ביוריאקטורים על-קוליים לתסיסה

Ultrasonics הוא אמצעי יעיל כדי לעורר מיקרואורגניזמים על ידי תנודות מכניות cavitation. ב sonobioreactor / תסיסה קולית, הטיפול קולי של תאים ורקמות הופך להיות נשלט מאוד מאז הגורמים הסביבתיים ניתן לקבוע במדויק. עם ביוריאקטורים על-קוליים, תפוקת התסיסה יכולה להיות משופרת באופן משמעותי.

תסיסה

יעילות התסיסה תלויה בתנאי התהליך: חומרים מזינים, צפיפות המדיום, טמפרטורה, תכולת חמצן/גז ולחץ הם גורמים חשובים המשפיעים על הפעילות המיקרוביאלית. מיקרואורגניזמים, כמו גם תאי יונקים, משגשגים רק בתנאים מסוימים. התנאים הנכונים בשילוב עם גירוי קולי יכולים למקסם את התשואה של תסיסה.

גירוי קולי של מיקרואורגניזמים

תסיסה היא תהליך מטבולי הממיר סוכר לחומצות, גזים או אלכוהול. זה קורה שמרים וחיידקים, וגם בתאי שריר מורעבים לחמצן, כמו במקרה של תסיסה חומצה לקטית. תסיסה משמשת גם באופן רחב יותר כדי להתייחס לצמיחה בתפזורת של מיקרואורגניזמים על מדיום גידול, לעתים קרובות במטרה לייצר מוצר כימי מסוים.
תהליך התסיסה מתבצע בקנה מידה תעשייתי באמצעות מיקרואורגניזמים כגון חיידקים ופטריות לתסיסה. מוצרים מותססים משמשים בתעשיית המזון ובתעשייה הכללית. כימיקלים, כגון חומצה אצטית, חומצת לימון ואתנול מיוצרים על ידי תסיסה. קצב התסיסה מושפע מריכוז מיקרואורגניזמים, תאים, רכיבים תאיים ואנזימים, כמו גם טמפרטורה ו-pH. עבור תסיסה אירובית, חמצן הוא גורם מפתח מדי. כמעט כל האנזימים המיוצרים באופן מסחרי, כגון ליפאז, אינוורטאז ורנט, מיוצרים על ידי תסיסה עם חיידקים מהונדסים גנטית.

• ייצור ביומסה (חומר תאי בר קיימא)
• ייצור מטבוליטים חוץ-תאיים (תרכובות כימיות)
• ייצור רכיבים תוך תאיים (אנזימים וחלבונים אחרים)
• טרנספורמציה של מצע (שבו המצע שעבר טרנספורמציה הוא עצמו המוצר)

סוניקציה לפני, במהלך ואחרי התסיסה

סוניקציה, היישום של גלי אולטרסאונד בתדר נמוך, ניתן להשתמש לפני, במהלך ואחרי תסיסה בדרכים שונות ובשלבים שונים של תהליך התסיסה.

טיפול טרום תסיסה אולטראסוני – שיפור זמינות הביומסה

1. העברה המונית משופרת: סוניקציה כקדם-טיפול משמשת לקידום העברת מסה והפיכת המצע לזמין יותר לחיידקים. ערבוב על-קולי מקדם העברה המונית של מצעים אל התאים המיקרוביאליים ומוצרים מהם. התעצמות קולית של העברת מסה יכולה להיות מיושמת כטיפול מקדים, כמו גם במהלך התסיסה.
2. הפרעה לתאים: ניתן להשתמש בסוניקציה כדי לשבש את דפנות התאים ואת קרומי התא, במיוחד בתרביות מיקרוביאליות או שמרים. זה עוזר לשחרר רכיבים תאיים, כגון אנזימים או מטבוליטים, אשר יכולים לשפר את ביצועי התסיסה או להקל על תהליכים במורד הזרם.
3. מיצוי תרכובות תוך תאיות: סוניקציה יכולה לסייע בהפקת תרכובות תוך-תאיות מחומרים ביולוגיים לפני התסיסה. זה כולל מיצוי אנזימים, חלבונים, חומצות גרעין או תרכובות מטרה אחרות מתאים או רקמות או חומרים צמחיים לשימוש לאחר מכן בתהליכי תסיסה.

לדוגמה, טיפול מקדים על-קולי בגוף האורז שימש לשיפור הידרוליזה אנזימטית לייצור קסילואוליגוסכרידים על ידי Aspergillus japonicus (var. japonicus CY6-1). על ידי סוניקציה, הייצור של אנזימים צלולוליטיים וקסילנוליטיים מקליפת האורז השתפר באופן משמעותי. תפוקת ההמיצלולוז הוגדלה פי 1.4 תחת סוניקציה וזמן הייצור התקצר מאוד מ-24 שעות ל-1.5 שעות ב-80 מעלות צלזיוס – עם פוטנציאל נוסף של אופטימיזציה של תהליכים. הביומסה הסוניק הרבה יותר קלה להמרה עבור הפטריות, כך שהיציבות של פעילות האנזים מתארכת והפעילות של CMCase, b-גלוקוזידאז וקסילנאז מוגברת בהשוואה לקליפת האורז הלא סונית. תוצרי התסיסה הסופיים היו קסילוטראוז, קסילוהקסוז וקסילואוליגוסכרידים בעלי משקל מולקולרי גבוה יותר. תפוקת הקסילוהקסאוז מקליפת האורז הייתה גבוהה ב-80%.

תסיסה בסיוע אולטרה-סאונד – גירוי של חיידקים

• ערבוב והומוגניזציה: סוניקציה יכולה לשמש כטכניקת ערבוב במהלך התסיסה. היישום של גלי אולטרסאונד מסייע ליצור microstreaming ומקדם הומוגניות, הבטחת הפצה אחידה של חומרים מזינים, גזים, מיקרואורגניזמים בתוך כלי התסיסה.
• שיפור ההעברה ההמונית: הקשורים ערבוב משופר הומוגניזציה הם אולטרה סאונד משופר קצב העברת המסה במהלך תסיסה. תנודה על-קולית וקוויטציה יוצרות מערבולות מקומיות ומשפרות את הדיפוזיה של מצעים, גזים וחומרים מזינים לתוך ציר התסיסה. זה יכול לשפר את היעילות הכוללת ואת הפרודוקטיביות של תהליך התסיסה.
• שיפור יכולת הקיום של התאים והפעילות המטבולית: ניתן ליישם סוניקציה על תרביות מיקרוביאליות במהלך התסיסה כדי לשפר את יכולת הקיום של התאים ואת הפעילות המטבולית. סוניקציה קלה יכולה לעורר מיקרואורגניזמים מסוימים, לקדם צמיחה, ייצור ביומסה וסינתזה של מטבוליטים רצויים או תוצרי תסיסה.

סוניקציה מדויקת הניתנת לשליטה וחזרה מסייעת לשפר את הפרודוקטיביות של תהליכי תסיסה שונים מבלי לפגוע בתאים. עוצמת הסוניקציה יכולה להיות מותאמת בדיוק למין התא הספציפי ולדרישותיו. על ידי סוניקציה מבוקרת, גדילת התאים וחילוף החומרים מושפעים באופן חיובי וההמרות המזורזות על ידי תאים חיים משתפרות באופן משמעותי, למשל גירוי ביפידובקטריה בחלב.
עבור חלק מתהליכי התסיסה המונעים על ידי פטריות, סוניקציה משמשת בהצלחה לשינוי מורפולוגיית הצמיחה והריאולוגיה של מרק מבלי להשפיע על קצב הצמיחה והתשואה של פטריות נימה.

טיפול אולטראסוני לאחר תסיסה

• קצירת תאים והפרדתם: סוניקציה יכולה לסייע בקצירת תאים ובהפרדה לאחר התסיסה. הוא יכול לסייע בפירוק צברי תאים, פלוקולנטים או ביופילמים, מה שמקל על שחרור תאים מציר התסיסה. זה מפשט תהליכים במורד הזרם, כגון שחזור תאים או טיהור המוצר.
• מיצוי מוצרים תוך תאיים: לאחר התסיסה, ניתן להשתמש בסוניקציה כדי לחלץ מוצרים תוך-תאיים, כגון אנזימים, חלבונים או מטבוליטים משניים, מביומסה מיקרוביאלית או תאית. תהליך מיצוי זה מסייע לשחזר תרכובות יקרות ערך ומשפר את התשואה הכוללת של תהליך התסיסה.
• פירוק תאים למטרות אנליטיות: סוניקציה יכולה להיות מיושמת כדי לשבש תאים או דגימות מיקרוביאליות לאחר תסיסה, במיוחד למטרות אנליטיות. זה מסייע ליזה התא ואת שחרורו של תוכן תאי, להקל על ניתוח של רכיבים סלולריים או ביצוע בדיקות במורד הזרם.

לייצור רכיבים תוך-תאיים כגון אנזימים מיקרוביאליים (כגון קטלאז, עמילאז, פרוטאז, פקטינאז, איזומראז גלוקוז, צלולאז, המיצלולאז, ליפאז, לקטאז, סטרפטוקינאז) וחלבונים רקומביננטיים (למשל אינסולין, חיסון נגד צהבת B, אינטרפרון, גורם מגרה מושבת גרנולוציטים, סטרפטוקינאז), התאים צריכים להיות ליזה / הפרעה לאחר תהליך התסיסה כדי לשחרר את החלבונים הרצויים. על ידי סוניקציה, מיצוי של קומפלקסים רב-תאיים וחוץ-תאיים רב-תאיים-חלבונים ממרק התסיסה התפטיר צמיג הוא הקל. מלבד תפוקת המיצוי והיעילות יוצאות הדופן שלה, סוניקציה מבוססת ואמינה היטב עבור ליזה של תאים ומיצוי של חומר תוך תאי.
לחצו כאן לקריאת מור על ליזה אולטראסונית ומיצוי!

ביוריאקטורים על-קוליים לשיפור תהליכי התסיסה

Hielscher Ultrasonics הוא זמן רב מנוסה עם תהליכים ביולוגיים אולטרה סאונד מגורה כגון גירוי התא, תסיסה, שיבוש תאים מיצוי. אנו מציעים כורים על-קוליים סטנדרטיים שונים בגדלים וגיאומטריות שונות עבור סוניקציה במצב אצווה וזרימה. לחלופין, אנו מציעים פתרונות מותאמים אישית לשילוב בביוריאקטור הקיים שלך. מכיוון שהמעבדים העל-קוליים שלנו הם מאוד ורסטיליים ודורשים רק שטח קטן, ניתן לממש התאמה למפעלים ביוטכנולוגיים קיימים ללא בעיות.
קרא עוד על סוגי כורים על-קוליים, עיצובים ויישומים כאן!
הטבלה הבאה מציינת המלצות כלליות להתקנים בהתאם לנפח האצווה או לקצב הזרימה שיש לעבד. לחץ על סוג המכשיר כדי לקבל מידע נוסף על כל מכשיר.

ספרות/מקורות