Ultraschall Bioreaktoren fir Fermentatioun

Ultraschall ass en effektiv Mëttel fir Mikroorganismen duerch mechanesch Schwéngungen a Kavitatioun ze stimuléieren. An engem Sonobioreaktor / Ultraschallfermenter gëtt d'Ultraschallbehandlung vun Zellen a Tissu héich kontrolléierbar well d'Ëmweltfaktoren genee bestëmmt kënne ginn. Mat Ultraschallbioreaktoren kann d'Fermentatiounsausgang wesentlech verbessert ginn.

Fermentatioun

D'Effizienz vun der Fermentatioun hänkt vun de Prozessbedéngungen of: Nährstoffer, Dicht vum Medium, Temperatur, Sauerstoff / Gasgehalt an Drock si wichteg Faktoren, déi d'mikrobiell Aktivitéit beaflossen. Mikroorganismen wéi och Mamendéierenzellen dreemen nëmmen ënner bestëmmte Konditiounen. Déi richteg Konditioune kombinéiert mat Ultraschallstimulatioun kënnen d'Ausbezuele vun der Fermentatioun maximéieren.

Ultraschall Stimulatioun vu Mikroorganismen

Fermentatioun ass e metabolesche Prozess deen Zocker an Säuren, Gasen oder Alkohol konvertéiert. Et geschitt an Hefen a Bakterien, an och an Sauerstoff-gehongert Muskelzellen, wéi am Fall vun Milchsäure Fermentatioun. Fermentatioun gëtt och méi breet benotzt fir op de Grosswachstum vu Mikroorganismen op engem Wuesstumsmedium ze referenzéieren, dacks mam Zil e spezifescht chemescht Produkt ze produzéieren.
Fermentatiounsprozess gëtt op industrieller Skala duerchgefouert mat Mikroorganismen wéi Bakterien a Pilze fir d'Fermentatioun. Fermentéiert Produkter ginn an der Liewensmëttel- an allgemenger Industrie benotzt. Chemikalien, wéi Essigsäure, Zitrounesaier, an Ethanol ginn duerch Fermentatioun produzéiert. D'Fermentatiounsquote gëtt beaflosst vun der Konzentratioun vu Mikroorganismen, Zellen, celluläre Komponenten, an Enzymen souwéi Temperatur, a pH. Fir aerobe Fermentatioun ass Sauerstoff och e Schlësselfaktor. Bal all kommerziell produzéiert Enzymen, wéi Lipase, Invertase a Rennet, ginn duerch Fermentatioun mat genetesch modifizéierten Mikroben gemaach.

• Produktioun vu Biomass (liewensfäeg Zellmaterial)
• Produktioun vun extrazelluläre Metaboliten (chemesch Verbindungen)
• Produktioun vun intrazelluläre Komponenten (Enzymen an aner Proteinen)
• Transformatioun vum Substrat (an deem de transforméierte Substrat selwer d'Produkt ass)

Sonication virun, während an no Fermentatioun

Sonication, d'Applikatioun vu Low-Frequenz Ultraschallwellen, kann virun, während an no der Fermentatioun op verschidde Manéieren an op verschiddene Stadien vum Fermentatiounsprozess benotzt ginn.

Ultraschall Pre-Fermentatioun Behandlung – Verbesserung vun der Biomass Disponibilitéit

1. Verbesserte Mass Transfer: Sonication als Virbehandlung gëtt benotzt fir Massentransfer ze förderen an de Substrat méi verfügbar fir d'Mikroben ze maachen. Ultrasonic Mëschung fördert d'Masstransfer vu Substrate op, a Produkter ewech vun de mikrobiellen Zellen. Ultraschall Verstäerkung vum Massentransfer kann als Pre-Behandlung an och während Fermentatioun applizéiert ginn.
2. Zell Stéierungen: Sonication kann benotzt ginn fir Zellmaueren a Membranen ze stéieren, besonnesch a mikrobiellen oder Hefekulturen. Dëst hëlleft intrazellulär Komponenten ze verëffentlechen, wéi Enzymen oder Metaboliten, déi d'Fermentatiounsleistung verbesseren oder Downstream Prozesser erliichteren.
3. Extraktioun vun intrazelluläre Verbindungen: Sonication kann hëllefen bei der Extraktioun vun intrazelluläre Verbindungen aus biologesche Materialien virun der Fermentatioun. Dëst beinhalt d'Extraktioun vun Enzymen, Proteinen, Nukleinsäuren oder aner Zilverbindungen aus Zellen, Stoffer oder Planzmaterial fir spéider Benotzung an Fermentatiounsprozesser.

Zum Beispill, Ultraschall Virbehandlung vun Rais Hull gouf benotzt fir enzymatesch Hydrolyse fir d'Produktioun vun Xylooligosacchariden vum Aspergillus japonicus (var. japonicus CY6-1) ze verbesseren. Duerch Sonikatioun gouf d'Produktioun vun cellulolyteschen a xylanolyteschen Enzymen aus dem Räishüll wesentlech verbessert. D'Hämicellulose-Ausbezuelung gouf op 1,4-fach ënner Sonikatioun erhéicht an d'Produktiounszäit gouf staark verkierzt vu 24 Stonnen op 1,5 Stonnen bei 80ºC – mat weider Potenzial vun Prozess Optimisatioun. Déi sonikéiert Biomass ass vill méi einfach konvertibel fir d'Pilze sou datt d'Stabilitéit vun der Enzymaktivitéit verlängert gëtt an d'Aktivitéit vu CMCase, b-Glucosidase, an Xylanase erhéicht gëtt am Verglach zum net-sonicéierte Räishüll. Déi lescht fermentativ Produkter waren Xylotetraose, Xylohexaose, a Xylooligosacchariden mat héijer molekulare Gewiicht. D'Xylohexaose Ausbezuele vum sonicated Rais Hull war 80% méi héich.

Ultraschall-Assistéiert Fermentatioun – Stimulatioun vu Mikroben

• Vermëschung an Homogeniséierung: Sonication kann als Mëschungstechnik während der Fermentatioun benotzt ginn. D'Applikatioun vun Ultraschallwellen hëlleft fir Mikrostreaming ze kreéieren a fördert Homogenitéit, garantéiert eenheetlech Verdeelung vun Nährstoffer, Gasen a Mikroorganismen am Fermentatiounsschëff.
• Erhéijung vun Mass Transfert: Zesummenhang mat verbessert Vermëschung an Homogeniséierung sinn déi ultraschall verbessert Mass Transfermaart Tariffer während Fermentatioun. Ultraschall Schwéngung a Kavitatioun kreéieren lokaliséiert Turbulenzen a verbesseren d'Diffusioun vu Substrate, Gasen an Nährstoffer an d'Fermentatiounsbouillon. Dëst kann d'allgemeng Effizienz an d'Produktivitéit vum Fermentatiounsprozess verbesseren.
• Verbesserung vun Zell Viabilitéit a metabolescher Aktivitéit: Sonication kann op mikrobielle Kulturen wärend der Fermentatioun applizéiert ginn fir d'Zellviabilitéit an d'metabolesch Aktivitéit ze verbesseren. Mild Sonikatioun kann verschidde Mikroorganismen stimuléieren, Wuesstum, Biomassproduktioun an d'Synthese vu gewënschten Metaboliten oder Fermentatiounsprodukter förderen.

Genau kontrolléierbar a widderhuelend Sonikatioun hëlleft fir d'Produktivitéit vu verschiddene Fermentatiounsprozesser ze verbesseren ouni Zellen ze schueden. D'Sonicatiounsintensitéit kann exakt un déi spezifesch Zellarten a seng Ufuerderungen ugepasst ginn. Duerch kontrolléiert Sonikatioun gëtt den Zellwachstum an de Metabolismus positiv beaflosst an d'Konversioune katalyséiert vu liewegen Zellen ginn wesentlech verbessert, zB d'Bifidobakterien an der Mëllech stimuléieren.
Fir e puer Pilz-gedriwwe Fermentatiounsprozesser gëtt d'Sonicatioun erfollegräich benotzt fir d'Wuesstumsmorphologie a Bouillon Rheologie z'änneren ouni de Wuesstumsrate an d'Ausbezuele vu filamentöse Pilze ze beaflossen.

Ultraschall Post-Fermentatioun Behandlung

• Zell Ernte an Trennung: Sonication kann an der Zell Ernte an Trennung no Fermentatioun hëllefen. Et kann hëllefe fir Zellaggregaten, Flocculanten oder Biofilmen ze briechen, wat d'Verëffentlechung vun Zellen aus der Fermentatiounsbouillon erliichtert. Dëst vereinfacht spéider Downstream Prozesser, wéi Zell Erhuelung oder Produktreinigung.
• Extraktioun vun intrazelluläre Produkter: No der Fermentatioun kann d'Sonicatioun benotzt ginn fir intrazellulär Produkter, wéi Enzymen, Proteinen oder sekundär Metaboliten, aus mikrobieller oder cellulärer Biomass ze extrahieren. Dësen Extraktiounsprozess hëlleft wäertvoll Verbindungen ze recuperéieren a verbessert d'Gesamt Ausbezuele vum Fermentatiounsprozess.
• Zell Desintegratioun fir analytesch Zwecker: Sonication kann applizéiert ginn fir Zellen oder mikrobielle Proben no Fermentatioun ze stéieren, besonnesch fir analytesch Zwecker. Et hëlleft bei der Zelllysis an der Verëffentlechung vun intrazellulären Inhalter, erliichtert d'Analyse vun de celluläre Komponenten oder d'Ausféierung vun Downstream Assays.

Fir d'Produktioun vun intrazelluläre Komponenten wéi mikrobiellen Enzyme (zB Katalase, Amylase, Protease, Pektinase, Glukose Isomerase, Cellulase, Hemicellulase, Lipase, Laktase, Streptokinase) a rekombinant Proteinen (zB Insulin, Hepatitis B Impfung, Interferon, Granulocyte Kolonie-Kolonie) Faktor, Streptokinase), mussen d'Zellen nom Fermentatiounsprozess lyséiert / gestéiert ginn fir déi gewënschte Proteinen ze befreien. Duerch Sonikatioun gëtt d'Extraktioun vun den intrazellulären an extrazelluläre Polysaccharid-Protein-Komplexe vun der viskoser mycelialer Fermentatiounsbouillon erliichtert. Nieft senger aussergewéinlecher Extraktiounsausbezuelung an Effizienz ass d'Sonicatioun gutt etabléiert an zouverlässeg fir Zelllysis an d'Extraktioun vun intrazellulärer Matière.
Klickt hei fir méi iwwer Ultraschalllysis an Extraktioun ze liesen!

Ultrasonic Bioreaktoren fir verbessert Fermentatiounsprozesser

Hielscher Ultrasonics ass laang Zäit erlieft mat ultraschall stimuléiert Bioprozesser wéi Zellstimulatioun, Fermentatioun, Zellstéierung an Extraktioun. Mir bidden verschidde Standard Ultraschallreaktoren vu verschiddene Gréissten a Geometrien fir Sonikatioun am Batch- a Flow-Through-Modus. Alternativ bidde mir personaliséiert Léisunge fir d'Integratioun an Ären existente Bioreaktor. Well eis Ultraschallprozessoren ganz villsäiteg sinn an nëmme kleng Plaz erfuerderen, kann d'Retrofitting an existéierend biotechnologesch Planzen ouni Probleemer realiséiert ginn.
Liest méi iwwer Ultraschallreaktortypen, Designen an Uwendungen hei!
D'Tabell hei drënner weist allgemeng Gerätempfehlungen un ofhängeg vum Batchvolumen oder de Flowrate fir ze veraarbecht. Klickt op den Apparattyp fir méi Informatioun iwwer all Apparat ze kréien.

Literatur / Referenzen