Biosintetička proizvodnja ljudskog mlijeka Oligosaharida

Biosinteza ljudskog mlijeka oligosacčarida (HMOs) putem fermentacije ili enmatskih reakcija je kompleksan, konzumirao i često nizak proces. Ultrasonicacija povećava masivni prijenos između podloge i fabrika ćelija stimulira rast ćelija i metabolizam. Stoga, sonicacija pojačava fermentaciju i bio-hemijski proces koji rezultira ubrzanom i efikasnijom proizvodnjom HMOs-a.

Ljudsko mlijeko Oligosaccharides

Ljudsko mlijeko oligosaccharides (HMOs), također poznato kao ljudski Gili, su molekule šećera, koje su dio oligosaccharides grupe. Istaknuti primjeri HMOs-a uključuju 2 ' fucosyllaktozu (2′-FL), lacto-N-neoteose (LNnT), 3 '-galaktosyllaktozu (broj 3)′-GL), i difucosyllaktozu (DFL).
Dok je ljudsko Majčino mlijeko sastavljeno od više od različitih 150 HMO struktura, samo 2 ′-fucosyllaktoše (2 ′-Fi) i lacto-N-neotesose (LNnT) trenutno su proizvedene na komercijalnom nivou i koriste se kao nutricioni dodatak u bebi formule.
Ljudsko mlijeko oligosaccharides (HMOs) poznato je po svom značaju u prehrani bebe. Ljudsko mlijeko oligosacharide je jedinstvena vrsta hranjivih tvari, koji djeluju kao prebiotics, anti-adhezivni antimikrobials, i imunomodulatori unutar dječije utrobe i doprinose značajno na razvoj mozga. HMOs se nalazi isključivo u ljudskom mlijeku. drugi mammalian muze (npr. krava, koza, ovca, Kamila itd.) nema ove specifične forme oligosacčarida.
Ljudsko mlijeko oligosacharide je treća najsolidna komponenta u ljudskom mlijeku, koja može biti prisutna ili u rastvorenom ili je izmučena ili obustavljena u vodu. Laktoza i masnu kiselinu su najukušniji solidi nađeni u ljudskom mlijeku. HMOs su prisutni u koncentraciji od 0.35 – 0.88 unci (9.9 – 24.9 g)/L. približno 200 strukturno različitih ljudskih mlijeka oligosacharida su poznate. Dominantni oligosaccharid u 80% od svih žena je 2′-fucosyllaktozu, koja je prisutna u ljudskom majčinjskom mlijeku, u koncentraciji približno 2,5 g/L.
Pošto nisu probavljene, ne žele da doprinesu prehrani. Pošto su neprilagoda ugljikohidrata, oni funkcioniraju kao prebiotics i selektivno su premazani poželjnim mikroflorom, posebno bifidobakterijama.

Biosinteza ljudskog mlijeka Oligosaccharides

Fabrike ćelija i enmatski/hemomatski sistemi su trenutne tehnologije koje se koriste za sintezu HMOs-a. Za proizvodnju HMO-a na industrijskoj Skali, fermentacija mikrobiološkog ćelija, bio-kemijska sinteza, te različite enmatske reakcije su izvodljivi načini za bioproizvodnju HMO. Zbog ekonomskih razloga, bio-sinteza putem mikrobijskih ćelija je trenutno jedina tehnika korištena na nivou industrijske proizvodnje HMOs-a.

Fermentiranje HMOs-a koristeći mikrobiološki ćelije

E. coli, Sacharomyces Cerevisiae i Lactococcus lactis su najčešće korištene fabrike ćelija korištene za bioproizvodnju bioloških molekula poput HMOs-a. Fermentacija je biohemijski proces koji koristi mikro-organizme da pretvori podloge u ciljane biološke molekule. Mikrobiološki fabrikama koriste jednostavne kocke šećera kao substrate, koje pretvaraju u HMOs. Od jednostavnog šećera (npr. lactoše) su obilne, jeftine substrate, ovo održava bio-sintetezni proces.
Stopa rasta i biokonverzije uglavnom su pod utjecajem masovnog prijenosa hranljivih tvari (substrate) na mikroorganizme. Stopa masovnog prijenosa je glavni faktor koji utiče na sintezu proizvoda tokom fermentacije. Ultrasonicacija je dobro poznata po promoviranju masovnog prijenosa.
Tokom fermentacije, uslovi u bioreaktoru moraju se stalno pratiti i regulirati tako da ćelije mogu rasti što je brže moguće kako bi se zatim proizveli ciljani biomolekuli (npr. oligosaharidi kao što su HMOs; insulin; rekombinantni proteini). Teoretski, formiranje proizvoda počinje čim kultura ćelija počne rasti. Međutim, posebno u genetski modificiranim ćelijama kao što su inžinjeri mikroorganizmi obično se kasnije inducira dodavanjem hemijske supstance u supstrat, što upregulira izraz ciljane biomolekule. Ultrazvučni bioreaktori (sono-bioreaktor) mogu se precizno kontrolirati i omogućiti specifičnu stimulaciju mikroba. To rezultira ubrzanom biosintezom i višim prinosima.
Ultrazvučna liza i ekstrakcija: Fermentacija kompleksnih HMO-ova može biti ograničena niskim titerima fermentacije i proizvodima koji ostaju intracellularni. Ultrazvučna liza i vađenje se koriste za oslobađanje intraćelijskog materijala prije pročišćavanja i procesa down-streama.

Ultrasonično unapređenje fermentacije

Stopa rasta mikroba kao što su Escherichia coli, inžinjeri E.coli, Saccharomyces cerevisiae i Lactococcus lactis mogu se ubrzati povećanjem stope prijenosa mase i promjenjivosti ćelijskog zida primjenom kontrolirane ultrazvuka niske frekvencije. Kao blaga, netermalna tehnika obrade, ultrasonication primjenjuje čisto mehaničke sile u fermentacijnu juhu.
Akustična kavitacija: Radni princip sonikacije je zasnovan na akustičnim kavitacijama. Ultrazvučna sonda (sonotrode) parova nisko-frekventnih ultrazvuka talasa u medij. Ultrazvučni talasi putuju kroz tečnost stvarajući naizmjenični ciklus visokog pritiska (kompresije) / niskog pritiska (rijetkog izraza). Sabijanjem i istezanjem tečnosti u naizmjeničnim ciklusima, nastaju minutni vakuum mjehurići. Ovi mali vakuum mjehurići rastu preko nekoliko ciklusa dok ne dostigne veličinu gdje ne mogu apsorbirati bilo kakvu dalju energiju. U ovom trenutku maksimalnog rasta, vakuumski mjehurić implodira nasilno i stvara lokalno ekstremne uslove, poznate kao fenomen kavitacije. U kavitacionoj "vrućoj tački" mogu se uočati difencijali visokog pritiska i temperature te intenzivne smicačke sile sa tekućim mlaznicama do 280m/sek. Ovim kavitacionim efektima postiže se temeljit prijenos mase i sonoporacija (perforacija ćelijskih zidova i ćelijskih membrana). Hranjive tvari supstrata plutaju u i u žive cijele ćelije, tako da se fabrike ćelija optimalno prehrane i ubrzaju rast kao i stope konverzije. Ultrazvučni bioreaktori su jednostavna, ali vrlo učinkovita strategija za obradu biomase u procesu biosinteze u jednom loncu.
Precizno kontrolisano, blaga sonicacija je dobro poznato za intenziviranje fermentacija procesa.
Sonicacija poboljšava "produktivnost mnogih bioprosta koje uključuju žive ćelije putem poboljšanja podloge, poboljšane proizvodnje i rasta povećanjem obima ćelija i potencijalno poboljšano puštanje dijelova ćelija." (Naveena Et Al. 2015)
Pročitajte više o ultrazvučno asistiranoj fermentaciji!

Naveena Et Al. (2015) utvrđeno je da ultrasonični intenziviranje pruža nekoliko prednosti tokom bioprocesinga, uključujući i niske operativne troškove u odnosu na druge opcije liječenja, jednostavnost operacije i skromne zahtjeve vlasti.

Visokoperformansi Ultrasonične fermentacije reaktora

Fermentirati procesi uključuju žive mikroorganizme poput bakterija ili kvasac, koji funkcioniraju kao fabrike ćelija. Dok se sonicacija primjenjuju na promoviranje masovnog prijenosa i povećanja obima i konverzije mikroorganizma, od presudne je važnosti kontrolirati ultrazvučni intenzitet kako bi izbjegli uništavanje fabrika ćelija.
"Hajelscher Ultrasonics" je specijalista za dizajn, proizvodnju i distribuiranje visokouspješnih ultrasoničara, koji mogu biti precizno kontrolisani i nadgledani kako bi se osigurao superiorni prinmenovi.

Kontrola postupka nije bitna samo za visoke i superiorne kvalitete, nego omogućava ponavljanje i reprodukciju rezultata. Posebno kad je u pitanju stimulacija fabrika ćelija, specifična Adaptacija na parametre sonicacije je od osnovne važnosti za postizanje visokih prinova i sprječavanja degradacije ćelija. Stoga, svi digitalni modeli Hielscher ultrasonatori su opremljeni inteligentnim softverom, što vam omogućava da se prilagodite, nadgledajte i obnovili parametre sonicacije. Ultrazvučni procesi procesa kao što je amplituda, temperatura, pritisak, trajanje sonicacije, obaveze na dužnosti i energetski unos su od osnovne važnosti za promociju proizvodnje HMO-a putem fermentacije.
Pametni softver Hielscher ultrasonicara snima automatski sve bitne parametre procesa na integralnom SD-kartici. Automatska snimka procesa sonicacije je temelj procesa standardizacije i reprodukacije, koji su neophodne za dobru proizvodnju prakse (GMP).

Ultrasonični rektori za fermentaciju

Hielscher nudi ultrazvučne sonde raznih veličina, dužine i geometrija, koje se mogu koristiti za seriju kao i kontinuirane tretmane protoka. Ultrazvučni reaktori, poznati i kao sono-bioreaktori, dostupni su za bilo koji volumen koji pokriva ultrazvučno bioprocesing od malih laboratorijskih uzoraka do pilota i potpuno komercijalnog nivoa proizvodnje.
Poznato je da je lokacija Ultrasonične sonotjahala u Reakcionom vozilu utjecanja na distribuciju i mikro-protoka unutar medija. Sonotjahao i ultrasonični reaktor trebali bi biti izabrani u skladu sa jačom jačine supe od ćelija. Dok se sonicacija može izvršiti u grupi, kao i u kontinuiranom načinu rada, za velike proizvodne količine se preporučuje upotreba kontinuiranog protoka instalacije. Prolazeći kroz ultrasonični protok ćelija, svi srednji u ćeliji dobijaju potpuno istu izloženost sonicaciji osiguravanju najefikasniji tretman. Široki niz Ultrasonične sonde i ćelijski reaktori omogućuju da se sakupimo idealna ultrazvučna bioprosonska postavka.

Hielscher Ultrazvuk – Iz laboratorije u proizvodnju

"Hajelscher Ultrasonics" pokriva pun spektar Ultrasonične opreme koja nudi ručno održavane Ultrasonične homogenere za uzorke pripreme za klupe i pilote sisteme kao i moćne industrijske ultrazvučne jedinice koje lako procesuira kamion na sat. Biti svestran i fleksibilan u instalaciji i rastućim opcijama, Hielscher ultrasonatori se mogu lako integrirati u razne serije, hranljive i neprekidnih protoka-kroz setups.
Različiti dodaci, kao i prilagođeni dijelovi omogućuju idealnoj adaptaciji vaše Ultrasonične instalacije na zahtjeve vašeg procesa.
Sagrađen za 24/7 operaciju pod punom teretom i teškom dužnošću u zahtevnim uslovima, Hielscher ultrazvučni procesori zahtijevaju samo niske održavanje.
Tabela u nastavku daje naznaku približan kapacitet prerade naših ultrasonicators: