ულტრაბგერითი ბიორეაქტორები დუღილისთვის

ულტრაბგერითი ეფექტური საშუალებაა მიკროორგანიზმების სტიმულირებისთვის მექანიკური ვიბრაციებისა და კავიტაციის გზით. სონობიორეაქტორში / ულტრაბგერითი ფერმენტერში, უჯრედებისა და ქსოვილების ულტრაბგერითი დამუშავება ხდება უაღრესად კონტროლირებადი, რადგან გარემო ფაქტორების ზუსტად განსაზღვრა შესაძლებელია. ულტრაბგერითი ბიორეაქტორებით, დუღილის გამომუშავება შეიძლება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდეს.

ფერმენტაცია

დუღილის ეფექტურობა დამოკიდებულია პროცესის პირობებზე: ნუტრიენტები, გარემოს სიმკვრივე, ტემპერატურა, ჟანგბადის/გაზის შემცველობა და წნევა მნიშვნელოვანი ფაქტორებია, რომლებიც გავლენას ახდენენ მიკრობული აქტივობაზე. მიკროორგანიზმები, ისევე როგორც ძუძუმწოვრების უჯრედები, მხოლოდ გარკვეულ პირობებში ვითარდება. ულტრაბგერითი სტიმულაციასთან ერთად სწორ პირობებს შეუძლია მაქსიმალურად გაზარდოს დუღილის პროდუქტიულობა.

მიკროორგანიზმების ულტრაბგერითი სტიმულირება

დუღილი არის მეტაბოლური პროცესი, რომელიც გარდაქმნის შაქარს მჟავებად, გაზებად ან ალკოჰოლად. ის გვხვდება საფუარში და ბაქტერიებში, ასევე ჟანგბადით შიმშილ კუნთებში, როგორც რძემჟავას დუღილის შემთხვევაში. ფერმენტაცია ასევე გამოიყენება უფრო ფართოდ, რათა მიუთითებდეს მიკროორგანიზმების ნაყარი ზრდისთვის ზრდის გარემოზე, ხშირად კონკრეტული ქიმიური პროდუქტის წარმოების მიზნით.
დუღილის პროცესი ხორციელდება სამრეწველო მასშტაბით დუღილისთვის მიკროორგანიზმების გამოყენებით, როგორიცაა ბაქტერიები და სოკოები. ფერმენტირებული პროდუქტები გამოიყენება კვების და ზოგადად მრეწველობაში. ქიმიკატები, როგორიცაა ძმარმჟავა, ლიმონმჟავა და ეთანოლი, წარმოიქმნება ფერმენტაციის შედეგად. დუღილის სიჩქარეზე გავლენას ახდენს მიკროორგანიზმების, უჯრედების, უჯრედული კომპონენტების და ფერმენტების კონცენტრაცია, ასევე ტემპერატურა და pH. აერობული დუღილისთვის ჟანგბადი ასევე საკვანძო ფაქტორია. კომერციულად წარმოებული თითქმის ყველა ფერმენტი, როგორიც არის ლიპაზა, ინვერტაზა და რენეტი, წარმოიქმნება გენმოდიფიცირებული მიკრობებით დუღილით.

• ბიომასის წარმოება (სიცოცხლისუნარიანი ფიჭური მასალა)
• უჯრედგარე მეტაბოლიტების (ქიმიური ნაერთების) წარმოება
• უჯრედშიდა კომპონენტების (ფერმენტები და სხვა ცილები) წარმოება.
• სუბსტრატის ტრანსფორმაცია (რომელშიც გარდაქმნილი სუბსტრატი თავად პროდუქტია)

Sonication ადრე, დროს და შემდეგ ფერმენტაცია

Sonication, დაბალი სიხშირის ულტრაბგერითი ტალღების გამოყენება, შეიძლება გამოყენებულ იქნას დუღილის დაწყებამდე, დროს და შემდეგ სხვადასხვა გზით და დუღილის პროცესის სხვადასხვა ეტაპზე.

ულტრაბგერითი წინასწარი დუღილის მკურნალობა – ბიომასის ხელმისაწვდომობის გაუმჯობესება

1. გაუმჯობესებული მასობრივი გადაცემა: Sonication, როგორც წინასწარი დამუშავება, გამოიყენება მასის გადაცემის ხელშესაწყობად და სუბსტრატის უფრო ხელმისაწვდომი გახადოს მიკრობებისთვის. ულტრაბგერითი შერევა ხელს უწყობს სუბსტრატების მასობრივ გადატანას მიკრობული უჯრედებისკენ და პროდუქტების მოშორებას. მასის გადაცემის ულტრაბგერითი გაძლიერება შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც წინასწარი დამუშავების, ასევე დუღილის დროს.
2. უჯრედის დარღვევა: Sonication შეიძლება გამოყენებულ იქნას უჯრედის კედლებისა და მემბრანების დასაშლელად, განსაკუთრებით მიკრობული ან საფუარის კულტურებში. ეს ხელს უწყობს უჯრედშიდა კომპონენტების გამოყოფას, როგორიცაა ფერმენტები ან მეტაბოლიტები, რომლებსაც შეუძლიათ გააუმჯობესონ დუღილის მოქმედება ან ხელი შეუწყონ ქვედა დინების პროცესებს.
3. უჯრედშიდა ნაერთების ექსტრაქცია: Sonication შეიძლება დაეხმაროს მოპოვება უჯრედშიდა ნაერთების ბიოლოგიური მასალებიდან სანამ ფერმენტაცია. ეს მოიცავს ფერმენტების, ცილების, ნუკლეინის მჟავების ან სხვა სამიზნე ნაერთების ამოღებას უჯრედებიდან, ქსოვილებიდან ან მცენარეული მასალებიდან დუღილის პროცესებში შემდგომი გამოყენებისთვის.

მაგალითად, ბრინჯის კორპუსის ულტრაბგერითი წინასწარი დამუშავება გამოიყენებოდა Aspergillus japonicus-ის მიერ ქსილოოლიგოსაქარიდების წარმოების ფერმენტული ჰიდროლიზის გასაძლიერებლად (var. japonicus CY6-1). გაჟღერებით მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა ბრინჯის ქერქიდან ცელულოლიზური და ქსილანოლიზური ფერმენტების გამომუშავება. ჰემიცელულოზის გამოსავლიანობა გაიზარდა 1.4-ჯერ გაჟონვის დროს და წარმოების დრო მნიშვნელოვნად შემცირდა 24 სთ-დან 1.5 საათამდე 80ºC ტემპერატურაზე. – პროცესის ოპტიმიზაციის შემდგომი პოტენციალით. გაჟღენთილი ბიომასა ბევრად უფრო ადვილად კონვერტირებადია სოკოებისთვის, ასე რომ, ფერმენტის აქტივობის სტაბილურობა გახანგრძლივებულია და CMCase, b-გლუკოზიდაზა და ქსილანაზას აქტივობა გაზრდილია არა-ბგერითი ბრინჯის კორპუსთან შედარებით. საბოლოო ფერმენტაციის პროდუქტები იყო ქსილოტეტრაოზა, ქსილოჰექსაოზა და უფრო მაღალი მოლეკულური წონის ქსილოოლიგოსაქარიდები. ქსილოჰექსაოზის მოსავლიანობა გაჟღენთილი ბრინჯის კორპუსიდან 80%-ით მაღალი იყო.

ულტრაბგერითი დახმარებით ფერმენტაცია – მიკრობების სტიმულირება

• შერევა და ჰომოგენიზაცია: Sonication შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც შერევის ტექნიკა დუღილის დროს. ულტრაბგერითი ტალღების გამოყენება ხელს უწყობს მიკროსტრიმინგის შექმნას და ხელს უწყობს ერთგვაროვნებას, რაც უზრუნველყოფს საკვები ნივთიერებების, გაზების და მიკროორგანიზმების ერთგვაროვან განაწილებას ფერმენტაციის ჭურჭელში.
• მასობრივი გადაცემის გაძლიერება: გაუმჯობესებულ შერევასა და ჰომოგენიზაციასთან არის დაკავშირებული ულტრაბგერითი გაუმჯობესებული მასის გადაცემის სიჩქარე დუღილის დროს. ულტრაბგერითი რხევა და კავიტაცია ქმნის ლოკალიზებულ ტურბულენტობას და აძლიერებს სუბსტრატების, გაზების და საკვები ნივთიერებების დიფუზიას ფერმენტაციის ბულიონში. ამან შეიძლება გააუმჯობესოს დუღილის პროცესის საერთო ეფექტურობა და პროდუქტიულობა.
• უჯრედების სიცოცხლისუნარიანობისა და მეტაბოლური აქტივობის გაუმჯობესება: Sonication შეიძლება გამოყენებულ იქნას მიკრობული კულტურების ფერმენტაციის დროს, რათა გაზარდოს უჯრედების სიცოცხლისუნარიანობა და მეტაბოლური აქტივობა. რბილ ხმოვან გამოყოფას შეუძლია გარკვეული მიკროორგანიზმების სტიმულირება, რაც ხელს უწყობს ზრდას, ბიომასის წარმოებას და სასურველი მეტაბოლიტების ან ფერმენტაციის პროდუქტების სინთეზს.

ზუსტად კონტროლირებადი და განმეორებადი სონიკა ხელს უწყობს სხვადასხვა ფერმენტაციის პროცესის პროდუქტიულობის გაუმჯობესებას უჯრედების დაზიანების გარეშე. ბგერითი ინტენსივობა შეიძლება ზუსტად იყოს ადაპტირებული უჯრედის სპეციფიკურ სახეობებთან და მის მოთხოვნებთან. კონტროლირებადი სონიკაციით, უჯრედების ზრდასა და მეტაბოლიზმზე დადებით გავლენას ახდენს და ცოცხალი უჯრედების მიერ კატალიზებული გარდაქმნები მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია, მაგ., ბიფიდობაქტერიების სტიმულირება რძეში.
სოკოებით გამოწვეული დუღილის ზოგიერთი პროცესისთვის, სონიკა წარმატებით გამოიყენება ზრდის მორფოლოგიისა და ბულიონის რეოლოგიის შესაცვლელად, ძაფისებრი სოკოების ზრდის სიჩქარესა და მოსავლიანობაზე გავლენის გარეშე.

ულტრაბგერითი დუღილის შემდგომი მკურნალობა

• უჯრედების აღება და გამოყოფა: Sonication შეუძლია დაეხმაროს უჯრედების მოსავალს და გამოყოფას ფერმენტაციის შემდეგ. მას შეუძლია ხელი შეუწყოს უჯრედების აგრეგატების, ფლოკულანტების ან ბიოფილების დაშლას, რაც ხელს უწყობს უჯრედების გათავისუფლებას ფერმენტაციის ბულიონიდან. ეს ამარტივებს შემდგომ პროცესებს, როგორიცაა უჯრედების აღდგენა ან პროდუქტის გაწმენდა.
• უჯრედშიდა პროდუქტების ექსტრაქცია: დუღილის შემდეგ, სონიფიკაცია შეიძლება გამოყენებულ იქნას უჯრედშიდა პროდუქტების, როგორიცაა ფერმენტები, ცილები ან მეორადი მეტაბოლიტები, მიკრობული ან ფიჭური ბიომასიდან ამოსაღებად. მოპოვების ეს პროცესი ხელს უწყობს ძვირფასი ნაერთების აღდგენას და აუმჯობესებს დუღილის პროცესის საერთო მოსავალს.
• უჯრედის დაშლა ანალიტიკური მიზნებისთვის: Sonication შეიძლება გამოყენებულ იქნას უჯრედების ან მიკრობული ნიმუშების დასაშლელად ფერმენტაციის შემდეგ, განსაკუთრებით ანალიტიკური მიზნებისთვის. ის ხელს უწყობს უჯრედების ლიზას და უჯრედშიდა შიგთავსის განთავისუფლებას, ხელს უწყობს უჯრედული კომპონენტების ანალიზს ან ქვედა დინების ანალიზს.

უჯრედშიდა კომპონენტების, როგორიცაა მიკრობული ფერმენტები (მაგ. კატალაზა, ამილაზა, პროტეაზა, პექტინაზა, გლუკოზის იზომერაზა, ცელულაზა, ჰემიცელულაზა, ლიპაზა, ლაქტაზა, სტრეპტოკინაზა) და რეკომბინანტული ცილების (მაგ. ინსულინი, B ჰეპატიტის ვაქცინა, გრანულოციტიკულონი, ინტერფერონი) წარმოებისთვის. ფაქტორი, სტრეპტოკინაზა), დუღილის პროცესის შემდეგ უნდა მოხდეს უჯრედების ლიზირება/დარღვევა სასურველი ცილების გასათავისუფლებლად. გახმოვანებით, უჯრედშორისი და უჯრედშორისი პოლისაქარიდ-ცილოვანი კომპლექსების ექსტრაქცია ხდება ბლანტი მიცელიუმის დუღილის ბულიონიდან. ექსტრაქციის გამორჩეული პროდუქტიულობისა და ეფექტურობის გარდა, სონიკაცია კარგად არის დამკვიდრებული და საიმედო უჯრედების ლიზისისა და უჯრედშიდა ნივთიერების ექსტრაქციისთვის.
დააწკაპუნეთ აქ, რომ წაიკითხოთ მეტი ულტრაბგერითი ლიზისისა და ექსტრაქციის შესახებ!

ულტრაბგერითი ბიორეაქტორები გაუმჯობესებული დუღილის პროცესებისთვის

Hielscher Ultrasonics-ს დიდი ხნის გამოცდილება აქვს ულტრაბგერითი სტიმულირებული ბიოპროცესებით, როგორიცაა უჯრედების სტიმულაცია, დუღილი, უჯრედების დაშლა და ექსტრაქცია. ჩვენ გთავაზობთ სხვადასხვა სტანდარტული ულტრაბგერითი რეაქტორები სხვადასხვა ზომის და გეომეტრიის sonication პარტიული და ნაკადის რეჟიმში. გარდა ამისა, ჩვენ გთავაზობთ მორგებულ გადაწყვეტილებებს თქვენს არსებულ ბიორეაქტორში ინტეგრირებისთვის. ვინაიდან ჩვენი ულტრაბგერითი პროცესორები ძალიან მრავალმხრივია და საჭიროებს მხოლოდ მცირე სივრცეს, არსებულ ბიოტექნოლოგიურ ქარხნებში გადაკეთება შეიძლება უპრობლემოდ განხორციელდეს.
წაიკითხეთ მეტი ულტრაბგერითი რეაქტორის ტიპების, დიზაინისა და აპლიკაციების შესახებ აქ!
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს მოწყობილობის ზოგად რეკომენდაციებს, რაც დამოკიდებულია გადასამუშავებელი სერიის მოცულობაზე ან ნაკადის სიჩქარეზე. დააწკაპუნეთ მოწყობილობის ტიპზე, რომ მიიღოთ მეტი ინფორმაცია თითოეულ მოწყობილობაზე.

ლიტერატურა/ცნობარი