Teknologjia e ultrazërit Hielscher

Biosynthetic Production of Human Milk Oligosaccharides

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.

Përfitimet shëndetësore të qumështit njerëzor Oligosaccharides (HMOs)

  • promovojnë zhvillimin e foshnjave
  • janë të rëndësishme për zhvillimin e trurit
  • ka anti-inflamator dhe
  • efektet anti-ngjitëse në traktin gastro-intestinal
  • mbështet sistemin imunitar tek të rriturit
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 Përpunues tejzanor UIP2000hdT rrit transferimin masiv dhe aktivizon fabrikat e qelizave për rendimente më të larta të molekulave biologjike të sintetizuara biologjike si HMO

Kërkesë informacioni





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.
During fermentation, the conditions in the bioreactor must be constantly monitored and regulated so that the cells can grow as quickly as possible in order to then produce the targeted biomolecules (e.g. oligosaccharides such as HMOs; insulin; recombinant proteins). Theoretically, the product formation starts as soon as the cell culture begins to grow. However especially in genetically modified cells such as engineered microorganisms it is usually induced later by adding a chemical substance to the substrate, which upregulates the expression of the targeted biomolecule. Ultrasonic bioreactors (sono-bioreactor) can be precisely controlled and allow for the specific stimulation of microbes. This results in an accelerated biosynthesis and higher yields.
Ultrasonic lysis and extraction: Fermentation of complex HMOs might be limited by low fermentation titers and products remaining intracellular. Ultrasonic lysis and extraction is used to release intracellular material before purification and down-stream processes.

Fermentimi i promovuar tejzanor

The growth rate of microbes such as Escherichia coli, engineered E.coli, Saccharomyces cerevisiae and Lactococcus lactis can be accelerated by increasing the mass transfer rate and cell wall permeability by applying controlled low-frequency ultrasonication. As a mild, non-thermal processing technique, ultrasonication applies purely mechanical forces into the fermentation broth.
Acoustic Cavitation: The working principle of sonication is based on acoustic cavitation. The ultrasonic probe (sonotrode) couples low-frequency ultrasound d waves into the medium. The ultrasound waves travel through the liquid creating alternating high-pressure (compression) / low-pressure (rarefaction) cycles. By compressing and stretching the liquid in alternating cycles, minute vacuum bubbles arise. These small vacuum bubbles grow over several cycles until they reach a size where they cannot absorb any further energy. At this point of maximum growth, the vacuum bubble implodes violently and generates locally extreme conditions, known as the phenomenon of cavitation. In the cavitational “hot-spot”, high pressure and temperature differentials and intense shear forces with liquid jets of up to 280m/sec can be observed. By these cavitational effects, thorough mass transfer and sonoporation (the perforation of cell walls and cell membranes) is achieved. The nutrients of the substrate are floated to and into the living whole cells, so that the cell factories are optimally nourished and growth as well as conversion rates are accelerated. Ultrasonic bioreactors are a simple, yet highly effective strategy to process biomass in a one-pot biosynthesis process.
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)
Read more about ultrasonically-assisted fermentation!
Avantazhet e fermentimit me intensitet ultrasonik

  • rritjen e rendimentit
  • Fermentimi i përshpejtuar
  • Stimulimi specifik i qelizave
  • Përfshirja e zgjeruar e substratit
  • Rritja e porozitetit të qelizave
  • easy-to-të vepruar
  • i sigurt
  • Retro-përshtatje e thjeshtë
  • shkallë lineare-up
  • Përpunimi i Serisë ose InIine
  • shpejt RoI

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.

Agitated ultrasonic tank (sono-bioreactor) for batch processing

Rezervuar me ultrasonicators 8kW dhe nxitës

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.
Kontroll i saktë mbi parametrat e procesit tejzanor nga Hielscher Ultrasonics' softver inteligjentKontrolli 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).

Hielscher Ultrasonics Cascatrode

cascatrodeTM në një reaktor të qelizës së rrjedhës tejzanor

Rektorët tejzanor për fermentim

Hielscher Ultrasonics CascatrodeHielscher offers ultrasonic probes of various size, length and geometries, which can be used for batch as well as continuous flow-through treatments. Ultrasonic reactors, also known as sono-bioreactors, are available for any volume covering the ultrasonic bioprocessing from small lab samples to pilot and fully-commercial production level.
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:

Vëllimi i Serisë Shkalla e rrjedhjes Devices rekomanduara
1 deri 500mL 10 deri 200mL / min UP100H
10 deri në 2000 ml 20 deri 400mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 deri në 20L 0.2 deri në 4L / min UIP2000hdT
10 deri në 100L 2 deri në 10L / min UIP4000hdT
na 10 deri në 100L / min UIP16000
na më e madhe grup i UIP16000

Na kontaktoni! / Pyet Na!

Pyesni për më shumë informacion

Ju lutemi përdorni formularin më poshtë për të kërkuar informacione shtesë në lidhje me procesorët tejzanor, aplikacionet dhe çmimin. Ne do të jemi të lumtur të diskutojmë procesin tuaj me ju dhe t'ju ofrojmë një sistem tejzanor që plotëson kërkesat tuaja!









Ju lutem vini re tonë Politika e privatësisë.


Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues tejzanor me performancë të lartë për shpërndarje, emulsifikim dhe nxjerrje të qelizave.

Homogjenizues tejzanor me fuqi të lartë nga laboratorpilot dhe industrial shkallë.

Literatura / Referencat



Fakte të vlefshme

Biosynthesis using Cell Factories

A microbial cell factory is a method of bioengineering, which utilizes microbial cells as a production facility. By genetically engineering microbes, the DNA of microorganisms such as bacteria, yeasts, fungi, mammalian cells, or algae is modified turning microbes into cell factories. Cell factories are used to convert substrates into valuable biological molecules, which are used e.g. in food, pharma, chemistry and fuel production. Different strategies of cell factory-based biosynthesis aim at the production of native metabolites, expression of heterologous biosynthetic pathways, or protein expression.
Cell factories can be used to either synthesize native metabolites, to express heterologous biosynthetic pathways, or to express proteins.

Biosynthesis of native metabolites

Native metabolites are defined as biological molecules, which the cells used as cell factory produce naturally. Cell factories produce these biological molecules either intracellularly or a secreted substance. The latter is preferred since it facilitates the separation and purification of the targeted compounds. Examples for native metabolites are amino and nucleic acids, antibiotics, vitamins, enzymes, bioactive compounds, and proteins produced from anabolic pathways of cell.

Heterologus Biosynthetic Pathways

When trying to produce an interesting compound, one of the most important decisions is the choice of production in the native host, and optimize this host, or transfer of the pathway to another well-known host. If the original host can be adapted to an industrial fermentation process, and there are no health-related risks in doing so (e.g., production of toxic by-products), this can be a preferred strategy (as was the case e.g., for penicillin). However, in many modern cases, the potential of using an industrially preferred cell factory and related platform processes out-weighs the difficulty of transferring the pathway.

Protein Expression

The expression of proteins can be achieved via homologous and heterologous ways. In homologous expression, a gene that is naturally present in an organism is over-expressed. Through this over-expression, a higher yield of a certain biological molecule can be produced. For heterologous expression, a specific gene is transferred into a host cell in that the gene is not present naturally. Using cell engineering and recombinant DNA technology, the gene is inserted into the host’s DNA so that the host cell produces (large) amounts of a protein that it would not produce naturally. Protein expression is done in a variety of hosts from bacteria, e.g. E. coli and Bacillis subtilis, yeasts, e.g., Klyuveromyces lactis, Pichia pastoris, S. cerevisiae, filamentous fungi, e.g. as A. niger, and cells derived from multicellular organisms such as mammals and insects. Innummerous proteins are of great commercial interest, including from bulk enzymes, complex bio-pharmaceuticals, diagnostics and research reagents. (cf. A.M. Davy et al. 2017)