Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Ultrasónica biorreactores para la fermentación

  • Ultrasonidos es un medio eficaz para estimular microorganismos por las vibraciones mecánicas y la cavitación.
  • En un fermentador de sonobioreactor / ultrasónica, el tratamiento con ultrasonidos de las células y el tejido se vuelve altamente controlable ya que los factores ambientales pueden ser determinadas con exactitud.
  • Con biorreactores ultrasónicas, la salida de fermentación puede mejorarse de manera significativa.

Fermentación

La eficiencia de la fermentación depende de las condiciones del proceso: Nutrientes, la densidad de la, temperatura, contenido de gas medio de oxígeno / y la presión son factores importantes que influyen en la actividad microbiana. Microorganismos, así como células de mamíferos prosperan sólo bajo ciertas condiciones. Las condiciones adecuadas combinados con la estimulación ultrasónica pueden maximizar el rendimiento de la fermentación.

La estimulación ultrasónica de Microorganismos

La fermentación es un proceso metabólico que convierte el azúcar a los ácidos, gases o alcohol. Se produce en levaduras y bacterias, y también en las células del músculo privadas de oxígeno, como en el caso de la fermentación del ácido láctico. La fermentación también se utiliza más ampliamente para referirse al crecimiento mayor de microorganismos en un medio de crecimiento, a menudo con el objetivo de producir un producto químico específico.
El proceso de fermentación se llevan a cabo a escala industrial usando microorganismos tales como bacterias y hongos para la fermentación. Los productos fermentados se utilizan en la industria alimentaria y general. Productos químicos, tales como ácido acético, ácido cítrico, y el etanol son producidos por fermentación. La velocidad de fermentación está influenciada por la concentración de microorganismos, células, componentes celulares y enzimas, así como la temperatura y pH. Para la fermentación aeróbica, el oxígeno es un factor clave también. enzimas Casi todos producidos comercialmente, tales como lipasa, invertasa y cuajo, se hacen por fermentación con microbios genéticamente modificados.
En general, las fermentaciones se pueden dividir en cuatro tipos:

  • La producción de biomasa (material celular viable)
  • Producción de metabolitos extracelulares (compuestos químicos)
  • Producción de los componentes intracelulares (enzimas y otras proteínas)
  • Transformación de sustrato (en el que el sustrato transformado es en sí misma el producto)

El tratamiento con ultrasonidos antes, durante y después de la fermentación

El pre-tratamiento ultrasónico – Mejora de la disponibilidad de biomasa

pretratamiento ultrasónico de cáscara de arroz para mejorar la hidrólisis enzimática para xilooligosacáridos (XO) producción por Aspergillus japonicus (var. japonicus CY6-1). Por sonicación, la producción de enzimas celulolíticas y xilanolıticas de la cáscara de arroz fue significativamente mayor. El rendimiento hemicelulosa se aumentó a 1,4 veces bajo sonicación y el tiempo de producción se redujo en gran medida de 24 h a 1,5 h a 80 ° C – la posibilidad de mayor optimización de procesos. La biomasa sonicado es mucho más fácil convertible para los hongos de modo que la estabilidad de la actividad enzimática se extiende y la actividad de CMCasa, b-glucosidasa, y la xilanasa se incrementa en comparación con el casco no sonicado arroz. Los productos fermentativos finales fueron xylotetraose, xylohexaose, y xilooligosacáridos de mayor peso molecular. El rendimiento xylohexaose de la cáscara de arroz sonicado fue 80% más alto.

La fermentación ultrasónica – La estimulación de los microbios

Precisamente sonicación controlable y repetible ayuda a mejorar la productividad de varios procesos de fermentación sin dañar las células. La intensidad de ultrasonidos puede ser exactamente adaptada a las especies de células específicas y sus requisitos. Por sonicación controlada, el crecimiento celular y el metabolismo se ve influenciada positivamente y las conversiones catalizadas por células vivas se mejora de manera significativa, por ejemplo, la estimulación de bifidobacterias en la leche.
Para algunos procesos de fermentación de hongos impulsada, sonicación se utiliza con éxito para modificar la morfología de crecimiento y reología caldo sin afectar a la tasa de crecimiento y el rendimiento de los hongos filamentosos.

Post-tratamiento ultrasónico – extracción

Para la producción de componentes intracelulares tales como enzimas microbianas (por ejemplo, catalasa, amilasa, proteasa, pectinasa, glucosa isomerasa, celulasa, hemicelulasa, lipasa, lactasa, estreptoquinasa) y proteínas recombinantes (por ejemplo, insulina, vacuna contra la hepatitis B, interferón, estimulante de colonias de granulocitos factor, estreptoquinasa), las células tienen que ser lisadas / interrumpidas después del proceso de fermentación para liberar las proteínas deseadas. Mediante sonicación, se facilita la extracción de los complejos de polisacárido-proteína intracelular y extracelular del caldo de fermentación micelial viscoso. Además de su excelente rendimiento de extracción y eficiencia, la sonicación está bien establecida y es confiable para la lisis celular y la extracción de materia intracelular.
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Los biorreactores ultrasónicos

Hielscher Ultrasonidos es desde hace mucho tiempo experimentado con procesos de ultrasonidos estimuladas. Ofrecemos múltiples reactores de ultrasonidos de diferentes tamaños y geometrías. Como alternativa, ofrecemos soluciones personalizadas para la integración en el biorreactor existente. Desde nuestros procesadores de ultrasonidos son muy versátiles y requieren poco espacio, instalación de accesorios en plantas biotecnológicas existentes se pueden realizar sin problemas.
La siguiente tabla presenta indicaciones generales para cada dispositivo según el volumen del lote o el flujo a procesar. Haga clic en cada dispositivo para obtener más información sobre el mismo.

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
0,5 a 1,5 mL n.a. VialTweeter
1 a 500 mL 10 a 200 mL/min. UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400S
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP1000hdT, UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000
procesos por lotes de ultrasonidos proporciona un mezclado de alta velocidad

El tratamiento con ultrasonidos de la biomasa

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Literatura/Referencias