Technologia ultradźwiękowa firmy Hielscher

Biosyntetyczna produkcja mleka ludzkiego Oligosacharydy

Biosynteza oligosacharydów mleka ludzkiego (HMO) poprzez fermentację lub reakcje enzymatyczne jest procesem złożonym, konsumującym i często mało wydajnym. Ultrasonizacja zwiększa transfer masy pomiędzy substratami a fabrykami komórek i stymuluje wzrost i metabolizm komórek. W ten sposób ultradźwięk intensyfikuje fermentację i procesy biochemiczne, co prowadzi do szybszej i bardziej wydajnej produkcji HMO.

Mleko ludzkie Oligosacharydy

Oligosacharydy mleka ludzkiego (HMO), znane również jako glikany mleka ludzkiego, są cząsteczkami cukru, które należą do grupy oligosacharydów. Znaczącymi przykładami HMO są 2'-fukosylaktozy (2′-FL), lakto-N-neotetraoza (LNnT), 3'-galaktozylo-laktozy (3′-GL), i difukosylaktozy (DFL).
Podczas gdy ludzkie mleko matki składa się z ponad 150 różnych struktur HMO, jedynie 2′-fukozylo-laktozy (2′-FL) i lakto-N-neotetraozy (LNnT) są obecnie produkowane na poziomie handlowym i stosowane jako dodatki odżywcze w preparatach dla niemowląt.
Oligosacharydy mleka ludzkiego (HMO) są znane z ich znaczenia w żywieniu dzieci. Ludzkie oligosacharydy mleka są unikalnym rodzajem składników odżywczych, które działają jako prebiotyki, antyadhezyjne środki przeciwdrobnoustrojowe i immunomodulatory w jelitach niemowląt i przyczyniają się znacząco do rozwoju mózgu. HMO znajdują się wyłącznie w ludzkim mleku matki; inne mleko ssaków (np. krowy, kozy, owce, wielbłądy itp.) nie mają tej specyficznej formy oligosacharydów.
Oligosacharydy mleka ludzkiego są trzecim najobfitszym składnikiem stałym w mleku ludzkim, który może być obecny w postaci rozpuszczonej lub zemulgowanej lub zawieszonej w wodzie. Laktoza i kwasy tłuszczowe są najobfitszą substancją stałą występującą w mleku ludzkim. HMO są obecne w stężeniu 0,35-0,88 uncji (9,9-24,9 g)/L. Znanych jest około 200 różnych strukturalnie oligosacharydów w mleku ludzkim. Dominującym oligosacharydem u 80% wszystkich kobiet jest 2′-fukosylaktozy, która jest obecna w ludzkim mleku matki w stężeniu około 2,5 g/l.
Ponieważ HMO nie są trawione, nie przyczyniają się kalorycznie do odżywiania. Jako niestrawne węglowodany funkcjonują jako prebiotyki i są selektywnie fermentowane przez pożądaną mikroflorę jelitową, w szczególności bifidobakterie.

Korzyści zdrowotne mleka ludzkiego Oligosacharydy (HMO)

  • wspierać rozwój niemowląt
  • są ważne dla rozwoju mózgu
  • ma działanie przeciwzapalne i
  • działanie antyadhezyjne w przewodzie pokarmowym
  • wspiera układ odpornościowy u dorosłych
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

The Procesor ultradźwiękowy UIP2000hdT zwiększa transfer masy i aktywuje fabryki komórek w celu uzyskania wyższej wydajności biosyntezowanych cząsteczek biologicznych, takich jak HMO

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Biosynteza mleka ludzkiego Oligosacharydy

Fabryki komórek i systemy enzymatyczne / chemo-enzymatyczne to aktualne technologie wykorzystywane do syntezy HMO. Dla produkcji HMO na skalę przemysłową, fermentacja fabryk komórek mikrobiologicznych, synteza biochemiczna i różne reakcje enzymatyczne są możliwymi sposobami produkcji biologicznej HMO. Ze względów ekonomicznych, biosynteza za pośrednictwem fabryk komórek drobnoustrojowych jest obecnie jedyną techniką stosowaną na poziomie produkcji przemysłowej HMO.

Fermentacja HMO przy użyciu fabryk komórek bakteryjnych

E.coli, Saccharomyces cerevisiae i Lactococcus lactis są powszechnie stosowanymi fabrykami komórek używanymi do bioprodukcji cząsteczek biologicznych, takich jak HMO. Fermentacja jest procesem biochemicznym wykorzystującym mikroorganizmy do przekształcenia substratu w docelowe cząsteczki biologiczne. Fabryki komórek mikrobiologicznych używają jako substratu cukrów prostych, które przekształcają w HMO. Ponieważ cukry proste (np. laktoza) są bogatym, tanim substratem, dzięki temu proces biosyntezy jest efektywny kosztowo.
Na wzrost i tempo biokonwersji wpływa głównie masowy transfer składników odżywczych (substratów) do mikroorganizmów. Szybkość transferu masy jest głównym czynnikiem wpływającym na syntezę produktu podczas fermentacji. Ultrasonizacja jest dobrze znana jako czynnik sprzyjający masowemu przenoszeniu składników pokarmowych.
Podczas fermentacji warunki w bioreaktorze muszą być stale monitorowane i regulowane, tak aby komórki mogły jak najszybciej rosnąć, a następnie produkować docelowe biomolekuły (np. oligosacharydy, takie jak HMO; insulina; białka rekombinowane). Teoretycznie tworzenie się produktu rozpoczyna się w momencie, gdy rozpoczyna się wzrost kultury komórkowej. Jednak szczególnie w komórkach genetycznie modyfikowanych, takich jak mikroorganizmy techniczne, indukowane jest ono zazwyczaj później przez dodanie do podłoża substancji chemicznej, która reguluje ekspresję docelowej biomolekuły. Bioreaktory ultradźwiękowe (sono-bioreaktor) mogą być precyzyjnie kontrolowane i pozwalają na specyficzną stymulację mikroorganizmów. W ten sposób uzyskuje się przyspieszoną biosyntezę i wyższą wydajność.
Ultrasonograficzna liza i ekstrakcja: Fermentacja złożonych HMO może być ograniczona przez niskie miana fermentacyjne i produkty pozostające wewnątrzkomórkowe. Lizę i ekstrakcję ultradźwiękową stosuje się w celu uwolnienia materiału wewnątrzkomórkowego przed procesem oczyszczania i procesem "down-stream".

Fermentacja wspierana ultradźwiękami

Szybkość wzrostu mikroorganizmów takich jak Escherichia coli, E.coli, Saccharomyces cerevisiae i Lactococcus lactis można przyspieszyć poprzez zwiększenie szybkości przenoszenia masy i przepuszczalności ścian komórkowych poprzez zastosowanie kontrolowanej ultrasonografii niskiej częstotliwości. Jako łagodna, nietermiczna technika przetwarzania, ultradźwięki działają czysto mechanicznie na bulion fermentacyjny.
Kawitacja akustyczna: Zasada działania soniki opiera się na kawitacji akustycznej. Sonda ultradźwiękowa (sonotrode) łączy w medium fale ultradźwiękowe o niskiej częstotliwości d. Fale ultradźwiękowe przechodzą przez ciecz tworząc zmienne cykle wysokiego (kompresja) / niskiego (rzadkość) ciśnienia. Poprzez sprężanie i rozciąganie cieczy w zmieniających się cyklach powstają drobne pęcherzyki próżniowe. Te małe pęcherzyki próżniowe rozrastają się w ciągu kilku cykli, aż do osiągnięcia rozmiaru, w którym nie są w stanie wchłonąć dalszej energii. W tym momencie maksymalnego wzrostu, pęcherzyk próżniowy imploduje gwałtownie i generuje lokalnie ekstremalne warunki, znane jako zjawisko kawitacji. W kawitacyjnym "gorącym punkcie" można zaobserwować duże różnice ciśnień i temperatur oraz intensywne siły ścinające z dyszami cieczy o prędkości do 280m/s. Dzięki tym efektom kawitacyjnym uzyskuje się dokładne przeniesienie masy i sonoporekcję (perforację ścian komórkowych i błon komórkowych). Składniki odżywcze substratu są unoszone do i w żywych całych komórkach, dzięki czemu fabryki komórek są optymalnie odżywione, a wzrost i konwersja są przyspieszone. Bioreaktory ultradźwiękowe są prostą, ale bardzo efektywną strategią przetwarzania biomasy w procesie biosyntezy jednej części.
Dokładnie kontrolowana, łagodna syrenacja jest dobrze znana z intensyfikacji procesów fermentacyjnych.
Sonikacja poprawia "wydajność wielu bioprocesów z udziałem żywych komórek poprzez zwiększenie absorpcji substratów, zwiększenie produkcji lub wzrostu poprzez zwiększenie porowatości komórek i potencjalnie lepsze uwalnianie składników komórek". (Naveena i in. 2015)
Przeczytaj więcej o fermentacji wspomaganej ultradźwiękami!
Zalety Fermentacji Zintensyfikowanej Ultrasonograficznie

  • zwiększony plon
  • Fermentacja przyspieszona
  • Stymulacja specyficzna dla komórki
  • Zwiększona absorpcja substratów
  • Zwiększona porowatość komórek
  • łatwy w obsłudze
  • bezpieczny
  • Prosty montaż retro
  • liniowego zwiększania skali
  • Przetwarzanie wsadowe lub inIine
  • szybki RoI

Naveena i in. (2015) stwierdziła, że intensyfikacja ultradźwiękowa oferuje szereg korzyści podczas bioprzetwarzania, w tym niskie koszty operacyjne w porównaniu z innymi opcjami intensyfikacji, prostotę obsługi i niewielkie zapotrzebowanie na energię.

Agitated ultrasonic tank (sono-bioreactor) for batch processing

Zbiornik z ultrasonikami 8kW i mieszadłem

Wysokowydajne Ultradźwiękowe Reaktory Fermentacyjne o wysokiej wydajności

Procesy fermentacji dotyczą żywych mikroorganizmów, takich jak bakterie lub drożdże, które funkcjonują jako fabryki komórek. Podczas gdy ultradźwięki są stosowane w celu promowania masowego transferu i zwiększenia wzrostu i konwersji mikroorganizmów, istotne jest, aby dokładnie kontrolować intensywność ultradźwięków, aby uniknąć zniszczenia fabryk komórek.
Hielscher Ultrasonics specjalizuje się w projektowaniu, produkcji i dystrybucji wysokowydajnych ultrasonografów, które mogą być precyzyjnie kontrolowane i monitorowane w celu zapewnienia najwyższej wydajności fermentacji.
Precyzyjna kontrola parametrów procesu ultradźwiękowego przez Hielscher Ultrasonics' inteligentne oprogramowanieKontrola procesu jest nie tylko niezbędna dla uzyskania wysokiej wydajności i najwyższej jakości, ale także umożliwia powtarzanie i odtwarzanie wyników. Zwłaszcza jeśli chodzi o stymulację fabryk komórek, specyficzna dla komórek adaptacja parametrów sonikacji jest niezbędna do osiągnięcia wysokiej wydajności i zapobiegania degradacji komórek. Dlatego też wszystkie cyfrowe modele ultrasonografów firmy Hielscher są wyposażone w inteligentne oprogramowanie, które umożliwia regulację, monitorowanie i korektę parametrów sonacji. Parametry procesu ultradźwiękowego, takie jak amplituda, temperatura, ciśnienie, czas trwania syreny, cykle pracy i pobór energii, są niezbędne do promowania produkcji HMO poprzez fermentację.
Inteligentne oprogramowanie ultrasonografów firmy Hielscher automatycznie zapisuje wszystkie ważne parametry procesu na zintegrowanej karcie SD. Automatyczna rejestracja danych procesu ultradźwiękowego jest podstawą standaryzacji procesu i powtarzalności / powtarzalności, które są wymagane w ramach Dobrych Praktyk Wytwarzania (GMP).

Hielscher Ultrasonics Cascatrode

kaskatrodaTM w reaktorze z ogniwami przepływowymi ultradźwiękowymi

Rektory ultradźwiękowe do fermentacji

Hielscher Ultrasonics CascatrodeFirma Hielscher oferuje sondy ultradźwiękowe o różnej wielkości, długości i geometrii, które mogą być stosowane zarówno do zabiegów wsadowych, jak i ciągłych. Reaktory ultradźwiękowe, znane również jako sono-bioreaktory, są dostępne dla każdej objętości pokrywającej bioprocesory ultradźwiękowe, od małych próbek laboratoryjnych do poziomu produkcji pilotażowej i w pełni komercyjnej.
Powszechnie wiadomo, że umiejscowienie sonotrody ultradźwiękowej w naczyniu reakcyjnym wpływa na rozmieszczenie kawitacji i mikrostrumieniowania w medium. Sonotroda i reaktor ultradźwiękowy powinny być dobierane w zależności od objętości roboczej bulionu komórkowego. Podczas gdy sonikowanie może być wykonywane zarówno w trybie wsadowym, jak i ciągłym, dla dużych objętości produkcyjnych zaleca się stosowanie instalacji o ciągłym przepływie. Przechodząc przez kuwetę przepływową ultradźwiękową, wszystkie medium kuwetowe poddawane jest dokładnie takiej samej ekspozycji na sonizację, co zapewnia najbardziej efektywną obróbkę. Szeroka gama sond ultradźwiękowych i reaktorów przepływowych firmy Hielscher Ultrasonics pozwala na zamontowanie idealnej instalacji do biobróbki ultradźwiękowej.

Hielscher Ultrasonics – Od laboratorium do pilota do produkcji

Hielscher Ultrasonics obejmuje pełne spektrum urządzeń ultradźwiękowych, oferując kompaktowe ręczne homogenizatory ultradźwiękowe do przygotowywania próbek do systemów stacjonarnych i pilotażowych, a także wydajne przemysłowe urządzenia ultradźwiękowe, które z łatwością przetwarzają ładunki samochodów ciężarowych na godzinę. Ultrasonografy firmy Hielscher są wszechstronne i elastyczne w zakresie możliwości instalacji i montażu, dzięki czemu można je łatwo zintegrować z wszelkiego rodzaju reaktorami wsadowymi, wsadami zasilającymi lub układami z ciągłym przepływem.
Różne akcesoria, jak również części dostosowane do indywidualnych potrzeb klienta pozwalają na idealne dostosowanie ustawień ultradźwiękowych do wymagań procesu.
Zbudowane z myślą o pracy w trybie 24/7 przy pełnym obciążeniu i dużym obciążeniu w wymagających warunkach, ultradźwiękowe procesory Hielscher są niezawodne i wymagają jedynie niewielkiej konserwacji.
Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
1 do 500mL 10-200mL/min UP100H
10 do 2000mL 20-400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Prosimy o skorzystanie z poniższego formularza w celu uzyskania dodatkowych informacji na temat procesorów ultradźwiękowych, zastosowań i ceny. Chętnie omówimy z Państwem proces i zaproponujemy Państwu system ultradźwiękowy spełniający Państwa wymagania!









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do dyspersji, emulsyfikacji i ekstrakcji komórkowej.

Wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do pilotażowy i Przemysł skala.

Literatura / materiały źródłowe



Fakty Warto wiedzieć

Biosynteza z wykorzystaniem fabryk komórek

Fabryka komórek mikrobiologicznych jest metodą bioinżynierii, która wykorzystuje komórki mikrobiologiczne jako zakład produkcyjny. Za pomocą mikroorganizmów inżynierii genetycznej, DNA mikroorganizmów takich jak bakterie, drożdże, grzyby, komórki ssaków czy glony jest modyfikowane, zamieniając mikroorganizmy w fabryki komórek. Fabryki komórek służą do przekształcania substratów w wartościowe cząsteczki biologiczne, które są wykorzystywane np. w produkcji żywności, farmacji, chemii i paliw. Różne strategie biosyntezy opartej na fabrykach komórkowych mają na celu produkcję rodzimych metabolitów, ekspresję heterologicznych szlaków biosyntetycznych lub ekspresję białek.
Fabryki komórek mogą być wykorzystywane do syntezy rodzimych metabolitów, do ekspresji heterologicznych szlaków biosyntetycznych lub do ekspresji białek.

Biosynteza rodzimych metabolitów

Rdzenne metabolity są definiowane jako cząsteczki biologiczne, które komórki używane jako fabryka komórek wytwarzają w sposób naturalny. Fabryki komórek produkują te biologiczne molekuły albo wewnątrzkomórkowe, albo wydzielane substancje. Ta ostatnia jest preferowana, ponieważ ułatwia rozdzielanie i oczyszczanie docelowych związków. Przykładami rodzimych metabolitów są aminokwasy i kwasy nukleinowe, antybiotyki, witaminy, enzymy, bioaktywne związki i białka produkowane z anabolicznych ścieżek komórkowych.

Ścieżki biosyntetyczne Heterologus Biosynthetic Pathways

Przy próbie wyprodukowania interesującego związku, jedną z najważniejszych decyzji jest wybór produkcji w rodzimym gospodarzu, i zoptymalizowanie tego gospodarza, lub przeniesienie ścieżki do innego znanego gospodarza. Jeśli żywiciel pierwotny może zostać zaadaptowany do procesu fermentacji przemysłowej, a nie ma przy tym zagrożeń dla zdrowia (np. produkcja toksycznych produktów ubocznych), może to być preferowana strategia (jak to miało miejsce np. w przypadku penicyliny). Jednak w wielu współczesnych przypadkach potencjał wykorzystania preferowanej przemysłowo fabryki komórek i związanych z nią procesów platformowych przeważa nad trudnością przeniesienia ścieżki.

Ekspresja białek

Ekspresja białek może być osiągnięta w sposób homologiczny i heterologiczny. W ekspresji homologicznej, gen, który jest naturalnie obecny w organizmie jest nadmiernie wyekspresowany. Dzięki tej nadmiernej ekspresji może zostać wyprodukowana wyższa wydajność pewnej biologicznej molekuły. W przypadku ekspresji heterologicznej specyficzny gen jest przenoszony do komórki gospodarza, w której gen nie jest obecny w sposób naturalny. Wykorzystując technologię inżynierii komórkowej i rekombinacji DNA, gen jest wprowadzany do DNA gospodarza tak, że komórka gospodarza produkuje (duże) ilości białka, którego nie produkowałaby w sposób naturalny. Ekspresja białka odbywa się u różnych żywicieli z bakterii, np. E. coli i Bacillis subtilis, drożdży, np. Klyuveromyces lactis, Pichia pastoris, S. cerevisiae, grzybów włóknistych, np. jak A. niger, oraz komórek pochodzących z organizmów wielokomórkowych, takich jak ssaki i owady. Białka nieumiejętne cieszą się dużym zainteresowaniem komercyjnym, w tym z masowych enzymów, złożonych biofarmaceutyków, odczynników diagnostycznych i badawczych. (por. A.M. Davy et al. 2017)