Ultrasonics הוא אמצעי יעיל לעירור המיקרואורגניזמים על-ידי תנודות מכניות והקשרות. ב sonobioreactor חקן/אולטראסאונד fermenter, הטיפול אולטראסוניות של תאים ורקמות הופך לשליטה מאוד מאז הגורמים הסביבתיים יכול להיות נחוש בדיוק. עם ביוריאקטורים אולטרה סאונד, תפוקת התסיסה יכולה להיות משופרת באופן משמעותי.

תְסִיסָה

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 חילוף חומרים הממירה סוכר לחומצות, גזים, או אלכוהול. זה קורה שמרים וחיידקים, וגם בתאי שריר-מורעב חמצן, כמו במקרה של תסיסת חומצה לקטית. התסיסה משמשת גם באופן רחב יותר להתייחס הצמיחה בתפזורת של מיקרואורגניזמים על מדיום גידול, בדרך כלל במטרה לייצר מוצר כימי ספציפי.
תהליך התסיסה מתבצע על בקנה מידה תעשייתית באמצעות מיקרואורגניזמים כגון חיידקים ופטריות עבור התסיסה. מוצרים פרוביוטיים משמשים בתעשיית המזון ובתעשייה. כימיקלים, כגון חומצה אצטית, חומצה ציטרית, ואתנול מיוצרים על ידי תסיסה. שיעור התסיסה מושפע הריכוז של מיקרואורגניזמים, תאים, מרכיבים תאיים, ואנזימים כמו גם טמפרטורה, ואת ה- pH. לקבלת תסיסה אירובית, חמצן היא גורם מפתח מדי. כמעט כל האנזימים בכמויות מסחריות, כגון lipase, invertase ו רנה, מיוצרים על ידי תסיסה עם חיידקים מהונדסים גנטית.
 
באופן כללי, ניתן לחלק את התסיסה לארבעה סוגים/שלבי תהליך:

• הפקה של ביומסה (חומר הסלולר קיימא)
• הפקה של מטבוליטים תאיים (תרכובות כימיות)
• ייצור מרכיבים תאיים (אנזימים וחלבונים אחרים)
• טרנספורמציה של המצע (שבו המצע טרנספורמציה שהוא עצמו תוצר)

לפני Sonication, במהלך ואחרי תסיסה

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 זמין ביומסה

1. העברה המונית משופרת: Sonication כמו טרום טיפול משמש כדי לקדם העברה המונית ולהפוך את המצע זמין יותר חיידקים. ערבוב אולטרה סאונד מקדם את העברת המוני של מצעים כדי, ואת המוצרים הרחק, את התאים מחיידקים. התעצמות אולטרה סאונד של העברה המונית ניתן להחיל כמו טרום טיפול, 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 בתהליך. ביומסה sonicated הרבה יותר קל להמרה עבור פטריות כך ליציבות בפעילות האנזים הוארך ואת הפעילות של CMCase, ב-glucosidase, ואת xylanase גדל בהשוואה הספינה אורז הלא sonicated. המוצרים תסיסה הסופי היו xylotetraose, xylohexaose, ו xylooligosaccharides משקל מולקולרי גבוה. תשואת xylohexaose מן הספינה האורזת sonicated הייתה 80% גבוהה יותר.

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 כדאיות התא 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.

דווקא sonication לשליטה הדיר עוזר לשפר את הפרודוקטיביות של תהליכי תסיסה שונים ללא תאים נזק. עוצמת sonication ניתן להתאים בדיוק למין התא הספציפי ודרישותיו. על ידי sonication המבוקר, צמיחת התא וחילוף החומרים מושפעת באופן חיובי ואת המרות המזורזת על ידי תאי חיים הוא השתפרה באופן משמעותי, למשל, מגרה bifidobacteria בחלב.
עבור חלק בתהליכי תסיסה מונחה פטרייתיים, sonication משמש בהצלחה לשנות מורפולוגיה צמיחה rheology מרק מבלי להשפיע שיעור הצמיחה תשואה של פטריות פילמנטיות.

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.

עבור ייצור של מרכיבים תאיים כגון אנזימים מיקרוביאליים (כגון קטליז, עמילאז, פרוטאז, pectinase, איסומרז גלוקוז, cellulase, hemicellulase, ליפאז, לקטאז, סטרפטוקינאז) ו חלבונים רקומביננטי (כגון אינסולין, חיסון הפטיטיס B, אינטרפרון, מושבת גרנולוציטים- stimulating גורם, streptokinase), התאים צריכים להיות lysed / disrupted לאחר תהליך התסיסה כדי לשחרר את החלבונים הרצוי. על ידי sonication, את החילוץ של תאיים polysaccharide תאיים קומפלקסים חלבונים מן התירס צמיג מיסלציה צמיג הוא הקל. מלבד התשואה החילוץ שלה יוצאת דופן ויעילות, sonication מבוססת היטב ואמינה עבור תמוגה התא ואת מיצוי של עניין תאיים.
לחץ כאן כדי לקרוא מור על תמס וחילוץ קוליים!

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 האולטרסוניים שלנו הם מאוד תכליתיים ודורשים רק שטח קטן, ניתן לממש התאמה למפעלים ביוטכנולוגיים קיימים ללא בעיות.
קרא עוד על סוגי כורים על-קוליים, עיצובים ויישומים כאן!
הטבלה שלהלן, מצביע המלצות התקן הכללי על פי עומס אצווה או קצב זרימה להיות מעובד. לחץ על סוג ההתקן כדי לקבל מידע נוסף על כל מכשיר.

ספרות / הפניות