Ултразвуково производство на високопречистени шизофиланови бета-глюкани

Schizophyallan е гъбичен β-глюкан с имуномодулиращи свойства. За силно активни лекарствени ефекти, шизофилан трябва да има ниско молекулно тегло, за да покаже подобрена бионаличност. Доказано е, че ултразвукът намалява молекулното тегло на шизофилана. Като надежден и ефикасен метод, ултразвукът може лесно да се приложи за производството на шизофилан с ниско молекулно тегло.

Гъби Schizophyllum и ултразвукова екстракция на бета-глюкан

Видовете от гъбата Schizophyllum растат в природата на гниещи дървета след дъждовни сезони. Плодовите тела се събират през следващия сух сезон. Видовете Schizophyllum са богати на биохимични съединения като глюкани и затова се консумират особено в тропическите страни като храна и лекарства. Поради своите имуномодулиращи, противогъбични, противонеопластични и антивирусни свойства, Schizophyllum commune, известна още като Splitgill гъба, привлича биотехнологични и фармацевтични компании.
Полизахаридният шизофилан, известен още като сизофиран, сонифилан или сизофилан, е основният β-глюкан, открит в гъбите Schizophyllum, който предлага високоефективния биоактивен β-глюкан шизофилан.
Гъбите Schizophyllum commune растат в природата по дърветата, мицелиумът може да се култивира и във ферментационен бульон. За фармацевтични и козметични приложения шизофилан с ниско молекулно тегло е много по-ефикасен от високомолекулния шизофилан. Това се дължи на факта, че шизофилан с ниско молекулно тегло показва значително по-добра бионаличност и скорост на абсорбция. Освен това, високомолекулният шизофилан често е проблематичен в приложенията, тъй като води до висок вискозитет на водните му разтвори.
Ултразвуковото намаляване на размера е високоефективна и надеждна техника за намаляване на молекулното тегло на шизофилана, като по този начин се повишава качеството на молекулата β-глюкан.

Протокол за производство на шизофилан с ниско молекулно тегло

Тъй като шизофилан с молекулно тегло демонстрира драстично по-добра бионаличност и свойства на приложение, изследователският екип на Smirnou изследва ултразвук за разцепване и намаляване на размера на β-глюкановата молекула шизофилан.

Ултразвук на шизофилан

β-1.3(1.6)-Glucan schizophyllan (SPG) е получен чрез потопено култивиране на гъбички S. commune в биореактор, като се използва захароза като субстрат.
След края на култивирането културният бульон се разрежда с деминерализирана вода до концентрация на шизофилан 2 g/L и се ултразвуков с ултразвуков процесор UIP2000hdT (Hielscher Ultrasonics GmbH, Германия) в режим на рециклиране при следните параметри и условия: среден дебит 50 ml/s, честота 20 kHz, мощност 2000 W, сонотрод тип BS2d22, бустер тип B2-1.4 и амплитуда 100%. Температурата на културния бульон в началото на ултразвука е 25°C. Ултразвуковият бульон за култура (специфична входяща енергия 100 Ws/mL) е филтриран през дълбочинен филтър Seitz HS800 под налягане 1,5 бара при 40°C. Ултразвуковият шизофилан (uSPG) за химично характеризиране се утаява от филтрата с тройно количество изопропилов алкохол при лабораторна температура и се изсушава при 60°C в продължение на 12 часа разтвори на uSPG за имунологични изследвания, както следва: (1) ултразвуковият филтрат от културален бульон се диафилтрира през 0,1 m2 PEACH касета от серия Pall Centrramate T (100 kDa прекъсване) при 0,8 бара и диафилтрацията продължава, докато проводимостта на ретентата стане 20 μS/cm; (2) разтворът се концентрира чрез диафилтрация до концентрация на uSPG 1 g/L и се стерилизира чрез автоклавиране при 120°C/20 min. Денатурираният uSPG се приготвя по подобен начин, с изключение на това, че NaOH се добавя към филтрата на културния бульон в концентрация 0,2 M и алкализираният разтвор се инкубира в продължение на 30 минути при лабораторна температура преди диафилтрация.

Аналитични методи

Добивът на мицел се оценява гравиметрично: култивативният бульон се разрежда с вода 1:4, центрофугира се 10000 × g при 25°C в продължение на 20 минути, утайката се измива с тройно количество вода, изсушава се при 60°C и се претегля. Шизофилан се утаява от супернатант с тройно количество изопропилов алкохол, изсушава се при 60°C в продължение на 24 часа и добивът му се определя гравиметрично. pO2 в културния бульон е измерен с оптична сонда Hamilton-Visiferm DO 120 (Хамилтън, Швейцария).
Динамичният вискозитет на бульона за култури е измерен на HAAKE Visco Tester 6L със шпиндели 1L и 2L при 4°C и скорост на въртене 30 об / мин. Скоростта на филтриране е изчислена от времето за филтриране на 500 ml културен бульон до 200 × 200 mm Seitz HS800 (Pall, САЩ) при налягане 1,5 бара и 40°C.
Молекулното тегло на uSPG е измерено чрез SEC-MALLS на HPLC система Alliance (Waters) със серийно свързани колони PL aquagel OH60 и PL aquagel OH40, а детекторът miniDAWN TREOS (Wyatt) е концентриран чрез диафилтрация до концентрация на uSPG 1 g/L и стерилизиран чрез автоклавиране при 120°C/20 min. Денатурираният uSPG се приготвя по подобен начин, с изключение на това, че NaOH се добавя към филтрата на културния бульон в концентрация 0,2 M и алкализираният разтвор се инкубира в продължение на 30 минути при лабораторна температура преди диафилтрация.

AFM изображение (отгоре) и топографски профил (отдолу) на нативен ултразвуков шизофилан. Измерване в полуконтактен режим с разделителна способност 512 × 512 pxs2. Условия: златно покритие, пружинна константа 15,3 N/m, ъгъл на конуса на върха <22°.r/>(picture and study: ©Smirnou et al., 2017)

 
Намален вискозитет: Ултразвукът води до значително намаляване на вискозитета на културалния бульон. По време на ултразвука вискозитетът на култивативния бульон се променя нелинейно: намаляването на вискозитета е бързо в началото на ултразвука, но по-късно се забавя. Специфична консумация на енергия от 100 Ws/ml е достатъчна за намаляване на вискозитета на културния бульон почти 7 пъти.

Ултразвук на бульон за култура S.commune, получен чрез култивиране на гъби в биореактор за 144 часа. Ефект на периода на ултразвук (изразен като специфична входяща енергия в Ws/ml) върху скоростта на дълбочината на филтрация на култивативния бульон (черна колона) и концентрацията на шизофилан (SPG) във филтрата (сива колона). Условия на ултразвук: Ултразвуков процесор UIP2000hd (20 kHz, 2000W), сонотроде BS2d22, бустер B2-1.4, амплитуда 100%, дебит 50 ml/s.
(снимка и проучване: ©Smirnou et al., 2017)

Подобрена филтрация: Обработеният с ултразвук културен бульон преминава през филтъра по-бързо от необработения културен бульон (специфична входяща енергия 0 Ws/ml) с високомолекулен SPG. Освен това, ултразвукът значително намалява загубата на продукт по време на филтриране. Филтратът на необработен култивен бульон с високомолекулен SPG (специфична входяща енергия 0 Ws/ml) съдържа 0,3 ± 0,07 g/L SPG, докато концентрацията на SPG преди дълбочинната филтрация е 2 g/L. За разлика от това, филтратът на ултразвукова култура със съотношение 100 Ws/ml съдържа SPG в концентрация 2,2 ± 0,2 g/L, което съответства на почти нулева загуба на продукт.

Ултразвук на бульон за култура S.commune, получен чрез култивиране на гъби в биореактор за 144 часа. Ефект на периода на ултразвук (изразен като специфична входяща енергия в Ws/ml) върху скоростта на дълбочината на филтрация на култивативния бульон (черна колона) и концентрацията на шизофилан (SPG) във филтрата (сива колона). Условия на ултразвук: Ултразвуков процесор UIP2000hd (20 kHz, 2000W), сонотроде BS2d22, бустер B2-1.4, амплитуда 100%, дебит 50 ml/s.
(снимка и проучване: ©Smirnou et al., 2017)

 
Прочетете повече за простото увеличаване на добива на гъби!
 

Високопроизводително ултразвуково оборудване за обработка на гъбични глюкани

Раздробяването на полизахариди като глюкани, както и други биоактивни съединения като хитин и хитозан може да бъде надеждно обработено с високоефективно ултразвуково оборудване на Hielscher. Нашите ултразвукови апарати могат да осигурят високи амплитуди, предлагат прецизно управление върху параметрите на процеса и могат да работят 24/7 при голямо натоварване и в взискателни среди. Гамата оборудване на Hielscher Ultrasonics отговаря надеждно на тези изисквания. Освен изключителните ултразвукови характеристики, ултразвуковите апарати Hielscher могат да се похвалят с висока енергийна ефективност, което е значително икономическо предимство – особено когато се използва в търговско мащабно производство.
Ултразвуковите апарати Hielscher са високопроизводителни системи, които могат да бъдат оборудвани с аксесоари като сонотроди, бустери, реактори или поточни клетки, за да отговарят оптимално на вашите нужди на процеса. С цифров цветен дисплей се осигурява възможност за предварително задаване на ултразвук, автоматичен запис на данни на интегрирана SD карта, дистанционно управление на браузъра и много други функции, най-висок контрол на процеса и удобство за потребителя. Съчетани с здравина и голяма носеща способност, ултразвуковите системи Hielscher са вашият надежден работен кон в производството. Намаляването на молекулното тегло на β-глюкани като шизофилан изисква мощен ултразвук за получаване на целенасочено разцепване и краен шизофилан продукт с високо качество, който може да се използва за фармацевтични приложения.
 
Намерете повече информация за ултразвуковата екстракция на бета-глюкан от гъби, включително инструкции стъпка по стъпка тук!
 
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати: