मानव दूध ओलिगोसेकेराइड का बायोसिंथेटिक उत्पादन

किण्वन या एंजाइमी प्रतिक्रियाओं के माध्यम से मानव दूध ओलिगोसेकेराइड (एचएमओ) का जैवसंश्लेषण एक जटिल, खपत और अक्सर कम उपज देने वाली प्रक्रिया है। अल्ट्रासोनिकेशन सब्सट्रेट और सेल कारखानों के बीच बड़े पैमाने पर हस्तांतरण को बढ़ाता है और सेल विकास और चयापचय को उत्तेजित करता है। इस प्रकार, सोनिकेशन किण्वन और जैव-रासायनिक प्रक्रियाओं को तेज करता है जिसके परिणामस्वरूप एचएमओ का त्वरित और अधिक कुशल उत्पादन होता है।

मानव दूध ओलिगोसेकेराइड

मानव दूध ओलिगोसेकेराइड (एचएमओ), जिसे मानव दूध ग्लाइकन के रूप में भी जाना जाता है, चीनी अणु हैं, जो ऑलिगोसेकेराइड समूह का हिस्सा हैं। एचएमओ के प्रमुख उदाहरणों में 2'-फ्यूकोसिलेलैक्टोज (2) शामिल हैं′-FL), लैक्टो-एन-नियोटेट्राओज (LNnT), 3'-गैलेक्टोसिलेलैक्टोज (3′-जीएल), और डिफ्यूकोसिलेलैक्टोज (डीएफएल)।
जबकि मानव स्तन का दूध विभिन्न 150 एचएमओ संरचनाओं से बना है, केवल 2′-फ्यूकोसिलेलैक्टोज (2′-एफएल) और लैक्टो-एन-नियोटेट्राओज (एलएनटी) वर्तमान में वाणिज्यिक स्तर पर उत्पादित होते हैं और शिशु फार्मूला में पोषण संबंधी योजक के रूप में उपयोग किए जाते हैं।
मानव दूध ओलिगोसेकेराइड (एचएमओ) को शिशु पोषण में उनके महत्व के लिए जाना जाता है। मानव दूध ओलिगोसेकेराइड एक अद्वितीय प्रकार के पोषक तत्व हैं, जो शिशु की आंत के भीतर प्रीबायोटिक्स, एंटी-चिपकने वाला रोगाणुरोधी और इम्युनोमोड्यूलेटर के रूप में कार्य करते हैं और मस्तिष्क के विकास में महत्वपूर्ण योगदान देते हैं। एचएमओ विशेष रूप से मानव स्तन के दूध में पाए जाते हैं; अन्य स्तनधारी दूध (जैसे गाय, बकरी, भेड़, ऊंट आदि) में ओलिगोसेकेराइड के इन विशिष्ट रूप नहीं होते हैं।
मानव दूध ओलिगोसेकेराइड मानव दूध में तीसरा सबसे प्रचुर मात्रा में ठोस घटक है, जो पानी में भंग या पायसीकृत या निलंबित रूप में मौजूद हो सकता है। लैक्टोज और फैटी एसिड मानव दूध में पाए जाने वाले सबसे प्रचुर मात्रा में ठोस पदार्थ हैं। एचएमओ 0.35–0.88 औंस (9.9–24.9 ग्राम)/ एल की एकाग्रता में मौजूद हैं। लगभग 200 संरचनात्मक रूप से विभिन्न मानव दूध ओलिगोसेकेराइड ज्ञात हैं। सभी महिलाओं में से 80% में प्रमुख ओलिगोसेकेराइड 2 है′-फ्यूकोसिलेलैक्टोज, जो मानव स्तन के दूध में लगभग 2.5 ग्राम / एल की एकाग्रता में मौजूद होता है।
चूंकि एचएमओ पचते नहीं हैं, इसलिए वे कैलोरी रूप से पोषण में योगदान नहीं करते हैं। अपचनीय कार्बोहाइड्रेट होने के नाते, वे प्रीबायोटिक्स के रूप में कार्य करते हैं और वांछनीय आंत माइक्रोफ्लोरा, विशेष रूप से बिफीडोबैक्टीरिया द्वारा चुनिंदा रूप से किण्वित होते हैं।

मानव दूध ओलिगोसेकेराइड का जैवसंश्लेषण

सेल कारखानों और एंजाइमेटिक / कीमो-एंजाइमेटिक सिस्टम एचएमओ के संश्लेषण के लिए उपयोग की जाने वाली वर्तमान प्रौद्योगिकियां हैं। औद्योगिक पैमाने पर एचएमओ उत्पादन के लिए, माइक्रोबियल सेल कारखानों का किण्वन, जैव-रासायनिक संश्लेषण, और विभिन्न एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाएं एचएमओ जैव-उत्पादन के व्यवहार्य तरीके हैं। आर्थिक कारणों से, माइक्रोबियल सेल कारखानों के माध्यम से जैव-संश्लेषण वर्तमान में एचएमओ के औद्योगिक उत्पादन स्तर पर उपयोग की जाने वाली एकमात्र तकनीक है।

माइक्रोबियल सेल कारखानों का उपयोग करके एचएमओ का किण्वन

ई.कोलाई, सैक्रोमाइसेस सेरेविसिया और लैक्टोकोकस लैक्टिस आमतौर पर एचएमओ जैसे जैविक अणुओं के जैव-उत्पादन के लिए उपयोग किए जाने वाले सेल कारखानों का उपयोग किया जाता है। किण्वन एक जैव रासायनिक प्रक्रिया है जो सूक्ष्म जीवों का उपयोग करके एक सब्सट्रेट को लक्षित जैविक अणुओं में परिवर्तित करती है। माइक्रोबियल सेल कारखाने सब्सट्रेट के रूप में सरल शर्करा का उपयोग करते हैं, जिसे वे एचएमओ में परिवर्तित करते हैं। चूंकि सरल शर्करा (जैसे लैक्टोज) एक प्रचुर मात्रा में, सस्ते सब्सट्रेट हैं, यह जैव-संश्लेषण प्रक्रिया को लागत-कुशल रखता है।
विकास और जैव-रूपांतरण दर मुख्य रूप से सूक्ष्मजीवों को पोषक तत्वों (सब्सट्रेट) के बड़े पैमाने पर हस्तांतरण से प्रभावित होती है। बड़े पैमाने पर हस्तांतरण दर एक मुख्य कारक है जो किण्वन के दौरान उत्पाद संश्लेषण को प्रभावित करता है। अल्ट्रासोनिकेशन बड़े पैमाने पर हस्तांतरण को बढ़ावा देने के लिए अच्छी तरह से जाना जाता है।
किण्वन के दौरान, बायोरिएक्टर में स्थितियों की लगातार निगरानी और विनियमन किया जाना चाहिए ताकि कोशिकाएं जितनी जल्दी हो सके विकसित हो सकें ताकि लक्षित बायोमोलेक्यूल्स (जैसे एचएमओ; इंसुलिन; पुनः संयोजक प्रोटीन) का उत्पादन किया जा सके। सैद्धांतिक रूप से, उत्पाद निर्माण शुरू होता है जैसे ही सेल संस्कृति बढ़ने लगती है। हालांकि, विशेष रूप से आनुवंशिक रूप से संशोधित कोशिकाओं में, जैसे कि इंजीनियर सूक्ष्मजीव, यह आमतौर पर सब्सट्रेट में एक रासायनिक पदार्थ जोड़कर बाद में प्रेरित होता है, जो लक्षित बायोमोलेक्यूल की अभिव्यक्ति को अपग्रेड करता है। अल्ट्रासोनिक बायोरिएक्टर (सोनो-बायोरिएक्टर) को ठीक से नियंत्रित किया जा सकता है और रोगाणुओं की विशिष्ट उत्तेजना के लिए अनुमति दी जा सकती है। इसके परिणामस्वरूप त्वरित जैवसंश्लेषण और उच्च पैदावार होती है।
अल्ट्रासोनिक lysis और निष्कर्षण: जटिल एचएमओ के किण्वन कम किण्वन टाइटर्स और उत्पादों शेष इंट्रासेल्युलर द्वारा सीमित किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक लसीका और निष्कर्षण का उपयोग शुद्धिकरण और डाउन-स्ट्रीम प्रक्रियाओं से पहले इंट्रासेल्युलर सामग्री को छोड़ने के लिए किया जाता है।

अल्ट्रासोनिक रूप से प्रचारित किण्वन

Escherichia कोलाई, इंजीनियर E.coli, Saccharomyces cerevisiae और लैक्टोकोकस लैक्टिस जैसे रोगाणुओं की वृद्धि दर को नियंत्रित कम आवृत्ति अल्ट्रासोनिकेशन लागू करके बड़े पैमाने पर हस्तांतरण दर और सेल दीवार पारगम्यता को बढ़ाकर तेज किया जा सकता है। एक हल्के, गैर-थर्मल प्रसंस्करण तकनीक के रूप में, अल्ट्रासोनिकेशन किण्वन शोरबा में विशुद्ध रूप से यांत्रिक बलों को लागू करता है।
ध्वनिक गुहिकायन: सोनिकेशन का कार्य सिद्धांत ध्वनिक गुहिकायन पर आधारित है। अल्ट्रासोनिक जांच (सोनोट्रोड) माध्यम में कम आवृत्ति वाली अल्ट्रासाउंड तरंगों को जोड़ती है। अल्ट्रासाउंड तरंगें तरल के माध्यम से यात्रा करती हैं, जिससे बारी-बारी से उच्च दबाव (संपीड़न)/कम दबाव (दुर्लभता) चक्र बनते हैं। बारी-बारी से चक्रों में तरल को संपीड़ित और खींचकर, मिनट वैक्यूम बुलबुले उत्पन्न होते हैं। ये छोटे वैक्यूम बुलबुले कई चक्रों में बढ़ते हैं जब तक कि वे एक आकार तक नहीं पहुंच जाते जहां वे किसी और ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकते। अधिकतम वृद्धि के इस बिंदु पर, वैक्यूम बुलबुला हिंसक रूप से फट जाता है और स्थानीय रूप से चरम स्थितियों को उत्पन्न करता है, जिसे गुहिकायन की घटना के रूप में जाना जाता है। कैविटेशनल "हॉट-स्पॉट" में, उच्च दबाव और तापमान अंतर और 280 मीटर/सेकंड तक के तरल जेट के साथ तीव्र कतरनी बल देखे जा सकते हैं। इन गुहिकायन प्रभावों से, पूरी तरह से बड़े पैमाने पर हस्तांतरण और सोनोपोरेशन (सेल की दीवारों और कोशिका झिल्ली का छिद्र) प्राप्त किया जाता है। सब्सट्रेट के पोषक तत्वों को जीवित संपूर्ण कोशिकाओं में और अंदर तैराया जाता है, ताकि सेल कारखानों को बेहतर रूप से पोषित किया जा सके और विकास के साथ-साथ रूपांतरण दर में तेजी आए। अल्ट्रासोनिक बायोरिएक्टर एक-पॉट बायोसिंथेसिस प्रक्रिया में बायोमास को संसाधित करने के लिए एक सरल, अभी तक अत्यधिक प्रभावी रणनीति है।
एक सटीक नियंत्रित, हल्के sonication किण्वन प्रक्रियाओं को तेज करने के लिए अच्छी तरह से जाना जाता है।
सोनिकेशन "सब्सट्रेट तेज की वृद्धि, सेल सरंध्रता को बढ़ाकर उत्पादन या विकास को बढ़ाकर, और सेल घटकों की संभावित रूप से बढ़ी हुई रिहाई के माध्यम से जीवित कोशिकाओं को शामिल करने वाले कई बायोप्रोसेस की उत्पादकता में सुधार करता है। (नवीना एवं अन्य 2015)
अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त किण्वन के बारे में और पढ़ें!

नवीना एट अल (2015) ने पाया कि अल्ट्रासोनिक गहनता बायोप्रोसेसिंग के दौरान कई फायदे प्रदान करती है, जिसमें अन्य बढ़ते उपचार विकल्पों की तुलना में कम परिचालन लागत, संचालन की सादगी और मामूली बिजली की आवश्यकताएं शामिल हैं।

उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक किण्वन रिएक्टर

किण्वन प्रक्रियाओं में बैक्टीरिया या खमीर जैसे जीवित सूक्ष्मजीव शामिल होते हैं, जो सेल कारखानों के रूप में कार्य करते हैं। जबकि बड़े पैमाने पर हस्तांतरण को बढ़ावा देने और सूक्ष्मजीव की वृद्धि और रूपांतरण दर को बढ़ाने के लिए सोनिकेशन लागू किया जाता है, सेल कारखानों के विनाश से बचने के लिए अल्ट्रासोनिक तीव्रता को ठीक से नियंत्रित करना महत्वपूर्ण है।
Hielscher Ultrasonics उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटर के डिजाइन, निर्माण और वितरण में विशेषज्ञ है, जिसे बेहतर किण्वन पैदावार सुनिश्चित करने के लिए ठीक से नियंत्रित और निगरानी की जा सकती है।

प्रक्रिया नियंत्रण न केवल उच्च पैदावार और बेहतर गुणवत्ता के लिए आवश्यक है, बल्कि परिणामों को दोहराने और पुन: पेश करने में सक्षम बनाता है। विशेष रूप से जब सेल कारखानों की उत्तेजना की बात आती है, तो उच्च पैदावार प्राप्त करने और सेल क्षरण को रोकने के लिए सोनीशन मापदंडों का सेल-विशिष्ट अनुकूलन आवश्यक है। इसलिए, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर के सभी डिजिटल मॉडल बुद्धिमान सॉफ्टवेयर से लैस हैं, जो आपको सोनीशन मापदंडों को समायोजित करने, मॉनिटर करने और संशोधित करने की अनुमति देता है। किण्वन के माध्यम से एचएमओ उत्पादन को बढ़ावा देने के लिए आयाम, तापमान, दबाव, सोनिकेशन अवधि, कर्तव्य चक्र और ऊर्जा इनपुट जैसे अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया पैरामीटर आवश्यक हैं।
Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर का स्मार्ट सॉफ्टवेयर एकीकृत एसडी-कार्ड पर सभी महत्वपूर्ण प्रक्रिया मापदंडों को स्वचालित रूप से रिकॉर्ड करता है। सोनीशन प्रक्रिया की स्वचालित डेटा रिकॉर्डिंग प्रक्रिया मानकीकरण और प्रजनन क्षमता/दोहराव की नींव है, जो अच्छे विनिर्माण प्रथाओं (जीएमपी) के लिए आवश्यक हैं।

किण्वन के लिए अल्ट्रासोनिक रेक्टर

Hielscher विभिन्न आकार, लंबाई और ज्यामिति की अल्ट्रासोनिक जांच प्रदान करता है, जिसका उपयोग बैच के साथ-साथ निरंतर प्रवाह-थ्रू उपचार के लिए भी किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक रिएक्टर, जिन्हें सोनो-बायोरिएक्टर के रूप में भी जाना जाता है, अल्ट्रासोनिक बायोप्रोसेसिंग को छोटे प्रयोगशाला नमूनों से पायलट और पूरी तरह से वाणिज्यिक उत्पादन स्तर तक कवर करने वाले किसी भी मात्रा के लिए उपलब्ध हैं।
यह सर्वविदित है कि प्रतिक्रिया पोत में अल्ट्रासोनिक सोनोट्रोड का स्थान माध्यम के भीतर गुहिकायन और माइक्रो-स्ट्रीमिंग के वितरण को प्रभावित करता है। सोनोट्रोड और अल्ट्रासोनिक रिएक्टर को सेल शोरबा की प्रसंस्करण मात्रा के अनुसार चुना जाना चाहिए। जबकि सोनिकेशन बैच में और साथ ही निरंतर मोड में किया जा सकता है, उच्च उत्पादन संस्करणों के लिए निरंतर प्रवाह स्थापना के उपयोग की सिफारिश की जाती है। एक अल्ट्रासोनिक प्रवाह सेल के माध्यम से गुजरते हुए, सभी सेल माध्यम को सबसे प्रभावी उपचार सुनिश्चित करने के लिए सोनिकेशन के समान जोखिम मिलता है। Hielscher Ultrasonics अल्ट्रासोनिक जांच और प्रवाह सेल रिएक्टरों की विस्तृत श्रृंखला आदर्श अल्ट्रासोनिक बायोप्रोसेसिंग सेटअप को इकट्ठा करने की अनुमति देती है।

Hielscher Ultrasonics – लैब से पायलट तक प्रोडक्शन तक

Hielscher Ultrasonics बेंच-टॉप और पायलट सिस्टम के साथ-साथ शक्तिशाली औद्योगिक अल्ट्रासोनिक इकाइयों के लिए नमूना तैयार करने के लिए कॉम्पैक्ट हाथ से आयोजित अल्ट्रासोनिक homogenisers की पेशकश करने वाले अल्ट्रासोनिक उपकरणों के पूर्ण स्पेक्ट्रम को कवर करता है जो आसानी से प्रति घंटे ट्रक लोड को संसाधित करते हैं। स्थापना और बढ़ते विकल्पों में बहुमुखी और लचीला होने के नाते, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर आसानी से बैच रिएक्टरों, खिलाया बैचों या निरंतर प्रवाह के माध्यम से setups के सभी प्रकार में एकीकृत किया जा सकता है।
विभिन्न सहायक उपकरण के साथ-साथ अनुकूलित भागों आपकी प्रक्रिया आवश्यकताओं के लिए आपके अल्ट्रासोनिक सेटअप के आदर्श अनुकूलन की अनुमति देते हैं।
मांग की स्थिति में पूर्ण भार और भारी शुल्क के तहत 24/7 ऑपरेशन के लिए निर्मित, Hielscher अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर विश्वसनीय हैं और केवल कम रखरखाव की आवश्यकता है।
नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकेटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है: