Ultrasonics ass 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 exakt kënne bestëmmen. Mat ultrasonic Bioreaktoren kann de 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 vun Mikroorganismen

Fermentatioun ass e metabolesche Prozess, deen Zocker zu Säure, Gasen oder Alkohol konvertéiert. Et fällt an Heftegkeet a Bakterien, an och an Sauerstoffgepeechen, wéi am Fall vun der Milchsäurefermentatioun. De Fermentatioun gëtt och méi breed benotzt fir de Grousse Wuesstum vun den Mikroorganismen op engem Wuesstumsmiddel ze referentéieren, oft mam Ziel fir e spezifesche chemesche Produzent ze produzéieren.
Fermentatiounsprozess gëtt an der industrieller Skala duerch Mikroorganismen wéi Bakterien a Pilze fir d'Fermentatioun gemaach. Fermentéiert Produkter ginn an der Ernährung an der Allgemeng Industrie benotzt. Chemikalien, wéi Essigsäure, Zitateräure an Äthanol ginn duerch Fermentatioun produzéiert. D'Fermentatiounsfläch gëtt beaflosst duerch d'Konzentratioun vu Mikroorganismen, Zellen, zellulare Komponenten an Enzyme wéi och Temperatur, a pH. Fir Aerobiker Gären, Sauerstoff ass e Schlësselfaktor. Fast all kommerziell produzéiert Enzyme, wéi Lipase, Invertaaz a Rennet, ginn duerch Fermentatioun mat genetesch modifizéierten Mikroben gemaach.
 
Allgemeng kënnen d'Fermentatiounen a véier Prozessarten / Etappen opgedeelt ginn:

• Produktioun vu Biomass (gëfteg Zellmaterial)
• Produktioun vun extrazellulären Metaboliten (chemesch Substanzen)
• Produzente vun intrazelluläre Komponenten (Enzyme an aner Proteine)
• Transformation vum Substrat (an deem de transforméierte Substrat selwer d'Produkt ass)

Sonication virum, während an nom 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 de Massentransfer ze förderen an de Substrat méi fir d'Mikroben zur Verfügung ze stellen. Ultrasonic Mixung fördert d'Massentransfer vu Substraten op, a Produkter ewech vun de mikrobiellen Zellen. Ultrasonic Intensivéierung vu Massentransfer kann als Virbehandlung wéi och während der Fermentatioun ugewannt 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 xylooligosaccharide Produktioun vun 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 der Prozessoptiméierung. D'bewonnere Biomass ass vill méi ëmsetzbar fir d'Pilze, sou datt d'Stabilitéit vun der Enzymaktivitéit verlängert gëtt an d'Aktivitéit vu CMCase, b-Glucosidase an Xylanase erhéicht ass am Verglach zu der net-sonicated rice hull. Déi endgüteg fermentativ Produkter waren Xylotetraose, Xylohexaose a méi héich Molekulargewicht Xylooligosacchariden. D'Zuel vu Xylohexaose vum soniciséierte Rice Hull ass 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.

Déi genee kontrolléierbar an d'Wiederholbarer Opléisung hëlleft fir d'Produktivitéit vu verschiddene Fermentatiounsprozesser ze verbesseren ouni Zellen. D'Sonikounseintensitéit kann genee un d'spezifesch Zellspezialitéit a seng Ufuerderungen adaptéiert ginn. Bei kontrolléierter Oplifiedung gëtt d'Zellwachstum an de Stoffwechsel positiv beaflosst an d'Konverträg déi vu Livezellen katalyséiert ginn, ass wesentlech verbessert, zB d'Bifidobakterien an der Mëllechstéierung.
Fir e puer pilzgetränkte Fermentatiounsprozess, ass d'Sonikatioun mat Erfolleg benotzt fir d'Morphologie vum Wuestum a d'Bouillon ze modifizéieren ouni de Wuesstemsgrad an d'Ausbezuelung vun Fëllementpilier 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 celluläre Komponenten oder d'Ausféierung vun Downstream Assays.

Fir d'Produktioun vun intrazellulärer Komponente wéi mikrobiärer Enzyme (zB Katalade, Amylase, Protease, Pektinase, Glukosisomerase, Cellulase, Hemicellulase, Lipase, Laktase, Streptokinase) a rekombinante Proteinen (zB Insulin, Hepatitis B-Vakzin, Interferon, Granulocyte-Kolonie-Stimulatioun Faktor, Streptokinase) mussen d'Zellen nach dem Fermentatiounsprozess lyséiert / gestierzt ginn fir d'Wënsch vun deene Wënsch z'erreechen. Duerch d'Opléisung gëtt d'Extraktioun vun den intrazellulären an extrazellulären Polysaccharid-Protein-Komplexe vun der viskoser myselialer Fermentatioun Bouillon erliichtert. Nieft der aussergewéinlech Ergänzung vun der Ausnahmung an Effizienz ass d'Sonikatioun gutt fir d'Zell-Lyse a d'Extraktioun vun der intrazellulärer Matière etabléiert.
Klickt hei fir muer iwwer Ultraschall Lycis an Extraktioun liest!

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'Tabellner ënnendrënner, generéiert generell Empfehlungen vun den Apparater, jee no dem Batchvolumen oder dem Fluss agesat ginn. Klickt op den Apparatentyp fir méi Informatiounen iwwert all Apparat ze kréien.

Literatur / nëmmen