Ուլտրաձայնային բիոռեակտորներ խմորման համար
Ուլտրաձայնը արդյունավետ միջոց է միկրոօրգանիզմների խթանման համար մեխանիկական թրթռումների և կավիտացիայի միջոցով: Սոնոբիորեակտորում / ուլտրաձայնային ֆերմենտատորում բջիջների և հյուսվածքների ուլտրաձայնային բուժումը դառնում է խիստ վերահսկելի, քանի որ շրջակա միջավայրի գործոնները կարող են ճշգրիտ որոշվել: Ուլտրաձայնային բիոռեակտորների միջոցով խմորման ելքը կարող է զգալիորեն ընդլայնվել:
խմորում
Ֆերմենտացման արդյունավետությունը կախված է գործընթացի պայմաններից. Սնուցիչները, միջավայրի խտությունը, ջերմաստիճանը, թթվածնի/գազի պարունակությունը և ճնշումը կարևոր գործոններ են, որոնք ազդում են մանրէների գործունեության վրա: Միկրոօրգանիզմները, ինչպես նաև կաթնասունների բջիջները զարգանում են միայն որոշակի պայմաններում: Ուլտրաձայնային խթանման հետ զուգակցված ճիշտ պայմանները կարող են առավելագույնի հասցնել խմորման եկամտաբերությունը:
Միկրոօրգանիզմների ուլտրաձայնային խթանում
Խմորումը նյութափոխանակության գործընթաց է, որը շաքարը վերածում է թթուների, գազերի կամ ալկոհոլի: Այն հանդիպում է խմորիչի և բակտերիաների, ինչպես նաև թթվածնով քաղցած մկանային բջիջներում, ինչպես կաթնաթթվային խմորման դեպքում։ Խմորումը նաև օգտագործվում է ավելի լայնորեն՝ նշելու համար միկրոօրգանիզմների մեծածավալ աճը աճի միջավայրում, հաճախ հատուկ քիմիական արտադրանք արտադրելու նպատակով:
Խմորման գործընթացն իրականացվում է արդյունաբերական մասշտաբով, օգտագործելով միկրոօրգանիզմներ, ինչպիսիք են բակտերիաները և սնկերը խմորման համար: Ֆերմենտացված արտադրանքն օգտագործվում է սննդի և ընդհանուր արդյունաբերության մեջ։ Քիմիական նյութեր, ինչպիսիք են քացախաթթուն, կիտրոնաթթուն և էթանոլը, արտադրվում են խմորման արդյունքում: Ֆերմենտացման արագության վրա ազդում են միկրոօրգանիզմների, բջիջների, բջջային բաղադրիչների և ֆերմենտների կոնցենտրացիան, ինչպես նաև ջերմաստիճանը և pH-ը: Աերոբիկ խմորման համար թթվածինը նույնպես առանցքային գործոն է: Առևտրային արտադրության համարյա բոլոր ֆերմենտները, ինչպիսիք են լիպազը, ինվերտազը և ցողունը, արտադրվում են գենետիկորեն ձևափոխված մանրէների հետ խմորման միջոցով:
Ուլտրաձայնային հոմոգենիզատոր UIP2000hdT (2 կՎտ) խմբաքանակային ռեակտորով
Ընդհանուր առմամբ, խմորումները կարելի է բաժանել գործընթացի չորս տեսակի/փուլերի.
- Կենսազանգվածի արտադրություն (կենսունակ բջջային նյութ)
- Արտաբջջային մետաբոլիտների (քիմիական միացությունների) արտադրություն
- Ներբջջային բաղադրիչների արտադրություն (ֆերմենտներ և այլ սպիտակուցներ)
- Ենթաշերտի փոխակերպումը (որում փոխակերպված ենթաշերտը ինքնին արտադրանքն է)
Sonication նախքան, ընթացքում և հետո խմորում
Sonication-ը, ցածր հաճախականության ուլտրաձայնային ալիքների կիրառումը, կարող է օգտագործվել խմորումից առաջ, ընթացքում և հետո տարբեր ձևերով և խմորման գործընթացի տարբեր փուլերում:
Ուլտրաձայնային նախնական ֆերմենտացման բուժում – Կենսազանգվածի հասանելիության բարելավում
- Բարելավված զանգվածային փոխանցում. Sonication-ը որպես նախնական բուժում օգտագործվում է զանգվածի փոխանցումը խթանելու և ենթաշերտը մանրէներին ավելի հասանելի դարձնելու համար: Ուլտրաձայնային խառնուրդը նպաստում է ենթաշերտերի զանգվածային տեղափոխմանը մանրէաբանական բջիջներին և արտադրանքի հեռացմանը: Զանգվածի փոխանցման ուլտրաձայնային ուժեղացումը կարող է կիրառվել որպես նախնական մշակման, ինչպես նաև խմորման ժամանակ:
- Բջջի խանգարում. Sonication-ը կարող է օգտագործվել բջջային պատերը և թաղանթները խաթարելու համար, հատկապես մանրէաբանական կամ խմորիչ մշակույթներում: Սա օգնում է ազատել ներբջջային բաղադրիչները, ինչպիսիք են ֆերմենտները կամ մետաբոլիտները, որոնք կարող են բարելավել ֆերմենտացման կատարումը կամ հեշտացնել ներքևում գտնվող գործընթացները:
- Ներբջջային միացությունների արդյունահանում. Sonication-ը կարող է օգնել կենսաբանական նյութերից ներբջջային միացությունների արդյունահանմանը նախքան խմորումը: Սա ներառում է ֆերմենտների, սպիտակուցների, նուկլեինաթթուների կամ այլ թիրախային միացությունների արդյունահանում բջիջներից, հյուսվածքներից կամ բուսական նյութերից՝ ֆերմենտացման գործընթացներում հետագա օգտագործման համար:
Օրինակ, բրնձի կեղևի ուլտրաձայնային նախնական մշակումն օգտագործվել է Aspergillus japonicus (var. japonicus CY6-1) քսիլոլիգոսաքարիդների արտադրության համար ֆերմենտային հիդրոլիզը ուժեղացնելու համար: Ձայնի միջոցով զգալիորեն մեծացել է ցելյուլոլիտիկ և քսիլոլիտիկ ֆերմենտների արտադրությունը բրնձի կեղևից: Հեմիկելյուլոզայի ելքը մեծացել է մինչև 1,4 անգամ՝ ազդեցությամբ, իսկ արտադրության ժամանակը զգալիորեն կրճատվել է 24 ժամից մինչև 1,5 ժամ 80ºC ջերմաստիճանում: – գործընթացի օպտիմալացման հետագա ներուժով: Հնչեցված կենսազանգվածը շատ ավելի հեշտ է փոխակերպվում սնկերի համար, այնպես որ ֆերմենտային ակտիվության կայունությունը ընդլայնվում է, իսկ CMCase-ի, b-գլյուկոզիդազի և քսիլանազի ակտիվությունը՝ համեմատած չհնչեցված բրնձի կեղևի հետ: Ֆերմենտացման վերջնական արտադրանքներն էին քսիլոտետրաոզը, քսիլոհեքսաոզը և ավելի բարձր մոլեկուլային քաշի քսիլոլիգոսաքարիդները: Քսիլոհեքսաոզի բերքատվությունը բրնձի կեղևից 80%-ով ավելի բարձր էր:
Ֆերմենտացումից առաջ sonication-ը մեծացնում է հասանելի խմորվող սննդանյութերը
Ուլտրաձայնային օգնությամբ խմորում – Միկրոբների խթանում
- Խառնում և համասեռացում. Sonication-ը կարող է օգտագործվել որպես խմորման ժամանակ խառնելու տեխնիկա: Ուլտրաձայնային ալիքների կիրառումը օգնում է ստեղծել միկրոհոսք և նպաստում է միատարրությանը, ապահովելով սննդանյութերի, գազերի և միկրոօրգանիզմների միասնական բաշխում ֆերմենտացման նավի ներսում:
- Զանգվածային փոխանցման ընդլայնում. Բարելավված խառնման և համասեռացման հետ կապված են խմորման ընթացքում զանգվածի փոխանցման ուլտրաձայնային բարելավված արագությունները: Ուլտրաձայնային տատանումը և կավիտացիան ստեղծում են տեղայնացված տուրբուլենտություն և ուժեղացնում են ենթաշերտերի, գազերի և սննդանյութերի տարածումը խմորման արգանակի մեջ: Սա կարող է բարելավել ֆերմենտացման գործընթացի ընդհանուր արդյունավետությունն ու արտադրողականությունը:
- Բջիջների կենսունակության և նյութափոխանակության ակտիվության բարելավում. Sonication-ը կարող է կիրառվել ֆերմենտացման ընթացքում մանրէաբանական մշակույթների վրա՝ բջիջների կենսունակությունը և նյութափոխանակության ակտիվությունը բարձրացնելու համար: Մեղմ ձայնային ազդեցությունը կարող է խթանել որոշ միկրոօրգանիզմներ՝ խթանելով աճը, կենսազանգվածի արտադրությունը և ցանկալի մետաբոլիտների կամ խմորման արտադրանքի սինթեզը:
Ճշգրիտ կառավարելի և կրկնվող հնչյունավորումն օգնում է բարելավել տարբեր խմորման գործընթացների արտադրողականությունը՝ առանց բջիջները վնասելու: The sonication ինտենսիվությունը կարող է ճշգրտորեն հարմարեցված կոնկրետ բջջային տեսակների եւ դրա պահանջներին: Վերահսկվող հնչյունավորման միջոցով բջիջների աճը և նյութափոխանակությունը դրական ազդեցություն են ունենում, և կենդանի բջիջների կողմից կատալիզացված փոխակերպումները զգալիորեն բարելավվում են, օրինակ՝ խթանելով բիֆիդոբակտերիաները կաթում:
Սնկերի վրա հիմնված ֆերմենտացման որոշ պրոցեսների համար, sonication-ը հաջողությամբ օգտագործվում է աճի մորֆոլոգիան և արգանակի ռեոլոգիան փոփոխելու համար՝ առանց ազդելու թելային սնկերի աճի արագության և բերքատվության վրա:
Ուլտրաձայնային հետֆերմենտացիոն բուժում
- Բջիջների հավաքում և տարանջատում. Sonication-ը կարող է օգնել բջիջների հավաքմանը և խմորումից հետո բաժանմանը: Այն կարող է օգնել կոտրել բջիջների ագրեգատները, ֆլոկուլանտները կամ բիոֆիլմերը՝ հեշտացնելով բջիջների ազատումը խմորման արգանակից: Սա հեշտացնում է հետագա գործընթացները, ինչպիսիք են բջիջների վերականգնումը կամ արտադրանքի մաքրումը:
- Ներբջջային արտադրանքի արդյունահանում. Ֆերմենտացումից հետո, sonication-ը կարող է օգտագործվել ներբջջային արտադրանքները, ինչպիսիք են ֆերմենտները, սպիտակուցները կամ երկրորդային մետաբոլիտները, մանրէաբանական կամ բջջային կենսազանգվածից հանելու համար: Արդյունահանման այս գործընթացը օգնում է վերականգնել արժեքավոր միացությունները և բարելավում է ֆերմենտացման գործընթացի ընդհանուր եկամտաբերությունը:
- Բջիջների տարրալուծում վերլուծական նպատակներով. Sonication-ը կարող է կիրառվել խմորումից հետո բջիջները կամ մանրէաբանական նմուշները խաթարելու համար, հատկապես վերլուծական նպատակներով: Այն օգնում է բջիջների լիզմանը և ներբջջային բովանդակության արտազատմանը, հեշտացնելով բջջային բաղադրիչների վերլուծությունը կամ ներքևում գտնվող վերլուծությունները:
Ներբջջային բաղադրիչների, ինչպիսիք են մանրէաբանական ֆերմենտները (օրինակ՝ կատալազ, ամիլազ, պրոտեազ, պեկտինազ, գլյուկոզա իզոմերազ, ցելյուլազ, հեմիցելուլազ, լիպազ, լակտազ, streptokinase) և ռեկոմբինանտ սպիտակուցներ (օրինակ՝ ինսուլին, հեպատիտ B պատվաստանյութ, ինտերֆերոն, գործոն, streptokinase), բջիջները պետք է լուծվեն / խաթարվեն խմորման գործընթացից հետո, որպեսզի ազատվեն ցանկալի սպիտակուցները: Sonication-ով հեշտանում է ներբջջային և արտաբջջային պոլիսախարիդ-սպիտակուցային համալիրների արդյունահանումը մածուցիկ միցելիային խմորման արգանակից: Բացի արդյունահանման ակնառու արդյունքից և արդյունավետությունից, sonication-ը լավ հաստատված և հուսալի է բջիջների լիզման և ներբջջային նյութի արդյունահանման համար:
Կտտացրեք այստեղ՝ ավելին կարդալու ուլտրաձայնային լիզի և արդյունահանման մասին:
Ուլտրաձայնային բիոռեակտորներ՝ ֆերմենտացման գործընթացների բարելավման համար
Hielscher Ultrasonics-ը երկար ժամանակ փորձառու է ուլտրաձայնային խթանվող կենսագործընթացների հետ, ինչպիսիք են բջջային խթանումը, խմորումը, բջիջների խանգարումը և արդյունահանումը: Մենք առաջարկում ենք տարբեր չափերի և երկրաչափությունների տարբեր ստանդարտ ուլտրաձայնային ռեակտորներ՝ խմբաքանակի և հոսքի ռեժիմում ձայնագրման համար: Որպես այլընտրանք, մենք առաջարկում ենք հարմարեցված լուծումներ ձեր գոյություն ունեցող բիոռեակտորին ինտեգրվելու համար: Քանի որ մեր ուլտրաձայնային պրոցեսորները շատ բազմակողմանի են և պահանջում են միայն փոքր տարածք, գոյություն ունեցող բիոտեխնոլոգիական գործարաններում վերազինումը կարող է իրականացվել առանց խնդիրների:
Կարդացեք ավելին ուլտրաձայնային ռեակտորի տեսակների, դիզայնի և կիրառությունների մասին այստեղ:
Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս սարքի ընդհանուր առաջարկությունները՝ կախված մշակման ենթակա խմբաքանակի ծավալից կամ հոսքի արագությունից: Սեղմեք սարքի տեսակի վրա՝ յուրաքանչյուր սարքի վերաբերյալ լրացուցիչ տեղեկություններ ստանալու համար:
| Խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 0.5-ից 1.5մլ | ԱԺ | VialTweeter |
| 1-ից 500 մլ | 10-ից 200 մլ / րոպե | UP100H |
| 10-ից 2000 մլ | 20-ից 400 մլ / րոպե | UP200Ht, UP400S |
| 0.1-ից 20լ | 0.2-ից 4լ/րոպե | UIP1000hdT, UIP2000hdT |
| 10-ից 100 լ | 2-ից 10 լ / րոպե | UIP4000 |
| ԱԺ | 10-ից 100 լ / րոպե | UIP16000 |
| ԱԺ | ավելի մեծ | կլաստերի UIP16000 |
Sonicator UIP1000hdT ֆերմենտացման գործընթացների ուլտրաձայնային ինտենսիվացման համար հոսքային բջիջով
Գրականություն/Հղումներ
- N. Sainz Herrán, J. L. Casas López, J. A. Sánchez Pérez, Y. Chisti (2010): Influence of ultrasound amplitude and duty cycle on fungal morphology and broth rheology of Aspergillus terreus. World J Microbiol Biotechnol 2010, 26: 1409–1418.
- N. Sainz Herrán, J. L. Casas López, J. A. Sánchez Pérez, Y. Chisti (2008): Effects of ultrasound on culture of Aspergillus terreus. J Chem Technol Biotechnol 2008, 83: 593–600./li>
- C. F. Liu, W. B. Zhou (2010): Stimulating Bio-yogurt Fermentation by High Intensity Ultrasound Processing.
Բարձր հզորության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ լաբորատորիա դեպի օդաչու և արդյունաբերական սանդղակ.