Prodhimi biosintetik i Oligosakarideve të Qumështit Njerëzor

Biosinteza e oligosakarideve të qumështit njerëzor (HMOs) përmes fermentimit ose reaksioneve enzimatike është një proces kompleks, konsumues dhe shpesh me prodhimtari të ulët. Ultrasonikimi rrit transferimin në masë ndërmjet fabrikës së substratit dhe qelizave ans stimulon rritjen e qelizave dhe metabolizmin. Në këtë mënyrë, sonifikimi intensifikon proceset e fermentimit dhe bio-kimike duke rezultuar në një prodhim të përshpejtuar dhe më të efektshëm të HMO.

Qumësht njerëzor Oligosaccharides

Oligosakaridet e qumështit njerëzor (HMO), të njohura edhe si glikane të qumështit njerëzor, janë molekula sheqeri, që janë pjesë e grupit oligosakaridet. Shembuj të shquar të HMO përfshijnë 2'-fukosilaktozë (2′-FL), lakto-N-neotetraoza (LNnT), 3'-galaktozilaktoza (3′-GL), dhe difucosilaktoza (DFL).
Ndërsa qumështi i gjirit njerëzor është i përbërë nga më shumë se 150 struktura të ndryshme HMO, vetëm 2′-fukosilaktoza (2′-FL) dhe lakto-N-neotetraoza (LNnT) aktualisht prodhohen në nivelin tregtar dhe përdoren si aditivë ushqyes në formulën e foshnjës.
Oligosakaridet e qumështit njerëzor (HMO) janë të njohur për rëndësinë e tyre në ushqimin e fëmijëve. Oligosakaridet e qumështit njerëzor janë një lloj unik i lëndëve ushqyese, të cilat veprojnë si prebiotikë, antimikrobikë anti-ngjitës dhe imunomodulues brenda zorrëve të foshnjës dhe kontribuojnë ndjeshëm në zhvillimin e trurit. HMO gjenden ekskluzivisht në qumështin e gjirit të njeriut; Qumështet e tjera të gjitarëve (psh. lopë, dhi, dele, deve etj) nuk i kanë këto formë specifike të oligosakarideve.
Oligosakaridet e qumështit të njeriut janë komponenti i tretë më i bollshëm në qumështin e njeriut, i cili mund të jetë i pranishëm ose në formë të tretur ose të emulsifikuar ose të pezulluar në ujë. Laktoza dhe acidet yndyrore janë lëndët më të ngurta që gjenden në qumështin e njeriut. HMO janë të pranishëm në një përqendrim prej 0,35-0,88 ounces (9,9–24,9 g) / L. Përafërsisht 200 oligosakaride të qumështit njerëzorë janë të njohur strukturërisht. Oligosakaridi mbizotërues në 80% të të gjitha grave është 2′-fukosilaktoza, e cila është e pranishme në qumështin e gjirit të njeriut me një përqendrim prej afërsisht 2.5 g / L.
Meqenëse HMO nuk tretet, ato nuk kontribuojnë në mënyrë kalorike në ushqim. Duke qenë karbohidrate të padepërtueshme, ato funksionojnë si prebiotikë dhe fermentohen në mënyrë selektive nga mikroflora e dëshirueshme e zorrëve, veçanërisht bifidobakteret.

Biosinteza e Oligosaccharides të qumështit njerëzor

Fabrikat e qelizave dhe sistemet enzimatike / kimo-enzimatike janë teknologji aktuale që përdoren për sintezën e HMO. Për prodhimin HMO në shkallë industriale, fermentimi i fabrikave të qelizave mikrobike, sinteza bio-kimike dhe reaksione të ndryshme enzimatike janë mënyra të mundshme të bio-prodhimit të HMO. Për shkak të arsyeve ekonomike, bio-sinteza përmes fabrikave të qelizave mikrobike është aktualisht teknika e vetme që përdoret në nivelin e prodhimit industrial të HMO.

Fermentimi i HMOs që përdorin fabrikat e qelizave mikrobiale

E.coli, Saccharomyces cerevisiae dhe Lactococcus lactis janë fabrika qelizore që përdoren zakonisht për përdorimin bio-prodhues të molekulave biologjike si HMO. Fermentimi është një proces biokimik duke përdorur mikroorganizma për të shndërruar një nënshtresë në molekula biologjike të shënjestruara. Fabrikat e qelizave mikrobiale përdorin sheqerna të thjeshtë si substrate, të cilat i shndërrojnë në HMO. Meqenëse sheqernat e thjeshtë (p.sh. laktoza) janë një substrat i bollshëm, i lirë, kjo mban procesin e bio-sintezës me kosto efektive.
Rritja dhe shkalla e biokonversionit ndikohet kryesisht nga transferimi masiv i lëndëve ushqyese (substrati) në mikroorganizma. Shkalla e transferimit në masë është një faktor kryesor që ndikon në sintezën e produktit gjatë fermentimit. Ultrasonication është e njohur për të promovuar transferimin në masë.
Gjatë fermentimit, kushtet në bioreaktor duhet të monitorohen dhe rregullohen vazhdimisht në mënyrë që qelizat të rriten sa më shpejt që të jetë e mundur në mënyrë që të prodhohen biomolekulat e synuara (p.sh. oligosakaridet si HMO; insulina; proteina rekombinante). Teorikisht, formimi i produktit fillon menjëherë pasi kultura qelizore fillon të rritet. Sidoqoftë veçanërisht në qelizat e modifikuara gjenetikisht siç janë mikroorganizmat e inxhinierizuar zakonisht induktohet më vonë duke shtuar një substancë kimike në substrat, e cila rregullon rregullisht shprehjen e biomolekulës së synuar. Bioreaktorët tejzanor (sono-bioreaktor) mund të kontrollohen saktësisht dhe lejojnë stimulimin specifik të mikrobeve. Kjo rezulton në një biosintezë të përshpejtuar dhe rendimente më të larta.
Lizë tejzanor dhe ekstraktim: Fermentimi i HMOs komplekse mund të jetë i kufizuar nga titra të ulët të fermentimit dhe produktet e mbetura brenda qelizave. Liza tejzanor dhe nxjerrja përdoret për të çliruar material intraqelizor para pastrimit dhe proceseve të rrymës.

Fermentimi i promovuar tejzanor

Shkalla e rritjes së mikrobeve të tilla si Escherichia coli, E.coli e inxhinierizuar, Saccharomyces cerevisiae dhe Lactococcus lactis mund të përshpejtohet duke rritur shkallën e transferimit të masës dhe përshkueshmërinë e murit qelizor duke aplikuar ultrasonikacionin e kontrolluar me frekuencë të ulët. Si një teknikë e butë, jo-termike e përpunimit, ultrasonication zbaton forca thjesht mekanike në supë fermentimi.
Kavitacioni akustik: Parimi i punës së sonikimit bazohet në kavitacionin akustik. Sonda tejzanor (sonotrode) bashkon valët e ultrazërit me frekuencë të ulët në medium. Valët e ultrazërit udhëtojnë nëpër lëng duke krijuar cikle të alternuara të presionit të lartë (ngjeshje) / presion të ulët (rrallim). Duke e ngjeshur dhe shtrirë lëngun në cikle të alternuara, lindin flluska të vogla vakumi. Këto flluska të vogla vakumi rriten gjatë disa cikleve derisa të arrijnë një madhësi ku nuk mund të thithin më shumë energji. Në këtë pikë të rritjes maksimale, flluska e vakumit shpërthen dhunshëm dhe krijon kushte ekstreme lokale, të njohura si fenomeni i kavitacionit. Në "pikën e nxehtë" të kavitacionit, mund të vërehen diferenca të presionit dhe temperaturës së lartë dhe forca prerëse intensive me rryma të lëngshme deri në 280 m/sek. Me këto efekte kavitacionale, arrihet transferimi i plotë i masës dhe sonoporimi (perforimi i mureve qelizore dhe membranave qelizore). Lëndët ushqyese të substratit qarkullojnë në dhe në qelizat e tëra të gjalla, në mënyrë që fabrikat e qelizave të ushqehen në mënyrë optimale dhe rritja si dhe shkalla e konvertimit të përshpejtohet. Bioreaktorët tejzanor janë një strategji e thjeshtë, por shumë efektive për përpunimin e biomasës në një proces biosinteze me një tenxhere.
Një mbikëqyrje e butë e kontrolluar saktësisht është e njohur për të intensifikuar proceset e fermentimit.
Sonication përmirëson "produktivitetin e shumë bioprocesave që përfshijnë qelizat e gjalla përmes përmirësimit të marrjes së substratit, rritjes së prodhimit ose rritjes duke rritur porozitetin e qelizave, dhe lëshimin potencialisht të zgjeruar të përbërësve të qelizave." (Naveena et al. 2015)
Lexoni më shumë rreth fermentimit me ndihmën ultrasonike!

Naveena et al. (2015) zbuloi se intensifikimi tejzanor ofron disa përparësi gjatë bioprocesimit, duke përfshirë kostot e ulëta operative në krahasim me opsionet e tjera të përmirësimit të trajtimit, thjeshtësinë e funksionimit dhe kërkesat modeste të energjisë.

Reaktorët e fermentimit tejzanor me performancë të lartë

Proceset e fermentimit përfshijnë mikroorganizma të gjallë si bakterie ose maja, të cilat funksionojnë si fabrika qelizore. Ndërsa sonication është aplikuar për të promovuar transferimin në masë dhe rritjen e rritjes dhe shkallës së konvertimit të mikroorganizmit, është e rëndësishme të kontrollohet intensiteti tejzanor pikërisht në mënyrë që të shmanget shkatërrimi i fabrikave të qelizave.
Hielscher Ultrasonics është specialist në projektimin, prodhimin dhe shpërndarjen e ultrasonicators me performancë të lartë, të cilat mund të kontrollohen dhe monitorohen saktësisht për të siguruar rendimente superiore të fermentimit.

Kontrolli i procesit nuk është vetëm thelbësor për rendimentet e larta dhe cilësinë superiore, por mundëson të përsërisni dhe riprodhoni rezultatet. Sidomos kur ist vjen në stimulimin e fabrikave të qelizave, përshtatja specifike për qelizat e parametrave të sonication është thelbësor për të arritur rendimente të larta dhe për të parandaluar degradimin e qelizave. Prandaj, të gjitha modelet dixhitale të ultrasonicators Hielscher janë të pajisur me softuer inteligjent, i cili ju lejon të rregulloni, monitoroni dhe rishikoni parametrat e zërit. Parametrat e procesit tejzanor si amplituda, temperatura, presioni, kohëzgjatja e zërit, ciklet e detyrës dhe inputi i energjisë janë thelbësore për të promovuar prodhimin HMO përmes fermentimit.
Softueri i zgjuar i ultrasonicators Hielscher regjistron automatikisht të gjithë parametrat e rëndësishëm të procesit në kartën SD të integruar. Regjistrimi automatik i të dhënave të procesit të sinonimit është themeli për standardizimin e procesit dhe riprodhueshmërinë / përsëritshmërinë, të cilat kërkohen për Praktikat e Mira Prodhuese (PMP).

Rektorët tejzanor për fermentim

Hielscher ofron sonda tejzanor me madhësi, gjatësi dhe gjeometri të ndryshme, të cilat mund të përdoren për trajtime në grupe, si dhe për trajtime të vazhdueshme të rrjedhës. Reaktorët tejzanor, të njohur gjithashtu si sono-bioreaktorë, janë të disponueshëm për çdo vëllim që mbulon biopërpunimin tejzanor nga mostra të vogla laboratorike në nivelin e prodhimit pilot dhe plotësisht komercial.
Dihet se vendndodhja e Sonotrodës tejzanor në enën e reaksionit ndikon në shpërndarjen e kavitacionit dhe mikro-rrjedhës brenda mediumit. Sonotrode dhe reaktori ultrasonik duhet të zgjidhen në përputhje me vëllimin e përpunimit të supës së qelizës. Ndërsa Sonication mund të kryhet në grupe, si dhe në modalitet të vazhdueshëm, për vëllime të larta prodhimi rekomandohet përdorimi i një instalimi të vazhdueshëm të rrjedhës. Duke kaluar nëpër një qelizë ultrasonike të rrjedhës, e gjithë mediumi i qelizave merr saktësisht të njëjtën ekspozim ndaj zërit, duke siguruar trajtimin më efektiv. Hielscher Ultrasonics gamë të gjerë të sondave tejzanor dhe reaktorëve të qelizave të rrjedhës lejon të grumbulloni përbërjen ideale ultrasonike të bioprocesimit.

Hielscher Ultrasonics – Nga Lab në Pilot te Prodhimi

Hielscher Ultrasonics mbulon spektrin e plotë të pajisjeve tejzanor që ofrojnë homogjenizues kompresiv me dorë ultrasonik për përgatitjen e mostrave në sistemet e nivelit të lartë dhe pilot, si dhe njësi të fuqishme industriale tejzanor që përpunojnë lehtësisht ngarkesat në orë. Duke qenë i gjithanshëm dhe fleksibël në instalimin dhe opsionet e montimit, ultrasonicators Hielscher mund të integrohen lehtësisht në të gjitha llojet e reaktorëve të grupeve, tufa të ushqyera ose formacione të vazhdueshme të rrjedhës.
Aksesorë të ndryshëm si dhe pjesë të personalizuara lejojnë përshtatjen ideale të konfigurimit tuaj tejzanor me kërkesat tuaja të procesit.
Ndërtuar për operim 24/7 nën ngarkesë të plotë dhe detyrë të rëndë në kushte të kërkuara, procesorët tejzanor Hielscher janë të besueshëm dhe kërkojnë vetëm mirëmbajtje të ulët.
Tabela më poshtë ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonicators tonë: