Fermentasiya üçün ultrasəs bioreaktorları

Ultrasəs mexaniki titrəyişlər və kavitasiya vasitəsilə mikroorqanizmləri stimullaşdırmaq üçün effektiv vasitədir. Sonobioreaktorda / ultrasəs fermentatorunda mühit amilləri dəqiq müəyyən edilə bildiyindən hüceyrə və toxumaların ultrasəslə işlənməsinə yüksək dərəcədə nəzarət etmək mümkündür. Ultrasəs bioreaktorları ilə fermentasiyanın məhsul çıxımı əhəmiyyətli dərəcədə artırıla bilər.

Fermentasiya

Fermentasiyanın səmərəliliyi proses şəraitindən asılıdır: qida maddələri, mühitin sıxlığı, temperatur, oksigen / qaz miqdarı və təzyiq mikrob fəallığına təsir edən mühüm amillərdir. Mikroorqanizmlər, eləcə də məməli hüceyrələri yalnız müəyyən şəraitdə yaxşı inkişaf edir. Uyğun şərait ultrasəs stimullaşdırılması ilə birlikdə fermentasiyanın məhsul çıxımını maksimuma çatdıra bilər.

Mikroorqanizmlərin ultrasəslə stimullaşdırılması

Fermentasiya şəkəri turşulara, qazlara və ya spirtə çevirən metabolik prosesdir. Bu proses mayalarda və bakteriyalarda, həmçinin süd turşusu fermentasiyasında olduğu kimi, oksigen çatışmazlığı olan əzələ hüceyrələrində baş verir. Fermentasiya termini daha geniş mənada, çox vaxt müəyyən kimyəvi məhsulun istehsalı məqsədilə mikroorqanizmlərin qidalı mühitdə kütləvi yetişdirilməsini ifadə etmək üçün də istifadə olunur.
Fermentasiya prosesləri bakteriya və göbələklər kimi mikroorqanizmlərdən istifadə etməklə sənaye miqyasında həyata keçirilir. Fermentasiya məhsulları qida sənayesində və ümumən sənayedə istifadə olunur. Sirkə turşusu, limon turşusu və etanol kimi kimyəvi maddələr fermentasiya yolu ilə istehsal edilir. Fermentasiya sürətinə mikroorqanizmlərin, hüceyrələrin, hüceyrə komponentlərinin və fermentlərin konsentrasiyası, həmçinin temperatur və pH təsir edir. Aerob fermentasiya üçün oksigen də əsas amildir. Lipaza, invertaza və qursaq fermenti kimi kommersiya məqsədilə istehsal olunan fermentlərin demək olar ki, hamısı genetik modifikasiya edilmiş mikroblarla fermentasiya yolu ilə hazırlanır.

• Biokütlə istehsalı (həyat qabiliyyətli hüceyrə materialı)
• Hüceyrəxarici metabolitlərin istehsalı (kimyəvi birləşmələr)
• Hüceyrədaxili komponentlərin istehsalı (fermentlər və digər zülallar)
• Substratın çevrilməsi (çevrilmiş substratın özünün məhsul olduğu proses)

Fermentasiyadan əvvəl, fermentasiya zamanı və sonra ultrasəslə işləmə

Aşağı tezlikli ultrasəs dalğalarının tətbiqi olan ultrasəslə işləmə fermentasiyadan əvvəl, fermentasiya zamanı və sonra müxtəlif üsullarla və fermentasiya prosesinin müxtəlif mərhələlərində istifadə edilə bilər.

Fermentasiyadan əvvəl ultrasəslə işləmə – biokütlənin əlçatanlığının yaxşılaşdırılması

1. Yaxşılaşdırılmış kütlə ötürülməsi: İlkin işləmə kimi ultrasəslə işləmə kütlə ötürülməsini sürətləndirmək və substratı mikroblar üçün daha əlçatan etmək məqsədilə istifadə olunur. Ultrasəslə qarışdırma substratların mikrob hüceyrələrinə, məhsulların isə hüceyrələrdən kənara kütlə ötürülməsini sürətləndirir. Kütlə ötürülməsinin ultrasəslə intensivləşdirilməsi həm ilkin işləmə kimi, həm də fermentasiya zamanı tətbiq edilə bilər.
2. Hüceyrələrin parçalanması: Ultrasəslə işləmə, xüsusilə mikrob və ya maya kulturlarında, hüceyrə divarlarını və membranlarını parçalamaq üçün tətbiq edilə bilər. Bu, fermentlər və ya metabolitlər kimi hüceyrədaxili komponentlərin sərbəstləşməsinə kömək edir ki, bu da fermentasiyanın nəticələrini yaxşılaşdıra və ya sonrakı emal proseslərini asanlaşdıra bilər.
3. Hüceyrədaxili birləşmələrin ekstraksiyası: Ultrasəslə işləmə fermentasiyadan əvvəl bioloji materiallardan hüceyrədaxili birləşmələrin ekstraksiyasına kömək edə bilər. Buraya fermentasiya proseslərində sonrakı istifadə üçün hüceyrələrdən, toxumalardan və ya bitki materiallarından fermentlərin, zülalların, nuklein turşularının və ya digər hədəf birləşmələrin ekstraksiyası daxildir.

Məsələn, Aspergillus japonicus (var. japonicus CY6-1) vasitəsilə ksilooliqosaxaridlərin istehsalı üçün fermentativ hidrolizi gücləndirmək məqsədilə düyü qabığının ultrasəslə ilkin işlənməsi tətbiq edilmişdir. Ultrasəslə işləmə nəticəsində düyü qabığından sellülolitik və ksilanolitik fermentlərin istehsalı əhəmiyyətli dərəcədə artırılmışdır. Ultrasəslə işləmə şəraitində hemisellüloza çıxımı 1,4 qat səviyyəsinə yüksəlmiş, istehsal müddəti isə 80ºC-də 24 h-dan 1,5 h-a qədər xeyli qısalmışdır – prosesin daha da optimallaşdırılması potensialı ilə. Ultrasəslə işlənmiş biokütlə göbələklər tərəfindən daha asan çevrilir, buna görə də ferment fəallığının sabitliyi daha uzun müddət saxlanılır və ultrasəslə işlənməmiş düyü qabığı ilə müqayisədə CMCase, b-qlükozidaza və ksilanazanın fəallığı artır. Son fermentasiya məhsulları ksilotetraoza, ksiloheksaoza və daha yüksək molekulyar kütləli ksilooliqosaxaridlər olmuşdur. Ultrasəslə işlənmiş düyü qabığından ksiloheksaoza çıxımı 80% daha yüksək olmuşdur.

Ultrasəsin köməyi ilə fermentasiya – mikrobların stimullaşdırılması

• Qarışdırma və homogenləşdirmə: Ultrasəslə işləmə fermentasiya zamanı qarışdırma üsulu kimi istifadə edilə bilər. Ultrasəs dalğalarının tətbiqi mikroaxınların yaranmasına kömək edir və homogenliyi artıraraq fermentasiya qabında qida maddələrinin, qazların və mikroorqanizmlərin bərabər paylanmasını təmin edir.
• Kütlə ötürülməsinin gücləndirilməsi: Qarışdırma və homogenləşdirmənin yaxşılaşdırılması fermentasiya zamanı kütlə ötürülməsi sürətlərinin ultrasəslə artırılması ilə əlaqəlidir. Ultrasəs rəqsləri və kavitasiya lokal turbulentlik yaradır və substratların, qazların və qida maddələrinin fermentasiya mayesinə diffuziyasını gücləndirir. Bu, fermentasiya prosesinin ümumi səmərəliliyini və məhsuldarlığını yaxşılaşdıra bilər.
• Hüceyrələrin həyat qabiliyyətinin və metabolik fəallığının yaxşılaşdırılması: Hüceyrələrin həyat qabiliyyətini və metabolik fəallığını artırmaq üçün fermentasiya zamanı mikrob kulturlarına ultrasəslə işləmə tətbiq edilə bilər. Zəif intensivlikli ultrasəslə işləmə müəyyən mikroorqanizmləri stimullaşdıraraq böyüməni, biokütlə istehsalını və arzu olunan metabolitlərin və ya fermentasiya məhsullarının sintezini təşviq edə bilər.

Dəqiq idarə oluna bilən və təkrarlana bilən ultrasəslə işləmə hüceyrələri zədələmədən müxtəlif fermentasiya proseslərinin məhsuldarlığını yaxşılaşdırmağa kömək edir. Ultrasəslə işləmənin intensivliyi konkret hüceyrə növünə və onun tələblərinə dəqiq uyğunlaşdırıla bilər. İdarə olunan ultrasəslə işləmə hüceyrə böyüməsinə və metabolizminə müsbət təsir edir və canlı hüceyrələrin kataliz etdiyi çevrilmələri əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırır, məsələn, süddə bifidobakteriyaları stimullaşdırmaqla.
Göbələklərin iştirakı ilə gedən bəzi fermentasiya proseslərində ultrasəslə işləmə sapvari göbələklərin böyümə sürətinə və çıxımına təsir etmədən böyümə morfologiyasını və fermentasiya mayesinin reologiyasını dəyişdirmək üçün uğurla istifadə olunur.

Fermentasiyadan sonra ultrasəslə işləmə

• Hüceyrələrin toplanması və ayrılması: Ultrasəslə işləmə fermentasiyadan sonra hüceyrələrin toplanmasına və ayrılmasına kömək edə bilər. O, hüceyrə aqreqatlarının, flokulanların və ya biofilmlərin parçalanmasına kömək edərək hüceyrələrin fermentasiya mayesindən sərbəstləşməsini asanlaşdıra bilər. Bu, hüceyrələrin əldə edilməsi və ya məhsulun təmizlənməsi kimi sonrakı emal proseslərini sadələşdirir.
• Hüceyrədaxili məhsulların ekstraksiyası: Fermentasiyadan sonra ultrasəslə işləmə mikrob və ya hüceyrə biokütləsindən fermentlər, zülallar və ya ikincili metabolitlər kimi hüceyrədaxili məhsulları ekstraksiya etmək üçün istifadə edilə bilər. Bu ekstraksiya prosesi qiymətli birləşmələrin əldə edilməsinə kömək edir və fermentasiya prosesinin ümumi məhsul çıxımını yaxşılaşdırır.
• Analitik məqsədlər üçün hüceyrələrin parçalanması: Ultrasəslə işləmə fermentasiyadan sonra, xüsusilə analitik məqsədlər üçün, hüceyrələri və ya mikrob nümunələrini parçalamaq üçün tətbiq edilə bilər. O, hüceyrə lizisinə və hüceyrədaxili möhtəviyyatın sərbəstləşməsinə kömək edərək hüceyrə komponentlərinin təhlilini və ya sonrakı analizlərin aparılmasını asanlaşdırır.

Mikrob fermentləri (məsələn, katalaza, amilaza, proteaza, pektinaza, qlükoza izomeraza, sellülaza, hemisellülaza, lipaza, laktaza, streptokinaza) və rekombinant zülallar (məsələn, insulin, hepatit B peyvəndi, interferon, qranulosit koloniyasını stimullaşdıran amil, streptokinaza) kimi hüceyrədaxili komponentlərin istehsalı üçün arzu olunan zülalları sərbəstləşdirmək məqsədilə fermentasiya prosesindən sonra hüceyrələr lizisə məruz qoyulmalı / parçalanmalıdır. Ultrasəslə işləmə özlü miselial fermentasiya mayesindən hüceyrədaxili və hüceyrəxarici polisaxarid–zülal komplekslərinin ekstraksiyasını asanlaşdırır. Yüksək ekstraksiya çıxımı və səmərəliliyi ilə yanaşı, ultrasəslə işləmə hüceyrə lizisi və hüceyrədaxili maddələrin ekstraksiyası üçün geniş tətbiq olunan və etibarlı üsuldur.
Ultrasəslə lizis və ekstraksiya haqqında daha çox oxumaq üçün buraya klikləyin!

Təkmilləşdirilmiş fermentasiya prosesləri üçün ultrasəs bioreaktorları

Hielscher Ultrasonics hüceyrələrin stimullaşdırılması, fermentasiya, hüceyrələrin parçalanması və ekstraksiya kimi ultrasəslə stimullaşdırılan bioproseslər sahəsində uzunmüddətli təcrübəyə malikdir. Partiyalı və axınlı rejimdə ultrasəslə işləmə üçün müxtəlif ölçü və həndəsi formalı standart ultrasəs reaktorları təklif edirik. Alternativ olaraq, mövcud bioreaktorunuza inteqrasiya üçün fərdi həllər təklif edirik. Ultrasəs prosessorlarımız çox universal olduğundan və yalnız az yer tələb etdiyindən mövcud biotexnoloji istehsalat qurğularına əlavə quraşdırma problemsiz həyata keçirilə bilər.
Ultrasəs reaktorlarının növləri, konstruksiyaları və tətbiqləri haqqında daha çox məlumatı burada oxuyun!
Aşağıdakı cədvəl emal ediləcək partiyanın həcmindən və ya axın sürətindən asılı olaraq ümumi cihaz tövsiyələrini göstərir. Hər cihaz haqqında daha çox məlumat almaq üçün cihaz növünə klikləyin.

Ədəbiyyat/İstinadlar

• N. Sainz Herrán, J. L. Casas López, J. A. Sánchez Pérez, Y. Chisti (2010): Influence of ultrasound amplitude and duty cycle on fungal morphology and broth rheology of Aspergillus terreus. World J Microbiol Biotechnol 2010, 26: 1409–1418.
• N. Sainz Herrán, J. L. Casas López, J. A. Sánchez Pérez, Y. Chisti (2008): Effects of ultrasound on culture of Aspergillus terreus. J Chem Technol Biotechnol 2008, 83: 593–600./li>
• C. F. Liu, W. B. Zhou (2010): Stimulating Bio-yogurt Fermentation by High Intensity Ultrasound Processing.