Prodhimi biosintetik i oligosakarideve të qumështit të njeriut

Biosinteza e oligosakarideve të qumështit të njeriut (HMOs) nëpërmjet fermentimit ose reaksioneve enzimatike është një proces kompleks, konsumues dhe shpesh me rendiment të ulët. Ultratingulli rrit transferimin e masës midis substratit dhe fabrikave të qelizave dhe stimulon rritjen dhe metabolizmin e qelizave. Kështu, sonikimi intensifikon fermentimin dhe proceset biokimike duke rezultuar në një prodhim të përshpejtuar dhe më efikas të HMOs.

oligosakaridet e qumështit të njeriut

Oligosakaridet e qumështit të njeriut (HMO), të njohura gjithashtu si glikanet e qumështit të njeriut, janë molekula sheqeri, që janë pjesë e grupit të oligosakarideve. Shembuj të shquar të HMO përfshijnë 2'-fukosilaktozën (2′-FL), lakto-N-neotetraozë (LNnT), 3'-galaktosilaktozë (3′-GL), dhe difukosilaktozë (DFL).
Ndërsa qumështi i gjirit të njeriut përbëhet nga më shumë se 150 struktura të ndryshme HMO, vetëm 2'-fukosilaktoza (2'-FL) dhe lakto-N-neotetraoza (LNnT) prodhohen aktualisht në nivel tregtar dhe përdoren si aditivë ushqyes në formulën e foshnjave.
Oligosakaridet e qumështit të njeriut (HMO) njihen për rëndësinë e tyre në ushqimin e foshnjave. Oligosakaridet e qumështit të njeriut janë një lloj unik i lëndëve ushqyese, të cilët veprojnë si prebiotikë, antimikrobikë anti-ngjitës dhe imunomodulues brenda zorrëve të foshnjës dhe kontribuojnë në mënyrë thelbësore në zhvillimin e trurit. HMO-të gjenden ekskluzivisht në qumështin e gjirit të njeriut; Qumështët e tjerë të gjitarëve (p.sh. lopë, dhi, dele, deve etj.) nuk i kanë këto forma specifike të oligosakarideve.
Oligosakaridet e qumështit të njeriut janë përbërësi i tretë më i bollshëm i ngurtë 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 e ngurta më të bollshme që gjenden në qumështin e njeriut. HMO-të janë të pranishëm në një përqendrim prej 0,35-0,88 ons (9,9-24,9 g)/L. Janë të njohura përafërsisht 200 oligosakaride të ndryshme strukturore të qumështit të njeriut. Oligosakaridi dominues në 80% të të gjitha grave është 2′-fukosilaktozë, e cila është e pranishme në qumështin e gjirit të njeriut në një përqendrim prej afërsisht 2,5 g/L.
Meqenëse HMO-të nuk treten, ato nuk kontribuojnë me kalori në të ushqyerit. Duke qenë karbohidrate të patretshme, ato funksionojnë si prebiotikë dhe fermentohen në mënyrë selektive nga mikroflora e dëshirueshme e zorrëve, veçanërisht bifidobakteret.

Biosinteza e oligosakarideve të qumështit të njeriut

Fabrikat e qelizave dhe sistemet enzimatike/kimio-enzimatike janë teknologji aktuale që përdoren për sintezën e HMO-ve. Për prodhimin e HMO në shkallë industriale, fermentimi i fabrikave të qelizave mikrobike, sinteza biokimike dhe reaksione të ndryshme enzimatike janë mënyra të mundshme të prodhimit biologjik të HMO. Për arsye ekonomike, biosinteza nëpërmjet fabrikave të qelizave mikrobiale është aktualisht teknika e vetme e përdorur në nivelin e prodhimit industrial të HMO.

Fermentimi i HMO-ve duke përdorur Fabrikat e Qelizës Mikrobiale

E.coli, Saccharomyces cerevisiae dhe Lactococcus lactis janë fabrika qelizore të përdorura zakonisht për prodhimin biologjik të molekulave biologjike si HMOs. Fermentimi është një proces biokimik që përdor mikroorganizma për të kthyer një substrat në molekula biologjike të synuara. Fabrikat e qelizave mikrobike përdorin sheqerna të thjeshta si substrat, të cilat i konvertojnë në HMO. Meqenëse sheqernat e thjeshta (p.sh. laktoza) janë një substrat i bollshëm dhe i lirë, kjo e mban procesin e biosintezës me kosto efektive.
Shkalla e rritjes dhe biokonversionit ndikohet kryesisht nga transferimi masiv i lëndëve ushqyese (substrati) te mikroorganizmat. Shkalla e transferimit të masës është një faktor kryesor që ndikon në sintezën e produktit gjatë fermentimit. Ultrasonication është i njohur mirë 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 më pas të prodhojnë biomolekulat e synuara (p.sh. oligosakaridet si HMOs; insulina; proteinat rekombinante). Teorikisht, formimi i produktit fillon sapo kultura qelizore fillon të rritet. Megjithatë, veçanërisht në qelizat e modifikuara gjenetikisht, siç janë mikroorganizmat e inxhinieruar, zakonisht induktohet më vonë duke shtuar një substancë kimike në substrat, e cila rregullon lart shprehjen e biomolekulës së synuar. Bioreaktorët tejzanor (sono-bioreaktor) mund të kontrollohen saktësisht dhe të lejojnë stimulimin specifik të mikrobeve. Kjo rezulton në një biosintezë të përshpejtuar dhe rendimente më të larta.
Liza dhe nxjerrja tejzanor: Fermentimi i HMO-ve komplekse mund të kufizohet nga titrat e ulët të fermentimit dhe produktet që mbeten brendaqelizore. Liza dhe nxjerrja tejzanor përdoret për lirimin e materialit ndërqelizor përpara proceseve të pastrimit dhe në rrjedhën e poshtme.

Fermentimi i nxitur me ultratinguj

Shkalla e rritjes së mikrobeve të tilla si Escherichia coli, E.coli i inxhinieruar, Saccharomyces cerevisiae dhe Lactococcus lactis mund të përshpejtohet duke rritur shkallën e transferimit të masës dhe përshkueshmërinë e murit qelizor duke aplikuar ultratinguj të kontrolluar me frekuencë të ulët. Si një teknikë e butë përpunimi jo termik, ultratingulli zbaton forca thjesht mekanike në lëngun e fermentimit.
Kavitacioni akustik: Parimi i punës së sonikacionit 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 sonikacion i butë i kontrolluar saktësisht është i njohur për intensifikimin e proceseve të fermentimit.
Sonication përmirëson "produktivitetin e shumë bioproceseve që përfshijnë qelizat e gjalla nëpërmjet rritjes së marrjes së substratit, rritjes së prodhimit ose rritjes duke rritur porozitetin e qelizave dhe lirimin potencialisht të përmirësuar të komponentëve qelizor". (Naveena et al. 2015)
Lexoni më shumë rreth fermentimit të asistuar me ultratinguj!

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

Reaktorë fermentimi tejzanor me performancë të lartë

Proceset e fermentimit përfshijnë mikroorganizma të gjallë si bakteret ose maja, të cilat funksionojnë si fabrika qelizore. Ndërsa sonikacioni zbatohet për të nxitur transferimin e masës dhe për të rritur rritjen dhe shkallën e konvertimit të mikroorganizmave, është thelbësore të kontrollohet intensiteti tejzanor pikërisht për të shmangur shkatërrimin e fabrikave të qelizave.
Hielscher Ultrasonics është specialist në projektimin, prodhimin dhe shpërndarjen e ultrasonikëve me performancë të lartë, të cilët mund të kontrollohen dhe monitorohen saktësisht për të siguruar rendimente superiore të fermentimit.

Kontrolli i procesit nuk është vetëm thelbësor për rendimente të larta dhe cilësi superiore, por mundëson përsëritjen dhe riprodhimin e rezultateve. Sidomos kur bëhet fjalë për stimulimin e fabrikave të qelizave, përshtatja specifike e qelizave të parametrave të sonikacionit është thelbësore për të arritur rendimente të larta dhe për të parandaluar degradimin e qelizave. Prandaj, të gjitha modelet dixhitale të ultrasonikëve Hielscher janë të pajisura me softuer inteligjent, i cili ju lejon të rregulloni, monitoroni dhe rishikoni parametrat e tingullit. Parametrat e procesit tejzanor si amplituda, temperatura, presioni, kohëzgjatja e sonikimit, ciklet e punës dhe inputi i energjisë janë thelbësore për të nxitur prodhimin e HMO përmes fermentimit.
Softueri inteligjent i ultrazërit Hielscher regjistron automatikisht të gjithë parametrat e rëndësishëm të procesit në kartën SD të integruar. Regjistrimi automatik i të dhënave të procesit të tingullit është baza për standardizimin e procesit dhe riprodhueshmërinë / përsëritshmërinë, të cilat kërkohen për Praktikat e Mira të Prodhimit (GMP).

Rektorë tejzanor për Fermentim

Hielscher ofron sonda tejzanor të madhësive, gjatësisë dhe gjeometrive të ndryshme, të cilat mund të përdoren për trajtime në grup, si dhe për trajtim të vazhdueshëm. Reaktorët tejzanor, të njohur gjithashtu si sono-bioreaktorë, janë të disponueshëm për çdo vëllim që mbulon biopërpunimin tejzanor nga mostrat e vogla laboratorike deri në nivelin e prodhimit pilot dhe plotësisht tregtar.
Dihet mirë se vendndodhja e sonotrodit tejzanor në enën e reagimit ndikon në shpërndarjen e kavitacionit dhe mikro-transmetimit brenda mediumit. Sonotrode dhe reaktori tejzanor duhet të zgjidhen në përputhje me vëllimin e përpunimit të lëngut të qelizës. Ndërsa sonikimi mund të kryhet si në grup ashtu edhe në mënyrë të vazhdueshme, për vëllime të larta prodhimi rekomandohet përdorimi i një instalimi me rrjedhje të vazhdueshme. Duke kaluar nëpër një qelizë të rrjedhës tejzanor, i gjithë mediumi qelizor merr saktësisht të njëjtin ekspozim ndaj sonication duke siguruar trajtimin më efektiv. Gama e gjerë e sondave tejzanor dhe reaktorëve me qeliza rrjedhëse Hielscher Ultrasonics ju lejon të grumbulloni konfigurimin ideal të biopërpunimit tejzanor.

Hielscher Ultrasonics – Nga laboratori në pilot në prodhim

Hielscher Ultrasonics mbulon spektrin e plotë të pajisjeve tejzanor që ofrojnë homogjenizues tejzanor kompakt me dorë për përgatitjen e mostrave në sistemet e sipërme dhe pilot, si dhe njësi të fuqishme industriale ultrasonike që përpunojnë lehtësisht ngarkesat e kamionëve në orë. Duke qenë të gjithanshëm dhe fleksibël në opsionet e instalimit dhe montimit, ultrasonikët Hielscher mund të integrohen lehtësisht në të gjitha llojet e reaktorëve të grupeve, grupeve të ushqyera ose konfigurimeve të rrjedhës së vazhdueshme.
Aksesorë të ndryshëm si dhe pjesë të personalizuara lejojnë përshtatjen ideale të konfigurimit tuaj tejzanor me kërkesat tuaja të procesit.
Të ndërtuar për funksionim 24/7 nën ngarkesë të plotë dhe detyrë të rëndë në kushte të vështira, procesorët tejzanor Hielscher janë të besueshëm dhe kërkojnë vetëm mirëmbajtje të ulët.
Tabela e mëposhtme ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikëve tanë: