अल्ट्रासोनिक्स यांत्रिक कंपन और कैविटेशन द्वारा सूक्ष्मजीवों को उत्तेजित करने का एक प्रभावी साधन है। एक सोनोबायोरेक्टर/अल्ट्रासोनिक किण्वन में, कोशिकाओं और ऊतकों का अल्ट्रासोनिक उपचार अत्यधिक नियंत्रणीय हो जाता है क्योंकि पर्यावरणीय कारकों को बिल्कुल निर्धारित किया जा सकता है । अल्ट्रासोनिक बायोरिएक्टर के साथ, किण्वन उत्पादन को काफी बढ़ाया जा सकता है।

किण्वन

किण्वन की दक्षता प्रक्रिया की स्थिति पर निर्भर करता है: पोषक तत्वों, मध्यम, तापमान, ऑक्सीजन / गैस सामग्री और दबाव के घनत्व महत्वपूर्ण कारक है कि माइक्रोबियल गतिविधि को प्रभावित कर रहे हैं। सूक्ष्मजीवों के साथ-साथ स्तनधारी कोशिकाओं केवल विशेष परिस्थितियों में कामयाब। सही परिस्थितियों अल्ट्रासोनिक उत्तेजना के साथ संयुक्त किण्वन की उपज को अधिकतम कर सकते हैं।

सूक्ष्मजीवों की अल्ट्रासोनिक उत्तेजना

किण्वन एक चयापचय की प्रक्रिया है कि एसिड होता है, गैसों, या शराब के लिए चीनी परिवर्तित करता है। यह खमीर और बैक्टीरिया में, और यह भी ऑक्सीजन भूखे मांसपेशियों की कोशिकाओं में होता है लैक्टिक एसिड किण्वन के मामले में। किण्वन भी अधिक मोटे तौर पर प्रयोग किया जाता है एक विकास का माध्यम पर सूक्ष्मजीवों के थोक विकास का उल्लेख करने, अक्सर एक विशिष्ट रासायनिक उत्पाद के उत्पादन के लक्ष्य के साथ।
किण्वन प्रक्रिया इस तरह के बैक्टीरिया और किण्वन के लिए कवक के रूप में सूक्ष्मजीवों का उपयोग कर औद्योगिक पैमाने पर किया जाता है। किण्वित उत्पादों भोजन और सामान्य उद्योग में उपयोग किया जाता है। इस तरह के एसिटिक एसिड, साइट्रिक एसिड, और इथेनॉल के रूप में रसायन, किण्वन द्वारा उत्पादित कर रहे हैं। किण्वन दर सूक्ष्मजीवों, सेल, सेलुलर घटकों, और एंजाइमों के साथ ही तापमान, और पीएच की एकाग्रता से प्रभावित है। एरोबिक किण्वन के लिए, ऑक्सीजन एक महत्वपूर्ण कारक भी है। इस तरह के लाइपेज, invertase और जामन के रूप में लगभग सभी वाणिज्यिक उत्पादन एंजाइमों,, आनुवंशिक रूप से संशोधित रोगाणुओं के साथ किण्वन से बनते हैं।
सामान्य तौर पर, fermentations चार प्रकार में विभाजित किया जा सकता है:

• बायोमास का उत्पादन (व्यवहार्य सेलुलर सामग्री)
• बाह्य चयापचयों का उत्पादन (रासायनिक यौगिकों)
• intracellular घटकों का उत्पादन (एंजाइम और अन्य प्रोटीन)
• सब्सट्रेट के परिवर्तन (जो में तब्दील सब्सट्रेट ही उत्पाद है)

Sonication से पहले, दौरान और किण्वन के बाद

अल्ट्रासोनिक पूर्व-प्रशोधन – बायोमास उपलब्धता में सुधार

पूर्व उपचार के रूप में सोनीशन का उपयोग बड़े पैमाने पर हस्तांतरण को बढ़ावा देने और रोगाणुओं के लिए सब्सट्रेट को अधिक उपलब्ध कराने के लिए किया जाता है। अल्ट्रासोनिक मिश्रण माइक्रोबियल कोशिकाओं से दूर, और उत्पादों के लिए सब्सट्रेट्स के बड़े पैमाने पर हस्तांतरण को बढ़ावा देता है। बड़े पैमाने पर हस्तांतरण के अल्ट्रासोनिक गहनता को पूर्व-उपचार के साथ-साथ किण्वन के दौरान लागू किया जा सकता है।
उदाहरण के लिए, चावल के पतवार के अल्ट्रासोनिक प्रीट्रीटमेंट का उपयोग एस्परगिलस जैपोनिकस (वीएआर जैपोनिकस CY6-1) द्वारा जाइलोलियोसैकराइड्स (एक्सओ) उत्पादन के लिए एंजाइमेटिक हाइड्रोलिसिस को बढ़ाने के लिए किया गया था। सोनीशन द्वारा, चावल के पतवार से सेल्यूलोलिटिक और जाइलानोलिटिक एंजाइमों के उत्पादन में काफी वृद्धि हुई थी। हेमीसेल्यूलोज यील्ड को सोनीशन के तहत 1.4 गुना तक बढ़ा दिया गया था और उत्पादन समय 24 घंटे से 80ºC पर 1.5 घंटे तक छोटा हो गया था – प्रक्रिया अनुकूलन के आगे की क्षमता के साथ। sonicated बायोमास कवक के लिए बहुत आसान परिवर्तनीय ताकि एंजाइम गतिविधि की स्थिरता बढ़ाया है और CMCase, बी-ग्लुकोसिडेस की गतिविधि, और xylanase गैर sonicated चावल पतवार की तुलना में वृद्धि हुई है है। अंतिम उत्साहवर्द्धक उत्पादों, xylotetraose xylohexaose, और उच्च आणविक भार xylooligosaccharides थे। sonicated चावल पतवार से xylohexaose उपज 80% अधिक था।

अल्ट्रासोनिक किण्वन – रोगाणुओं की उत्तेजना

ठीक चलाया और repeatable sonication कोशिकाओं को नुकसान पहुँचाए बिना विभिन्न किण्वन प्रक्रियाओं की उत्पादकता में सुधार लाने में मदद करता है। sonication तीव्रता वास्तव में विशेष सेल प्रजातियों और अपनी आवश्यकताओं के लिए अनुकूलित किया जा सकता। नियंत्रित sonication द्वारा, कोशिकाओं की वृद्धि और चयापचय को सकारात्मक रूप से प्रभावित होता है और रूपांतरण जीवित कोशिकाओं द्वारा उत्प्रेरित में काफी सुधार हुआ है, उदाहरण के लिए दूध में Bifidobacteria उत्तेजक।
कुछ कवक चालित किण्वन प्रक्रियाओं के लिए, sonication के सफलतापूर्वक विकास दर और filamentous कवक की उपज को प्रभावित किए बिना विकास आकृति विज्ञान और शोरबा rheology संशोधित करने के लिए प्रयोग किया जाता है।

अल्ट्रासोनिक के बाद उपचार – निष्कर्षण

माइक्रोबियल एंजाइमों जैसे इंट्रासेल्यूलर घटकों के उत्पादन के लिए (जैसे कैटलस, एमिलेज़, प्रोटीज़, पेक्टिनेज, ग्लूकोज आइसोमेरेज़, सेल्यूलेज, हेमिसेल्यूलस, लिपेज, लैक्टेज, स्ट्रेप्टोकिनेज) और रीकॉम्बीनेंट प्रोटीन (जैसे इंसुलिन, हेपेटाइटिस बी टीका, इंटरफेरॉन, ग्रानुलोसाइट कॉलोनी-उत्तेजक कारक, streptokinase), वांछित प्रोटीन को जारी करने के लिए किण्वन प्रक्रिया के बाद कोशिकाओं को lysed / बाधित किया जाना चाहिए। Sonication द्वारा, चिपचिपा mycelial किण्वन शोरबा से इंट्रासेल्यूलर और extracellular polysaccharide- प्रोटीन परिसरों का निष्कर्षण सुविधा प्रदान की जाती है। इसके उत्कृष्ट निष्कर्षण उपज और दक्षता के अलावा, sonication सेल lysis के लिए अच्छी तरह से स्थापित और विश्वसनीय है और इंट्रासेल्यूलर पदार्थ के निष्कर्षण।
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