Hielscher 초음파 기술

Biosynthetic Production of Human Milk Oligosaccharides

발효 또는 효소 반응을 통한 인간 우유 올리고당(HMO)의 생합성은 복잡하고 소모적이며 종종 낮은 항복 공정입니다. 초음파는 기판과 세포 공장 사이의 질량 전달을 증가ans세포 성장과 신진 대사를 자극한다. 따라서 초음파 처리는 발효 및 바이오 화학 공정을 강화하여 HMO의 가속화되고 효율적인 생산을 초래합니다.

휴먼 밀크 올리고사카라이드

인간 우유 올리고사카라이드(HmOs)는 인간 우유 글리칸이라고도 하며, 올리고당그룹의 일부인 당분자입니다. HmOs의 눈에 띄는 예는 2'-fucosyllactose를 포함 (2′-FL), 락토-N-네오테트라오스(LNNT), 3'-갈라토실락토세 (3)′-GL), 및 이푸코실락토스 (DFL).
인간의 모유는 다른 150 HMO 구조로 구성 되는 동안, 만 2′-fucosyllactose (2′-FL) 그리고 유 당-N-neotetraose (LNnT) 현재 상업적수준에서 생산 하 고 유아 분유에서 영양 첨가제로 사용.
인간 우유 올리고사카라이드 (HmOs)는 아기 영양에 그 중요성알려져있다. 인간 우유 올리고당은 유아의 창자 내의 프리바이오틱스, 접착 항균제 및 면역 조절제역할을 하는 독특한 유형의 영양소이며 뇌 발달에 실질적으로 기여합니다. HmMO는 인간 모유에서 독점적으로 발견됩니다. 다른 포유류 우유 (예를 들어 소, 염소, 양, 낙타 등)에는 이러한 특정 형태의 올리고당류가 없습니다.
인간 우유 올리고당류는 인간 우유에서 세 번째로 풍부한 고체 성분으로, 용해되거나 유화되거나 물에 부유된 형태로 존재할 수 있습니다. 유당과 지방산은 인간의 우유에서 발견되는 가장 풍부한 고형입니다. HMO는 0.35-0.88 온스 (9.9-24.9 g)/ L. 약 200 구조적으로 다른 인간 우유 올리고당류의 농도에 존재한다. 모든 여성의 80 %에서 지배적 인 올리고당은 2′- 약 2.5 g / L의 농도로 인간의 모유에 존재하는 fucosyllactose.
CMO는 소화되지 않기 때문에 칼로리로 영양에 기여하지 않습니다. 소화할 수 없는 탄수화물이기 때문에 프리바이오틱스로 기능하며 바람직한 장내 미생물, 특히 비피도박테리아에 의해 선택적으로 발효됩니다.

인간 우유 올리고사카라이드의 건강 상의 이점 (HmOs)

  • 유아의 발달 촉진
  • 뇌 발달에 중요합니다.
  • 항염증제와
  • 위장관의 접착 효과
  • 성인의 면역 체계를 지원합니다.
Ultrasonication and the use of ultrasonic bioreactors (sono-bioreactors) are highly effective to promote mass transfer between substrate and living cells used as cell factories

그만큼 초음파 프로세서 UIP2000hdT 질량 전달을 증가시키고 HmOs와 같은 생체 합성 생물학적 분자의 높은 수율을 위해 세포 공장을 활성화합니다.

정보 요청




우리의 주의 개인 정보 정책.


인간 우유 올리고사카라이드의 생합성

세포 공장 및 효소/화학 효소 시스템은 현재 HMO 합성에 사용되는 기술입니다. 산업 규모의 HMO 생산을 위해 미생물 세포 공장의 발효, 바이오 화학 합성 및 다른 효소 반응은 HMO 바이오 생산의 실현 가능한 방법입니다. 경제적인 이유로 인해 미생물 세포 공장을 통한 바이오 합성은 현재 산업 생산 수준인 CMO에서 사용되는 유일한 기술입니다.

미생물 세포 공장을 이용한 HmMO 발효

대장균, 사카로미세스 세레비시아및 락토코쿠스 락티스는 일반적으로 HMO와 같은 생물학적 분자의 바이오 생산에 사용되는 세포 공장이다. 발효는 미생물을 사용하여 기판을 표적 생물학적 분자로 변환하는 생화학 적 과정입니다. 미생물 세포 공장은 간단한 설탕을 기판으로 사용하여 CMO로 변환합니다. 간단한 설탕 (예 : 유당)은 풍부하고 저렴한 기판이므로 바이오 합성 공정을 비용 효율적으로 유지합니다.
성장 및 생물 전환율은 주로 미생물에 대한 영양소(기판)의 대량 전달에 의해 영향을 받습니다. 질량 전달 속도는 발효 중 제품 합성에 영향을 미치는 주요 인자이다. 초음파는 질량 전달을 촉진하는 것으로 잘 알려져 있습니다.
During fermentation, the conditions in the bioreactor must be constantly monitored and regulated so that the cells can grow as quickly as possible in order to then produce the targeted biomolecules (e.g. oligosaccharides such as HMOs; insulin; recombinant proteins). Theoretically, the product formation starts as soon as the cell culture begins to grow. However especially in genetically modified cells such as engineered microorganisms it is usually induced later by adding a chemical substance to the substrate, which upregulates the expression of the targeted biomolecule. Ultrasonic bioreactors (sono-bioreactor) can be precisely controlled and allow for the specific stimulation of microbes. This results in an accelerated biosynthesis and higher yields.
Ultrasonic lysis and extraction: Fermentation of complex HMOs might be limited by low fermentation titers and products remaining intracellular. Ultrasonic lysis and extraction is used to release intracellular material before purification and down-stream processes.

초음파 촉진 발효

The growth rate of microbes such as Escherichia coli, engineered E.coli, Saccharomyces cerevisiae and Lactococcus lactis can be accelerated by increasing the mass transfer rate and cell wall permeability by applying controlled low-frequency ultrasonication. As a mild, non-thermal processing technique, ultrasonication applies purely mechanical forces into the fermentation broth.
Acoustic Cavitation: The working principle of sonication is based on acoustic cavitation. The ultrasonic probe (sonotrode) couples low-frequency ultrasound d waves into the medium. The ultrasound waves travel through the liquid creating alternating high-pressure (compression) / low-pressure (rarefaction) cycles. By compressing and stretching the liquid in alternating cycles, minute vacuum bubbles arise. These small vacuum bubbles grow over several cycles until they reach a size where they cannot absorb any further energy. At this point of maximum growth, the vacuum bubble implodes violently and generates locally extreme conditions, known as the phenomenon of cavitation. In the cavitational “hot-spot”, high pressure and temperature differentials and intense shear forces with liquid jets of up to 280m/sec can be observed. By these cavitational effects, thorough mass transfer and sonoporation (the perforation of cell walls and cell membranes) is achieved. The nutrients of the substrate are floated to and into the living whole cells, so that the cell factories are optimally nourished and growth as well as conversion rates are accelerated. Ultrasonic bioreactors are a simple, yet highly effective strategy to process biomass in a one-pot biosynthesis process.
정밀하게 제어되는 온화한 초음파 처리는 발효 과정을 강화하는 것으로 잘 알려져 있습니다.
초음파 처리는 "기질 섭취의 향상을 통해 살아있는 세포와 관련된 많은 생체 프로세스의 생산성을 향상시키고, 세포 다공성을 증가시킴으로써 생산 또는 성장을 향상시키고, 잠재적으로 향상된 세포 구성 요소의 방출을 향상시킵니다." (나비나 외 2015)
Read more about ultrasonically-assisted fermentation!
초음파 강화 발효의 장점

  • 증가 된 수율
  • 가속 발효
  • 세포 특이적 자극
  • 향상된 기판 섭취
  • 세포 다공성 증가
  • 작동이 용이함
  • 안전한
  • 심플한 레트로 피팅
  • 선형 스케일 업
  • 배치 또는 InIine 처리
  • 빠른 RoI

Naveena 외.(2015)는 초음파 강화가 다른 강화 처리 옵션, 작동 의 단순성 및 적당한 전력 요구 사항에 비해 낮은 운영 비용을 포함하여 바이오 프로세싱 중에 몇 가지 이점을 제공한다는 것을 발견했습니다.

Agitated ultrasonic tank (sono-bioreactor) for batch processing

8kW 초음파 및 교반기가있는 탱크

고성능 초음파 발효 반응기

발효 과정은 세포 공장으로 작동하는 박테리아 또는 효모와 같은 살아있는 미생물을 포함합니다. 초음파 처리는 대량 전송을 촉진하고 미생물의 성장과 전율을 높이기 위해 적용되는 동안, 세포 공장의 파괴를 피하기 위해 정확하게 초음파 강도를 제어하는 것이 중요합니다.
Hielscher 초음파는 우수한 발효 수율을 보장하기 위해 정밀하게 제어 및 모니터링 할 수있는 고성능 초음파 의 설계, 제조 및 유통 전문가입니다.
Hielscher 초음파에 의한 초음파 공정 파라미터에 대한 정밀한 제어' 지능형 소프트웨어공정 제어는 높은 수율과 우수한 품질에 필수적일 뿐만 아니라 결과를 반복하고 재현할 수 있습니다. 특히 세포 공장의 자극에 관해서, 초음파 매개 변수의 세포 별 적응은 높은 수율을 달성하고 세포 저하를 방지하기 위해 필수적이다. 따라서 Hielscher 초음파 의 모든 디지털 모델에는 초음파 매개 변수를 조정, 모니터링 및 수정 할 수있는 지능형 소프트웨어가 장착되어 있습니다. 진폭, 온도, 압력, 초음파 처리 기간, 듀티 사이클 및 에너지 입력과 같은 초음파 공정 매개 변수는 발효를 통해 HMO 생산을 촉진하는 데 필수적입니다.
Hielscher 초음파 장치의 스마트 소프트웨어는 통합 된 SD 카드의 모든 중요한 공정 매개 변수를 자동으로 기록합니다. 초음파 처리 공정의 자동 데이터 기록은 좋은 제조 관행 (GMP)에 필요한 공정 표준화 및 재현성 / 반복성을위한 기초입니다.

히엘셔 초음파 캐스카로드

카스카트로드TM 초음파 유동 세포 반응기에서

발효를 위한 초음파 교구 목사

히엘셔 초음파 캐스카로드Hielscher offers ultrasonic probes of various size, length and geometries, which can be used for batch as well as continuous flow-through treatments. Ultrasonic reactors, also known as sono-bioreactors, are available for any volume covering the ultrasonic bioprocessing from small lab samples to pilot and fully-commercial production level.
반응 용기에서 초음파 소노로드의 위치가 매체 내의 캐비테이션 및 마이크로 스트리밍의 분포에 영향을 미치는 것으로 잘 알려져 있다. 소노로드 및 초음파 반응기는 세포 국물의 처리 부피에 따라 선택되어야한다. 초음파 처리는 연속 모드뿐만 아니라 배치로 수행 할 수 있지만, 높은 생산 량의 경우 연속 흐름 설치의 사용을 권장합니다. 초음파 흐름 세포를 통과하면 모든 세포 매체가 초음파 처리에 정확히 동일한 노출을 제공하여 가장 효과적인 치료를 보장합니다. Hielscher 초음파는 광범위한 초음파 프로브 및 유동 세포 반응기로 이상적인 초음파 바이오 프로세싱 설정을 구성 할 수 있습니다.

Hielscher 초음파 – 랩에서 파일럿, 프로덕션까지

Hielscher 초음파는 벤치 탑 및 파일럿 시스템에 대한 샘플 준비를위한 소형 휴대용 초음파 균질화기뿐만 아니라 시간당 트럭 부하를 쉽게 처리하는 강력한 산업 초음파 장치를 제공하는 초음파 장비의 전체 스펙트럼을 다룹니다. 다재다능하고 설치 및 장착 옵션의 유연한 Hielscher 초음파 는 모든 종류의 배치 반응기, 공급 배치 또는 연속 유동 처리 설정에 쉽게 통합 할 수 있습니다.
다양한 액세서리와 맞춤형 부품을 사용하면 공정 요구 사항에 초음파 설정을 이상적으로 적용할 수 있습니다.
까다로운 조건에서 24/7 작동을 위해 제작된 Hielscher 초음파 프로세서는 신뢰할 수 있으며 유지 보수가 적습니다.
아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.

일괄 볼륨 유량 권장 장치
1 ~ 500mL 10 ~ 200mL / min UP100H
10 ~ 2000mL 20 ~ 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 ~ 20L 0.2 ~ 4L / min UIP2000hdT
10 ~ 100L 2 ~ 10L / min UIP4000hdT
N.A. 10 ~ 100L / min UIP16000
N.A. 더 큰 의 클러스터 UIP16000

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초음파 프로세서, 응용 프로그램 및 가격에 대한 추가 정보를 요청하려면 아래 양식을 사용하십시오. 우리는 당신과 당신의 프로세스를 토론하고 당신에게 당신의 요구 사항을 충족하는 초음파 시스템을 제공 하게되어 기쁩니다!









주의 하시기 바랍니다 개인 정보 정책.


Hielscher 초음파는 분산, 유화 및 세포 추출을위한 고성능 초음파 균질화제를 제조합니다.

고출력 초음파 균질화제 조종사산업 규모.

문학 / 참고 문헌



알만한 가치가있는 사실

Biosynthesis using Cell Factories

A microbial cell factory is a method of bioengineering, which utilizes microbial cells as a production facility. By genetically engineering microbes, the DNA of microorganisms such as bacteria, yeasts, fungi, mammalian cells, or algae is modified turning microbes into cell factories. Cell factories are used to convert substrates into valuable biological molecules, which are used e.g. in food, pharma, chemistry and fuel production. Different strategies of cell factory-based biosynthesis aim at the production of native metabolites, expression of heterologous biosynthetic pathways, or protein expression.
Cell factories can be used to either synthesize native metabolites, to express heterologous biosynthetic pathways, or to express proteins.

Biosynthesis of native metabolites

Native metabolites are defined as biological molecules, which the cells used as cell factory produce naturally. Cell factories produce these biological molecules either intracellularly or a secreted substance. The latter is preferred since it facilitates the separation and purification of the targeted compounds. Examples for native metabolites are amino and nucleic acids, antibiotics, vitamins, enzymes, bioactive compounds, and proteins produced from anabolic pathways of cell.

Heterologus Biosynthetic Pathways

When trying to produce an interesting compound, one of the most important decisions is the choice of production in the native host, and optimize this host, or transfer of the pathway to another well-known host. If the original host can be adapted to an industrial fermentation process, and there are no health-related risks in doing so (e.g., production of toxic by-products), this can be a preferred strategy (as was the case e.g., for penicillin). However, in many modern cases, the potential of using an industrially preferred cell factory and related platform processes out-weighs the difficulty of transferring the pathway.

Protein Expression

The expression of proteins can be achieved via homologous and heterologous ways. In homologous expression, a gene that is naturally present in an organism is over-expressed. Through this over-expression, a higher yield of a certain biological molecule can be produced. For heterologous expression, a specific gene is transferred into a host cell in that the gene is not present naturally. Using cell engineering and recombinant DNA technology, the gene is inserted into the host’s DNA so that the host cell produces (large) amounts of a protein that it would not produce naturally. Protein expression is done in a variety of hosts from bacteria, e.g. E. coli and Bacillis subtilis, yeasts, e.g., Klyuveromyces lactis, Pichia pastoris, S. cerevisiae, filamentous fungi, e.g. as A. niger, and cells derived from multicellular organisms such as mammals and insects. Innummerous proteins are of great commercial interest, including from bulk enzymes, complex bio-pharmaceuticals, diagnostics and research reagents. (cf. A.M. Davy et al. 2017)