Υπερήχων παραγωγή υψηλής καθαρότητας σχιζοφυλλάνη βήτα-γλυκάνες

Η σχιζοφυαλάνη είναι μια μυκητιακή β-γλυκάνη με ανοσορυθμιστικές ιδιότητες. Για εξαιρετικά δραστικές φαρμακευτικές επιδράσεις, η σχιζοφυλλάνη πρέπει να έχει χαμηλό μοριακό βάρος προκειμένου να παρουσιάσει βελτιωμένη βιοδιαθεσιμότητα. Υπερήχους έχει αποδειχθεί ότι μειώνει το μοριακό βάρος της σχιζοφυλλάνης. Ως αξιόπιστη και αποτελεσματική μέθοδος, υπερήχηση μπορεί εύκολα να εφαρμοστεί για την παραγωγή σχιζοφυλλάνης χαμηλού μοριακού βάρους.

Schizophyllum μανιτάρια και υπερήχων βήτα-γλυκάνη εκχύλιση

Τα είδη του μανιταριού Schizophyllum αναπτύσσονται στη φύση σε αποσυντιθέμενα δέντρα μετά από περιόδους βροχών. Τα σώματα φρούτων συλλέγονται κατά την επόμενη ξηρή περίοδο. Τα είδη σχιζόφυλλου είναι πλούσια σε βιοχημικές ενώσεις όπως οι γλυκάνες και ως εκ τούτου καταναλώνονται ειδικά στις τροπικές χώρες ως τρόφιμα και φάρμακα. Λόγω των ανοσορρυθμιστικών, αντιμυκητιασικών, αντινεοπλασματικών και αντιικών ιδιοτήτων του, η κοινότητα Schizophyllum, γνωστή και ως μανιτάρι Splitgill, έχει προσελκύσει βιοτεχνολογικές και φαρμακευτικές εταιρείες.
Ο πολυσακχαρίτης σχιζοφυλλάνη, επίσης γνωστός ως sizofiran, sonifilan, ή sizofilan, είναι η κύρια β-γλυκάνη που βρίσκεται στα μανιτάρια Schizophyllum, τα οποία προσφέρουν την εξαιρετικά αποτελεσματική βιοδραστική σχιζοφυλλάνη β-γλυκάνης.
Τα μανιτάρια Schizophyllum commune αναπτύσσονται στη φύση σε δέντρα, το μυκήλιο μπορεί επίσης να καλλιεργηθεί σε ζωμό ζύμωσης. Για φαρμακευτικές και καλλυντικές εφαρμογές, η σχιζοφυλλάνη χαμηλού μοριακού βάρους είναι πολύ πιο αποτελεσματική από τη σχιζοφυλλάνη υψηλού μοριακού βάρους. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η σχιζοφυλλάνη χαμηλού μοριακού βάρους παρουσιάζει σημαντικά καλύτερη βιοδιαθεσιμότητα και ποσοστά απορρόφησης. Επιπλέον, η σχιζοφυλλάνη υψηλού μοριακού βάρους είναι συχνά προβληματική στις εφαρμογές, καθώς έχει ως αποτέλεσμα υψηλό ιξώδες των υδατικών διαλυμάτων της.
Η μείωση μεγέθους υπερήχων είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική και αξιόπιστη τεχνική για τη μείωση του μοριακού βάρους της σχιζοφυλλάνης, αυξάνοντας έτσι την ποιότητα του μορίου β-γλυκάνης.

Πρωτόκολλο για την παραγωγή σχιζοφυλλάνης χαμηλού μοριακού βάρους

Δεδομένου ότι η σχιζοφυλλάνη μοριακού βάρους επιδεικνύει δραστικά καλύτερη βιοδιαθεσιμότητα και ιδιότητες εφαρμογής, η ερευνητική ομάδα του Smirnou διερεύνησε την υπερήχους για διάσπαση και μείωση μεγέθους του μορίου σχιζοφυλλάνης β-γλυκάνης.

Υπερήχους σχιζοφυλλάνης

Η σχιζοφυλλάνη β-1.3(1.6)-γλυκάνης (SPG) παρήχθη με βυθισμένη καλλιέργεια του μύκητα της κοινότητας S. σε βιοαντιδραστήρα χρησιμοποιώντας σακχαρόζη ως υπόστρωμα.
Μετά το τέλος της καλλιέργειας, ο ζωμός καλλιέργειας αραιώθηκε με απιονισμένο νερό σε συγκέντρωση σχιζοφύλλης 2 g / L και υπερήχων με το υπερήχων επεξεργαστή UIP2000hdT (Hielscher Ultrasonics GmbH, Γερμανία) σε λειτουργία ανακύκλωσης στις ακόλουθες παραμέτρους και συνθήκες: μέση ροή 50 ml / s, συχνότητα 20 kHz, έξοδος 2000 W, τύπος sonotrode BS2d22, αναμνηστικός τύπος B2-1.4 και πλάτος 100%. Η θερμοκρασία του ζωμού καλλιέργειας στην αρχή της υπερήχησης ήταν 25 ° C. Ο ζωμός καλλιέργειας με υπερήχους (ειδική εισροή ενέργειας 100 Ws / mL) φιλτράρεται μέσω φίλτρου βάθους Seitz HS800 υπό πίεση 1.5 bar στους 40 ° C. Η σχιζοφυλλάνη με υπερήχους (uSPG) για χημικό χαρακτηρισμό κατακρημνίστηκε από το διήθημα με τριπλή ποσότητα ισοπροπυλικής αλκοόλης σε εργαστηριακή θερμοκρασία και ξηράνθηκε στους 60 ° C για διαλύματα uSPG 12 ωρών για ανοσολογικές μελέτες παρασκευάστηκαν ως εξής: (1) το διήθημα ζωμού καλλιέργειας με υπερήχους διηθήθηκε μέσω κασέτας PES σειράς 0,1m2 Pall Centramate T (αποκοπή 100 kDa) στα 0,8 bar και η διήθηση συνεχίστηκε έως ότου η αγωγιμότητα συγκράτησης ήταν 20 μS / cm. (2) το διάλυμα συμπυκνώθηκε με διήθηση σε συγκέντρωση uSPG 1 g/L και αποστειρώθηκε με αυτόκλειστο στους 120°C/20 min. Μετουσιωμένο uSPG παρασκευάστηκε με παρόμοιο τρόπο, εκτός από το ότι το NaOH προστέθηκε στο διήθημα ζωμού καλλιέργειας σε συγκέντρωση 0,2 M και το αλκαλικό διάλυμα επωάστηκε για 30 λεπτά σε εργαστηριακή θερμοκρασία πριν από τη διήθηση.

Αναλυτικές μέθοδοι

Η απόδοση μυκηλίου υπολογίστηκε σταθμικά: ο ζωμός καλλιέργειας αραιώθηκε με νερό 1:4, φυγοκεντρήθηκε 10000 × g στους 25°C για 20 λεπτά, το ίζημα πλύθηκε με τριπλή ποσότητα νερού, ξηράνθηκε στους 60°C και ζυγίστηκε. Η σχιζοφυλλάνη καταβυθίστηκε από υπερκείμενο υγρό με τριπλή ποσότητα ισοπροπυλικής αλκοόλης, ξηράνθηκε στους 60°C για 24 ώρες και η απόδοσή της προσδιορίστηκε σταθμικά. Το pO2 στο ζωμό καλλιέργειας μετρήθηκε με οπτικό καθετήρα Hamilton-Visiferm DO 120 (Hamilton, Ελβετία).
Το δυναμικό ιξώδες του ζωμού καλλιέργειας μετρήθηκε στο HAAKE Visco Tester 6L με άξονες 1L και 2L στους 4°C και ταχύτητα περιστροφής 30 rpm. Η ταχύτητα φιλτραρίσματος υπολογίστηκε από το χρόνο φιλτραρίσματος ζωμού καλλιέργειας 500 mL έως το φίλτρο βάθους Seitz HS800 200 × 200 mm (Pall, ΗΠΑ) σε πίεση 1,5 bar και 40°C.
Το μοριακό βάρος uSPG μετρήθηκε από την SEC-MALLS στο σύστημα HPLC Alliance (Waters) με στήλες PL aquagel OH60 και PL aquagel OH40 και ο ανιχνευτής miniDAWN TREOS (Wyatt) συμπυκνώθηκε με διήθηση σε συγκέντρωση uSPG 1 g / L και αποστειρώθηκε με αυτόκλειστο στους 120 ° C / 20 λεπτά. Μετουσιωμένο uSPG παρασκευάστηκε με παρόμοιο τρόπο, εκτός από το ότι το NaOH προστέθηκε στο διήθημα ζωμού καλλιέργειας σε συγκέντρωση 0,2 M και το αλκαλικό διάλυμα επωάστηκε για 30 λεπτά σε εργαστηριακή θερμοκρασία πριν από τη διήθηση.

Αποτελέσματα:
Η θεραπεία με υπερήχους εφαρμόστηκε απευθείας στο ζωμό καλλιέργειας S. commune 144-h με μυκήλιο για να διευκολυνθεί η επεξεργασία SPG κατάντη.
 
Χαρακτηριστικά της σχιζοφυλλάνης με υπερήχους: Υπερήχων σχιζοφυλλάνη (uSPG) κατακρημνίστηκε από διήθηση ζωμού καλλιέργειας με αλκοόλη και χαρακτηρίστηκε. Η SEC-MALLS εκτίμησε ότι το Mw του uSPG είναι περίπου 1 MDa. Το μέσο μοριακό βάρος της σχιζοφυλλάνης από την υγρή ζύμωση είναι περίπου 5 MDa, ενώ στην καλλιέργεια στερεάς κατάστασης μπορεί να φτάσει μέχρι και τα 10 MDa. Συγκρίνοντας το μοριακό βάρος της σχιζοφυλλάνης με υπερήχους με τα μοριακά βάρη της εγγενούς σχιζοφυλλάνης χωρίς θεραπεία, μπορεί να παρατηρηθεί 5 έως 10 φορές μειωμένο μοριακό βάρος λόγω υπερήχων.
Ο υπερηχητικός πολυσακχαρίτης uSPG περιείχε πρωτεΐνη 0,7% w / w και 1,0% w / w υπόλειμμα μετά την ανάφλεξη. Το υδρολύμα uSPG αποτελούνταν από γλυκόζη με περισσότερο από 99%. Τα αναλυτικά αποτελέσματα δείχνουν ότι η υπερήχηση διασπά τυχαία τη ραχοκοκαλιά β-γλυκάνης και οι πλευρικοί κλάδοι παραμένουν άθικτοι, μειώνοντας έτσι το μέγεθος και το μοριακό βάρος της σχιζοφυλλάνης. Ανοσολογικές μελέτες σχετικά με ουσιαστικά πρωτεΐνες- και ενδοτοξίνη ελεύθερη uSPG έδειξε, ότι υπερήχων low-Mw σχιζοφυλλάνη έχει έντονη ανοσορυθμιστική δραστηριότητα.

 
Μειωμένο ιξώδες: Υπερήχους οδήγησε σε σημαντική μείωση του ιξώδους ζωμού καλλιέργειας. Κατά τη διάρκεια της υπερήχων, το ιξώδες του ζωμού καλλιέργειας άλλαξε μη γραμμικά: η μείωση του ιξώδους ήταν ταχεία στην αρχή της υπερήχων, αλλά αργότερα επιβραδύνθηκε. Ειδική εισροή ενέργειας 100 Ws/mL ήταν αρκετή για να μειώσει το ιξώδες του ζωμού καλλιέργειας σχεδόν 7 φορές.

Βελτιωμένη διήθηση: Ο επεξεργασμένος με υπερήχους ζωμός καλλιέργειας ρέει μέσω του φίλτρου ταχύτερα από τον μη επεξεργασμένο ζωμό καλλιέργειας (ειδική εισροή ενέργειας 0 Ws / mL) με υψηλό μοριακό SPG. Εκτός, υπερήχους μείωσε σημαντικά την απώλεια προϊόντος κατά τη διάρκεια της διήθησης. Το διήθημα του μη επεξεργασμένου ζωμού καλλιέργειας με υψηλό μοριακό SPG (ειδική ενεργειακή είσοδος 0 Ws/mL) περιείχε 0,3 ± 0,07 g/L SPG, ενώ η συγκέντρωση SPG πριν από τη διήθηση βάθους ήταν 2 g/L. Αντίθετα, το διήθημα των 100 Ws / mL υπερήχων καλλιέργεια και οι δύο περιείχαν SPG σε συγκέντρωση 2.2 ± 0.2 g / L, η οποία αντιστοιχεί σε σχεδόν μηδενική απώλεια προϊόντος.

