Ultrazvočna proizvodnja visoko prečiščenih shizofilanskih beta-glukanov

Schizophyallan je glivični β-glukan z imunomodulacijskimi lastnostmi. Za zelo aktivne zdravilne učinke mora imeti shizofilan nizko molekulsko maso, da se pokaže izboljšana biološka uporabnost. Dokazano je, da ultrasonication zmanjšuje molekulsko maso shizofilana. Kot zanesljiva in učinkovita metoda se lahko ultrazvočno razbijanje enostavno uporablja za proizvodnjo shizofilana z nizko molekulsko maso.

Gobe Schizophyllum in ultrazvočna ekstrakcija beta-glukana

Vrste gobe Schizophyllum rastejo v naravi na razpadajočih drevesih po deževnih obdobjih. Sadna telesa se zbirajo v naslednji sušni sezoni. Vrste Schizophyllum so bogate z biokemičnimi spojinami, kot so glukani, in se zato uživajo predvsem v tropskih državah kot hrana in zdravila. Zaradi svojih imunomodulatornih, protiglivičnih, antineoplastičnih in protivirusnih lastnosti je Schizophyllum commune, znana tudi kot goba Splitgill, pritegnila biotehnološka in farmacevtska podjetja.
Polisaharid shizofilan, znan tudi kot sizofiran, sonifan ali sizofilan, je glavni β-glukan, ki ga najdemo v gobah Schizophyllum, ki ponujajo visoko učinkovit bioaktivni β-glukanski shizofilan.
Gobe Schizophyllum commune rastejo v naravi na drevesih, micelij pa se lahko goji tudi v fermentacijski juhi. Za farmacevtske in kozmetične aplikacije je shizofilan z nizko molekulsko maso veliko bolj učinkovit kot shizofilan z visoko molekulsko maso. To je posledica dejstva, da shizofilan z nizko molekulsko maso kaže bistveno boljšo biološko uporabnost in stopnjo absorpcije. Poleg tega je shizofilan z visoko molekulsko maso pogosto problematičen pri uporabah, saj ima za posledico visoko viskoznost njegovih vodnih raztopin.
Ultrazvočno zmanjšanje velikosti je zelo učinkovita in zanesljiva tehnika za znižanje molekulske mase shizofilana, s čimer se poveča kakovost molekule β-glukana.

Protokol za proizvodnjo šizofilana z nizko molekulsko maso

Ker shizofilan z molekulsko maso kaže drastično boljšo biološko uporabnost in lastnosti uporabe, je raziskovalna skupina Smirnouja raziskala ultrazvok za cepitev in zmanjšanje velikosti β-glukanske molekule shizofilana.

Ultrasonication shizophyllan

β-1.3(1.6)-glukanski shizofilan (SPG) je bil proizveden s potopljenim gojenjem glive S. commune v bioreaktorju z uporabo saharoze kot substrata.
Po koncu gojenja je bila kulturna juha razredčena z demineralizirano vodo do koncentracije shizofilana 2 g? L in ultrazvočna z ultrazvočni procesor UIP2000hdT (Hielscher Ultrasonics GmbH, Nemčija) v načinu recikliranja pri naslednjih parametrih in pogojih: srednji pretok 50 ml/s, frekvenca 20 kHz, izhodna moč 2000 W, sonotrodni tip BS2d22, ojačevalnik tipa B2-1,4 in amplituda 100%. Temperatura kulturne juhe na začetku ultrazvočne vaje je bila 25 ° C. Ultrazvočna kulturna bujona (specifični vnos energije 100 Ws/ml) je bila filtrirana skozi globinski filter Seitz HS800 pod tlakom 1,5 bara pri 40 °C. Ultrazvočni shizofilan (uSPG) za kemijsko karakterizacijo je bil oborjen iz filtrata s trojno količino izopropilnega alkohola pri laboratorijski temperaturi in posušen pri 60 °C za 12 ur uSPG raztopine za imunološke študije so bile pripravljene na naslednji način: (1) ultrazvočni filtrat kulture je bil diafiltriran skozi 0,1 m2 Pall Centramate PES kaseto serije T (100 kDa mejna vrednost) pri 0,8 bara in diafiltracija se je nadaljevala, dokler prevodnost retentata ni bila 20 μS/cm; (2) raztopino smo koncentrirali z diafiltracijo do koncentracije uSPG 1 g/L in sterilizirali z avtoklaviranjem pri 120 °C/20 min. Denaturirani uSPG je bil pripravljen na podoben način, le da je bil NaOH dodan filtratu bujona kulture v koncentraciji 0,2 M, alkalizirana raztopina pa je bila pred diafiltracijo inkubirana 30 minut pri laboratorijski temperaturi.

Analitske metode

Donos micelija je bil ocenjen gravimetrično: bujon kulture je bil razredčen z vodo 1:4, centrifugiran 10000 × g pri 25 °C 20 min, oborina je bila sprana s trikratno količino vode, posušena pri 60 °C in obtožena. Schizophyllan je bil oborjen iz supernatanta s trojno količino izopropilnega alkohola, sušen pri 60 °C 24 ur, njegov donos pa je bil določen gravimetrično. pO2 v kulturni juhi so merili z optično sondo Hamilton-Visiferm DO 120 (Hamilton, Švica).
Dinamična viskoznost kulturne juhe je bila izmerjena na HAAKE Visco Tester 6L z vretenima 1L in 2L pri 4 °C in hitrostjo vrtenja 30 vrt./min. Hitrost filtracije je bila izračunana iz časa filtracije 500 ml bujona kulture skozi 200 × 200 mm globinski filter Seitz HS800 (Pall, ZDA) pri tlaku 1,5 bara in 40 °C.
Molekulsko maso uSPG je izmeril SEC-MALLS na HPLC sistemu Alliance (Waters) s serijsko povezanimi kolonami PL aquagel OH60 in PL aquagel OH40, detektor miniDAWN TREOS (Wyatt) pa je bil koncentriran z diafiltracijo do koncentracije uSPG 1 g/L in steriliziran z avtoklaviranjem pri 120 °C/20 min. Denaturirani uSPG je bil pripravljen na podoben način, le da je bil NaOH dodan filtratu bujona kulture v koncentraciji 0,2 M, alkalizirana raztopina pa je bila pred diafiltracijo inkubirana 30 minut pri laboratorijski temperaturi.

Rezultati:
Ultrazvočno zdravljenje je bilo uporabljeno neposredno na kulturno juho S. commune 144-h z micelijem, da bi olajšali SPG navzdol obdelavo.
 
Značilnosti ultrazvočnega shizofilana: Ultrazvočni shizofilan (uSPG) je bil oborjen iz filtrata juhe kulture z alkoholom in karakteriziran. SEC-MALLS je ocenil, da je Mw uSPG približno 1 MDa. Povprečna molekulska masa shizofilana iz tekoče fermentacije je približno 5 MDa, medtem ko lahko pri gojenju v trdnem stanju doseže do 10 MDa. Če primerjamo molekulsko maso ultrazvočnega shizofilana z molekulsko maso naravnega neobdelanega shizofilana, lahko zaradi ultrazvočnega razglašanja opazimo 5- do 10-kratno zmanjšano molekulsko maso.
Sonikirani polisaharid uSPG je vseboval 0,7% m/w beljakovin in 1,0% w/w ostankov po vžigu. hidrolizat uSPG je vseboval glukozo z več kot 99%. Analitični rezultati kažejo, da ultrazvočna razbijanje naključno razcepi hrbtenico β-glukana, stranske veje pa ostanejo nedotaknjene, s čimer se zmanjša velikost in molekulska masa shizofilana. Imunološke študije uSPG brez beljakovin in endotoksinov so pokazale, da ima ultrazvočni shizofilan z nizko vsebnostjo Mw izrazito imunomodulatorno aktivnost.

 
Zmanjšana viskoznost: Ultrasonication je povzročil znatno zmanjšanje viskoznosti kulturne juhe. Med ultrasonicacijo se je viskoznost kulturne juhe spremenila nelinearno: zmanjšanje viskoznosti je bilo na začetku ultrazvočnega razbijanja hitro, kasneje pa se je upočasnilo. Specifični vnos energije 100 W/ml je zadostoval za skoraj 7-kratno zmanjšanje viskoznosti kulturne juhe.

Izboljšana filtracija: Ultrazvočno obdelana kulturna bujona je tekla skozi filter hitreje kot neobdelana kulturna juha (specifični vnos energije 0 Ws/ml) z visokomolekularnim SPG. Poleg tega je ultrazvok znatno zmanjšal izgubo izdelka med filtracijo. Filtrat neobdelane kulturne bujone z visokomolekularnim SPG (specifični vnos energije 0 Ws/ml) je vseboval 0,3 ± 0,07 g/L SPG, medtem ko je bila koncentracija SPG pred globinsko filtracijo 2 g/L. Nasprotno pa je filtrat 100 W? ml ultrazvočne kulture vseboval SPG v koncentraciji 2,2 ± 0,2 g? L, kar ustreza skoraj ničelni izgubi produkta.

Sklep: V svojem zaključku raziskovalna skupina nadaljuje, da je ultrazvočna obdelava učinkovita tehnologija za proizvodnjo shizofilana z nizko molekulsko maso, ki se nato lahko uporablja v kozmetiki in medicini. Ultrasonication, ko se uporablja na popolni kulturni juhi z micelijem, prinaša določene prednosti za proizvodnjo shizofilana. Zmanjšuje izgube izdelka med nadaljnjo obdelavo in omogoča proizvodnjo visoko prečiščenih polisaharidov zaradi učinkovite uporabe ultrafiltracije.
Poleg tega so raziskovalci ugotovili, da je ultrazvočna obdelava shizofilana enostavno razširljiva. Ena enota pilotnega obrata ultrazvočnega dezintegratorja UIP2000hdT je obdelala 1 liter kulturne juhe v 110 s v pretočnem načinu. Produktivnost sistema se lahko enostavno poveča z zaporednim priključitvijo dodatnih ultrazvočnih enot.

 
Preberite več o preprostem povečanju pridobivanja gob!
 

Visoko zmogljiva ultrazvočna oprema za obdelavo glivičnega glukana

Razdrobljenost polisaharidov, kot so glukani, in drugih bioaktivnih spojin, kot sta hitin in hitozan, se lahko zanesljivo obdela z visoko zmogljivi ultrazvočno opremo Hielscher. Naši ultrazvočni aparati lahko zagotovijo visoke amplitude, ponujajo natančno nadzor nad procesnimi parametri in jih lahko delujejo 24 ur na dan, 7 dni v tednu pod veliko obremenitvijo in v zahtevnih okoljih. Hielscher Ultrasonics oprema zanesljivo izpolnjuje te zahteve. Poleg izjemne ultrazvočne zmogljivosti se Hielscher ultrazvočni aparati ponašajo z visoko energetsko učinkovitostjo, kar je pomembna ekonomska prednost – še posebej, če se uporablja v komercialni proizvodnji v velikem obsegu.
Hielscher ultrazvočni sistemi so visoko zmogljivi sistemi, ki jih je mogoče opremiti z dodatki, kot so sonotrode, ojačevalniki, reaktorji ali pretočne celice, da optimalno ustrezajo vašim procesnim potrebam. Z digitalnim barvnim zaslonom, možnostjo prednastavljenih ultrazvočnih tekov, samodejnim beleženjem podatkov na integrirano kartico SD, daljinskim upravljanjem brskalnika in številnimi drugimi funkcijami, je zagotovljen najvišji nadzor procesa in prijaznost do uporabnika. V kombinaciji z robustnostjo in veliko nosilnostjo so Hielscher ultrazvočni sistemi vaš zanesljiv delovni konj v proizvodnji. Zmanjšanje molekulske mase β-glukanov, kot je shizofilan, zahteva močan ultrazvok za pridobitev ciljne cepitve in končnega visokokakovostnega shizofilanskega izdelka, ki se lahko uporablja za farmacevtske aplikacije.
 
Poiščite več informacij o ultrazvočni ekstrakciji beta-glukana iz gob, vključno z navodili po korakih tukaj!
 
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov: