ულტრაბგერითი არის ეფექტური საშუალება, მიკროორგანიზმების სტიმულირებისთვის, მექანიკური ვიბრაციით და კავიტაციით. სონობიორექტორის / ულტრაბგერითი ფერმენტის დროს უჯრედებისა და ქსოვილების ულტრაბგერითი მკურნალობა ხდება ძალიან კონტროლირებადი, რადგან გარემო ფაქტორების დადგენა ზუსტად შეიძლება. ულტრაბგერითი ბიორექტორებით, ფერმენტაციის გამომუშავება მნიშვნელოვნად შეიძლება გაუმჯობესდეს.

დუღილი

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 სტიმულაცია

დუღილი არის მეტაბოლური პროცესი, რომელიც შაქარს აცვილებს მჟავებს, გაზებს ან ალკოჰოლს. ეს ხდება საფუარისა და ბაქტერიების, ასევე ჟანგბადის მწვავე კუნთების უჯრედებში, როგორც ლაქტომიას მჟავა დუღილის შემთხვევაში. ფერმენტაცია ასევე უფრო ფართოდ გამოიყენება მიკროორგანიზმების ნაზავი ზრდის საშუალოზე, ხშირად კონკრეტული ქიმიური პროდუქტის წარმოების მიზნით.
დუღილის პროცესი ხორციელდება სამრეწველო მასშტაბებზე მიკროორგანიზმების გამოყენებით, როგორიცაა ბაქტერიები და სოკოები ფერმენტაციისთვის. ფერმენტირებული პროდუქტები გამოიყენება საკვები და ზოგადად ინდუსტრიაში. ქიმიკატები, როგორიცაა ძმარმჟავას, ლიმონმჟავას და ეთანოლის დამზადება დუღილით. დუღილის მაჩვენებელი გავლენას ახდენს მიკროორგანიზმების, უჯრედების, ფიჭური კომპონენტების და ფერმენტების, ტემპერატურის და pH- ის კონცენტრაციით. აერობული დუღილისთვის, ჟანგბადი არის მთავარი ფაქტორიც. თითქმის ყველა კომერციულად წარმოებული ფერმენტები, როგორიცაა lipase, invertase და rennet, მზადდება ფერმენტაცია ერთად გენმოდიფიცირებული მიკრობები.
 
ზოგადად, დუღილი შეიძლება დაიყოს პროცესის ოთხ ტიპად/ეტაპად:

• ბიომასის წარმოება (სიცოცხლისუნარიანი ფიჭური მასალა)
• ექსტრაცელულარული მეტაბოლიტების წარმოება (ქიმიური ნაერთები)
• უჯრედული კომპონენტების წარმოება (ფერმენტები და სხვა ცილები)
• სუბსტრატის ტრანსფორმაცია (რომელშიც გარდაქმნილი სუბსტრატი არის პროდუქტი)

Sonication სანამ, დროს და შემდეგ დუღილის

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: სონიკაცია, როგორც წინასწარი მკურნალობა, გამოიყენება მასობრივი გადაცემის გასააქტიურებლად და სუბსტრატს მიკრობებისთვის უფრო ხელმისაწვდომი. ულტრაბგერითი შერევა ხელს უწყობს სუბსტრატების მასობრივ გადაცემას მიკრობული უჯრედების და პროდუქტებისაგან დაშორებით. მასობრივი გადაცემის ულტრაბგერითი ინტენსიფიკაცია შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც წინასწარი მკურნალობის, 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. გამონაბოლქვი ბიომასის გაცილებით ადვილია სოკოვანი კონვერტირება, რათა ფერმენტის აქტივობის სტაბილურობა გაგრძელდეს და CMCase, B- გლუკოციდაზას და xylanase- ის აქტივობა გაიზარდა არაინონცირებული ბრინჯის ჰალთან შედარებით. საბოლოო ფერმენტული პროდუქტები იყო xylotetraose, xylohexaose და უმაღლესი მოლეკულური წონა xylooligosaccharides. Xylohexaose სარგებელი sonicated ბრინჯის hull იყო 80% უმაღლესი.

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.

უაღრესად კონტროლირებადი და განმეორებადი sonication ხელს უწყობს სხვადასხვა დუღილის პროცესების პროდუქტიულობის გაუმჯობესებას უჯრედების დაზიანების გარეშე. Sonication ინტენსივობის შეიძლება ზუსტად ადაპტირებული კონკრეტული საკანში სახეობა და მისი მოთხოვნები. კონტროლირებადი sonication, უჯრედების ზრდა და მეტაბოლიზმი დადებით გავლენას ახდენს და ცოცხალი უჯრედების მიერ კატალიზირებული კონდიცირება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა, მაგ., ბიფიდობექტერია რძეში.
ზოგიერთი სოკოვანი ორიენტირებული დუღილის პროცესები, sonication წარმატებით გამოიყენება ცვლილებების ზრდის მორფოლოგია და ბულიონი rheology გარეშე გავლენას ახდენს ზრდის სიხშირე და სარგებელი filamentous სოკოების.

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, სონიკა შეიძლება გამოყენებულ იქნას უჯრედშორისი 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 მიზნებისათვის. ის ხელს უწყობს უჯრედების ლიზას და უჯრედშიდა შიგთავსის განთავისუფლებას, ხელს უწყობს უჯრედული კომპონენტების ანალიზს ან ქვედა დინების ანალიზს.

უჯრედული კომპონენტების წარმოება, როგორიცაა მიკრობული ფერმენტები (მაგ. კატალიზა, ამილაზა, პროტეაზა, პექტინაცია, გლუკოზას იზომერაზა, ცელულოზა, ჰემიცილულაცია, ლიპაზა, ლაქტსაცია, სტრეპტოკინაზა) და რეკომბინანტული პროტეინები (მაგ. ინსულინი, ჰეპატიტის B ვაქცინა, ინტერფერონი, გრანულოციტური კოლონია სტიმულირება ფაქტორი, სტრეპტოკინაზა), უჯრედები უნდა იყოს გაჟღენთილი / ჩაიშალა ფერმენტაციის პროცესის შემდეგ სასურველი ცილების გათავისუფლება. გამონაბოლქვით, უჯრედოვანი და ექსტრაკულოზური პოლიცისკარდიდის პროტეინის კომპლექსების მოპოვება ბლანტიანი მილის თერმომედეგობის ბულიდან ხელს უწყობს. მისი გამორჩეული მოპოვებისა და ეფექტურობის გარდა, sonication კარგად არის დამკვიდრებული და საიმედო საკანში lysis და მოპოვების intracellular საკითხზე.
დააწკაპუნეთ აქ წაკითხვის mor შესახებ ულტრაბგერითი ლიზისისა და მოპოვების!

ულტრაბგერითი ბიორეაქტორები გაუმჯობესებული დუღილის პროცესებისთვის

Hielscher Ultrasonics-ს დიდი ხნის გამოცდილება აქვს ულტრაბგერითი სტიმულირებული ბიოპროცესებით, როგორიცაა უჯრედების სტიმულაცია, ფერმენტაცია, 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 მხოლოდ მცირე სივრცეს საჭიროებს, არსებულ ბიოტექნოლოგიურ ქარხნებში გადაკეთება შეიძლება უპრობლემოდ განხორციელდეს.
წაიკითხეთ მეტი ულტრაბგერითი რეაქტორის ტიპების, დიზაინისა და აპლიკაციების შესახებ აქ!
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი მიუთითებს საერთო მოწყობილობის რეკომენდაციებზე, რომელიც დამოკიდებულია სურათების მოცულობის ან ნაკადის სიჩქარის მიხედვით. დაწკაპეთ მოწყობილობის ტიპი თითოეული მოწყობილობის შესახებ დამატებითი ინფორმაციის მისაღებად.

ლიტერატურა / ლიტერატურა