発酵のための超音波バイオリアクター

発酵

発酵の効率は、プロセス条件に依存する：栄養素、媒体の密度、温度、酸素/ガス含有量および圧力は微生物活性に影響を与える重要な要因です。微生物などの哺乳動物の細胞は、特定の条件下でのみ繁栄します。超音波刺激と組み合わせて適切な条件は、発酵の収率を最大化することができます。

微生物の超音波刺激

発酵は、酸、ガス、又はアルコールに糖に変換する代謝プロセスです。これは、乳酸発酵の場合のように、酵母及び細菌における、また、酸素欠乏筋細胞において起こります。発酵はまた、多くの場合、特定の化学製品を生産することを目標に、成長培地上の微生物のバルク成長を参照するために、より広く使用されています。
発酵プロセスは、発酵用細菌​​および真菌のような微生物を用いた工業的規模で実施されます。発酵製品は、食品や一般産業で使用されています。例えば、酢酸、クエン酸、及びエタノールなどの化学物質は、発酵により製造されます。発酵速度は、微生物、細胞、細胞成分、および酵素、ならびに温度、およびpHの濃度によって影響されます。好気性発酵のために、酸素があまりにも重要な要素です。例えばリパーゼ、インベルターゼおよびレンネットなどのほぼすべての商業的に産生される酵素は、遺伝的に改変された微生物を用いた発酵によって製造されます。
一般的には、発酵は、4つのタイプに分けることができます。

• バイオマスの生産（生きた細胞材料）
• 細胞外代謝物の生成（化学物質）
• 細胞内成分（酵素および他のタンパク質）の生産
• 基板の形質転換（形質転換された基板は、製品自体です）

発酵中の前と後とを超音波処理、

超音波前処理 – バイオマスの可用性の向上

前処理としての超音波処理は、物質移動を促進し、基質を微生物に対してより多く利用できるようにするために使用されます。超音波混合は、微生物細胞への基質の物質移動を促進し、および製品から離れた。超音波の質量移動の強化は、発酵中だけでなく、前処理として適用することができます。
例えば、米船体の超音波前処理は、アスペルギルスジャポニクス(var. japonicus CY6-1)によるキシロイオリゴ糖(KO)生産のための酵素加水分解を増強するために使用された。超音波処理により、籾殻からのセルロ分解酵素およびキシラノリティック酵素の産生が有意に増強された。ヘミセルロースの収率は超音波処理の下で1.4倍に増加し、生産時間は80ºCで24時間から1.5hに大幅に短縮されました – プロセス最適化の更なる可能性を持ちます。酵素活性の安定性を延長し、CMCアーゼの活性を、B - グルコシダーゼ、キシラナーゼおよび非超音波処理籾殻と比較して増加されるように超音波処理したバイオマスは、真菌のための変換はるかに容易です。最終発酵製品は、キシロテトラオースxylohexaose、およびより高い分子量のキシロオリゴ糖でした。超音波処理もみ殻からxylohexaose収率は80％高かったです。

超音波発酵 – 微生物の刺激

正確に制御し、再現性の超音波処理は、細胞に損傷を与えることなく、様々な発酵プロセスの生産性を向上させることができます。超音波処理の強度は、正確に特定の細胞種とその要件に適合させることができます。制御された超音波処理によって、細胞増殖および代謝を確実に影響を受け、生細胞によって触媒変換が大幅に改善され、例えば牛乳でビフィズス菌を刺激します。
いくつかの真菌駆動型の発酵プロセスのために、超音波処理が正常に糸状菌の成長率や歩留まりに影響を与えることなく、成長形態とブロスレオロジーを変更するために使用されます。

超音波後処理 – 抽出

例えばカタラーゼ、アミラーゼ、プロテアーゼ、ペクチナーゼ、グルコースイソメラーゼ、セルラーゼ、ヘミセルラーゼ、リパーゼ、ラクターゼ、ストレプトキナーゼ）および組換えタンパク質（例えば、インスリン、B型肝炎ワクチン、インターフェロン、顆粒球コロニー刺激性ファクター、ストレプトキナーゼ）、所望のタンパク質を放出するために発酵プロセス後に細胞を溶解/破壊しなければならない。超音波処理により、粘性菌糸発酵ブロスからの細胞内及び細胞外多糖類 - タンパク質複合体の抽出が促進される。その優れた抽出収率および効率に加えて、超音波処理は十分に確立されており、細胞溶解および細胞内物質の抽出に信頼性がある。
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超音波バイオリアクター

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