Schizophyallan este un β-glucan fungic cu proprietăți imunomodulatoare. Pentru efecte medicinale foarte active, schizophyllan trebuie să aibă o greutate moleculară mică pentru a arăta biodisponibilitate îmbunătățită. Ultrasonication a fost dovedit a reduce greutatea moleculară a schizophyllan. Ca metodă fiabilă și eficace, Sonicare poate fi ușor de aplicat pentru producția de schizophyllan cu greutate moleculară mică.

Ciuperci Schizophyllum și extracție cu ultrasunete beta-glucan

Specii de ciuperci Schizophyllum cresc în natură pe copaci decăzute după sezoanele ploioase. Corpurile de fructe sunt colectate în următorul sezon uscat. Speciile de Schizophyllum sunt bogate în compuși biochimici, cum ar fi glucanii și, prin urmare, sunt consumate în special în țările tropicale ca hrană și medicină. Datorită proprietăților sale imunomodulatoare, antifungice, antineoplazice și antivirale, comuna Schizophyllum, cunoscută și sub numele de ciuperca Splitgill, a atras companii biotehnologice și farmaceutice.
Schizophyllan polizaharide, de asemenea, cunoscut sub numele de sizofiran, sonifilan, sau sizofilan, este β-glucan majore găsite în ciuperci Schizophyllum, care oferă foarte eficient bioactive β-glucan schizophyllan.
Ciupercile comunei Schizophyllum cresc în natură pe copaci, micuceliumul poate fi cultivat și în bulion de fermentație. Pentru aplicații farmaceutice și cosmetice, schizophyllan cu greutate moleculară mică este mult mai eficace decât schizophyllan cu greutate moleculară mare. Acest lucru se datorează faptului că schizophyllan cu greutate moleculară mică prezintă o biodisponibilitate semnificativ mai bună și rate de absorbție. În plus, schizophyllanul cu greutate moleculară mare este adesea problematic în aplicații, deoarece duce la o vâscozitate ridicată a soluțiilor sale apoase.
Reducerea dimensiunii cu ultrasunete este o tehnică extrem de eficientă și fiabilă pentru a reduce greutatea moleculară a schizophyllanului, crescând astfel calitatea moleculei β-glucan.

Protocol pentru producerea schizophyllanului cu greutate moleculară mică

Deoarece schizophyllan greutate moleculară demonstrează drastic mai bine biodisponibilitate și proprietăți de aplicare, echipa de cercetare a Smirnou investigat ultrasonication pentru scindare și reducerea dimensiunii β-glucan molecula schizophyllan.

Ultrasonication de Schizophyllan

β-1.3(1.6)-Schizophyllan glucan (SPG) a fost produs prin cultivarea scufundată a S. ciuperca comunei în bioreactor folosind zaharoză ca substrat.
După terminarea cultivării, bulionul de cultură a fost diluat cu apă demineralizată până la concentrația de schizophyllan 2 g / L și ultrasonicated cu Procesor ultrasonic UIP2000hdT (Hielscher Ultrasonics GmbH, Germania) în modul de reciclare la următorii parametri și condiții: debit mediu 50 mL / s, frecvență 20 kHz, ieșire 2000 W, sonotrode tip BS2d22, rapel tip B2-1.4 și amplitudine 100%. Temperatura bulionului de cultură la începutul sonicare a fost de 25 ° C. Bulionul de cultură ultrasonicated (intrare de energie specifică 100 Ws / mL) a fost filtrat prin filtrul de adâncime Seitz HS800 sub presiunea de 1,5 bari la 40 ° C. Schizophyllan ultrasonicated (uSPG) pentru caracterizarea chimică a fost precipitat din filtrat cu cantitate triplă de alcool izopropilic la temperatura de laborator, și uscate la 60 ° C pentru 12h soluții uSPG pentru studii imunologice au fost pregătite după cum urmează: (1) filtratul bulion de cultură ultrasonicated a fost diafiltrat prin 0.1m2 Pall Centramate T-serie PES casetă (100 kDa cut-off) la 0.8 bar și diafiltrarea a continuat până când conductivitatea retentată a fost de 20 μS / cm; (2) soluția a fost concentrată prin diafiltrare la concentrația uSPG 1 g/L și sterilizată prin autoclavare la 120°C/20 min. USPG denaturat a fost preparat într-un mod similar, cu excepția faptului că NaOH a fost adăugat la filtratul bulionului de cultură în concentrație de 0,2 M, iar soluția alcalinizată a fost incubată timp de 30 de minute la temperatura de laborator înainte de diafiltrare.

