Ultraääni on tehokas keino stimuloida mikro-organismeja mekaanisella tärinällä ja kavitaatiolla. Sonobioreactor / ultraääni fermenteri, ultraääni hoito solujen ja kudoksen tulee erittäin hallittavissa, koska ympäristötekijät voidaan tarkasti määrittää. Ultraäänibioreaktoreilla käymistehoa voidaan merkittävästi parantaa.

käyminen

Fermentoinnin tehokkuus riippuu prosessiolosuhteista: Ravintoaineet, väliaineen tiheys, lämpötila, happi / kaasupitoisuus ja paine ovat tärkeitä tekijöitä, jotka vaikuttavat mikrobiaktiivisuuteen. Mikro-organismit ja nisäkässolut viihtyvät vain tietyissä olosuhteissa. Oikeat olosuhteet yhdistettynä ultraäänistimulaatioon voivat maksimoida käymisen saannon.

Mikroorganismien ultraääni stimulaatio

Fermentointi on aineenvaihduntaprosessi, joka muuntaa sokerin hapot, kaasut tai alkoholin. Se esiintyy hiivassa ja bakteereissa, myös happihoitoisissa lihassoluissa, kuten maitohappokäymissä. Fermentaatiota käytetään myös laajemmin viittaamaan mikro-organismien kasvaviin kasvuun kasvualustalla, usein tarkoituksena tuottaa tietty kemiallinen tuote.
Fermentaatioprosessi suoritetaan teollisessa mittakaavassa käyttäen mikro-organismeja, kuten bakteereja ja sieniä fermentaatiolle. Fermentoituja tuotteita käytetään elintarviketeollisuudessa ja yleisessä teollisuudessa. Kemikaaleja, kuten etikkahappoa, sitruunahappoa ja etanolia, valmistetaan fermentaatiolla. Fermentointinopeuteen vaikuttavat mikro-organismien, solujen, solukomponenttien ja entsyymien pitoisuus sekä lämpötila ja pH. Aerobisen käymisen lisäksi happi on avaintekijä. Lähes kaikki kaupallisesti tuotetut entsyymit, kuten lipaasi, invertaasi ja juoksut, valmistetaan fermentaatiolla geneettisesti muunnettujen mikrobien kanssa.
 
Yleensä käymiset voidaan jakaa neljään prosessityyppiin / vaiheeseen:

• Biomassan tuotanto (elinkelpoinen solumuovi)
• Solunulkoisten metaboliittien tuotanto (kemialliset yhdisteet)
• Solunsisäisten komponenttien (entsyymien ja muiden proteiinien) tuotanto
• Substraatin transformointi (jossa transformoitu substraatti on itse tuote)

Sonikaatio ennen fermentaatiota ja sen jälkeen

Sonikaatiota, matalataajuisten ultraääniaaltojen käyttöä, voidaan käyttää ennen käymistä, sen aikana ja sen jälkeen eri tavoin ja käymisprosessin eri vaiheissa.

Ultraääni esifermentaatiohoito – Biomassan saatavuuden parantaminen

1. Parannettu massansiirto: Sonikaatiota esikäsittelynä käytetään massansiirron edistämiseen ja substraatin käyttöön mikrobien käyttöön. Ultraäänisekoitus edistää substraattien massansiirtoa ja tuotteita pois mikrobisoluista. Massansiirron ultraääniintensistymistä voidaan soveltaa esikäsittelynä sekä käymisen aikana.
2. Solujen häiriöt: Sonikaatiota voidaan käyttää soluseinien ja kalvojen häiritsemiseen, erityisesti mikrobi- tai hiivaviljelmissä. Tämä auttaa vapauttamaan solunsisäisiä komponentteja, kuten entsyymejä tai metaboliitteja, jotka voivat parantaa käymiskykyä tai helpottaa loppupään prosesseja.
3. Solunsisäisten yhdisteiden uuttaminen: Sonikaatio voi auttaa solunsisäisten yhdisteiden uuttamisessa biologisista materiaaleista ennen käymistä. Tähän sisältyy entsyymien, proteiinien, nukleiinihappojen tai muiden kohdeyhdisteiden uuttaminen soluista, kudoksista tai kasvimateriaaleista myöhempää käyttöä varten käymisprosesseissa.

Esimerkiksi riisinkuoren ultraääniesikäsittelyä käytettiin Aspergillus japonicuksen (var. japonicus CY6-1) ksylooligosakkaridien tuotannon entsymaattisen hydrolyysin tehostamiseen. Sonikaatiolla sellulolyyttisten ja ksylanolyyttisten entsyymien tuotanto riisin rungosta parani merkittävästi. Hemiselluloosan saanto nostettiin 1,4-kertaiseksi sonikaatiossa ja tuotantoaika lyheni huomattavasti 24 tunnista 1,5 tuntiin 80 ºC: ssa – prosessin optimoinnilla. Sonikoitu biomassa on paljon helpompi muunneltavissa sieniä varten niin, että entsyymiaktiivisuuden stabiiliutta laajennetaan ja CMCaasin, b-glukosidaasin ja ksylanaasin aktiivisuutta kasvatetaan verrattuna ei-sonikoituun riisinrunkoon. Lopulliset fermentaatiotuotteet olivat ksylotetraose, ksylloheksoosi ja korkeamolekyyliset ksylooligosakkaridit. Sonifioidun riisin rungon ksylo- heksoosiesiintyminen oli 80% korkeampi.

Ultraäänellä avustettu käyminen – Mikrobien stimulointi

• Sekoittaminen ja homogenointi: Sonikaatiota voidaan käyttää sekoitustekniikkana käymisen aikana. Ultraääniaaltojen käyttö auttaa luomaan mikrovirtausta ja edistää homogeenisuutta, mikä varmistaa ravinteiden, kaasujen ja mikro-organismien tasaisen jakautumisen käymisastiassa.
• Massansiirron tehostaminen: Parannettuun sekoittamiseen ja homogenointiin liittyvät ultraäänellä parannetut massansiirtonopeudet käymisen aikana. Ultraäänivärähtely ja kavitaatio luovat paikallista turbulenssia ja parantavat substraattien, kaasujen ja ravinteiden diffuusiota käymisliemeen. Tämä voi parantaa käymisprosessin yleistä tehokkuutta ja tuottavuutta.
• Solujen elinkelpoisuuden ja aineenvaihdunnan aktiivisuuden parantaminen: Sonikaatiota voidaan soveltaa mikrobiviljelmiin käymisen aikana solujen elinkelpoisuuden ja aineenvaihdunnan aktiivisuuden parantamiseksi. Lievä sonikaatio voi stimuloida tiettyjä mikro-organismeja, edistää kasvua, biomassan tuotantoa ja haluttujen metaboliittien tai käymistuotteiden synteesiä.

Tarkasti kontrolloitava ja toistuva sonikointi auttaa parantamaan erilaisten käymisprosessien tuottavuutta vahingoittamatta soluja. Sonicationintensiteetti voidaan tarkasti sovittaa tiettyihin solulajiin ja sen vaatimuksiin. Ohjatulla sonikoinnilla solun kasvua ja aineenvaihduntaa on positiivisesti vaikutettu ja elävien solujen katalysoimat tulokset parantuivat merkittävästi esimerkiksi Bifidobakteerien stimuloimiseksi maidossa.
Joillekin sienenkäyttöisille käymisprosesseille sonikaatiota käytetään menestyksekkäästi kasvu-morfologian ja liemi-reologian muokkaamiseen vaikuttamatta rypäleiden sienten kasvuvauhtiin ja saantoon.

Ultraääni jälkikäsittely

• Solujen kerääminen ja erottaminen: Sonikaatio voi auttaa solujen keräämisessä ja erottamisessa käymisen jälkeen. Se voi auttaa rikkomaan soluaggregaatteja, flokkulantteja tai biofilmejä, mikä helpottaa solujen vapautumista käymisliemestä. Tämä yksinkertaistaa myöhempiä jatkoprosesseja, kuten solujen talteenottoa tai tuotteen puhdistusta.
• Solunsisäisten tuotteiden uuttaminen: Fermentoinnin jälkeen sonikaatiota voidaan käyttää solunsisäisten tuotteiden, kuten entsyymien, proteiinien tai sekundaaristen metaboliittien, uuttamiseen mikrobi- tai solubiomassasta. Tämä uuttoprosessi auttaa palauttamaan arvokkaita yhdisteitä ja parantaa käymisprosessin kokonaissaantoa.
• Solujen hajoaminen analyyttisiin tarkoituksiin: Sonikaatiota voidaan soveltaa solujen tai mikrobinäytteiden häiritsemiseen käymisen jälkeen, erityisesti analyyttisiin tarkoituksiin. Se auttaa solulyysissä ja solunsisäisen sisällön vapautumisessa, helpottaa solukomponenttien analysointia tai loppupään määritysten suorittamista.

Solunsisäisten komponenttien kuten mikrobien entsyymien (esim. Katalaasi, amylaasi, proteaasi, pektinaasi, glukoosi-isomeraasi, sellulaasi, hemisellulaasi, lipaasi, laktaasi, streptokinaasi) ja rekombinanttiproteiinit (esim. Insuliini, hepatiitti B -rokote, interferoni, faktori, streptokinaasi), solut on hajotettava / hajottava fermentaatioprosessin jälkeen halutun proteiinin vapauttamiseksi. Sonikaatiolla helpotetaan intrasellulaaristen ja ekstrasellulaaristen polysakkaridi-proteiinikompleksien uuttamista viskoosisesta myseelisen fermentointiliemestä. Sen erinomaisen uuton saannon ja tehokkuuden lisäksi sonikaatio on vakiintunut ja luotettava solujen hajoamiseen ja solunsisäisen aineen uuttamiseen.
Klikkaa tästä saadaksesi lisätietoja ultrasuodatuksesta ja uuttamisesta!

Ultraäänibioreaktorit parannettuihin käymisprosesseihin

Hielscher Ultrasonics on pitkäaikainen kokemus ultraäänellä stimuloiduista bioprosesseista, kuten solujen stimulaatio, käyminen, solujen häiriöt ja uuttaminen. Tarjoamme erilaisia vakiomuotoisia ultraäänireaktoreita, joiden koko ja geometria ovat sonikaatiota varten erä- ja läpivirtaustilassa. Vaihtoehtoisesti tarjoamme räätälöityjä ratkaisuja integrointiin olemassa olevaan bioreaktoriisi. Koska ultraääniprosessorimme ovat hyvin monipuolisia ja vaativat vain vähän tilaa, jälkiasennus olemassa oleviin bioteknologisiin laitoksiin voidaan toteuttaa ilman ongelmia.
Lue lisää ultraäänireaktorityypeistä, malleista ja sovelluksista täältä!
Alla olevassa taulukossa on yleiset laiteohjeet käsiteltävän erätilavuuden tai virtausnopeuden mukaan. Saat lisätietoja kustakin laitteesta napsauttamalla laitteen tyyppiä.

Kirjallisuus / Viitteet