Συμπέρασμα: Στο συμπέρασμά τους, η ερευνητική ομάδα επαναλαμβάνει ότι η επεξεργασία υπερήχων είναι μια αποτελεσματική τεχνολογία για την κατασκευή σχιζοφυλλάνης χαμηλού μοριακού βάρους, η οποία μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί στα καλλυντικά και την ιατρική. Υπερήχους, όταν εφαρμόζεται σε πλήρη ζωμό καλλιέργειας με μυκήλιο, φέρνει ορισμένα πλεονεκτήματα στην παραγωγή σχιζοφυλλάνης. Μειώνει τις απώλειες προϊόντων κατά την κατάντη επεξεργασία και καθιστά δυνατή την παραγωγή πολυσακχαρίτη υψηλής καθαρότητας λόγω της αποτελεσματικής χρήσης υπερδιήθησης.
Επιπλέον, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η υπερηχητική επεξεργασία της σχιζοφυλλάνης είναι εύκολα κλιμακούμενη. Μία μονάδα του πιλοτικού φυτού υπερήχων αποσυνθέτη UIP2000hdT επεξεργάστηκε 1 λίτρο ζωμού καλλιέργειας σε 110 s σε λειτουργία ροής. Η παραγωγικότητα του συστήματος μπορεί εύκολα να αυξηθεί με διαδοχική σύνδεση πρόσθετων μονάδων υπερήχων.

 
Διαβάστε περισσότερα για την απλή κλιμάκωση της εκχύλισης μανιταριών!
 

Εξοπλισμός υπερήχων υψηλής απόδοσης για την επεξεργασία μυκητιασικής γλυκάνης

Ο κατακερματισμός των πολυσακχαριτών όπως οι γλυκάνες καθώς και άλλες βιοδραστικές ενώσεις όπως η χιτίνη και η χιτοζάνη μπορεί να είναι αξιόπιστα διεργασίες με Hielscher υψηλής απόδοσης υπερηχητικό εξοπλισμό. Οι υπερήχων μας μπορούν να παραδώσουν υψηλά πλάτη, προσφέρουν ακριβή δυνατότητα ελέγχου των παραμέτρων της διαδικασίας και μπορούν να λειτουργήσουν 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα υπό βαρύ φορτίο και σε απαιτητικά περιβάλλοντα. Hielscher υπερήχων σειρά εξοπλισμού πληροί αυτές τις απαιτήσεις αξιόπιστα. Εκτός από την εξαιρετική απόδοση υπερήχων, Hielscher υπερήχων διαθέτουν υψηλή ενεργειακή απόδοση, η οποία είναι ένα σημαντικό οικονομικό πλεονέκτημα – ειδικά όταν απασχολούνται σε εμπορική παραγωγή μεγάλης κλίμακας.
Hielscher υπερήχων είναι συστήματα υψηλής απόδοσης που μπορούν να εξοπλιστούν με αξεσουάρ όπως sonotrodes, ενισχυτές, αντιδραστήρες ή κύτταρα ροής, προκειμένου να ταιριάζει με τις ανάγκες της διαδικασίας σας με τον βέλτιστο τρόπο. Με ψηφιακή έγχρωμη οθόνη, εξασφαλίζεται η επιλογή προκαθορισμένων εκτελέσεων υπερήχων, αυτόματη καταγραφή δεδομένων σε ενσωματωμένη κάρτα SD, απομακρυσμένος έλεγχος προγράμματος περιήγησης και πολλά άλλα χαρακτηριστικά, υψηλότερος έλεγχος διαδικασίας και φιλικότητα προς το χρήστη. Σε συνδυασμό με την ευρωστία και τη βαριά φέρουσα ικανότητα, Hielscher υπερήχων συστήματα είναι αξιόπιστο άλογο εργασίας σας στην παραγωγή. Η μείωση του μοριακού βάρους των β-γλυκανών όπως η σχιζοφυλλάνη απαιτεί ισχυρό υπερηχογράφημα για να επιτευχθεί η στοχευμένη διάσπαση και ένα τελικό προϊόν σχιζοφυλλάνης υψηλής ποιότητας, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για φαρμακευτικές εφαρμογές.
 
Βρείτε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την εκχύλιση υπερήχων βήτα-γλυκάνης από μανιτάρια, συμπεριλαμβανομένων των οδηγιών βήμα προς βήμα εδώ!
 
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας: