Hielscher ultrazvučna tehnologija

Biosynthetic Production of Human Milk Oligosaccharides

Biosinteza ljudskog mlijeka oligosaharidi (HMO) putem fermentacije ili enzimske reakcije je složen, konzumiranje i često low-yielding proces. Ultrasonication povećava prijenos mase između supstrata i stanica tvornice ans stimulira rast stanica i metabolizam. Time, sonication pojačava fermentaciju i biokemijske procese što rezultira ubrzanom i učinkovitijom proizvodnjom HMO-a.

Oligosaharidi ljudskog mlijeka

Ljudskog mlijeka oligosaharidi (HMO), također poznat kao ljudsko mlijeko glikani, su molekule šećera, koje su dio skupine oligosaharidi. Istaknuti primjeri HMO-a uključuju 2'-fukozlaktoze (2′-FL), lakto-N-neotetraoza (LNnT), 3'-galaktosillaktoze (3′-GL) i difukozlaktoze (DFL).
Dok ljudsko majčino mlijeko jekomplet više od različitih 150 HMO strukture, samo 2′-fucosyllactose (2′-FL) i lakto-N-neotetraoza (LNnT) trenutno se proizvode na komercijalnoj razini i koriste se kao prehrambene aditiva u dojenačkoj formuli.
Oligosaharidi ljudskog mlijeka (HMO- i) poznati su po svom značaju u prehrani za bebe. Humano mlijeko oligosaharidi su jedinstvena vrsta hranjivih tvari, koje djeluju kao prebiotici, anti-ljepljivi antimikrobni lijekovi, i imunomodulatori unutar crijeva dojenčadi i znatno doprinose razvoju mozga. HMO-i se nalaze isključivo u majčinom mlijeku u ljudi; drugih sisavaca (npr. krava, koza, ovce, deva itd.) nemaju taj specifičan oblik oligosaharida.
Oligosaharidi ljudskog mlijeka su treća najzastupljenija kruta komponenta u ljudskom mlijeku, koja može biti prisutna u otopljenom ili emulgiranom ili suspendiranom obliku u vodi. Laktoza i masne kiseline su najzastupljenije krutine u ljudskom mlijeku. HMO-ovi su prisutni u koncentraciji od 0,35–0,88 unci (9,9–24,9 g)/ L. Poznato je približno 200 strukturno različitih oligosaharida ljudskog mlijeka. Dominantni oligosaharid u 80% svih žena iznosi 2′-fukozlaktoze, koja je prisutna u majčinom mlijeku u ljudi u koncentraciji od približno 2,5 g/l.
Budući da se HMO-i ne probavljaju, ne kalorically doprinose prehrani. Biti neprobavljiv ugljikohidrati, oni funkcioniraju kao prebiotici i selektivno fermentirani po poželjnim crijeva mikroflore, posebno bifidobacteria.

Zdravstvene prednosti ljudskog mlijeka Oligosaharidi (HMO)

  • promicanje razvoja dojenčadi
  • važne su za razvoj mozga
  • ima protuupalno i
  • anti-ljepljive učinke u gastrointestinalnom traktu
  • podržava imunološki sustav u odraslih
Ultrasonication and the use of ultrasonic bioreactors (sono-bioreactors) are highly effective to promote mass transfer between substrate and living cells used as cell factories

Na Ultrazvučni procesor UIP2000hdT povećava prijenos mase i aktivira tvornice stanica za veće prinose biosintetiziranih bioloških molekula kao što su

Zahtjev za informacijama




Primijetite naše pravila o privatnosti,


Biosinteza ljudskog mlijeka Oligosaharidi

Stanične tvornice i enzimski / kemo-enzimski sustavi su trenutne tehnologije koje se koriste za sintezu HMO-a. Za proizvodnju HMO-a na industrijskoj razini, fermentacija tvornica mikrobnih stanica, biokemijska sinteza i različite enzimske reakcije su izvedivi načini proizvodnje HMO-a. Zbog ekonomskih razloga, bio-sinteza putem mikrobnih stanica tvornice je trenutno jedina tehnika koja se koristi na razini industrijske proizvodnje HMO-a.

Fermentacija HMO-a pomoću mikrobnih stanica tvornice

E.coli, Saccharomyces cerevisiae i Lactococcus lactis se obično koriste stanične tvornice koriste za bioprodukciju bioloških molekula kao što su HMO- i. Fermentacija je biokemijski proces pomoću mikroorganizama za pretvaranje podloge u ciljane biološke molekule. Mikrobne stanice tvornice koriste jednostavne šećere kao supstrat, koje pretvaraju u HMO-e. Budući da su jednostavni šećeri (npr. laktoza) obilna, jeftina podloga, to održava proces bio-sinteze troškovno učinkovitim.
Rast i biokonverzija stopa su uglavnom pod utjecajem masovnog prijenosa hranjivih tvari (supstrata) na mikroorganizme. Brzina prijenosa mase je glavni čimbenik koji utječe na sintezu proizvoda tijekom fermentacije. Ultrasonication je dobro poznat za promicanje prijenosa mase.
During fermentation, the conditions in the bioreactor must be constantly monitored and regulated so that the cells can grow as quickly as possible in order to then produce the targeted biomolecules (e.g. oligosaccharides such as HMOs; insulin; recombinant proteins). Theoretically, the product formation starts as soon as the cell culture begins to grow. However especially in genetically modified cells such as engineered microorganisms it is usually induced later by adding a chemical substance to the substrate, which upregulates the expression of the targeted biomolecule. Ultrasonic bioreactors (sono-bioreactor) can be precisely controlled and allow for the specific stimulation of microbes. This results in an accelerated biosynthesis and higher yields.
Ultrasonic lysis and extraction: Fermentation of complex HMOs might be limited by low fermentation titers and products remaining intracellular. Ultrasonic lysis and extraction is used to release intracellular material before purification and down-stream processes.

Ultrazvučno promovirana fermentacija

The growth rate of microbes such as Escherichia coli, engineered E.coli, Saccharomyces cerevisiae and Lactococcus lactis can be accelerated by increasing the mass transfer rate and cell wall permeability by applying controlled low-frequency ultrasonication. As a mild, non-thermal processing technique, ultrasonication applies purely mechanical forces into the fermentation broth.
Acoustic Cavitation: The working principle of sonication is based on acoustic cavitation. The ultrasonic probe (sonotrode) couples low-frequency ultrasound d waves into the medium. The ultrasound waves travel through the liquid creating alternating high-pressure (compression) / low-pressure (rarefaction) cycles. By compressing and stretching the liquid in alternating cycles, minute vacuum bubbles arise. These small vacuum bubbles grow over several cycles until they reach a size where they cannot absorb any further energy. At this point of maximum growth, the vacuum bubble implodes violently and generates locally extreme conditions, known as the phenomenon of cavitation. In the cavitational “hot-spot”, high pressure and temperature differentials and intense shear forces with liquid jets of up to 280m/sec can be observed. By these cavitational effects, thorough mass transfer and sonoporation (the perforation of cell walls and cell membranes) is achieved. The nutrients of the substrate are floated to and into the living whole cells, so that the cell factories are optimally nourished and growth as well as conversion rates are accelerated. Ultrasonic bioreactors are a simple, yet highly effective strategy to process biomass in a one-pot biosynthesis process.
Precizno kontrolirana, blaga sonication je dobro poznato da intenzivira fermentacijske procese.
Sonication poboljšava "produktivnost mnogih bioprocesa koji uključuju žive stanice putem poboljšanja unosa supstrata, poboljšana proizvodnja ili rast povećanjem stanične poroznosti, i potencijalno poboljšano oslobađanje komponenti stanica." (Naveena i sur. 2015.)
Read more about ultrasonically-assisted fermentation!
Prednosti ultrazvučno pojačane fermentacije

  • povećava iskorištenje
  • Ubrzana fermentacija
  • Stimulacija specifična za ćeliju
  • Poboljšana podloga unos
  • Povećana stanična poroznost
  • jednostavan za rad
  • Sef
  • Jednostavna Retro-Dolikuje
  • Linearno mjerilo gore
  • Batch ili InIine obrada
  • Brzi povrat ulaganja

Naveena et al. (2015) utvrdio da ultrazvučno intenziviranje nudi nekoliko prednosti tijekom bioprocesa, uključujući niske operativne troškove u odnosu na druge mogućnosti liječenja za poboljšanje, jednostavnost rada i skromne zahtjeve snage.

Agitated ultrasonic tank (sono-bioreactor) for batch processing

Spremnik s 8kW ultrasonicators i agitator

Ultrazvučni fermentacijski reaktori visokih performansi

Fermentacijski procesi uključuju žive mikroorganizme kao što su bakterije ili kvasac, koji funkcioniraju kao stanične tvornice. Dok se sonication primjenjuje za promicanje prijenosa mase i povećanje mikroorganizama rast i stopa pretvorbe, ključno je kontrolirati ultrazvučni intenzitet upravo kako bi se izbjeglo uništavanje stanica tvornice.
Hielscher Ultrasonics je stručnjak za projektiranje, proizvodnju i distribuciju visokih performansi ultrasonicators, koji se može precizno kontrolirati i pratiti kako bi se osiguralo vrhunske fermentacije prinosa.
Precizna kontrola ultrazvučnih parametara procesa Hielscher Ultrasonics' inteligentni softverKontrola procesa nije samo neophodna za visoke prinose i vrhunsku kvalitetu, već omogućuje ponavljanje i reprodukciju ishoda. Pogotovo kada ist dolazi do stimulacije stanica tvornice, stanični specifična prilagodba parametara ultrazvukom je neophodna za postizanje visokih prinosa i spriječiti razgradnju stanica. Dakle, svi digitalni modeli Hielscher ultrasonicators su opremljeni inteligentnim softverom, koji vam omogućuje da prilagodite, pratiti i revidirati parametre ultrazvukom. Ultrazvučni procesni parametri kao što su amplituda, temperatura, tlak, trajanje ultrazvukom, radni ciklusi i unos energije neophodni su za promicanje proizvodnje HMO-a fermentacijom.
Pametni softver Hielscher ultrasonicators automatski bilježi sve važne parametre procesa na integriranoj SD kartici. Automatsko bilježenje podataka procesa ultrazvukom temelj su za standardizaciju procesa i ponovljivost / ponovljivost, koje su potrebne za dobre proizvođačke prakse (GMP).

Hielscher Ultrasonics cascatrode

cascatrodeTm u ultrazvučnom reaktoru stanica protoka

Ultrazvučni rektori za fermentaciju

Hielscher Ultrasonics cascatrodeHielscher offers ultrasonic probes of various size, length and geometries, which can be used for batch as well as continuous flow-through treatments. Ultrasonic reactors, also known as sono-bioreactors, are available for any volume covering the ultrasonic bioprocessing from small lab samples to pilot and fully-commercial production level.
Poznato je da je mjesto ultrazvučnog sonotrode u reakcijskoj posudi utječe na distribuciju kavitacije i mikro-streaming unutar medija. Sonotrode i ultrazvučni reaktor treba odabrati u skladu s volumenom obrade stanične juhe. Dok sonication može se izvesti u seriji, kao i u kontinuiranom načinu rada, za velike količine proizvodnje preporučuje se korištenje kontinuiranog protoka instalacije. Prolazeći kroz ultrazvučni protok stanica, sve ćelije medij dobiva točno istu izloženost ultrazvukom osiguravajući najučinkovitiji tretman. Hielscher Ultrasonics širok raspon ultrazvučnih sondi i reaktora stanica protoka omogućuje sastavljanje idealne ultrazvučne bioprocesing postava.

Hielscher Ultrasonics – Od laboratorija do pilota do proizvodnje

Hielscher Ultrasonics pokriva cijeli spektar ultrazvučne opreme nudi kompaktne ručne ultrazvučne homogenizatore za pripremu uzorka na klupa-top i pilot sustava, kao i snažne industrijske ultrazvučne jedinice koje lako obraditi kamiona po satu. Budući da je svestran i fleksibilan u montaži i montaži opcije, Hielscher ultrasonicators može se lako integrirati u sve vrste batch reaktora, fed-serije ili kontinuirani protok kroz postavljanje.
Razni pribor, kao i prilagođeni dijelovi omogućuju idealnu prilagodbu vašeg ultrazvučnog postava na vaše zahtjeve procesa.
Izgrađen za 24/7 rad pod punim opterećenjem i teškim uvjetima u zahtjevnim uvjetima, Hielscher ultrazvučni procesori su pouzdani i zahtijevaju samo nisku održavanje.
Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Batch Volumen Protok Preporučeni uređaji
1 do 500 mL 10 do 200 mL / min UP100H
10 do 2000 ml 20 do 400 mL / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L / min UIP2000hdT
10 do 100L 2 do 10 l / min UIP4000hdT
N.a. 10 do 100 l / min UIP16000
N.a. veći grozd UIP16000

Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!

Zatražite dodatne informacije

Molimo koristite obrazac u nastavku kako biste zatražili dodatne informacije o ultrazvučnim procesorima, aplikacijama i cijeni. Rado ćemo razgovarati o vašem procesu s vama i ponuditi vam ultrazvučni sustav koji zadovoljava vaše zahtjeve!









Molimo, imajte na umu da je pravila o privatnosti,


Hielscher Ultrasonics proizvodi visoke performanse ultrazvučni homogenizatori za disperziju, Emulgiranje i vađenje stanica.

Visoke snage ultrazvučni homogenizatori iz Laboratorija do Pilot i industrijski razmjera.

Književnost / Reference



Činjenice koje vrijedi znati

Biosynthesis using Cell Factories

A microbial cell factory is a method of bioengineering, which utilizes microbial cells as a production facility. By genetically engineering microbes, the DNA of microorganisms such as bacteria, yeasts, fungi, mammalian cells, or algae is modified turning microbes into cell factories. Cell factories are used to convert substrates into valuable biological molecules, which are used e.g. in food, pharma, chemistry and fuel production. Different strategies of cell factory-based biosynthesis aim at the production of native metabolites, expression of heterologous biosynthetic pathways, or protein expression.
Cell factories can be used to either synthesize native metabolites, to express heterologous biosynthetic pathways, or to express proteins.

Biosynthesis of native metabolites

Native metabolites are defined as biological molecules, which the cells used as cell factory produce naturally. Cell factories produce these biological molecules either intracellularly or a secreted substance. The latter is preferred since it facilitates the separation and purification of the targeted compounds. Examples for native metabolites are amino and nucleic acids, antibiotics, vitamins, enzymes, bioactive compounds, and proteins produced from anabolic pathways of cell.

Heterologus Biosynthetic Pathways

When trying to produce an interesting compound, one of the most important decisions is the choice of production in the native host, and optimize this host, or transfer of the pathway to another well-known host. If the original host can be adapted to an industrial fermentation process, and there are no health-related risks in doing so (e.g., production of toxic by-products), this can be a preferred strategy (as was the case e.g., for penicillin). However, in many modern cases, the potential of using an industrially preferred cell factory and related platform processes out-weighs the difficulty of transferring the pathway.

Protein Expression

The expression of proteins can be achieved via homologous and heterologous ways. In homologous expression, a gene that is naturally present in an organism is over-expressed. Through this over-expression, a higher yield of a certain biological molecule can be produced. For heterologous expression, a specific gene is transferred into a host cell in that the gene is not present naturally. Using cell engineering and recombinant DNA technology, the gene is inserted into the host’s DNA so that the host cell produces (large) amounts of a protein that it would not produce naturally. Protein expression is done in a variety of hosts from bacteria, e.g. E. coli and Bacillis subtilis, yeasts, e.g., Klyuveromyces lactis, Pichia pastoris, S. cerevisiae, filamentous fungi, e.g. as A. niger, and cells derived from multicellular organisms such as mammals and insects. Innummerous proteins are of great commercial interest, including from bulk enzymes, complex bio-pharmaceuticals, diagnostics and research reagents. (cf. A.M. Davy et al. 2017)