Hielscheri ultraheli tehnoloogia

Biosynthetic Production of Human Milk Oligosaccharides

Inimese piima oligosahhariidide biosüntees kääritamise või ensümaatiliste reaktsioonide kaudu on kompleksne, tarbiv ja sageli madala saagikusega protsess. Ultraheli suurendab massi ülekannet substraadi ja rakutehaste vahel stimuleerib rakkude kasvu ja ainevahetust. Seeläbi ultrahelitöötlus intensiivistab kääritamist ja biokeemilisi protsesse, mille tulemuseks on hhtide kiirendatud ja tõhusam tootmine.

Inimese piim oligosahhariidid

Inimese piim oligosahhariidid (HOS), tuntud ka kui inimese piima glütsiinid, on suhkru molekulid, mis on osa oligosahhariidide rühma. Väljapaistvate ks nähtude hulka kuuluvad 2'-fucosyllaktoosi (2′-FL), lakto-N-neotetraose (LNnT), 3'-galaktosüüllaktoos (3′-GL) ja difucosyllaktoosi (DFL).
Kuigi inimese rinnapiima koosneb rohkem kui erinevad 150 HMO struktuurid, ainult 2′-fucosyllaktoosi (2′-FL) ja lakto-N-neotetraose (LNnT) on praegu toodetud kaubanduslikul tasandil ja kasutatakse toitainete lisandid imiku piimasegu.
Inimese rinnapiima oligosahhariidid (HOS) on tuntud oma tähtsuse poolest imiku toitumises. Inimese piim oligosahhariidid on unikaalne tüüpi toitaineid, mis toimivad prebiootikumid, anti-liim antimikroobikumid, ja immunomodulaatorid jooksul imiku soolestiku ja aitavad oluliselt kaasa aju arengut. HH-sid leidub ainult inimese rinnapiimas; muudel imetajate piimadel (nt lehm, kits, lambad, kaamel jne) ei ole sellist konkreetset oligosahhariidide vormi.
Inimese piim oligosahhariidid on inimpiimas kolmas kõige rikkalikum tahke komponent, mida võib leiduda kas lahustunud, emulgeeritud või vees suspendeeritud kujul. Laktoos ja rasvhapped on kõige rikkalikumad tahked ained, mida leidub rinnapiimas. HH-d leidub kontsentratsioonis 0, 35...0,88 untsi (9, 9...24, 9 g)/ L. Ligikaudu 200 struktuuriliselt erinevat inimese piima oligosahhariidi on teada. Domineeriv oligosahhariid 80% kõigist naistest on 2′-fufülülaktoos, mida esineb inimese rinnapiimas kontsentratsioonis ligikaudu 2, 5 g/ l.
Kuna hmos ei seedi, ei aita need kütteväärtusele kaasa. Olles seedimatu süsivesikuid, nad toimivad prebiootikumid ja on valikuliselt kääritatud soovitav soolestiku mikrofloora, eriti bifidobacteria.

Inimese rinnapiima oligosahhariidide (HMOs) kasu tervisele

  • edendada imikute arengut
  • on olulised aju arengu
  • on põletikuvastane ja
  • anti-adhesive mõju seedekulgla
  • toetab immuunsüsteemi täiskasvanutel
Ultrasonication and the use of ultrasonic bioreactors (sono-bioreactors) are highly effective to promote mass transfer between substrate and living cells used as cell factories

a Ultraheli protsessor UIP2000hdT suurendab massiülekannet ja aktiveerib rakutehased biosünteesitud bioloogiliste molekulide, näiteks hmOde suurema saagise jaoks

Infonõue




Pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


Inimese rinnapiima oligosahhariidide biosüntees

Rakutehased ja ensümaatilised /kemo-ensümaatilised süsteemid on praegused tehnoloogiad, mida kasutatakse hmode sünteesiks. HMO tootmisel tööstuslikus mastaabis on mikroobsete rakutehaste kääritamine, biokeemiline süntees ja erinevad ensümaatilised reaktsioonid hmo biotootmise jaoks teostatavad viisid. Majanduslikel põhjustel on biosüntees mikroobsete rakutehaste kaudu praegu ainus tehnika, mida kasutatakse turukorralduse tööstuslikul tootmisetasandil.

HmOs kääritamine mikroobsete rakutehaste abil

E.coli, Saccharomyces cerevisiae ja Lactococcus lactis on tavaliselt kasutatavad rakutehased, mida kasutatakse bioloogiliste molekulide, näiteks hmode biotootmiseks. Fermentatsioon on biokeemiline protsess, mille käigus kasutatakse mikroorganisme, et muuta substraat sihitud bioloogilisteks molekulideks. Mikroobide rakutehased kasutavad substraadina lihtsaid suhkruid, mida nad muudavad hmOdeks. Kuna lihtsad suhkrud (nt laktoos) on rikkalik ja odav substraat, hoiab see biosünteesiprotsessi kulutõhusana.
Kasvu ja biokonversiooni kiirust mõjutab peamiselt toitainete (substraat) massiline ülekanne mikroorganismidele. Massiülekande kiirus on peamine tegur, mis mõjutab toote sünteesi kääritamise ajal. Ultraheli on hästi teada, et edendada massi ülekannet.
During fermentation, the conditions in the bioreactor must be constantly monitored and regulated so that the cells can grow as quickly as possible in order to then produce the targeted biomolecules (e.g. oligosaccharides such as HMOs; insulin; recombinant proteins). Theoretically, the product formation starts as soon as the cell culture begins to grow. However especially in genetically modified cells such as engineered microorganisms it is usually induced later by adding a chemical substance to the substrate, which upregulates the expression of the targeted biomolecule. Ultrasonic bioreactors (sono-bioreactor) can be precisely controlled and allow for the specific stimulation of microbes. This results in an accelerated biosynthesis and higher yields.
Ultrasonic lysis and extraction: Fermentation of complex HMOs might be limited by low fermentation titers and products remaining intracellular. Ultrasonic lysis and extraction is used to release intracellular material before purification and down-stream processes.

Ultraheli edutatud kääritamine

The growth rate of microbes such as Escherichia coli, engineered E.coli, Saccharomyces cerevisiae and Lactococcus lactis can be accelerated by increasing the mass transfer rate and cell wall permeability by applying controlled low-frequency ultrasonication. As a mild, non-thermal processing technique, ultrasonication applies purely mechanical forces into the fermentation broth.
Acoustic Cavitation: The working principle of sonication is based on acoustic cavitation. The ultrasonic probe (sonotrode) couples low-frequency ultrasound d waves into the medium. The ultrasound waves travel through the liquid creating alternating high-pressure (compression) / low-pressure (rarefaction) cycles. By compressing and stretching the liquid in alternating cycles, minute vacuum bubbles arise. These small vacuum bubbles grow over several cycles until they reach a size where they cannot absorb any further energy. At this point of maximum growth, the vacuum bubble implodes violently and generates locally extreme conditions, known as the phenomenon of cavitation. In the cavitational “hot-spot”, high pressure and temperature differentials and intense shear forces with liquid jets of up to 280m/sec can be observed. By these cavitational effects, thorough mass transfer and sonoporation (the perforation of cell walls and cell membranes) is achieved. The nutrients of the substrate are floated to and into the living whole cells, so that the cell factories are optimally nourished and growth as well as conversion rates are accelerated. Ultrasonic bioreactors are a simple, yet highly effective strategy to process biomass in a one-pot biosynthesis process.
Täpselt kontrollitud, kerge ultrahelitöötlus on tuntud, et intensiivistada kääritamisprotsesse.
Sonikatsioon parandab "paljude elusrakkudega seotud bioprotsesside tootlikkust substraadi omastamise, suurema tootmise või kasvu suurendamise kaudu rakkude poorsuse suurendamise ja rakukomponentide potentsiaalselt suurenenud vabanemise kaudu." (Naveena et al. 2015)
Read more about ultrasonically-assisted fermentation!
Ultraheli intensiivse kääritamise eelised

  • suurenenud saagikus
  • Kiirendatud kääritamine
  • Rakuspetsiifiline stimulatsioon
  • Suurenenud substraat omastamine
  • Suurenenud rakkude porosity
  • hõlpsasti tegutsevaid
  • ohutu
  • Lihtne moderniseerimine
  • lineaarne laienemine
  • Partii või iniine töötlemine
  • kiire RoI

Naveena et al. (2015) leidis, et ultraheli intensiivistamine pakub biotöötluse ajal mitmeid eeliseid, sealhulgas madalaid tegevuskulusid võrreldes teiste täiustavate ravivõimalustega, töö lihtsust ja tagasihoidlikke võimsusnõudeid.

Agitated ultrasonic tank (sono-bioreactor) for batch processing

Paak 8kW ultrasonicators ja segistiga

Suure jõudlusega ultraheli fermentatsioonireaktorid

Fermentatsiooniprotsessid hõlmavad elusmikroorganisme, nagu bakterid või pärm, mis toimivad rakutehastena. Kuigi ultrahelitöötlust kasutatakse massiülekandmise edendamiseks ja mikroorganismi kasvu ja ümberarvestuskiiruse suurendamiseks, on ülioluline kontrollida ultraheli intensiivsust just selleks, et vältida rakutehaste hävitamist.
Hielscher Ultrasonics on kõrgefektiivsete ultrasonicators'i projekteerimise, tootmise ja levitamise spetsialist, mida saab täpselt kontrollida ja jälgida, et tagada parem fermentatsioonisaagis.
Hielscher Ultrasonics ultraheli protsessi parameetrite täpne kontroll' intelligentne tarkvaraProtsessi juhtimine ei ole oluline mitte ainult kõrge saagikuse ja hea kvaliteediga, vaid võimaldab korrata ja reprodutseerida tulemusi. Eriti kui ist jõuab rakutehaste stimulatsioonini, on ultrahelitöötlusparameetrite rakuspetsiifiline kohandamine oluline, et saavutada kõrge saagikus ja vältida rakkude lagunemist. Seetõttu on kõik Hielscheri ultrasonicators digitaalsed mudelid varustatud intelligentse tarkvaraga, mis võimaldab teil ultrahelitöötluse parameetreid reguleerida, jälgida ja muuta. Ultraheli protsessi parameetrid, nagu amplituud, temperatuur, rõhk, ultrahelitöötlus kestus, töötsüklid ja energiasisend, on olulised HMO tootmise edendamiseks kääritamise kaudu.
Hielscherultrasonicators nutikas tarkvara salvestab automaatselt kõik olulised protsessi parameetrid integreeritud SD-kaardil. Ultrahelitöötlusprotsessi automaatne andmete salvestamine on protsessi standardimise ja reprodutseeritavuse / korratavuse alus, mis on vajalikud heade tootmistavade (GMP) jaoks.

Hielscher Ultrasonics Cascatrode

cascatrodeTM ultraheli vooluraku reaktoris

Ultraheli rektorid kääritamiseks

Hielscher Ultrasonics CascatrodeHielscher offers ultrasonic probes of various size, length and geometries, which can be used for batch as well as continuous flow-through treatments. Ultrasonic reactors, also known as sono-bioreactors, are available for any volume covering the ultrasonic bioprocessing from small lab samples to pilot and fully-commercial production level.
On hästi teada, et ultraheli sonotrode asukoht reaktsioonianumas mõjutab kavitatsiooni ja mikro-voogesituse jaotumist keskmises. Sonotrode ja ultraheli reaktor tuleks valida vastavalt rakupuljongi töötlemismahule. Kuigi ultrahelitöötlust saab teha nii partiis kui ka pidevas režiimis, on suurte tootmismahtude puhul soovitatav kasutada pideva voolu paigaldamist. Läbides ultraheli voolukambri, saab kõik raku keskmised täpselt sama kokkupuute ultrahelitöötlusega, tagades kõige tõhusama ravi. Hielscher Ultrasonics laia ultraheli sondid ja voolu raku reaktorid võimaldab koguda ideaalne ultraheli bioprocessing setup.

Hielscher ULTRASONICS – Laborist katseprojekti tootmiseni

Hielscher Ultrasonics katab kogu ultraheli seadmete spektri, mis pakuvad kompaktseid käeshoitavaid ultraheli homogenisaatoreid proovi ettevalmistamiseks pink-top ja pilootsüsteemidele, samuti võimsaid tööstuslikke ultraheli seadmeid, mis töötlevad kergesti koormaid tunnis. Olles mitmekülgne ja paindlik paigaldus- ja paigaldusvõimalustes, saab Hielscherultrasonicators kergesti integreerida igat liiki partii reaktoritesse, fed-partiidesse või pidevavoolu seadistustesse.
Erinevad tarvikud, samuti kohandatud osad võimaldavad teie ultraheli seadistuse ideaalset kohandamist teie protsessi nõuetele.
Hielscheri ultraheli protsessorid, mis on ehitatud 24 / 7 operatsiooniks täiskoormuse ja raskeveokite all, on usaldusväärsed ja nõuavad ainult madalat hooldust.
Alljärgnev tabel annab teile ülevaate meie ultrahelihitiste ligikaudse töötlemisvõimsusest:

partii Köide flow Rate Soovitatavad seadmed
1 kuni 500 ml 10 kuni 200 ml / min UP100H
10 kuni 2000 ml 20 kuni 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 kuni 20 l 0.2 kuni 4 l / min UIP2000hdT
10 kuni 100 l 2 kuni 10 l / min UIP4000hdT
e.k. 10 kuni 100 l / min UIP16000
e.k. suurem klastri UIP16000

Võta meiega ühendust! / Küsi meiega!

Küsige lisateavet

Palun kasutage allolevat vormi, et küsida lisateavet ultraheli protsessorite, rakenduste ja hinna kohta. Meil on hea meel arutada teie protsessi teiega ja pakkuda teile ultraheli süsteem, mis vastab teie vajadustele!









Palun pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid dispersiooniks, emulgeerimiseks ja rakkude ekstraheerimiseks.

Suure võimsusega ultraheli homogenisaatorid Lab et piloot ja tööstus- skaala.

Kirjandus/viited



Faktid Tasub teada

Biosynthesis using Cell Factories

A microbial cell factory is a method of bioengineering, which utilizes microbial cells as a production facility. By genetically engineering microbes, the DNA of microorganisms such as bacteria, yeasts, fungi, mammalian cells, or algae is modified turning microbes into cell factories. Cell factories are used to convert substrates into valuable biological molecules, which are used e.g. in food, pharma, chemistry and fuel production. Different strategies of cell factory-based biosynthesis aim at the production of native metabolites, expression of heterologous biosynthetic pathways, or protein expression.
Cell factories can be used to either synthesize native metabolites, to express heterologous biosynthetic pathways, or to express proteins.

Biosynthesis of native metabolites

Native metabolites are defined as biological molecules, which the cells used as cell factory produce naturally. Cell factories produce these biological molecules either intracellularly or a secreted substance. The latter is preferred since it facilitates the separation and purification of the targeted compounds. Examples for native metabolites are amino and nucleic acids, antibiotics, vitamins, enzymes, bioactive compounds, and proteins produced from anabolic pathways of cell.

Heterologus Biosynthetic Pathways

When trying to produce an interesting compound, one of the most important decisions is the choice of production in the native host, and optimize this host, or transfer of the pathway to another well-known host. If the original host can be adapted to an industrial fermentation process, and there are no health-related risks in doing so (e.g., production of toxic by-products), this can be a preferred strategy (as was the case e.g., for penicillin). However, in many modern cases, the potential of using an industrially preferred cell factory and related platform processes out-weighs the difficulty of transferring the pathway.

Protein Expression

The expression of proteins can be achieved via homologous and heterologous ways. In homologous expression, a gene that is naturally present in an organism is over-expressed. Through this over-expression, a higher yield of a certain biological molecule can be produced. For heterologous expression, a specific gene is transferred into a host cell in that the gene is not present naturally. Using cell engineering and recombinant DNA technology, the gene is inserted into the host’s DNA so that the host cell produces (large) amounts of a protein that it would not produce naturally. Protein expression is done in a variety of hosts from bacteria, e.g. E. coli and Bacillis subtilis, yeasts, e.g., Klyuveromyces lactis, Pichia pastoris, S. cerevisiae, filamentous fungi, e.g. as A. niger, and cells derived from multicellular organisms such as mammals and insects. Innummerous proteins are of great commercial interest, including from bulk enzymes, complex bio-pharmaceuticals, diagnostics and research reagents. (cf. A.M. Davy et al. 2017)