Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Bioreattori ad ultrasuoni per la fermentazione

  • Gli ultrasuoni sono un mezzo efficace per stimolare i microrganismi attraverso vibrazioni meccaniche e cavitazione.
  • In un sonobioreattore / fermentatore ad ultrasuoni, il trattamento ad ultrasuoni di cellule e tessuti diventa altamente controllabile in quanto i fattori ambientali possono essere determinati con precisione.
  • Con i bioreattori ad ultrasuoni, l'uscita di fermentazione può essere notevolmente migliorata.

fermentazione

L'efficienza della fermentazione dipende dalle condizioni di processo: I nutrienti, la densità del mezzo, la temperatura, il contenuto di ossigeno/gas e la pressione sono fattori importanti che influenzano l'attività microbica. I microrganismi e le cellule dei mammiferi prosperano solo in determinate condizioni. Le giuste condizioni combinate con la stimolazione ultrasonica possono massimizzare il rendimento della fermentazione.

Stimolazione ultrasonica dei microrganismi

La fermentazione è un processo metabolico che converte lo zucchero in acidi, gas o alcool. È presente nei lieviti e nei batteri, ma anche nelle cellule muscolari affamate di ossigeno, come nel caso della fermentazione dell'acido lattico. La fermentazione è anche usata in modo più ampio per riferirsi alla crescita sfusa di microrganismi su un terreno di coltura, spesso con l'obiettivo di produrre un prodotto chimico specifico.
I processi di fermentazione si svolgono su scala industriale utilizzando microrganismi come batteri e funghi per la fermentazione. I prodotti fermentati sono utilizzati nell'industria alimentare e nell'industria in generale. I prodotti chimici, come l'acido acetico, l'acido citrico e l'etanolo sono prodotti per fermentazione. La velocità di fermentazione è influenzata dalla concentrazione di microrganismi, cellule, componenti cellulari, enzimi, temperatura e pH. Per la fermentazione aerobica, anche l'ossigeno è un fattore chiave. Quasi tutti gli enzimi prodotti commercialmente, come la lipasi, l'invertasi e il caglio, sono prodotti mediante fermentazione con microbi geneticamente modificati.
In generale, le fermentazioni possono essere suddivise in quattro tipi:

  • Produzione di biomassa (materiale cellulare vitale)
  • Produzione di metaboliti extracellulari (composti chimici)
  • Produzione di componenti intracellulari (enzimi e altre proteine)
  • Trasformazione del substrato (in cui il substrato trasformato è esso stesso il prodotto)

Sonicazione prima, durante e dopo la fermentazione

Pretrattamento ad ultrasuoni – Miglioramento della disponibilità di biomassa

Pretrattamento ultrasonico dello scafo di riso per migliorare l'idrolisi enzimatica per la produzione di xiloligosaccaridi (XOs) da parte di Aspergillus japonicus (var. japonicus CY6-1). Con la sonicazione, la produzione di enzimi cellulolitici e xilolitici dallo scafo del riso è stata notevolmente aumentata. La resa di emicellulosa è stata aumentata a 1,4 volte sotto sonicazione e il tempo di produzione è stato notevolmente ridotto da 24 ore a 1,5 ore a 80ºC. – con un ulteriore potenziale di ottimizzazione dei processi. La biomassa sonicato è molto più facile da convertire per i funghi in modo da estendere la stabilità dell'attività enzimatica e aumentare l'attività di CMCasi, b-glucosidasi e xilanasi rispetto allo scafo di riso non sonicato. I prodotti fermentativi finali sono stati la xilotraosiosio, la xilosasio e gli xiloligosaccaridi a più alto peso molecolare. La resa in xilosa dello scafo di riso sonicato era superiore dell'80%.

Fermentazione ad ultrasuoni – Stimolazione dei microbi

Una sonicazione precisa, controllabile e ripetibile aiuta a migliorare la produttività dei vari processi di fermentazione senza danneggiare le cellule. L'intensità di sonicazione può essere adattata esattamente alla specie cellulare specifica e alle sue esigenze. Grazie alla sonicazione controllata, la crescita cellulare e il metabolismo sono influenzati positivamente e le conversioni catalizzate dalle cellule vive sono significativamente migliorate, ad esempio stimolando i bifidobatteri nel latte.
Per alcuni processi di fermentazione fungina, la sonicazione viene utilizzata con successo per modificare la morfologia della crescita e la reologia del brodo senza influenzare il tasso di crescita e la resa di funghi filamentosi.

Post-trattamento ad ultrasuoni – estrazione

Per la produzione di componenti intracellulari quali enzimi microbici (ad es. catalisi, amilasi, proteasi, proteasi, pectinasi, glucosio isomerasi, cellulasi, emicellulasi, lipasi, lattasi, streptochinasi) e proteine ricombinanti (e.g. insulina, vaccino contro l'epatite B, interferone, fattore di stimolazione delle colonie di granulociti, streptochinasi), le cellule devono essere lisate/interrotte dopo il processo di fermentazione per rilasciare le proteine desiderate. Attraverso la sonicazione, l'estrazione dei complessi polisaccaride-proteine intracellulari ed extracellulari dal brodo viscoso di fermentazione miceliale è facilitata. Oltre all'eccezionale resa ed efficienza di estrazione, la sonicazione è ben consolidata e affidabile per la lisi cellulare e l'estrazione di materia intracellulare.
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Bioreattori ad ultrasuoni

Hielscher Ultrasonics ha un'esperienza di lunga data con processi a stimolazione ultrasonica. Offriamo molteplici reattori ad ultrasuoni di diverse dimensioni e geometrie. In alternativa, offriamo soluzioni personalizzate per l'integrazione nel vostro bioreattore esistente. Poiché i nostri processori ad ultrasuoni sono molto versatili e richiedono solo uno spazio limitato, è possibile realizzare senza problemi il retrofitting in impianti biotecnologici esistenti.
La tabella che segue, indica le raccomandazioni generali dell'apparecchio a seconda del volume del lotto o della portata da elaborare. Fare clic sul tipo di dispositivo per ottenere maggiori informazioni su ogni dispositivo.

Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
0,5-1,5 mL n.a. VialTweeter
1 - 500mL 10 - 200mL/min UP100H
10 - 2000mL 20 - 400mL/min UP200Ht, UP400S
0,1 - 20L 0,2 - 4L/min UIP1000hdT, UIP2000hdT
10 - 100L 2 - 10L/min UIP4000
n.a. 10 - 100L/min UIP16000
n.a. più grande cluster di UIP16000
I processi batch ad ultrasuoni forniscono una miscelazione ad alta velocità

Sonicazione della biomassa

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L'irradiazione ultrasonica favorisce l'estrazione di composti attivi dallo zafferano

Ultrasuoni UIP1000hd per l'estrazione

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