Ultraheli on tõhus vahend mikroorganismide stimuleerimiseks mehaaniliste vibratsioonide ja kavitatsioonide abil. Sonobioreaktoris / ultraheli fermentaatoris muutub rakkude ja kudede ultrahelitöötlus väga kontrollitavaks, kuna keskkonnategureid saab täpselt määrata. Ultraheli bioreaktoritega saab fermentatsiooni väljundit oluliselt suurendada.

Fermentatsioon

Fermentatsiooni efektiivsus sõltub protsessitingimustest: toitained, keskmise tihedus, temperatuur, hapniku / gaasi sisaldus ja rõhk on olulised tegurid, mis mõjutavad mikroobset aktiivsust. Mikroorganismid ja imetaja rakud elavad ainult teatavatel tingimustel. Õiged tingimused kombineerituna ultraheli stimulatsiooniga võivad fermentatsiooni saagist maksimeerida.

Mikroorganismide ultraheli stimuleerimine

Fermentatsioon on ainevahetusprotsess, mis muudab suhkru happeliseks, gaasiks või alkoholiks. See esineb pärmides ja bakterites ning ka hapnikuga nälginud lihasrakkudes, nagu piimhappe fermentatsioonil. Fermentatsiooni kasutatakse laialdasemalt, viidates kasvukeskkonda kuuluvate mikroorganismide lahuse kasvule, sageli konkreetse keemilise toote tootmiseks.
Fermentatsiooniprotsess viiakse läbi tööstuslikul skaalal, kasutades mikroorganisme, nagu bakterid ja seened fermentatsiooniks. Kääritatud tooteid kasutatakse toidus ja üldises tööstuses. Kääritamisel saadakse kemikaale, nagu äädikhape, sidrunhape ja etanool. Fermentatsioonikiirust mõjutavad mikroorganismide, rakkude, rakuliste komponentide ja ensüümide kontsentratsioon, samuti temperatuur ja pH. Aeroobse käärimise jaoks on ka võtmeteguriks hapnik. Peaaegu kõik kaubanduslikult toodetud ensüümid, nagu lipaas, invertaas ja laabiline, tehakse fermentatsioonil geneetiliselt muundatud mikroobidega.
Üldiselt võib fermentatsiooni jagada neljaks tüübiks:

• Biomassi tootmine (elujõuline rakumaterjal)
• Rakuväliste metaboliitide (keemiliste ühendite) tootmine
• Intratsellulaarsete komponentide (ensüümid ja muud valgud) tootmine
• Substraadi muundamine (milles transformeeritud põhimik ise on toode)

Sonikatsioon enne, pärast ja pärast fermentatsiooni

Ultraheliravi eelravim – Biomassi kättesaadavuse parandamine

Sonikatsiooni eeltöötlusena kasutatakse massiülekande edendamiseks ja substraadi mikroobidele kättesaadavamaks tegemiseks. Ultraheli segamine soodustab substraatide massiülekannet mikroobsetesse rakkudesse ja nendest eemal olevaid tooteid. Massiülekande ultraheli intensiivistamist saab rakendada nii eeltöötlusena kui ka kääritamise ajal.
Näiteks kasutati riisikere ultraheli eeltöötlust aspergillus japonicus (var. japonicus CY6-1) poolt ksülooligosahhariidide (XOs) tootmise ensümaatilise hüdrolüüsi suurendamiseks. Ultrahelitöötluse abil suurenes oluliselt tsellolüütiliste ja ksülüütiliste ensüümide tootmine riisikerest. Hemitselluloosi saagist suurendati ultrahelitöötluse ajal 1,4-kordse ks ja tootmisaega lühenes oluliselt 24 tunnilt 1,5 tunnile 80ºC juures – protsessi optimeerimise edasise potentsiaaliga. Sünteetiliselt töödeldud biomass on seentele palju lihtsam muundatav, nii et ensüümi aktiivsuse stabiilsus laieneb ja CMCase, b-glükosidaasi ja ksülanaasi aktiivsus suureneb võrreldes mittesoojustatud riisikerega. Lõplikud kääritamisproduktid olid ksülotetraoos, ksülhekseoos ja kõrgem molekulmass ksüloligosahhariidid. Koostatud riisikere ksüloheksoosi saagis oli 80% kõrgem.

Ultraheli kääritamine – Mikroobide stimuleerimine

Täpselt juhitav ja korduv ultrahelitöötlus aitab parandada erinevate käärimisprotsesside produktiivsust, kahjustamata rakke. Ultrahelistamise intensiivsust saab täpselt kohandada konkreetsete rakuliikide ja nende vajadustega. Kontrollitud ultraheliga töötlemisel on rakkude kasv ja ainevahetus positiivselt mõjutatud ja elusrakkude poolt katalüüsitud konversioonid oluliselt paranenud, näiteks stimuleerides bifidobaktereid piimas.
Mõne seene juhtiva fermentatsiooniprotsessi puhul kasutatakse edukalt ultrahelitöötlust, et muuta kasvu morfoloogiat ja puljongreoloogiat, ilma et see mõjutaks niisutavate seente kasvu kiirust ja saagist.

Ultraheliraalne post-ravi – kaevandamine

Intratsellulaarsete komponentide nagu mikroobsed ensüümid (nt katalaas, amülaas, proteaas, pektinaas, glükoosisomeraas, tsellulaas, hemitselluloos, lipaas, laktaas, streptokinaas) ja rekombinantsete valkude (nt insuliin, B-hepatiidi vaktsiin, interferoon, granulotsüütide kolooniat stimuleerivad faktor, streptokinaas), tuleb rakke lüüsida / häirida pärast fermentatsiooniprotsessi soovitud valkude vabastamiseks. Ultrahelistamisega hõlbustatakse intratsellulaarsete ja ekstratsellulaarsete polüsahhariid-valkkomplekside ekstraktsiooni vistseljast mütseeli fermentatsioonipuljongilt. Peale selle suurepärase ekstraheerimise saagise ja efektiivsuse on ultrahelitöötlus hästi väljakujunenud ja usaldusväärne rakkude lüüsimiseks ja rakusisese aine eraldamiseks.
Vajuta siia, et lugeda ultrahelilüüsi ja ekstraheerimise kohta!

Ultraheli bioreaktorid

Hielscher Ultrasonics on pikka aega kogenud ultraheli stimuleeritud protsesse. Pakume mitmesuguseid ultraheli-reaktoreid erineva suurusega ja geomeetriaga. Alternatiivina pakume kohandatud lahendusi teie olemasoleva bioreaktori integreerimiseks. Kuna meie ultraheliprotsessorid on väga mitmekülgsed ja vajavad vaid piiratud ruumi, saab olemasolevate biotehnoloogiliste taimede moderniseerimist ilma probleemideta realiseerida.
Alltoodud tabel näitab seadme üldisi soovitusi, sõltuvalt töötlemise partii mahust või voolukiirusest. Klõpsake seadme tüübil, et saada lisateavet iga seadme kohta.