Metode analitice

Randamentul miceliului a fost estimat gravimetric: bulionul de cultură a fost diluat cu apă 1:4, centrifugat cu 10000 × g la 25 °C timp de 20 de minute, precipitatul a fost spălat cu o cantitate triplă de apă, uscat la 60 ° C și ponderat. Schizophyllanul a fost precipitat din supernatant cu cantitate triplă de alcool izopropilic, uscat la 60°C timp de 24 de ore, iar randamentul său a fost determinat gravimetric. pO2 în bulionul de cultură a fost măsurat prin sonda optică Hamilton-Visiferm DO 120 (Hamilton, Elveția).
Vâscozitatea dinamică a bulionului de cultură a fost măsurată pe HAAKE Visco Tester 6L cu axuri 1L și 2L la 4 °C și viteza de rotație de 30 rpm. Viteza de filtrare a fost calculată din timpul de filtrare de 500 ml bulion de cultură până la 200 × filtru de adâncime Seitz HS800 (Pall, SUA) de 200 mm la presiune de 1,5 bari și 40 ° C.
Greutatea moleculară uSPG a fost măsurată de SEC-MALLS pe sistemul HPLC Alliance (Waters) cu coloane pl aquagel OH60 și PL aquagel OH40 conectate în serie, iar detectorul miniDAWN TREOS (Wyatt) a fost concentrat prin diafiltrare la concentrația uSPG de 1 g /L și sterilizat prin autoclavare la 120 ° C / 20 min. USPG denaturat a fost preparat într-un mod similar, cu excepția faptului că NaOH a fost adăugat la filtratul bulionului de cultură în concentrație de 0,2 M, iar soluția alcalinizată a fost incubată timp de 30 de minute la temperatura de laborator înainte de diafiltrare.

Rezultate:
Tratamentul ultrasonication a fost aplicat direct la S. comuna 144-h bulion de cultură cu miceliu pentru a facilita prelucrarea SPG în aval.
 
Caracteristicile schizophyllan sonicated: Schizophyllan ultrasonicated (uSPG) a fost precipitat din bulion de cultură filtrat de alcool și caracterizat. SEC-MALLS a estimat Mw de uSPG a fi în jur de 1 MDa. Greutatea moleculară medie a schizophyllanului din fermentația lichidă este de aproximativ 5 MDa, în timp ce în cultivarea în stare solidă poate ajunge până la 10 MDa. Comparând greutatea moleculară a schizophyllanului ultrasonicated cu greutățile moleculare ale schizophyllanului nativ netratat, se poate observa o greutate moleculară redusă de 5 până la 10 ori datorită ultrasonication.
Polizaharida sonicată uSPG conținea 0,7% g/w proteine și 1,0% g/w reziduu după aprindere. Hidrolizatul uSPG a constat din glucoză cu mai mult de 99%. Rezultatele analitice indică faptul că sonicare cleaves coloana vertebrală β-glucan la întâmplare și ramurile laterale rămân intacte, reducând astfel dimensiunea și greutatea moleculară a schizophyllan. Studiile imunologice pe uSPG în esență fără proteine și endotoxine au arătat, că schizophyllan ultrasonicated low-Mw are activitate imunomodulatoare pronunțată.

 
Vâscozitate redusă: Ultrasonication a dus la o scădere semnificativă a vâscozității bulionului de cultură. În timpul ultrasonication, vâscozitatea bulionului de cultură sa schimbat neliniar: scăderea vâscozității a fost rapidă la începutul ultra- sonicare, dar mai târziu a încetinit. Aportul specific de energie de 100 Ws/mL a fost suficient pentru a reduce vâscozitatea bulionului de cultură de aproape 7 ori.

Filtrare îmbunătățită: Bulionul de cultură tratat cu ultrasunete a curs prin filtru mai repede decât bulionul de cultură netratat (intrare specifică de energie 0 Ws / ml) cu SPG molecular ridicat. În plus, Ultrasonication a redus semnificativ pierderea produsului în timpul filtrării. Filtratul bulionului de cultură netratat cu SPG molecular ridicat (intrare de energie specifică 0 Ws/ml) conținea 0,3 ± 0,07 g/L SPG, în timp ce concentrația SPG înainte de filtrarea în adâncime era de 2 g/L. În schimb, filtratul de 100 Ws / mL cultura ultrasonicated ambele conținute SPG în concentrație 2.2 ± 0.2 g / L, ceea ce corespunde la aproape zero pierdere de produs.

Concluzie: În concluzia lor, echipa de cercetare reia faptul că prelucrarea cu ultrasunete este o tehnologie eficientă pentru fabricarea schizophyllanului cu greutate moleculară mică, care poate fi apoi utilizată în produsele cosmetice și medicină. Ultrasonication, atunci când este aplicat pe bulion de cultură completă cu miceliu, aduce anumite avantaje pentru producția de schizophyllan. Reduce pierderile de produse în timpul procesării în aval și face posibilă producția de polizaharidă foarte purificată datorită utilizării eficiente a ultrafiltrării.
În plus, cercetătorii au descoperit că prelucrarea cu ultrasunete a schizophyllanului este ușor scalabilă. O unitate a plantei pilot dezintegrator cu ultrasunete UIP2000hdT prelucrate 1 litru de bulion de cultură în 110 s în modul de curgere. Productivitatea sistemului poate fi ușor crescută prin conectarea secvențială a unităților cu ultrasunete suplimentare.

 
Citiți mai multe despre extinderea simplă a extracției ciupercilor!
 

Echipamente cu ultrasunete de înaltă performanță pentru procesarea glucanului fungic

Fragmentarea polizaharidelor, ar fi glucanii, precum și alți compuși bioactivi, ar fi chitina și chitosanul, pot fi prelucrate în mod fiabil cu echipamente cu ultrasunete de înaltă performanță Hielscher. Ultrasonicators noastre pot livra amplitudini mari, oferă un control precis asupra parametrilor procesului și pot fi operate 24/7 sub sarcină grea și în medii solicitante. Hielscher Ultrasonics gama de echipamente îndeplinește aceste cerințe în mod fiabil. Pe lângă performanța remarcabilă cu ultrasunete, ultrasonicators Hielscher se mândresc cu eficiență energetică ridicată, ceea ce reprezintă un avantaj economic semnificativ – în special atunci când sunt utilizate în producția comercială la scară largă.
Hielscher ultrasonicators sunt sisteme de înaltă performanță, care pot fi echipate cu accesorii, cum ar fi sonotrodes, boostere, reactoare sau celule de flux, în scopul de a se potrivi nevoilor de proces într-un mod optim. Cu afișaj color digital, opțiunea de a preseta sonicare ruleaza, înregistrarea automată a datelor pe un card SD integrat, controlul browser-ului de la distanță și multe alte caracteristici, cel mai înalt control al procesului și ușurința în utilizare sunt asigurate. Asociat cu robustețea și capacitatea portantă grea, sistemele cu ultrasunete Hielscher sunt calul tău de lucru fiabil în producție. Reducerea greutății moleculare a β-glucani, cum ar fi schizophyllan necesită ultrasunete puternice pentru a obține clivajul vizat și un produs schizophyllan final de înaltă calitate, care poate fi utilizat pentru aplicații farmaceutice.
 
Găsiți mai multe informații despre extracția cu ultrasunete beta-glucan din ciuperci, inclusiv instrucțiuni pas cu pas aici!
 
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre: