발효를 위한 초음파 생물반응기

초음파는 기계적 진동과 캐비테이션으로 미생물을 자극하는 효과적인 수단입니다. 초음파 발효기? 초음파 발효기에서는 환경 요인을 정확하게 결정할 수 있기 때문에 세포와 조직의 초음파 처리가 고도로 제어 가능해집니다. 초음파 생물 반응기를 사용하면 발효 출력을 크게 향상시킬 수 있습니다.

발효

발효의 효율성은 공정 조건에 따라 다릅니다 : 영양소, 매체의 밀도, 온도, 산소? 가스 함량 및 압력은 미생물 활성에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 포유류 세포뿐만 아니라 미생물은 특정 조건에서만 번성합니다. 초음파 자극과 결합 된 올바른 조건은 발효 수율을 극대화 할 수 있습니다.

미생물의 초음파 자극

발효는 설탕을 산, 가스 또는 알코올로 전환하는 대사 과정입니다. 그것은 효모와 박테리아에서 발생하며, 젖산 발효의 경우와 같이 산소가 부족한 근육 세포에서도 발생합니다. 발효는 또한 성장 매체에서 미생물의 대량 성장을 지칭하기 위해 더 광범위하게 사용되며, 종종 특정 화학 제품을 생산하는 것을 목표로 합니다.
발효 과정은 발효를 위해 박테리아 및 곰팡이와 같은 미생물을 사용하여 산업 규모로 수행됩니다. 발효 제품은 식품 및 일반 산업에서 사용됩니다. 아세트산, 구연산 및 에탄올과 같은 화학 물질은 발효에 의해 생성됩니다. 발효 속도는 미생물, 세포, 세포 구성 요소 및 효소의 농도, 온도 및 pH의 영향을 받습니다. 호기성 발효를 위해서는 산소도 중요한 요소입니다. 리파아제, 인버타아제, 레닛 등 상업적으로 생산되는 거의 모든 효소는 유전자 변형 미생물로 발효하여 만들어집니다.

• 바이오매스(생존 가능한 세포 물질) 생산
• 세포외 대사 산물(화합물)의 생산
• 세포 내 구성 요소(효소 및 기타 단백질)의 생산
• 기판의 변형(변형된 기판이 그 자체로 제품임)

발효 전, 발효 중 및 발효 후 초음파 처리

저주파 초음파의 응용 인 초음파 처리는 발효 전, 발효 중 및 발효 후에 다양한 방법과 발효 과정의 여러 단계에서 사용할 수 있습니다.

초음파 사전 발효 처리 – 바이오매스 가용성 개선

1. 향상된 대량 전송: 전처리로서의 초음파 처리는 질량 전달을 촉진하고 기질을 미생물이 더 많이 사용할 수 있도록하는 데 사용됩니다. 초음파 혼합은 기질이 미생물 세포로 질량 전달되고 제품이 미생물 세포로부터 멀어지는 것을 촉진합니다. 질량 전달의 초음파 강화는 발효 중뿐만 아니라 전처리로 적용될 수 있습니다.
2. 세포 파괴: 초음파 처리는 특히 미생물 또는 효모 배양에서 세포벽과 막을 파괴하는 데 사용될 수 있습니다. 이는 효소 또는 대사 산물과 같은 세포 내 구성 요소를 방출하는 데 도움이 되며, 이는 발효 성능을 개선하거나 다운스트림 과정을 촉진할 수 있습니다.
3. 세포 내 화합물 추출: 초음파 처리는 발효 전에 생물학적 물질에서 세포 내 화합물을 추출하는 데 도움이 될 수 있습니다. 여기에는 발효 공정에서 후속 사용을 위해 세포, 조직 또는 식물 물질에서 효소, 단백질, 핵산 또는 기타 표적 화합물을 추출하는 것이 포함됩니다.

예를 들어, 왕겨의 초음파 전처리는 Aspergillus japonicus (var. japonicus CY6-1)에 의한 xyloligosaccharides 생산을위한 효소 가수 분해를 향상시키는 데 사용되었습니다. 초음파 처리에 의해, 쌀 껍질에서 cellulolytic 및 xylanolytic 효소의 생산이 크게 향상되었다. 헤미 셀룰로오스 수율은 초음파 처리 하에서 1.4 배로 증가했으며 생산 시간은 80ºC에서 24 시간에서 1.5 시간으로 크게 단축되었습니다 – 프로세스 최적화의 추가 잠재력과 함께. 초음파 처리 된 바이오 매스는 효소 활성의 안정성이 확장되고 CMCase, b-glucosidase 및 xylanase의 활성이 비 초음파 처리 된 왕겨에 비해 증가하도록 균류에 대해 훨씬 쉽게 전환 할 수 있습니다. 최종 발효 산물은 자일로트라오스(xylotetraose), 자일로헥사오스(xylohexaose) 및 고분자량 자일로올리고당(xyloligosaccharides)이었다. 초음파 처리 된 왕겨의 xylohexaose 수율은 80 % 더 높았습니다.

초음파 보조 발효 – 미생물의 자극

• 섞고 균질화: 초음파 처리는 발효 중에 혼합 기술로 사용할 수 있습니다. 초음파의 적용은 마이크로스트리밍을 생성하고 균질성을 촉진하여 발효 용기 내에서 영양소, 가스 및 미생물의 균일한 분포를 보장하는 데 도움이 됩니다.
• 대량 전송의 향상: 향상된 혼합 및 균질화와 관련된 것은 발효 중 초음파로 향상된 질량 전달 속도입니다. 초음파 진동 및 캐비테이션은 국부적인 난류를 생성하고 기질, 가스 및 영양소가 발효액으로 확산되는 것을 향상시킵니다. 이는 발효 과정의 전반적인 효율성과 생산성을 향상시킬 수 있습니다.
• 세포 생존력과 대사 활동 개선: 초음파 처리는 세포 생존력과 대사 활성을 향상시키기 위해 발효 중 미생물 배양에 적용 할 수 있습니다. 온화한 초음파 처리는 특정 미생물을 자극하여 성장, 바이오 매스 생산 및 원하는 대사 산물 또는 발효 산물의 합성을 촉진 할 수 있습니다.

정밀하게 제어 가능하고 반복 가능한 초음파 처리는 세포를 손상시키지 않고 다양한 발효 공정의 생산성을 향상시키는 데 도움이됩니다. 초음파 처리 강도는 특정 세포 종과 그 요구 사항에 정확하게 적용 할 수 있습니다. 제어 된 초음파 처리에 의해, 세포 성장과 신진 대사는 긍정적 인 영향을 받고 살아있는 세포에 의해 촉매 된 전환은 크게 개선됩니다 (예 : 우유의 비피더스 박테리아 자극).
일부 곰팡이 기반 발효 공정의 경우, 초음파 처리는 필라멘트 균류의 성장 속도와 수율에 영향을주지 않고 성장 형태 및 국물 유변학을 수정하는 데 성공적으로 사용됩니다.

초음파 발효 후 처리

• 세포 수확 및 분리: 초음파 처리는 발효 후 세포 수확 및 분리를 도울 수 있습니다. 세포 응집체, 응집제 또는 생물막을 파괴하는 데 도움이 될 수 있어 발효액에서 세포가 방출되는 것을 촉진할 수 있습니다. 이는 세포 회수 또는 제품 정제와 같은 후속 다운스트림 공정을 단순화합니다.
• 세포 내 산물 추출: 발효 후, 초음파 처리는 미생물 또는 세포 바이오 매스에서 효소, 단백질 또는 2 차 대사 산물과 같은 세포 내 산물을 추출하는 데 사용할 수 있습니다. 이 추출 공정은 귀중한 화합물을 회수하고 발효 공정의 전체 수율을 향상시키는 데 도움이 됩니다.
• 분석 목적을 위한 세포 붕괴: 초음파 처리는 발효 후 세포 또는 미생물 샘플을 파괴하는 데 특히 분석 목적으로 적용될 수 있습니다. 세포 용해 및 세포 내 내용물의 방출을 지원하여 세포 구성 요소의 분석을 용이하게 하거나 다운스트림 분석을 수행합니다.

미생물 효소(예: 카탈라아제, 아밀라아제, 프로테아제, 펙티나아제, 포도당 이성질화효소, 셀룰라아제, 헤미셀룰라아제, 리파아제, 락타아제, 스트렙토키나제) 및 재조합 단백질(예: 인슐린, B형 간염 백신, 인터페론, 과립구 집락 자극 인자, 스트렙토키나아제)과 같은 세포 내 구성 요소의 생산을 위해 발효 과정 후 세포를 용해/파괴하여 원하는 단백질을 방출해야 합니다. 초음파 처리에 의해, 점성 균사체 발효 국물에서 세포 내 및 세포 외 다당류-단백질 복합체의 추출이 촉진됩니다. 뛰어난 추출 수율과 효율성 외에도 초음파 처리는 세포 용해 및 세포 내 물질 추출에 대해 잘 확립되고 신뢰할 수 있습니다.
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향상된 발효 공정을 위한 초음파 생물반응기

Hielscher 초음파는 세포 자극, 발효, 세포 파괴 및 추출과 같은 초음파 자극 생체 과정에 오랜 경험을 가지고 있습니다. 우리는 배치 및 플로우 스루 모드에서 초음파 처리를 위해 다양한 크기와 기하학적 구조의 다양한 표준 초음파 반응기를 제공합니다. 또는 기존 생물반응기에 통합할 수 있는 맞춤형 솔루션을 제공합니다. 당사의 초음파 프로세서는 매우 다재다능하고 작은 공간만 필요하기 때문에 기존 생명 공학 공장에 대한 개조는 문제 없이 실현될 수 있습니다.
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문헌/참고문헌