Υπερήχων βιοαντιδραστήρες για ζύμωση

Υπερήχων είναι ένα αποτελεσματικό μέσο για την τόνωση των μικροοργανισμών με μηχανικές δονήσεις και σπηλαίωση. Σε έναν sonobioreactor / υπερηχητικό ζυμωτήρα, η υπερηχητική θεραπεία των κυττάρων και των ιστών γίνεται εξαιρετικά ελεγχόμενη, καθώς οι περιβαλλοντικοί παράγοντες μπορούν να προσδιοριστούν ακριβώς. Με βιοαντιδραστήρες υπερήχων, η παραγωγή ζύμωσης μπορεί να ενισχυθεί σημαντικά.

ζύμωση

Η αποτελεσματικότητα της ζύμωσης εξαρτάται από τις συνθήκες της διαδικασίας: Τα θρεπτικά συστατικά, η πυκνότητα του μέσου, η θερμοκρασία, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο / αέριο και η πίεση είναι σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη μικροβιακή δραστηριότητα. Οι μικροοργανισμοί καθώς και τα κύτταρα των θηλαστικών ευδοκιμούν μόνο υπό ορισμένες συνθήκες. Οι σωστές συνθήκες σε συνδυασμό με υπερηχητική διέγερση μπορούν να μεγιστοποιήσουν την απόδοση της ζύμωσης.

Υπερήχων διέγερση μικροοργανισμών

Η ζύμωση είναι μια μεταβολική διαδικασία που μετατρέπει τη ζάχαρη σε οξέα, αέρια ή αλκοόλ. Εμφανίζεται σε ζυμομύκητες και βακτήρια, καθώς και σε μυϊκά κύτταρα που στερούνται οξυγόνου, όπως στην περίπτωση της ζύμωσης γαλακτικού οξέος. Η ζύμωση χρησιμοποιείται επίσης ευρύτερα για να αναφερθεί στη μαζική ανάπτυξη μικροοργανισμών σε ένα μέσο ανάπτυξης, συχνά με στόχο την παραγωγή ενός συγκεκριμένου χημικού προϊόντος.
Η διαδικασία ζύμωσης διεξάγεται σε βιομηχανική κλίμακα χρησιμοποιώντας μικροοργανισμούς όπως βακτήρια και μύκητες για τη ζύμωση. Τα προϊόντα ζύμωσης χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία τροφίμων και στη γενική βιομηχανία. Χημικές ουσίες, όπως οξικό οξύ, κιτρικό οξύ και αιθανόλη παράγονται με ζύμωση. Ο ρυθμός ζύμωσης επηρεάζεται από τη συγκέντρωση μικροοργανισμών, κυττάρων, κυτταρικών συστατικών και ενζύμων, καθώς και από τη θερμοκρασία και το pH. Για την αερόβια ζύμωση, το οξυγόνο είναι επίσης βασικός παράγοντας. Σχεδόν όλα τα εμπορικά παραγόμενα ένζυμα, όπως η λιπάση, η ιμβερτάση και η πυτιά, παράγονται με ζύμωση με γενετικά τροποποιημένα μικρόβια.

• Παραγωγή βιομάζας (βιώσιμο κυτταρικό υλικό)
• Παραγωγή εξωκυτταρικών μεταβολιτών (χημικές ενώσεις)
• Παραγωγή ενδοκυτταρικών συστατικών (ένζυμα και άλλες πρωτεΐνες)
• Μετασχηματισμός υποστρώματος (στο οποίο το μετασχηματισμένο υπόστρωμα είναι το ίδιο το προϊόν)

Υπερήχηση πριν, κατά τη διάρκεια και μετά τη ζύμωση

Κατεργασία με υπερήχους, η εφαρμογή κυμάτων υπερήχων χαμηλής συχνότητας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί πριν, κατά τη διάρκεια και μετά τη ζύμωση με διάφορους τρόπους και σε διαφορετικά στάδια της διαδικασίας ζύμωσης.

Υπερήχων προ-ζύμωση θεραπεία – Βελτίωση της διαθεσιμότητας βιομάζας

1. Βελτιωμένη μεταφορά μάζας: Κατεργασία με υπερήχους ως προεπεξεργασία χρησιμοποιείται για την προώθηση της μεταφοράς μάζας και να καταστήσει το υπόστρωμα πιο διαθέσιμο στα μικρόβια. Υπερήχων ανάμειξη προωθεί τη μαζική μεταφορά των υποστρωμάτων σε, και τα προϊόντα μακριά από, τα μικροβιακά κύτταρα. Υπερήχων εντατικοποίηση της μεταφοράς μάζας μπορεί να εφαρμοστεί ως προεπεξεργασία καθώς και κατά τη διάρκεια της ζύμωσης.
2. Κυτταρική διαταραχή: Κατεργασία με υπερήχους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διαταράξει τα κυτταρικά τοιχώματα και τις μεμβράνες, ιδιαίτερα σε μικροβιακές καλλιέργειες ή καλλιέργειες ζύμης. Αυτό βοηθά στην απελευθέρωση ενδοκυτταρικών συστατικών, όπως ένζυμα ή μεταβολίτες, τα οποία μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση της ζύμωσης ή να διευκολύνουν τις κατάντη διαδικασίες.
3. Εκχύλιση ενδοκυτταρικών ενώσεων: Κατεργασία με υπερήχους μπορεί να βοηθήσει στην εκχύλιση των ενδοκυτταρικών ενώσεων από βιολογικά υλικά πριν από τη ζύμωση. Αυτό περιλαμβάνει την εκχύλιση ενζύμων, πρωτεϊνών, νουκλεϊνικών οξέων ή άλλων ενώσεων-στόχων από κύτταρα, ιστούς ή φυτικά υλικά για μεταγενέστερη χρήση σε διεργασίες ζύμωσης.

Για παράδειγμα, υπερήχων προεπεξεργασία του φλοιού ρυζιού χρησιμοποιήθηκε για την ενίσχυση της ενζυματικής υδρόλυσης για την παραγωγή ξυλοολιγοσακχαριτών από Aspergillus japonicus (var. japonicus CY6-1). Με υπερήχους, η παραγωγή κυτταρολυτικών και ξυλολυτικών ενζύμων από το κύτος ρυζιού ενισχύθηκε σημαντικά. Η απόδοση ημικυτταρίνης αυξήθηκε σε 1,4 φορές υπό υπερήχους και ο χρόνος παραγωγής μειώθηκε σημαντικά από 24 ώρες σε 1,5 ώρες στους 80ºC – με περαιτέρω δυνατότητες βελτιστοποίησης της διαδικασίας. Η βιομάζα με υπερήχους είναι πολύ πιο εύκολη μετατρέψιμη για τους μύκητες, έτσι ώστε η σταθερότητα της ενζυμικής δραστηριότητας να επεκτείνεται και η δραστηριότητα της CMCase, της β-γλυκοσιδάσης και της ξυλανάσης να αυξάνεται σε σύγκριση με το μη υπερηχητικό φλοιό ρυζιού. Τα τελικά ζυμωτικά προϊόντα ήταν ξυλοτετραόζη, ξυλοεξαόζη και ξυλολιγοσακχαρίτες υψηλότερου μοριακού βάρους. Η απόδοση ξυλοεξαόζης από το κύτος ρυζιού με υπερήχους ήταν 80% υψηλότερη.

Υπερήχων υποβοηθούμενη ζύμωση – Διέγερση μικροβίων

• Ανάμιξη και ομογενοποίηση: Κατεργασία με υπερήχους μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως τεχνική ανάμιξης κατά τη διάρκεια της ζύμωσης. Η εφαρμογή κυμάτων υπερήχων βοηθά στη δημιουργία μικροροής και προάγει την ομοιογένεια, εξασφαλίζοντας ομοιόμορφη κατανομή θρεπτικών ουσιών, αερίων και μικροοργανισμών μέσα στο δοχείο ζύμωσης.
• Ενίσχυση της μαζικής μεταφοράς: Σχετικά με τη βελτιωμένη ανάμειξη και ομογενοποίηση είναι οι υπερηχητικά βελτιωμένοι ρυθμοί μεταφοράς μάζας κατά τη διάρκεια της ζύμωσης. Υπερήχων ταλάντωση και σπηλαίωση δημιουργούν τοπικές αναταράξεις και ενισχύουν τη διάχυση των υποστρωμάτων, αέρια, και θρεπτικά συστατικά στο ζωμό ζύμωσης. Αυτό μπορεί να βελτιώσει τη συνολική αποτελεσματικότητα και παραγωγικότητα της διαδικασίας ζύμωσης.
• Βελτίωση της κυτταρικής βιωσιμότητας και της μεταβολικής δραστηριότητας: Κατεργασία με υπερήχους μπορεί να εφαρμοστεί σε μικροβιακές καλλιέργειες κατά τη διάρκεια της ζύμωσης για την ενίσχυση της βιωσιμότητας των κυττάρων και της μεταβολικής δραστηριότητας. Ήπια υπερήχηση μπορεί να τονώσει ορισμένους μικροοργανισμούς, προώθηση της ανάπτυξης, παραγωγή βιομάζας, και τη σύνθεση των επιθυμητών μεταβολιτών ή προϊόντων ζύμωσης.

Ακριβώς ελεγχόμενη και επαναλαμβανόμενη υπερήχηση βοηθά στη βελτίωση της παραγωγικότητας διαφόρων διαδικασιών ζύμωσης χωρίς να καταστρέφει τα κύτταρα. Η ένταση υπερήχων μπορεί να προσαρμοστεί ακριβώς στο συγκεκριμένο κυτταρικό είδος και τις απαιτήσεις του. Με ελεγχόμενη υπερήχηση, η κυτταρική ανάπτυξη και ο μεταβολισμός επηρεάζονται θετικά και οι μετατροπές που καταλύονται από ζωντανά κύτταρα βελτιώνονται σημαντικά, π.χ. διεγείροντας τα Bifidobacteria στο γάλα.
Για ορισμένες διαδικασίες ζύμωσης με γνώμονα τους μύκητες, κατεργασία με υπερήχους χρησιμοποιείται με επιτυχία για την τροποποίηση της μορφολογίας ανάπτυξης και της ρεολογίας του ζωμού χωρίς να επηρεάζεται ο ρυθμός ανάπτυξης και η απόδοση των νηματωδών μυκήτων.

Υπερήχων μετά τη ζύμωση θεραπεία

• Συλλογή και διαχωρισμός κυττάρων: Κατεργασία με υπερήχους μπορεί να βοηθήσει στη συγκομιδή κυττάρων και διαχωρισμό μετά τη ζύμωση. Μπορεί να βοηθήσει στη διάσπαση κυτταρικών συσσωματωμάτων, κροκιδωτικών, ή βιοφίλμ, διευκολύνοντας την απελευθέρωση των κυττάρων από το ζωμό ζύμωσης. Αυτό απλοποιεί τις μεταγενέστερες κατάντη διαδικασίες, όπως η ανάκτηση κυττάρων ή ο καθαρισμός προϊόντων.
• Εκχύλιση ενδοκυτταρικών προϊόντων: Μετά τη ζύμωση, υπερήχηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξαγωγή ενδοκυτταρικών προϊόντων, όπως ένζυμα, πρωτεΐνες, ή δευτερογενείς μεταβολίτες, από μικροβιακή ή κυτταρική βιομάζα. Αυτή η διαδικασία εκχύλισης βοηθά στην ανάκτηση πολύτιμων ενώσεων και βελτιώνει τη συνολική απόδοση της διαδικασίας ζύμωσης.
• Κυτταρική αποσύνθεση για αναλυτικούς σκοπούς: Κατεργασία με υπερήχους μπορεί να εφαρμοστεί για να διαταράξει τα κύτταρα ή μικροβιακά δείγματα μετά τη ζύμωση, ιδιαίτερα για αναλυτικούς σκοπούς. Βοηθά στην κυτταρική λύση και την απελευθέρωση ενδοκυτταρικού περιεχομένου, διευκολύνοντας την ανάλυση κυτταρικών συστατικών ή την εκτέλεση κατάντη προσδιορισμών.

Για την παραγωγή ενδοκυτταρικών συστατικών όπως μικροβιακά ένζυμα (π.χ. καταλάση, αμυλάση, πρωτεάση, πηκτινάση, ισομεράση γλυκόζης, κυτταρινάση, ημικυτταρινάση, λιπάση, λακτάση, στρεπτοκινάση) και ανασυνδυασμένων πρωτεϊνών (π.χ. ινσουλίνη, εμβόλιο ηπατίτιδας Β, ιντερφερόνη, παράγοντας διέγερσης αποικιών κοκκιοκυττάρων, στρεπτοκινάση), τα κύτταρα πρέπει να λυθούν / διαταραχθούν μετά τη διαδικασία ζύμωσης για να απελευθερωθούν οι επιθυμητές πρωτεΐνες. Με υπερήχους, διευκολύνεται η εκχύλιση των ενδοκυτταρικών και εξωκυτταρικών συμπλόκων πολυσακχαρίτη-πρωτεϊνών από τον ιξώδη ζωμό μυκηλιακής ζύμωσης. Εκτός από την εξαιρετική απόδοση εκχύλισης και την αποτελεσματικότητά της, κατεργασία με υπερήχους είναι καθιερωμένη και αξιόπιστη για την κυτταρική λύση και την εκχύλιση ενδοκυτταρικής ύλης.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε mor σχετικά με υπερήχων λύση και εκχύλιση!

Υπερήχων βιοαντιδραστήρες για βελτιωμένες διαδικασίες ζύμωσης

Hielscher Υπέρηχοι είναι μακροχρόνια εμπειρία με υπερήχων διεγερθεί βιο-διεργασίες όπως η διέγερση των κυττάρων, ζύμωση, κυτταρική διαταραχή και εκχύλιση. Προσφέρουμε διάφορους τυπικούς υπερηχητικούς αντιδραστήρες διαφορετικών μεγεθών και γεωμετριών για υπερήχους σε λειτουργία παρτίδας και ροής. Εναλλακτικά, προσφέρουμε εξατομικευμένες λύσεις για την ενσωμάτωση στον υπάρχοντα βιοαντιδραστήρα σας. Δεδομένου ότι οι επεξεργαστές υπερήχων μας είναι πολύ ευέλικτοι και απαιτούν μόνο μικρό χώρο, η μετασκευή σε υπάρχουσες βιοτεχνολογικές εγκαταστάσεις μπορεί να πραγματοποιηθεί χωρίς προβλήματα.
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με τους τύπους, τα σχέδια και τις εφαρμογές των αντιδραστήρων υπερήχων εδώ!
Ο παρακάτω πίνακας υποδεικνύει γενικές συστάσεις συσκευών ανάλογα με τον όγκο παρτίδας ή τον ρυθμό ροής προς επεξεργασία. Κάντε κλικ στον τύπο συσκευής για να λάβετε περισσότερες πληροφορίες για κάθε συσκευή.

Βιβλιογραφία/Αναφορές