Bioreaktorë tejzanor për fermentim

Ultrasonika është një mjet efektiv për të stimuluar mikroorganizmat me anë të dridhjeve mekanike dhe kavitacionit. Në një sonobioreaktor? fermentues tejzanor, trajtimi me ultratinguj i qelizave dhe indeve bëhet shumë i kontrollueshëm pasi faktorët mjedisorë mund të përcaktohen saktësisht. Me bioreaktorët tejzanor, prodhimi i fermentimit mund të rritet ndjeshëm.

fermentimi

Efikasiteti i fermentimit varet nga kushtet e procesit: Lëndët ushqyese, dendësia e mjedisit, temperatura, përmbajtja e oksigjenit/gazit dhe presioni janë faktorë të rëndësishëm që ndikojnë në aktivitetin mikrobik. Mikroorganizmat si dhe qelizat e gjitarëve lulëzojnë vetëm në kushte të caktuara. Kushtet e duhura të kombinuara me stimulimin tejzanor mund të maksimizojnë rendimentin e fermentimit.

Stimulimi tejzanor i mikroorganizmave

Fermentimi është një proces metabolik që konverton sheqerin në acide, gazra ose alkool. Ndodh në maja dhe baktere, si dhe në qelizat e muskujve të uritur nga oksigjeni, si në rastin e fermentimit të acidit laktik. Fermentimi përdoret gjithashtu më gjerësisht për t'iu referuar rritjes së madhe të mikroorganizmave në një mjedis të rritjes, shpesh me qëllimin e prodhimit të një produkti kimik specifik.
Procesi i fermentimit kryhet në shkallë industriale duke përdorur mikroorganizma si bakteret dhe kërpudhat për fermentim. Produktet e fermentuara përdoren në industrinë ushqimore dhe të përgjithshme. Kimikatet, të tilla si acidi acetik, acidi citrik dhe etanoli prodhohen nga fermentimi. Shpejtësia e fermentimit ndikohet nga përqendrimi i mikroorganizmave, qelizave, përbërësve qelizorë dhe enzimave, si dhe temperatura dhe pH. Për fermentimin aerobik, oksigjeni është gjithashtu një faktor kyç. Pothuajse të gjitha enzimat e prodhuara në treg, si lipaza, invertaza dhe mullëza, bëhen nga fermentimi me mikrobe të modifikuara gjenetikisht.

• Prodhimi i biomasës (material i qëndrueshëm qelizor)
• Prodhimi i metabolitëve jashtëqelizor (komponimet kimike)
• Prodhimi i komponentëve ndërqelizor (enzimat dhe proteinat e tjera)
• Transformimi i substratit (në të cilin substrati i transformuar është vetë produkt)

Sonication para, gjatë dhe pas fermentimit

Sonication, aplikimi i valëve ultratinguj me frekuencë të ulët, mund të përdoret para, gjatë dhe pas fermentimit në mënyra të ndryshme dhe në faza të ndryshme të procesit të fermentimit.

Trajtimi para fermentimit me ultratinguj – Përmirësimi i disponueshmërisë së biomasës

1. Transferimi masiv i përmirësuar: Sonication si para-trajtim përdoret për të nxitur transferimin e masës dhe për ta bërë substratin më të disponueshëm për mikrobet. Përzierja tejzanor promovon transferimin masiv të substrateve në dhe larg produkteve nga qelizat mikrobike. Intensifikimi tejzanor i transferimit të masës mund të aplikohet si para-trajtim ashtu edhe gjatë fermentimit.
2. Ndërprerja e qelizave: Sonicizimi mund të përdoret për të prishur muret dhe membranat qelizore, veçanërisht në kulturat mikrobike ose maja. Kjo ndihmon në lirimin e komponentëve ndërqelizorë, të tilla si enzimat ose metabolitët, të cilët mund të përmirësojnë performancën e fermentimit ose të lehtësojnë proceset në rrjedhën e poshtme.
3. Nxjerrja e komponimeve ndërqelizore: Sonication mund të ndihmojë në nxjerrjen e komponimeve ndërqelizore nga materialet biologjike përpara fermentimit. Kjo përfshin nxjerrjen e enzimave, proteinave, acideve nukleike ose komponimeve të tjera të synuara nga qelizat, indet ose materialet bimore për përdorim të mëvonshëm në proceset e fermentimit.

Për shembull, trajtimi paraprak me ultratinguj i bykut të orizit u përdor për të përmirësuar hidrolizën enzimatike për prodhimin e ksilooligosakarideve nga Aspergillus japonicus (var. japonicus CY6-1). Me anë të sonikacionit, prodhimi i enzimave celulolitike dhe ksilanolitike nga lëvorja e orizit u rrit ndjeshëm. Rendimenti i hemicelulozës u rrit në 1.4 herë nën sonikacion dhe koha e prodhimit u shkurtua shumë nga 24 orë në 1.5 orë në 80ºC – me potencial të mëtejshëm të optimizimit të procesit. Biomasa e sonikuar është shumë më e lehtë e konvertueshme për kërpudhat, në mënyrë që qëndrueshmëria e aktivitetit të enzimës të zgjerohet dhe aktiviteti i CMCase, b-glukozidazës dhe ksilanazës të rritet në krahasim me bykun e orizit jo të sonikuar. Produktet përfundimtare fermentuese ishin xylotetraose, xylohexaose dhe ksilooligosakaride me peshë molekulare më të lartë. Rendimenti i ksiloheksaozës nga lëvorja e orizit të sonikuar ishte 80% më e lartë.

Fermentimi i asistuar me ultratinguj – Stimulimi i mikrobeve

• Përzierja dhe homogjenizimi: Sonication mund të përdoret si një teknikë përzierjeje gjatë fermentimit. Aplikimi i valëve ultratinguj ndihmon në krijimin e mikrostreaming dhe promovon homogjenitetin, duke siguruar shpërndarje uniforme të lëndëve ushqyese, gazrave dhe mikroorganizmave brenda enës së fermentimit.
• Përmirësimi i transferimit masiv: Të lidhura me përmirësimin e përzierjes dhe homogjenizimit janë normat e transferimit të masës të përmirësuara tejzanor gjatë fermentimit. Lëkundjet tejzanor dhe kavitacioni krijojnë turbulenca të lokalizuara dhe përmirësojnë difuzionin e substrateve, gazeve dhe lëndëve ushqyese në lëngun e fermentimit. Kjo mund të përmirësojë efikasitetin dhe produktivitetin e përgjithshëm të procesit të fermentimit.
• Përmirësimi i qëndrueshmërisë së qelizave dhe aktivitetit metabolik: Sonicizimi mund të aplikohet në kulturat mikrobike gjatë fermentimit për të rritur qëndrueshmërinë e qelizave dhe aktivitetin metabolik. Sonicizimi i lehtë mund të stimulojë disa mikroorganizma, duke nxitur rritjen, prodhimin e biomasës dhe sintezën e metabolitëve të dëshiruar ose produkteve të fermentimit.

Sonicizimi saktësisht i kontrollueshëm dhe i përsëritshëm ndihmon në përmirësimin e produktivitetit të proceseve të ndryshme fermentimi pa dëmtuar qelizat. Intensiteti i sonikacionit mund të përshtatet saktësisht me speciet specifike të qelizave dhe kërkesat e saj. Nga sonikimi i kontrolluar, rritja e qelizave dhe metabolizmi ndikohet pozitivisht dhe konvertimet e katalizuara nga qelizat e gjalla përmirësohen ndjeshëm, p.sh. stimulimi i Bifidobaktereve në qumësht.
Për disa procese fermentimi të drejtuara nga kërpudhat, sonikimi përdoret me sukses për të modifikuar morfologjinë e rritjes dhe reologjinë e supës pa ndikuar në shkallën e rritjes dhe rendimentin e kërpudhave filamentoze.

Trajtimi me ultratinguj pas fermentimit

• Marrja dhe ndarja e qelizave: Sonication mund të ndihmojë në mbledhjen dhe ndarjen e qelizave pas fermentimit. Mund të ndihmojë në thyerjen e agregateve të qelizave, flokulantëve ose biofilmave, duke lehtësuar lirimin e qelizave nga lëngu i fermentimit. Kjo thjeshton proceset e mëvonshme në rrjedhën e poshtme, të tilla si rikuperimi i qelizave ose pastrimi i produktit.
• Nxjerrja e produkteve ndërqelizore: Pas fermentimit, sonikimi mund të përdoret për të nxjerrë produkte ndërqelizore, të tilla si enzimat, proteinat ose metabolitët sekondarë, nga biomasa mikrobike ose qelizore. Ky proces nxjerrjeje ndihmon në rikuperimin e komponimeve të vlefshme dhe përmirëson rendimentin e përgjithshëm të procesit të fermentimit.
• Shpërbërja e qelizave për qëllime analitike: Sonication mund të aplikohet për të prishur qelizat ose mostrat mikrobike pas fermentimit, veçanërisht për qëllime analitike. Ndihmon në lizën e qelizave dhe lirimin e përmbajtjes ndërqelizore, duke lehtësuar analizën e përbërësve qelizorë ose duke kryer analiza në rrjedhën e poshtme.

Për prodhimin e komponentëve ndërqelizorë si enzimat mikrobiale (p.sh. katalaza, amilaza, proteaza, pektinaza, glukoza izomeraza, celulaza, hemicelulaza, lipaza, laktaza, streptokinaza) dhe proteinave rekombinante (p.sh. insulina, vaksina e hepatitit B, granulostimulate-interferoni, faktori, streptokinaza), qelizat duhet të lizohen/çrregullohen pas procesit të fermentimit për të çliruar proteinat e dëshiruara. Me anë të sonikacionit, ekstraktimi i komplekseve polisakaride-proteinë ndërqelizore dhe jashtëqelizore nga lëngu i fermentimit të miceliale viskoze lehtësohet. Përveç rendimentit dhe efikasitetit të jashtëzakonshëm të ekstraktimit, sonikimi është i vendosur mirë dhe i besueshëm për lizën e qelizave dhe nxjerrjen e lëndës ndërqelizore.
Klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth lizës dhe nxjerrjes tejzanor!

Bioreaktorë tejzanor për proceset e përmirësuara të fermentimit

Hielscher Ultrasonics ka një përvojë të gjatë me bio-procese të stimuluara me ultratinguj si stimulimi i qelizave, fermentimi, përçarja dhe nxjerrja e qelizave. Ne ofrojmë reaktorë të ndryshëm standardë tejzanor të madhësive dhe gjeometrive të ndryshme për sonication në modalitetin batch dhe flow-through. Përndryshe, ne ofrojmë zgjidhje të personalizuara për integrimin në bioreaktorin tuaj ekzistues. Meqenëse përpunuesit tanë tejzanor janë shumë të gjithanshëm dhe kërkojnë vetëm hapësirë të vogël, ripërshtatja në impiantet ekzistuese bioteknologjike mund të realizohet pa probleme.
Lexoni më shumë rreth llojeve, modeleve dhe aplikimeve të reaktorëve tejzanor këtu!
Tabela më poshtë tregon rekomandimet e përgjithshme të pajisjes në varësi të vëllimit të grupit ose shpejtësisë së rrjedhës që do të përpunohet. Klikoni në llojin e pajisjes për të marrë më shumë informacion për secilën pajisje.

Literatura/Referencat