अत्यधिक शुद्ध स्किज़ोफिलैन बीटा-ग्लूकैन का अल्ट्रासोनिक उत्पादन

स्किज़ोफिलैन प्रतिरक्षा को नियंत्रित करने वाले गुणों से युक्त एक कवकीय β-ग्लूकैन है। अत्यधिक सक्रिय औषधीय प्रभावों के लिए स्किज़ोफिलैन का आणविक भार कम होना आवश्यक है, ताकि इसकी जैवउपलब्धता बेहतर हो। यह सिद्ध हो चुका है कि अल्ट्रासोनिकेशन स्किज़ोफिलैन का आणविक भार कम करता है। एक विश्वसनीय और प्रभावकारी विधि के रूप में, सोनिकेशन का उपयोग कम आणविक भार वाले स्किज़ोफिलैन के उत्पादन के लिए आसानी से किया जा सकता है।

Schizophyllum मशरूम और अल्ट्रासोनिक बीटा-ग्लूकैन निष्कर्षण

Schizophyllum मशरूम की प्रजातियाँ वर्षा ऋतु के बाद प्रकृति में सड़ते हुए पेड़ों पर उगती हैं। इनके फलनकाय अगली शुष्क ऋतु में एकत्र किए जाते हैं। Schizophyllum प्रजातियाँ ग्लूकैन जैसे जैवरासायनिक यौगिकों से भरपूर होती हैं और इसलिए विशेष रूप से उष्णकटिबंधीय देशों में भोजन और औषधि के रूप में उपयोग की जाती हैं। प्रतिरक्षा को नियंत्रित करने वाले, कवकरोधी, अर्बुदरोधी और विषाणुरोधी गुणों के कारण Schizophyllum commune ने जैवप्रौद्योगिकी और औषधि कंपनियों का ध्यान आकर्षित किया है। इसे स्प्लिटगिल मशरूम के नाम से भी जाना जाता है।
पॉलीसैकराइड स्किज़ोफिलैन, जिसे सिज़ोफिरैन, सोनिफिलैन या सिज़ोफिलैन के नाम से भी जाना जाता है, Schizophyllum मशरूम में पाया जाने वाला प्रमुख β-ग्लूकैन है। ये मशरूम अत्यधिक प्रभावी जैवसक्रिय β-ग्लूकैन स्किज़ोफिलैन प्रदान करते हैं।
Schizophyllum commune मशरूम प्रकृति में पेड़ों पर उगते हैं; इनके कवकजाल को किण्वन शोरबे में भी संवर्धित किया जा सकता है। औषधीय और सौंदर्य प्रसाधन संबंधी अनुप्रयोगों के लिए, कम आणविक भार वाला स्किज़ोफिलैन उच्च आणविक भार वाले स्किज़ोफिलैन की तुलना में कहीं अधिक प्रभावकारी होता है। इसका कारण यह है कि कम आणविक भार वाले स्किज़ोफिलैन की जैवउपलब्धता और अवशोषण दरें काफी बेहतर होती हैं। इसके अतिरिक्त, उच्च आणविक भार वाला स्किज़ोफिलैन अक्सर अनुप्रयोगों में समस्याएँ उत्पन्न करता है, क्योंकि इसके जलीय विलयनों की श्यानता अधिक होती है।
अल्ट्रासोनिक आकार न्यूनीकरण स्किज़ोफिलैन का आणविक भार कम करने की एक अत्यधिक प्रभावी और विश्वसनीय तकनीक है, जिससे β-ग्लूकैन अणु की गुणवत्ता बढ़ती है।

कम आणविक भार वाले स्किज़ोफिलैन के उत्पादन की कार्यविधि

चूँकि आणविक भार वाला स्किज़ोफिलैन काफी बेहतर जैवउपलब्धता और अनुप्रयोग संबंधी गुण प्रदर्शित करता है, इसलिए Smirnou की शोध टीम ने β-ग्लूकैन अणु स्किज़ोफिलैन के विदलन और आकार न्यूनीकरण के लिए अल्ट्रासोनिकेशन की जाँच की।

स्किज़ोफिलैन का अल्ट्रासोनिकेशन

β-1.3(1.6)-ग्लूकैन स्किज़ोफिलैन (SPG) का उत्पादन सुक्रोज़ को सब्सट्रेट के रूप में उपयोग करके बायोरिएक्टर में S. commune कवक के निमज्जित संवर्धन द्वारा किया गया।
संवर्धन समाप्त होने के बाद, संवर्धन शोरबे को विखनिजीकृत जल से पतला करके स्किज़ोफिलैन की सांद्रता 2 g/L की गई और इसका अल्ट्रासोनिक उपचार अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर UIP2000hdT (Hielscher Ultrasonics GmbH, जर्मनी) का उपयोग करके रीसायकल मोड में निम्नलिखित प्राचलों और परिस्थितियों में किया गया: माध्यम की प्रवाह दर 50 mL/s, आवृत्ति 20 kHz, आउटपुट 2000 W, सोनोट्रोड प्रकार BS2d22, बूस्टर प्रकार B2-1.4 और आयाम 100%। सोनिकेशन की शुरुआत में संवर्धन शोरबे का तापमान 25°C था। अल्ट्रासोनिक उपचारित संवर्धन शोरबे (विशिष्ट ऊर्जा निवेश 100 Ws/mL) को 40°C पर 1.5 bar दबाव में Seitz HS800 गहराई फ़िल्टर से छाना गया। रासायनिक अभिलक्षणन के लिए अल्ट्रासोनिक उपचारित स्किज़ोफिलैन (uSPG) को प्रयोगशाला के तापमान पर निस्यंद में आइसोप्रोपिल अल्कोहल की तिगुनी मात्रा मिलाकर अवक्षेपित किया गया और 60°C पर 12h तक सुखाया गया। प्रतिरक्षाविज्ञानी अध्ययनों के लिए uSPG विलयन इस प्रकार तैयार किए गए: (1) अल्ट्रासोनिक उपचारित संवर्धन शोरबे के निस्यंद का 0.8 bar पर 0.1m2 Pall Centramate T-series PES कैसेट (100 kDa कट-ऑफ़) से डायाफिल्ट्रेशन किया गया और इसे तब तक जारी रखा गया जब तक अवरोधित अंश की चालकता 20 μS/cm नहीं हो गई; (2) विलयन को डायाफिल्ट्रेशन द्वारा सांद्रित करके uSPG की सांद्रता 1 g/L की गई और 120°C/20 min पर ऑटोक्लेव करके निर्जीवाणुकृत किया गया। विकृतीकृत uSPG भी इसी प्रकार तैयार किया गया, लेकिन संवर्धन शोरबे के निस्यंद में 0.2 M सांद्रता में NaOH मिलाया गया और क्षारीकृत विलयन को डायाफिल्ट्रेशन से पहले प्रयोगशाला के तापमान पर 30 min तक ऊष्मायित किया गया।

विश्लेषणात्मक विधियाँ

माइसीलियम की उपज का आकलन भारमितीय विधि से किया गया: संवर्धन शोरबे को पानी से 1:4 अनुपात में तनु किया गया, 25°C पर 20 min तक 10,000 × g पर अपकेंद्रित किया गया, अवक्षेप को तीन गुनी मात्रा में पानी से धोया गया, 60°C पर सुखाया गया और तौला गया। अधिप्लावी द्रव से स्किज़ोफिलैन को तीन गुनी मात्रा में आइसोप्रोपिल अल्कोहल से अवक्षेपित किया गया, 60°C पर 24h तक सुखाया गया और इसकी उपज भारमितीय विधि से निर्धारित की गई। संवर्धन शोरबे में pO2 को प्रकाशीय प्रोब Hamilton-Visiferm DO 120 (Hamilton, स्विट्ज़रलैंड) से मापा गया।
संवर्धन शोरबे की गतिशील श्यानता को HAAKE Visco Tester 6L पर 1L और 2L स्पिंडल के साथ 4°C पर और 30 rpm की घूर्णन गति पर मापा गया। निस्पंदन गति की गणना 1.5 bar दाब और 40°C पर 200 × 200 mm Seitz HS800 (Pall, अमेरिका) गहराई फ़िल्टर से 500 mL संवर्धन शोरबे के निस्पंदन में लगे समय से की गई।
uSPG का आणविक भार, श्रेणीक्रम में जुड़े PL aquagel OH60 और PL aquagel OH40 कॉलम वाले HPLC सिस्टम Alliance (Waters) पर SEC-MALLS से मापा गया, और डिटेक्टर miniDAWN TREOS (Wyatt) को डायफिल्ट्रेशन द्वारा uSPG की सांद्रता 1 g/L तक सांद्रित किया गया तथा 120°C/20 min पर ऑटोक्लेविंग द्वारा निर्जर्मित किया गया। विकृत uSPG को इसी प्रकार तैयार किया गया, सिवाय इसके कि संवर्धन शोरबे के निस्यंद में 0.2 M सांद्रता में NaOH मिलाया गया और क्षारीकृत विलयन को डायफिल्ट्रेशन से पहले प्रयोगशाला के तापमान पर 30 min तक ऊष्मायित किया गया।

परिणाम:
SPG के अनुवर्ती प्रसंस्करण को सुगम बनाने के लिए अल्ट्रासोनिकेशन उपचार सीधे माइसीलियम युक्त S. commune के 144-h संवर्धन शोरबे पर लागू किया गया।
 
सोनिकेशन किए गए स्किज़ोफिलैन की विशेषताएँ: अल्ट्रासोनिकेशन किए गए स्किज़ोफिलैन (uSPG) को संवर्धन शोरबे के निस्यंद से अल्कोहल द्वारा अवक्षेपित किया गया और उसके गुणों का विश्लेषण किया गया। SEC-MALLS ने uSPG का Mw लगभग 1 MDa अनुमानित किया। तरल किण्वन से प्राप्त स्किज़ोफिलैन का औसत आणविक भार लगभग 5 MDa होता है, जबकि ठोस-अवस्था संवर्धन में यह 10 MDa तक पहुँच सकता है। अल्ट्रासोनिकेशन किए गए स्किज़ोफिलैन के आणविक भार की तुलना मूल अनुपचारित स्किज़ोफिलैन के आणविक भारों से करने पर, अल्ट्रासोनिकेशन के कारण आणविक भार में 5 से 10 गुना कमी देखी जा सकती है।
सोनिकेशन किए गए पॉलीसैकराइड uSPG में 0.7%w/w प्रोटीन और प्रज्वलन के बाद 1.0%w/w अवशेष था। uSPG के जलअपघटित उत्पाद में ग्लूकोज़ की मात्रा 99% से अधिक थी। विश्लेषणात्मक परिणाम संकेत देते हैं कि सोनिकेशन β-ग्लूकान की मुख्य शृंखला को यादृच्छिक रूप से खंडित करता है और पार्श्व शाखाएँ अक्षुण्ण रहती हैं, जिससे स्किज़ोफिलैन का आकार और आणविक भार कम हो जाता है। मूलतः प्रोटीन और एंडोटॉक्सिन से मुक्त uSPG पर किए गए प्रतिरक्षाविज्ञान संबंधी अध्ययनों ने दर्शाया कि अल्ट्रासोनिकेशन किए गए कम Mw वाले स्किज़ोफिलैन में प्रबल प्रतिरक्षा-मॉड्यूलेटिंग सक्रियता होती है।

 
कम हुई श्यानता: अल्ट्रासोनिकेशन से संवर्धन शोरबे की श्यानता में उल्लेखनीय कमी आई। अल्ट्रासोनिकेशन के दौरान संवर्धन शोरबे की श्यानता अरैखिक रूप से बदली: अल्ट्रासोनिकेशन की शुरुआत में श्यानता तेजी से घटी, लेकिन बाद में इसकी गति धीमी हो गई। संवर्धन शोरबे की श्यानता को लगभग 7 गुना कम करने के लिए 100 Ws/mL का विशिष्ट ऊर्जा निवेश पर्याप्त था।

बेहतर निस्पंदन: अल्ट्रासाउंड से उपचारित संवर्धन शोरबा, उच्च आणविक भार वाले SPG युक्त अनुपचारित संवर्धन शोरबे (विशिष्ट ऊर्जा इनपुट 0 Ws/mL) की तुलना में फ़िल्टर से अधिक तेज़ी से प्रवाहित हुआ। इसके अलावा, अल्ट्रासोनिकेशन ने निस्यंदन के दौरान उत्पाद की हानि को उल्लेखनीय रूप से कम किया। उच्च आणविक भार वाले SPG युक्त अनुपचारित संवर्धन शोरबे (विशिष्ट ऊर्जा इनपुट 0 Ws/mL) के निस्यंद में 0.3 ± 0.07 g/L SPG था, जबकि गहराई निस्यंदन से पहले SPG की सांद्रता 2 g/L थी। इसके विपरीत, 100 Ws/mL पर अल्ट्रासोनिकेशन किए गए संवर्धन शोरबे के निस्यंद में SPG की सांद्रता 2.2 ± 0.2 g/L थी, जो उत्पाद की लगभग शून्य हानि के अनुरूप है।

निष्कर्ष: अपने निष्कर्ष में शोध दल ने संक्षेप में कहा है कि अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण कम आणविक भार वाले स्किज़ोफिलन के निर्माण की एक कुशल तकनीक है, जिसका उपयोग बाद में सौंदर्य प्रसाधनों और चिकित्सा में किया जा सकता है। जब माइसीलियम सहित संपूर्ण संवर्धन शोरबे पर अल्ट्रासोनिकेशन किया जाता है, तो इससे स्किज़ोफिलन के उत्पादन में कुछ लाभ मिलते हैं। यह आगे के प्रसंस्करण के दौरान उत्पाद की हानि को कम करता है और अल्ट्राफ़िल्ट्रेशन के कुशल उपयोग के कारण अत्यधिक शुद्ध पॉलीसैकराइड का उत्पादन संभव बनाता है।
इसके अतिरिक्त, शोधकर्ताओं ने पाया कि स्किज़ोफिलन के अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण का पैमाना आसानी से बढ़ाया जा सकता है। पायलट संयंत्र के अल्ट्रासोनिक विघटक UIP2000hdT की एक इकाई ने प्रवाह मोड में 110 s में 1 Liter संवर्धन शोरबे को प्रसंस्कृत किया। अतिरिक्त अल्ट्रासाउंड इकाइयों को क्रमिक रूप से जोड़कर प्रणाली की उत्पादकता आसानी से बढ़ाई जा सकती है।

 
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कवकीय ग्लूकैन के प्रसंस्करण के लिए उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक उपकरण

ग्लूकैन जैसे पॉलीसैकराइड तथा काइटिन और काइटोसैन जैसे अन्य जैवसक्रिय यौगिकों का विखंडन Hielscher के उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक उपकरणों से विश्वसनीय रूप से किया जा सकता है। हमारे अल्ट्रासोनिकेटर उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं, प्रक्रिया मापदंडों पर सटीक नियंत्रण देते हैं और भारी भार तथा कठिन कार्य परिस्थितियों में 24/7 चलाए जा सकते हैं। Hielscher Ultrasonics की उपकरण शृंखला इन आवश्यकताओं को विश्वसनीय रूप से पूरा करती है। उत्कृष्ट अल्ट्रासाउंड प्रदर्शन के अलावा, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर उच्च ऊर्जा दक्षता भी प्रदान करते हैं, जो एक महत्वपूर्ण आर्थिक लाभ है – विशेषकर जब इनका उपयोग व्यावसायिक स्तर पर बड़े पैमाने के उत्पादन में किया जाता है।
Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर उच्च प्रदर्शन वाली प्रणालियाँ हैं, जिन्हें आपकी प्रक्रिया की आवश्यकताओं को सर्वोत्तम ढंग से पूरा करने के लिए सोनोट्रोड, बूस्टर, रिएक्टर या प्रवाह सेल जैसी सहायक सामग्रियों से सुसज्जित किया जा सकता है।
डिजिटल रंगीन डिस्प्ले, सोनिकेशन चक्रों को पहले से निर्धारित करने का विकल्प, एकीकृत SD कार्ड पर स्वचालित डेटा रिकॉर्डिंग, ब्राउज़र के माध्यम से दूरस्थ नियंत्रण और कई अन्य सुविधाएँ उच्चतम प्रक्रिया नियंत्रण और उपयोगकर्ता-अनुकूलता सुनिश्चित करती हैं। मज़बूती और भारी भार सहने की क्षमता से युक्त Hielscher अल्ट्रासोनिक प्रणालियाँ उत्पादन में आपका भरोसेमंद सहारा हैं।
स्किज़ोफिलन जैसे β-ग्लूकैन का आणविक भार कम करने के लिए शक्तिशाली अल्ट्रासाउंड आवश्यक है, ताकि लक्षित विदलन और उच्च गुणवत्ता वाला अंतिम स्किज़ोफिलन उत्पाद प्राप्त किया जा सके, जिसका उपयोग औषधीय अनुप्रयोगों में किया जा सकता है।
 
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नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है: