بیوراکتورهای التراسونیک برای تخمیر

اولتراسونیک یک وسیله موثر برای تحریک میکروارگانیسم ها توسط ارتعاشات مکانیکی و کاویتاسیون است. در یک سونوبیوراکتور / تخمیر اولتراسونیک ، درمان اولتراسونیک سلول ها و بافت بسیار قابل کنترل می شود زیرا عوامل محیطی را می توان دقیقا تعیین کرد. با بیوراکتورهای مافوق صوت، خروجی تخمیر را می توان به طور قابل توجهی افزایش داد.

تخمیر

کارایی تخمیر به شرایط فرآیند بستگی دارد: مواد مغذی ، چگالی محیط ، دما ، میزان اکسیژن / گاز و فشار عوامل مهمی هستند که بر فعالیت میکروبی تأثیر می گذارند. میکروارگانیسم ها و همچنین سلول های پستانداران تنها تحت شرایط خاصی رشد می کنند. شرایط مناسب همراه با تحریک اولتراسونیک می تواند بازده تخمیر را به حداکثر برساند.

تحریک التراسونیک میکروارگانیسم ها

تخمیر یک فرآیند متابولیکی است که قند را به اسید، گاز یا الکل تبدیل می کند. این ماده در مخمر و باکتری ها و همچنین در سلولهای عضلانی گرسنه اکسیژن وجود دارد ، مانند تخمیر اسید لاکتیک. تخمیر همچنین به طور گسترده تری برای اشاره به رشد عمده میکروارگانیسم ها در یک محیط رشد استفاده می شود ، اغلب با هدف تولید یک محصول شیمیایی خاص.
فرآیند تخمیر در مقیاس صنعتی با استفاده از میکروارگانیسم هایی مانند باکتری ها و قارچ ها برای تخمیر انجام می شود. محصولات تخمیر شده در صنایع غذایی و عمومی استفاده می شود. مواد شیمیایی مانند اسید استیک ، اسید سیتریک و اتانول با تخمیر تولید می شوند. سرعت تخمیر تحت تأثیر غلظت میکروارگانیسم ها، سلول ها، اجزای سلولی و آنزیم ها و همچنین دما و pH است. برای تخمیر هوازی، اکسیژن نیز یک عامل کلیدی است. تقریبا تمام آنزیم های تولید شده تجاری مانند لیپاز، اینورتاز و مایه پنیر از طریق تخمیر با میکروب های اصلاح شده ژنتیکی ساخته می شوند.

• تولید زیست توده (مواد سلولی زنده)
• تولید متابولیت های خارج سلولی (ترکیبات شیمیایی)
• تولید اجزای داخل سلولی (آنزیم ها و سایر پروتئین ها)
• تبدیل بستر (که در آن بستر تبدیل شده خود محصول است)

فراصوت قبل، حین و بعد از تخمیر

فراصوت ، استفاده از امواج اولتراسوند با فرکانس پایین ، می تواند قبل ، حین و بعد از تخمیر به روش های مختلف و در مراحل مختلف فرآیند تخمیر مورد استفاده قرار گیرد.

درمان قبل از تخمیر اولتراسونیک – بهبود در دسترس بودن زیست توده

1. انتقال جرم بهبود یافته: فراصوت به عنوان پیش تصفیه برای ترویج انتقال جرم و در دسترس قرار دادن بستر بیشتر در دسترس میکروب ها استفاده می شود. اختلاط اولتراسونیک باعث انتقال توده بسترها و محصولات دور از سلول های میکروبی می شود. تشدید اولتراسونیک انتقال جرم را می توان به عنوان قبل از درمان و همچنین در طول تخمیر اعمال می شود.
2. اختلال سلولی: فراصوت را می توان برای مختل کردن دیواره های سلولی و غشا، به ویژه در کشت های میکروبی یا مخمری استفاده کرد. این به آزاد شدن اجزای داخل سلولی مانند آنزیم ها یا متابولیت ها کمک می کند که می توانند عملکرد تخمیر را بهبود بخشند یا فرآیندهای پایین دستی را تسهیل کنند.
3. استخراج ترکیبات داخل سلولی: فراصوت می تواند در استخراج ترکیبات داخل سلولی از مواد بیولوژیکی قبل از تخمیر کمک کند. این شامل استخراج آنزیم ها، پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک یا سایر ترکیبات هدف از سلول ها، بافت ها یا مواد گیاهی برای استفاده بعدی در فرآیندهای تخمیر است.

به عنوان مثال، پیش تصفیه اولتراسونیک پوسته برنج برای افزایش هیدرولیز آنزیمی برای تولید xylooligosaccharides توسط Aspergillus japonicus (var. japonicus CY6-1) استفاده شد. با فراصوت ، تولید آنزیم های سلولولیتیک و زایلانولیتیک از پوسته برنج به طور قابل توجهی افزایش یافت. بازده همی سلولز تحت فراصوت به 1.4 برابر افزایش یافت و زمان تولید از 24 ساعت به 1.5 ساعت در دمای 80 درجه سانتی گراد بسیار کوتاه شد – با پتانسیل بیشتر بهینه سازی فرآیند. زیست توده فراصوت بسیار آسان تر قابل تبدیل برای قارچ است به طوری که ثبات فعالیت آنزیم گسترش می یابد و فعالیت CMCase ، بتا-گلوکوزیداز و زایلاناز در مقایسه با پوسته برنج غیر فراصوت افزایش می یابد. محصولات تخمیری نهایی شامل زایلوتترائوز، زایلوهگزاز و زایلولیگوساکاریدها با وزن مولکولی بالاتر بودند. عملکرد زایلوهگزاز از پوسته برنج فراصوت 80 درصد بیشتر بود.

تخمیر به کمک اولتراسونیک – تحریک میکروب ها

• اختلاط و همگن سازی: فراصوت را می توان به عنوان یک روش اختلاط در طول تخمیر استفاده کرد. استفاده از امواج اولتراسوند به ایجاد میکرو استریم کمک می کند و باعث همگنی می شود و توزیع یکنواخت مواد مغذی، گازها و میکروارگانیسم ها را در ظرف تخمیر تضمین می کند.
• افزایش انتقال جرم: مربوط به بهبود اختلاط و همگن سازی نرخ انتقال جرم التراسونیک بهبود یافته در طول تخمیر است. نوسان اولتراسونیک و کاویتاسیون ایجاد تلاطم موضعی و افزایش انتشار بسترها، گازها، و مواد مغذی به آبگوشت تخمیر. این می تواند کارایی کلی و بهره وری فرآیند تخمیر را بهبود بخشد.
• بهبود زنده ماندن سلول و فعالیت متابولیک: فراصوت را می توان به کشت میکروبی در طول تخمیر به منظور افزایش زنده ماندن سلول و فعالیت متابولیک اعمال می شود. فراصوت خفیف می تواند میکروارگانیسم های خاصی را تحریک کند، رشد را تقویت کند، تولید زیست توده، و سنتز متابولیت های مورد نظر یا محصولات تخمیر.

فراصوت دقیق قابل کنترل و تکرار کمک می کند تا به منظور بهبود بهره وری از فرآیندهای مختلف تخمیر بدون آسیب رساندن به سلول. شدت فراصوت را می توان دقیقا با گونه های سلولی خاص و نیازهای آن اقتباس کرد. با فراصوت کنترل شده، رشد سلول و متابولیسم مثبت تحت تاثیر قرار می گیرد و تبدیل کاتالیز شده توسط سلول های زنده به طور قابل توجهی بهبود می یابد، به عنوان مثال تحریک بیفیدوباکتریوم در شیر.
برای برخی از فرآیندهای تخمیر قارچ رانده شده ، فراصوت با موفقیت برای اصلاح مورفولوژی رشد و رئولوژی براث بدون تأثیر بر سرعت رشد و عملکرد قارچ های رشته ای استفاده می شود.

درمان پس از تخمیر اولتراسونیک

• برداشت و جداسازی سلول: فراصوت می تواند در برداشت سلول و جداسازی پس از تخمیر کمک کند. این می تواند به شکستن سنگدانه های سلولی، لخته سازها یا بیوفیلم ها کمک کند و آزاد شدن سلول ها از آبگوشت تخمیر را تسهیل کند. این امر فرآیندهای پایین دستی بعدی مانند بازیابی سلول یا تصفیه محصول را ساده می کند.
• استخراج محصولات داخل سلولی: پس از تخمیر، فراصوت می تواند مورد استفاده قرار گیرد برای استخراج محصولات داخل سلولی، مانند آنزیم ها، پروتئین ها، یا متابولیت های ثانویه، از زیست توده میکروبی یا سلولی. این فرآیند استخراج به بازیابی ترکیبات ارزشمند کمک می کند و عملکرد کلی فرآیند تخمیر را بهبود می بخشد.
• تجزیه سلول برای اهداف تحلیلی: فراصوت را می توان برای مختل کردن سلول ها یا نمونه های میکروبی پس از تخمیر، به ویژه برای اهداف تحلیلی استفاده کرد. این به لیز سلولی و انتشار محتویات داخل سلولی کمک می کند ، تجزیه و تحلیل اجزای سلولی را تسهیل می کند یا آزمایش های پایین دست را انجام می دهد.

برای تولید اجزای داخل سلولی مانند آنزیم های میکروبی (به عنوان مثال کاتالاز ، آمیلاز ، پروتئاز ، پکتیناز ، گلوکز ایزومراز ، سلولاز ، همی سلولاز ، لیپاز ، لاکتاز ، استرپتوکیناز) و پروتئین های نوترکیب (به عنوان مثال انسولین ، واکسن هپاتیت B ، اینترفرون ، فاکتور تحریک کننده کلنی گرانولوسیت ، استرپتوکیناز) ، سلول ها باید پس از فرآیند تخمیر لیز / مختل شوند تا پروتئین های مورد نظر آزاد شوند. با فراصوت ، استخراج مجتمع های پلی ساکارید پروتئینی داخل سلولی و خارج سلولی از آبگوشت تخمیر میسلیوم چسبناک تسهیل می شود. علاوه بر عملکرد استخراج برجسته و بهره وری آن، فراصوت به خوبی تثبیت شده و قابل اعتماد برای لیز سلولی و استخراج مواد داخل سلولی است.
اینجا را کلیک کنید برای خواندن مور در مورد لیز اولتراسونیک و استخراج!

بیوراکتورهای التراسونیک برای بهبود فرآیندهای تخمیر

Hielscher مافوق صوت طولانی مدت با مافوق صوت تحریک فرآیندهای زیستی مانند تحریک سلول, تخمیر, اختلال سلولی و استخراج. ما ارائه می دهیم راکتورهای اولتراسونیک استاندارد مختلف از اندازه ها و هندسه های مختلف برای فراصوت در دسته ای و جریان از طریق حالت. از طرف دیگر، ما راه حل های سفارشی برای ادغام در بیوراکتور موجود شما ارائه می دهیم. از آنجا که پردازنده های اولتراسونیک ما بسیار متنوع هستند و فقط به فضای کوچک نیاز دارند ، مقاوم سازی در گیاهان بیوتکنولوژی موجود را می توان بدون مشکل تحقق بخشید.
اطلاعات بیشتر در مورد انواع راکتور اولتراسونیک، طرح ها و برنامه های کاربردی در اینجا!
جدول زیر بسته به حجم دسته ای یا سرعت جریان مورد پردازش، توصیه های کلی دستگاه را نشان می دهد. برای دریافت اطلاعات بیشتر در مورد هر دستگاه، روی نوع دستگاه کلیک کنید.

ادبیات/منابع