تولید بیوسنتز الیگوساکاریدهای شیر مادر

بیوسنتز الیگوساکاریدهای شیر مادر (HMOs) از طریق تخمیر یا واکنش های آنزیمی یک فرآیند پیچیده، مصرف کننده و اغلب کم بازده است. امواج فراصوت انتقال جرم بین بستر و کارخانه های سلولی را افزایش می دهد و رشد سلول و متابولیسم را تحریک می کند. در نتیجه، فراصوت تشدید تخمیر و فرآیندهای بیوشیمیایی و در نتیجه تولید سریع و کارآمدتر از HMO.

الیگوساکاریدهای شیر مادر

الیگوساکاریدهای شیر مادر (HMOs) که به عنوان گلیکان های شیر انسان نیز شناخته می شوند، مولکول های قند هستند که بخشی از گروه الیگوساکاریدها هستند. نمونه های برجسته HMO ها عبارتند از 2'-fucosyllactose (2′-FL)، لاکتو-N-نئوتترائوز (LNnT)، 3'-گالاکتوزیل لاکتوز (3′-GL) و دیفوکوزیلاکتوز (DFL).
در حالی که شیر مادر از بیش از 150 ساختار مختلف HMO تشکیل شده است، در حال حاضر تنها 2′-فوکوزیل لاکتوز (2′-FL) و لاکتو-N-نئوتترائوز (LNnT) در سطح تجاری تولید می شوند و به عنوان افزودنی های تغذیه ای در شیر خشک نوزاد استفاده می شوند.
الیگوساکاریدهای شیر مادر (HMOs) به دلیل اهمیت خود در تغذیه کودک شناخته شده اند. الیگوساکاریدهای شیر مادر نوع منحصر به فردی از مواد مغذی هستند که به عنوان پری بیوتیک، ضد میکروب های ضد چسب و تعدیل کننده های سیستم ایمنی در روده نوزاد عمل می کنند و به طور قابل توجهی به رشد مغز کمک می کنند. HMO ها منحصرا در شیر مادر انسان یافت می شوند. سایر شیرهای پستانداران (به عنوان مثال گاو، بز، گوسفند، شتر و غیره) این شکل خاص الیگوساکاریدها را ندارند.
الیگوساکاریدهای شیر مادر سومین جزء جامد فراوان در شیر انسان هستند که می توانند به صورت محلول یا امولسیون شده یا معلق در آب وجود داشته باشند. لاکتوز و اسیدهای چرب فراوان ترین مواد جامد موجود در شیر انسان هستند. HMO ها در غلظت 0.35-0.88 اونس (9.9-24.9 گرم) در لیتر وجود دارند. الیگوساکارید غالب در 80 درصد از همه زنان 2 است′-فوکوسیلاکتوز ، که در شیر مادر با غلظت تقریبی 2.5 گرم در لیتر وجود دارد.
از آنجایی که HMO ها هضم نمی شوند، از نظر کالری به تغذیه کمک نمی کنند. کربوهیدرات های غیر قابل هضم بودن ، آنها به عنوان پری بیوتیک عمل می کنند و به طور انتخابی توسط فلور روده مطلوب ، به ویژه بیفیدوباکتریوم تخمیر می شوند.

بیوسنتز الیگوساکاریدهای شیر مادر

کارخانه های سلولی و سیستم های آنزیمی / شیمی آنزیمی از فناوری های فعلی هستند که برای سنتز HMO ها استفاده می شوند. برای تولید HMO در مقیاس صنعتی، تخمیر کارخانه های سلول های میکروبی، سنتز بیوشیمیایی و واکنش های مختلف آنزیمی از روش های عملی تولید زیستی HMO هستند. به دلایل اقتصادی، بیوسنتز از طریق کارخانجات سلول های میکروبی در حال حاضر تنها تکنیک مورد استفاده در سطح تولید صنعتی HMO ها است.

تخمیر HMO ها با استفاده از کارخانه های سلول های میکروبی

E.coli ، Saccharomyces cerevisiae و Lactococcus lactis معمولا از کارخانه های سلولی استفاده می شوند که برای تولید زیستی مولکول های بیولوژیکی مانند HMO استفاده می شوند. تخمیر یک فرآیند بیوشیمیایی است که از میکروارگانیسم ها برای تبدیل یک بستر به مولکول های بیولوژیکی هدفمند استفاده می کند. کارخانه های سلول میکروبی از قندهای ساده به عنوان بستر استفاده می کنند که آنها را به HMO تبدیل می کنند. از آنجایی که قندهای ساده (به عنوان مثال لاکتوز) یک بستر فراوان و ارزان هستند، این فرآیند بیوسنتز را مقرون به صرفه نگه می دارد.
رشد و نرخ تبدیل زیستی عمدتا تحت تأثیر انتقال جرم مواد مغذی (سوبسترا) به میکروارگانیسم ها است. سرعت انتقال جرم عامل اصلی است که بر سنتز محصول در طول تخمیر تأثیر می گذارد. Ultrasonication به خوبی شناخته شده است برای ترویج انتقال جرم.
در طول تخمیر، شرایط موجود در بیوراکتور باید به طور مداوم کنترل و تنظیم شود تا سلول ها بتوانند در سریع ترین زمان ممکن رشد کنند تا سپس مولکول های زیستی مورد نظر (به عنوان مثال الیگوساکاریدها مانند HMOs؛ انسولین؛ پروتئین های نوترکیب) تولید شوند. از نظر تئوری، تشکیل محصول به محض شروع رشد کشت سلولی شروع می شود. با این حال ، به ویژه در سلولهای اصلاح شده ژنتیکی مانند میکروارگانیسم های مهندسی شده ، معمولا بعدا با افزودن یک ماده شیمیایی به بستر القا می شود ، که بیان مولکول زیستی مورد نظر را تنظیم می کند. بیوراکتورهای مافوق صوت (sono-bioreactor) را می توان دقیقا کنترل و اجازه می دهد برای تحریک خاص میکروب ها. این منجر به بیوسنتز تسریع شده و بازده بالاتر می شود.
لیز اولتراسونیک و استخراج: تخمیر HMO های پیچیده ممکن است توسط تیتر تخمیر کم و محصولات باقی مانده داخل سلولی محدود شود. لیز التراسونیک و استخراج استفاده می شود برای انتشار مواد داخل سلولی قبل از تصفیه و فرآیندهای پایین دست.

تخمیر اولتراسونیک ترویج

سرعت رشد میکروب ها مانند اشریشیا کلی، E.coli مهندسی، ساکارومایسس سرویزیه و لاکتوکوکوس لاکتیس را می توان با افزایش سرعت انتقال جرم و نفوذپذیری دیواره سلولی با استفاده از سونوگرافی کنترل شده با فرکانس پایین تسریع کرد. به عنوان یک تکنیک پردازش خفیف و غیر حرارتی، امواج فراصوت نیروهای صرفا مکانیکی را به آبگوشت تخمیر اعمال می کند.
کاویتاسیون آکوستیک: اصل کار فراصوت بر اساس کاویتاسیون آکوستیک است. کاوشگر اولتراسونیک (سونوترود) زوج امواج اولتراسوند با فرکانس پایین را به محیط. امواج اولتراسوند از طریق مایع حرکت می کنند و چرخه های متناوب فشار بالا (فشرده سازی) / کم فشار (نادر) ایجاد می کنند. با فشرده سازی و کشش مایع در چرخه های متناوب، حباب های خلاء دقیقه ای بوجود می آیند. این حباب های خلاء کوچک در طی چندین چرخه رشد می کنند تا زمانی که به اندازه ای برسند که نتوانند انرژی بیشتری را جذب کنند. در این مرحله از حداکثر رشد ، حباب خلاء به شدت منفجر می شود و شرایط شدید محلی را ایجاد می کند که به عنوان پدیده کاویتاسیون شناخته می شود. در "نقطه داغ" حفره ای، دیفرانسیل های فشار و دما بالا و نیروهای برشی شدید با جت های مایع تا 280 متر بر ثانیه مشاهده می شود. توسط این اثرات حفره ای, انتقال توده کامل و sonoporation (سوراخ دیواره های سلولی و غشای سلولی) به دست آورد. مواد مغذی بستر به سلول های کامل زنده شناور می شوند ، به طوری که کارخانه های سلولی به طور مطلوب تغذیه می شوند و رشد و همچنین نرخ تبدیل تسریع می شود. بیوراکتورهای التراسونیک یک استراتژی ساده و در عین حال بسیار موثر برای پردازش زیست توده در یک فرآیند بیوسنتز یک گلدان است.
فراصوت دقیق کنترل شده، فراصوت خفیف به خوبی شناخته شده است برای تشدید فرآیندهای تخمیر.
فراصوت را بهبود می بخشد "بهره وری بسیاری از فرآیندهای زیستی شامل سلول های زنده از طریق افزایش جذب بستر, افزایش تولید و یا رشد با افزایش تخلخل سلول, و به طور بالقوه افزایش انتشار اجزای سلول." (Naveena و همکاران 2015)
اطلاعات بیشتر در مورد تخمیر به کمک اولتراسونیک !

Naveena و همکاران (2015) دریافتند که تشدید مافوق صوت ارائه می دهد مزایای متعددی در طول پردازش زیستی, از جمله هزینه های عملیاتی پایین در مقایسه با دیگر گزینه های درمان افزایش, سادگی عملیات و نیاز به قدرت متوسط.

راکتورهای تخمیر اولتراسونیک با کارایی بالا

فرآیندهای تخمیر شامل میکروارگانیسم های زنده مانند باکتری ها یا مخمرها است که به عنوان کارخانه های سلولی عمل می کنند. در حالی که فراصوت برای ترویج انتقال جرم و افزایش رشد میکروارگانیسم و نرخ تبدیل اعمال می شود، بسیار مهم است که برای کنترل شدت مافوق صوت دقیقا به منظور جلوگیری از تخریب کارخانه های سلولی.
Hielscher مافوق صوت متخصص در طراحی، ساخت و توزیع ultrasonicators با کارایی بالا، که می تواند دقیقا کنترل و نظارت برای اطمینان از بازده تخمیر برتر.

کنترل فرآیند نه تنها برای بازده بالا و کیفیت برتر ضروری است، بلکه امکان تکرار و بازتولید نتایج را فراهم می کند. به خصوص هنگامی که IST به تحریک کارخانه های سلولی می آید، انطباق سلول های خاص از پارامترهای فراصوت برای دستیابی به بازده بالا و جلوگیری از تخریب سلول ضروری است. از این رو، تمام مدل های دیجیتال از مافوق صوت Hielscher با نرم افزار هوشمند مجهز، که اجازه می دهد تا شما را به تنظیم، نظارت بر پارامترهای فراصوت تجدید نظر. پارامترهای فرآیند اولتراسونیک مانند دامنه، دما، فشار، مدت زمان فراصوت، چرخه کار، و ورودی انرژی برای ترویج تولید HMO از طریق تخمیر ضروری است.
نرم افزار هوشمند از مافوق صوت Hielscher به طور خودکار تمام پارامترهای مهم فرآیند بر روی کارت SD یکپارچه را ثبت می کند. ضبط خودکار داده ها از فرایند فراصوت پایه و اساس برای استاندارد سازی فرآیند و تکرارپذیری / تکرارپذیری، که برای شیوه های تولید خوب مورد نیاز است (GMP).

رکتورهای اولتراسونیک برای تخمیر

Hielscher ارائه می دهد پروب مافوق صوت از اندازه های مختلف, طول و هندسه, که می تواند برای دسته ای و همچنین جریان مداوم از طریق درمان استفاده می شود. راکتورهای اولتراسونیک، همچنین به عنوان sono-bioreactors شناخته شده، برای هر حجم پوشش پردازش زیستی مافوق صوت از نمونه های آزمایشگاهی کوچک به سطح تولید خلبان و کاملا تجاری در دسترس هستند.
به خوبی شناخته شده است که محل سونوترود مافوق صوت در رگ واکنش بر توزیع حفره و میکرو جریان در محیط تأثیر می گذارد. Sonotrode و راکتور اولتراسونیک باید با توجه به حجم پردازش آبگوشت سلول انتخاب شود. در حالی که فراصوت را می توان به صورت دسته ای و همچنین در حالت پیوسته انجام، برای حجم تولید بالا استفاده از نصب و راه اندازی جریان مداوم توصیه می شود. عبور از طریق یک سلول جریان مافوق صوت، تمام محیط های سلولی می شود دقیقا همان قرار گرفتن در معرض فراصوت اطمینان از درمان موثر ترین. Hielscher مافوق صوت طیف گسترده ای از پروب های مافوق صوت و راکتورهای سلول جریان اجازه می دهد تا برای جمع آوری راه اندازی پردازش زیستی مافوق صوت ایده آل.

شرکت Hielscher Ultrasonics – از آزمایشگاه تا پایلوت تا تولید

Hielscher مافوق صوت را پوشش می دهد طیف گسترده ای از تجهیزات مافوق صوت ارائه همگن مافوق صوت دستی جمع و جور برای آماده سازی نمونه به نیمکت بالا و سیستم های خلبان و همچنین واحدهای مافوق صوت صنعتی قدرتمند است که به راحتی پردازش کامیون در هر ساعت. همه کاره بودن و انعطاف پذیر در نصب و راه اندازی و نصب گزینه ها، مافوق صوت Hielscher را می توان به راحتی به انواع راکتورهای دسته ای یکپارچه، fed دسته و یا جریان مداوم از طریق راه اندازی یکپارچه.
لوازم جانبی مختلف و همچنین قطعات سفارشی امکان انطباق ایده آل تنظیمات اولتراسونیک شما را با نیازهای فرآیند شما فراهم می کند.
ساخته شده برای عملیات 24/7 تحت بار کامل و وظیفه سنگین در شرایط خواستار، پردازنده های اولتراسونیک Hielscher قابل اعتماد هستند و تنها نیاز به تعمیر و نگهداری کم.
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد: