Cilvēka piena biosintētiskā ražošana Oligosaharīdi

Cilvēka piena oligosaharīdu (HMOs) biosintēze fermentācijas vai fermentatīvās reakcijās ir sarežģīts, patērējošs un bieži vien zemas ieguves process. Ultrasonication palielina masas pārnesi starp substrātu un šūnu rūpnīcām, kas stimulē šūnu augšanu un vielmaiņu. Tādējādi ultraskaņas apstrāde pastiprina fermentācijas un bioķīmiskos procesus, kā rezultātā tiek paātrināta un efektīvāka HMO ražošana.

Cilvēka piens Oligosaharīdi

Cilvēka piena oligosaharīdi (HMOs), pazīstami arī kā cilvēka piena glikānu, ir cukura molekulas, kas ir daļa no oligosaharīdu grupas. Pamanāmi HMO piemēri ir 2'-fukozilllaktoze (2′-FL), lakto-N-neotetraoze (LNnT), 3'-galaktozillaktoze (3′-GL) un difukozillaktozi (DFL).
Lai gan cilvēka mātes pienu uztur vairāk nekā dažādas 150 HMO struktūras, tikai 2′-fukozillaktozi (2′-FL) un lakto-N-neotetraozi (LNnT) pašlaik ražo komerciālā līmenī un izmanto kā uzturfizioloģiskās piedevas mākslīgajos maisījumos zīdaiņiem.
Cilvēka piena oligosaharīdi (HMOs) ir zināms par to nozīmi bērnu uzturā. Cilvēka piena oligosaharīdi ir unikāls uzturvielu veids, kas darbojas kā prebiotiķi, pretlīmējošas pretmikrobu vielas un imūnmodulatori zīdaiņa zarnās un būtiski veicina smadzeņu attīstību. HMO ir tikai atrodami mātes pienā; citiem zīdītāju pienam (piemēram, govim, kazām, aitām, kamieļiem u. c.) nav šo īpašo oligosaharīdu formas.
Cilvēka piena oligosaharīdi ir trešais bagātīgākais cietais sastāvs cilvēka pienā, kas var būt izšķīdinātā vai emulģētā vai suspendētā veidā ūdenī. Laktoze un taukskābes ir visaubīgākās cietās daļiņas, kas atrodamas cilvēka pienā. HMO ir 0, 35– 0, 88 uncēs (9, 9 – 24, 9 g) / l. Ir zināmi aptuveni 200 strukturāli atšķirīgi cilvēka piena oligosaharīdi. Dominējošais oligosaharīds 80% visu sieviešu ir 2′-fukozillaktu, kas izdalās mātes pienā cilvēkam ar koncentrāciju aptuveni 2, 5 g/ l.
Tā kā HMOs nav sagremota, tie nav kalorically veicināt uzturu. Ir gremošanas ogļhidrāti, tie darbojas kā prebiotikas un ir selektīvi fermentēti ar vēlamo zarnu mikrofloru, īpaši bifidobacteria.

Cilvēka piena biosintēze Oligosaharīdi

Šūnu rūpnīcas un fermentatīvās / ķīmijterapijas sistēmas ir pašreizējās tehnoloģijas, ko izmanto HMO sintēzei. HMO ražošanai rūpnieciskā mērogā mikrobu šūnu rūpnīcu fermentācija, bioķīmiskā sintēze un dažādas fermentatīvas reakcijas ir iespējamie HMO bio-ražošanas veidi. Ekonomisku iemeslu dēļ biostār sintēze, izmantojot mikrobu šūnu rūpnīcas, pašlaik ir vienīgā metode, ko izmanto HMO rūpnieciskās ražošanas līmenī.

HMO fermentācija, izmantojot mikrobu šūnu rūpnīcas

E.coli, Saccharomyces cerevisiae un Lactococcus lactis parasti izmanto šūnu rūpnīcas, ko izmanto bioloģisko molekulu, piemēram, HMO, bioizveidašanai. Fermentācija ir bioķīmisks process, kurā izmanto mikroorganismus, lai substrātu pārvērstu mērķmateriālus, kas paredzēti bioloģiskām molekulām. Mikrobu šūnu rūpnīcas izmanto vienkāršus cukurus kā substrātu, ko tās pārvērš HMO. Tā kā vienkārši cukuri (piemēram, laktoze) ir bagātīgs, lēts substrāts, tas saglabā biostār sintēzes procesu rentablu.
Augšanas un biokonversijas ātrumu galvenokārt ietekmē barības vielu (substrāta) masveida pārnešana uz mikroorganismiem. Masas pārneses ātrums ir galvenais faktors, kas ietekmē produkta sintēzi fermentācijas laikā. Ultrasonication ir labi zināms, lai veicinātu masu pārnesi.
Fermentācijas laikā bioreaktora apstākļi pastāvīgi jāuzrauga un jāregulē tā, lai šūnas varētu augt pēc iespējas ātrāk, lai pēc tam iegūtu mērķbiomolekulas (piemēram, oligosaharīdus, piemēram, HMO; insulīnu; rekombinantos proteīnus). Teorētiski produkta veidošanās sākas, tiklīdz šūnu kultūra sāk augt. Tomēr jo īpaši attiecībā uz ģenētiski modificētām šūnām, piemēram, inženierijas mikroorganismiem, to parasti inducē vēlāk, pievienojot ķīmisku vielu substrātam, kas regulē mērķa biomolekulas izpausmi. Ultraskaņas bioreaktori (sono-bioreaktors) var precīzi kontrolēt un ļauj īpaši stimulē mikrobus. Tā rezultātā tiek paātrināta biosintēze un lielāka raža.
Ultraskaņas līze un ekstrakcija: Sarežģītu HMOs fermentāciju var ierobežot ar zemu fermentācijas titru un produktiem, kas paliek intracelulāri. Ultraskaņas līze un ekstrakcija tiek izmantota, lai atbrīvotu starpšūnu materiālu pirms attīrīšanas un lejupvērstās plūsmas procesiem.

Ultraskaņas veicināta fermentācija

Mikrobi, piemēram, Escherichia coli, inženierijas E.coli, Saccharomyces cerevisiae un Lactococcus lactis augšanas ātrumu var paātrināt, palielinot masas pārneses ātrumu un šūnu sieniņu caurlaidību, piemērojot kontrolētu zemas frekvences ultrasonikāciju. Kā viegla, nein thermal apstrādes tehnika, ultrasonikācija piemēro tīri mehāniskus spēkus fermentācijas buljonā.
Akustiskā kavitācija: Ultraskaņas apstrādes darbības princips ir balstīts uz akustisko kavitāciju. Ultraskaņas zonde (sonotrode) savieno zemas frekvences ultraskaņas viļņus vidē. Ultraskaņas viļņi pārvietojas caur šķidrumu, radot mainīgus augstspiediena (saspiešanas) / zema spiediena (retināšanas) ciklus. Saspiežot un izstiepjot šķidrumu pārmaiņus, rodas minūšu vakuuma burbuļi. Šie mazie vakuuma burbuļi aug vairākos ciklos, līdz tie sasniedz izmēru, kurā tie nevar absorbēt papildu enerģiju. Šajā maksimālās augšanas brīdī vakuuma burbulis spēcīgi izplūst un rada lokāli ekstremālus apstākļus, kas pazīstami kā kavitācijas parādība. Kavitācijas "karstajā punktā" var novērot augstus spiediena un temperatūras diferenciāļus un intensīvus bīdes spēkus ar šķidrajām strūklām līdz 280 m/sek. Ar šo kavitācijas efektu tiek panākta rūpīga masas pārnešana un sonoporeācija (šūnu sienu un šūnu membrānu perforācija). Substrāta barības vielas tiek peldētas uz dzīvām veselām šūnām un uz tām, lai šūnu rūpnīcas tiktu optimāli barotas un paātrinātu augšanu, kā arī konversijas ātrumu. Ultraskaņas bioreaktori ir vienkārša, bet ļoti efektīva stratēģija biomasas apstrādei viena katla biosintēzes procesā.
Ir labi zināms, ka viegla ultraskaņas apstrāde ir precīzi kontrolēta, lai pastiprinātu fermentācijas procesus.
Sonication uzlabo "produktivitāti daudzu bioprocesu, iesaistot dzīvas šūnas, izmantojot uzlabot substrāta uzņemšanu, uzlabotu ražošanu vai izaugsmi, palielinot šūnu porainību, un, iespējams, uzlabota atbrīvošanu šūnu komponentus." (Naveena et al. 2015)
Lasiet vairāk par ultrasoniski atbalstīto fermentāciju!

Naveena et al. (2015) konstatēja, ka ultraskaņas intensifikācija piedāvā vairākas priekšrocības bioapstrādes laikā, tostarp zemas ekspluatācijas izmaksas, salīdzinot ar citām uzlabošanas ārstēšanas iespējām, darbības vienkāršību un pieticīgām enerģijas prasībām.

Augstas veiktspējas ultraskaņas fermentācijas reaktori

Fermentācijas procesi ietver dzīvus mikroorganismus, piemēram, baktērijas vai raugu, kas darbojas kā šūnu fabrikas. Lai gan ultraskaņas apstrāde tiek piemērota, lai veicinātu masveida pārnesi un palielinātu mikroorganisma augšanu un konversijas ātrumu, ir svarīgi precīzi kontrolēt ultraskaņas intensitāti, lai izvairītos no šūnu rūpnīcu iznīcināšanas.
Hielscher Ultrasonics ir speciālists augstas veiktspējas ultrasonatoru projektēšanu, ražošanā un izplatīšanā, kurus var precīzi kontrolēt un uzraudzīt, lai nodrošinātu izcilu fermentācijas ražu.

Procesa kontrole ir ne tikai būtiska augstai ražai un izcilai kvalitātei, bet ļauj atkārtot un reproducēt rezultātus. Jo īpaši, ja ist nāk uz stimulāciju šūnu rūpnīcām, šūnu specifiska pielāgošana ultraskaņas parametriem ir būtiska, lai sasniegtu augstu ražu un novērstu šūnu degradāciju. Tāpēc visi Hielscher ultrasonicators digitālie modeļi ir aprīkoti ar inteliģentu programmatūru, kas ļauj pielāgot, uzraudzīt un pārskatīt ultraskaņas parametrus. Ultraskaņas procesa parametri, piemēram, amplitūda, temperatūra, spiediens, ultraskaņas apstrādes ilgums, darba cikli un enerģijas ievade, ir būtiski, lai veicinātu HMO ražošanu, izmantojot fermentāciju.
Hielscher ultrasonicators viedā programmatūra automātiski ieraksta visus svarīgos procesa parametrus integrētajā SD kartē. Ultraskaņas procesa automātiskais datu ieraksts ir procesa standartizācijas un reproducējamības / atkārtojamības pamats, kas ir nepieciešami labai ražošanas praksei (LRP).

Ultraskaņas rektori fermentācijai

Hielscher piedāvā dažāda izmēra, garuma un ģeometrijas ultraskaņas zondes, kuras var izmantot partijai, kā arī nepārtrauktai caurplūdes apstrādei. Ultraskaņas reaktori, kas pazīstami arī kā sono-bioreaktori, ir pieejami jebkuram tilpumam, kas aptver ultraskaņas bioapstrādes no maziem laboratorijas paraugiem līdz izmēģinājuma un pilnībā komerciālam ražošanas līmenim.
Ir labi zināms, ka ultraskaņas sonotroda atrašanās vieta reakcijas traukā ietekmē kavitācijas un mikro streaming izplatību vidē. Sonotrode un ultraskaņas reaktors jāizvēlas saskaņā ar šūnu buljona apstrādes tilpumu. Lai gan ultraskaņu var veikt gan partijā, gan nepārtrauktā režīmā, liela ražošanas apjomam ieteicams izmantot nepārtrauktas plūsmas iekārtu. Šķērsojot ultraskaņas plūsmas šūnu, visi šūnu vidējie bērni saņem tieši tādu pašu ultraskaņas apstrādes iedarbību, nodrošinot visefektīvāko ārstēšanu. Hielscher Ultrasonics plašs ultraskaņas zonžu un plūsmas šūnu reaktoru klāsts ļauj samontēt ideālu ultraskaņas bioapstrādes iestatījumu.

Hielscher Ultraskaņas – No Lab uz Izmēģinājuma ražošana

Hielscher Ultrasonics aptver pilnu ultraskaņas iekārtu spektru, kas piedāvā kompaktus rokas ultraskaņas homogenizatorus paraugu sagatavošanai uz galda un izmēģinājuma sistēmām, kā arī jaudīgas rūpnieciskās ultraskaņas vienības, kas viegli apstrādā kravas automašīnas stundā. Tā kā Hielscher ultrasonicators ir daudzpusīgs un elastīgs uzstādīšanas un uzstādīšanas iespēju darbos, tos var viegli integrēt visos partijas reaktoru, fedplu vai nepārtrauktu caurplūdes iestatījumu veidos.
Dažādi piederumi, kā arī pielāgotas daļas ļauj ideālai jūsu ultraskaņas uzstādīšanas pielāgošanai jūsu procesa prasībām.
Radīts 24/7 darbībai pilnā slodzē un lieljaudas apstākļos sarežģītos apstākļos, Hielscher ultraskaņas procesori ir uzticami un prasa tikai zemu apkopi.
Zemāk redzamā tabula sniedz norādes par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu: