirfaksiya) dövrlərini yaradan maye ilə keçir. Alternativ dövrlərdə mayenin sıxılması və uzanması ilə dəqiqə vakuum baloncukları yaranır. Bu kiçik vakuum baloncukları daha bir enerji ala bilmədikləri bir ölçüyə çatana qədər bir neçə dövrdən böyüyürlər. Maksimum böyümənin bu nöqtəsində, vakuum qabarcığı şiddətlə meydana gəlir və kavitasiya fenomeni olaraq bilinən yerli ekstremal şərait yaradır. Kavitasyonlu "isti nöqtədə" yüksək təzyiq və temperatur fərqləri və 280 m / saniyəyə qədər maye reaktivi olan intensiv uçuş qüvvələri müşahidə edilə bilər. Bu kavitasyon effektləri ilə hərtərəfli kütlə ötürülməsi və sonoporasiya (hüceyrə divarlarının və hüceyrə membranlarının perforasiyası) əldə edilir. Substratın qidaları canlı hüceyrələrə və içəriyə yerləşdirilir, beləliklə hüceyrə fabrikləri optimal qidalanır və böyüməsi ilə yanaşı dönüşüm sürətləndirilir. Ultrasonik bioreaktorlar bir qazlı biosintez prosesində biomassanı emal etmək üçün sadə, lakin yüksək effektiv bir strategiyadır.
Dəqiq idarə olunan, mülayim bir sonikasiya fermentasiya proseslərini intensivləşdirməsi ilə məşhurdur.
Sonication "hüceyrə gözenekliliyini artırmaqla və hüceyrə komponentlərinin potensial olaraq sərbəst buraxılması yolu ilə substratın alınması, inkişaf etmiş istehsal və ya böyümə ilə canlı hüceyrələri əhatə edən bir çox bioproseslərin məhsuldarlığını artırır". (Naveena et al. 2015)
Ultrasonik köməyi ilə fermentasiya haqqında daha çox oxuyun!

Naveena et al. (2015), ultrasəs şiddətlənmə, digər gücləndirici müalicə variantları ilə müqayisədə aşağı əməliyyat xərcləri, işin sadəliyi və tükənmiş güc tələbləri daxil olmaqla bioproses zamanı bir sıra üstünlüklər verdiyini tapdı.

Yüksək effektiv ultrasəs fermentasiya reaktorları

Fermentasiya prosesləri hüceyrə fabrikləri kimi fəaliyyət göstərən bakteriya və ya maya kimi canlı mikroorqanizmləri əhatə edir. Kəskin köçürməni təşviq etmək və mikroorqanizmin böyüməsini və çevrilmə sürətini artırmaq üçün sonikasiya tətbiq olunsa da, hüceyrə fabriklərinin məhv edilməməsi üçün ultrasəs intensivliyini dəqiq nəzarət etmək çox vacibdir.
Hielscher Ultrasonics, üstün fermentasiya məhsuldarlığını təmin etmək üçün dəqiq şəkildə idarə oluna bilən və yüksək effektivli ultrasəs qurğularının dizaynı, istehsalı və yayılması üzrə mütəxəssisdir.
Proses nəzarəti yalnız yüksək məhsuldarlıq və üstün keyfiyyət üçün vacib deyil, nəticələrin təkrarlanmasına və çoxalmasına imkan verir. Xüsusilə ist hüceyrə fabriklərinin stimullaşdırılmasına gəldikdə, yüksək məhsuldarlıq əldə etmək və hüceyrələrin pozulmasının qarşısını almaq üçün sonikasiya parametrlərinin hüceyrəyə xüsusi uyğunlaşması vacibdir. Buna görə, Hielscher ultrasonikatorlarının bütün rəqəmsal modelləri sonikasiya parametrlərini tənzimləmək, izləmək və yenidən nəzərdən keçirməyə imkan verən ağıllı proqramla təchiz edilmişdir. Belə amplitüd, temperatur, təzyiq, sonikasiya müddəti, vəzifə dövrləri və enerji girişi kimi ultrasəs prosesi parametrləri fermentasiya yolu ilə HMO istehsalını təşviq etmək üçün vacibdir.
Hielscher ultrasonikatorlarının ağıllı proqramı inteqrasiya edilmiş SD-kartdakı bütün vacib proses parametrlərini avtomatik olaraq qeyd edir. Sonikasiya prosesinin avtomatik məlumat qeydləri Yaxşı İstehsalat Təcrübələri (GMP) üçün tələb olunan proses standartlaşdırılması və təkrarlanma / təkrarlanma üçün əsasdır.

Fermentasiya üçün ultrasəs rektorları

Hielscher, müxtəlif ölçülü, uzunluğa və həndəsəyə uyğun olan ultrasəs zondları təklif edir, bunlar toplu, həm də davamlı axınla müalicə üçün istifadə edilə bilər. Sono-bioreaktorlar kimi də tanınan ultrasəs reaktorları, kiçik laboratoriya nümunələrindən pilot və tam ticari istehsal səviyyəsinə qədər ultrasəs bioprosessiyasını əhatə edən istənilən həcmdə mövcuddur.
Məlumdur ki, ultrasəs sonotrodunun reaksiya gəmisində yerləşməsi kavitasiyanın yayılmasına və mühit daxilində mikro axınına təsir göstərir. Sonotrod və ultrasəs reaktoru hüceyrə bulyonunun emal həcminə uyğun seçilməlidir. Sonikasyon toplu şəklində və davamlı rejimdə həyata keçirilə bilərsə də, yüksək istehsal həcmləri üçün davamlı bir axın quraşdırmasının istifadəsi tövsiyə olunur. Bir ultrasəs axını hüceyrəsindən keçərək bütün hüceyrə mühiti ən təsirli müalicəni təmin edən sonikasyona eyni dərəcədə məruz qalır. Hielscher Ultrasonics geniş çeşidli ultrasəs zondları və axın hüceyrə reaktorları ideal ultrasəs bioprosessiya qurğusunu toplamağa imkan verir.

Hielscher ultrason – Laboratoriyadan Pilot-İstehsala

Hielscher Ultrasonics dəzgah üst və pilot sistemlərinə nümunə hazırlanması üçün yığcam əlli ultrasəs homogenizatorları, həmçinin saatda yük maşınlarını asanlıqla emal edən güclü sənaye ultrasəs qurğularını təqdim edən ultrasəs cihazlarının tam spektrini əhatə edir. Quraşdırma və montaj seçimlərində çox yönlü və çevik olmaqla, Hielscher ultrasonikatorları hər cür toplu reaktorlarına, qidalanan dəstələrə və ya davamlı axını tənzimləyən qurğulara asanlıqla birləşdirilə bilər.
Müxtəlif aksesuarlar, eləcə də xüsusi hissələri ultrasəs qurğunun proses tələblərinizə ideal uyğunlaşmasına imkan yaradır.
Tələb olunan şərtlərdə tam yük və ağır yük altında 24/7 işləməsi üçün qurulmuş Hielscher ultrasəs prosessorları etibarlıdır və yalnız az təmir tələb edir.
Aşağıdakı cədvəldə bizim ultrasonicators təxmini emal gücü bir göstəriş verir: