การผลิตทางชีวภาพของนมโอลิโกแซคคาไรด์

การสังเคราะห์ของ oligosaccharides นมมนุษย์ (HMOs) ผ่านการหมักหรือปฏิกิริยาเอนไซม์เป็นกระบวนการที่ซับซ้อน, การบริโภคและมักจะต่ํา- ผลผลิตกระบวนการ. Ultrasonication เพิ่มการถ่ายโอนมวลระหว่างพื้นผิวและโรงงานเซลล์ ans ช่วยกระตุ้นการเจริญเติบโตของเซลล์และการเผาผลาญ ดังนั้น sonication intensifies หมักและกระบวนการชีวภาพสารเคมีส่งผลให้การผลิตอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพมากขึ้นของHMOs

นมมนุษย์

นมมนุษย์ (HMOs) หรือที่เรียกว่าไกลแคนนมมนุษย์เป็นโมเลกุลน้ําตาลซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มโอลิโกแซคคาไรด์ ตัวอย่างที่โดดเด่นของ HMOs ได้แก่ 2'fucosyllactose (2′-FL), แลคโต-N-นีโอเตทราส (LNNT), 3'-กาแลคโตซีคตโตส (3)′-GL), และไดฟิกไซแลคโตส (DFL).
ในขณะที่นมแม่ของมนุษย์ถูกคอมไพล์มากกว่า 150 โครงสร้าง HMO ที่แตกต่างกัน, เพียง 2'fucosyllactose (2′-FL) และ lacto-N-neotetraose (LNnT) มีการผลิตในปัจจุบันในระดับเชิงพาณิชย์และใช้เป็นสารเติมแต่งทางโภชนาการในสูตรทารก.
นมมนุษย์ (HMOs) เป็นที่รู้จักสําหรับความสําคัญในโภชนาการทารก. oligosaccharides นมมนุษย์เป็นชนิดเฉพาะของสารอาหาร, ซึ่งทําหน้าที่เป็น prebiotics, anti-adhesive ยาต้านจุลชีพ, และ immunomodulators ภายในลําไส้ของทารกและมีส่วนร่วมอย่างมากในการพัฒนาสมอง. HMOs พบเฉพาะในนมแม่ของมนุษย์ นมเลี้ยงลูกด้วยนมอื่น ๆ (เช่นวัวแพะแกะอูฐ ฯลฯ ) ไม่มีรูปแบบเฉพาะเหล่านี้ของ oligosaccharides
นมมนุษย์ oligosaccharides เป็นส่วนประกอบที่เป็นของแข็งที่อุดมสมบูรณ์มากที่สุดในนมของมนุษย์ที่สามซึ่งสามารถนําเสนอได้ทั้งในรูปแบบละลายหรืออิมัลชันหรือระงับในน้ํา แลคโตสและกรดไขมันเป็นของแข็งที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในนมของมนุษย์ เอชเอ็มโอมีอยู่ในความเข้มข้นของ 0.35-0.88 ออนซ์ (9.9-24.9 กรัม)/ L. ประมาณ 200 oligosaccharides นมมนุษย์โครงสร้างที่แตกต่างกันเป็นที่รู้จักกัน. oligosaccharide ที่โดดเด่นใน 80% ของผู้หญิงทุกคนคือ 2′-fucosyllactose, ซึ่งมีอยู่ในนมแม่ของมนุษย์ที่ความเข้มข้นประมาณ 2.5 กรัม / ลิตร.
เนื่องจาก HMOs จะไม่ย่อยพวกเขาไม่ก่อให้เกิดแคลอรี่เพื่อโภชนาการ คาร์โบไฮเดรตย่อย, พวกเขาทํางานเป็น prebiotics และมีการคัดเลือกหมักโดยจุลินทรีย์ในลําไส้ที่ต้องการ, โดยเฉพาะอย่างยิ่ง bifidobacteria.

การสังเคราะห์โปรตีนนมมนุษย์

โรงงานเซลล์และระบบเอนไซม์ / คีโม-เอนไซม์เป็นเทคโนโลยีปัจจุบันที่ใช้สําหรับการสังเคราะห์ของHMOs สําหรับการผลิต HMO ในระดับอุตสาหกรรมการหมักของโรงงานเซลล์จุลินทรีย์การสังเคราะห์สารเคมีชีวภาพและปฏิกิริยาของเอนไซม์ที่แตกต่างกันเป็นไปได้วิธีการผลิตทางชีวภาพ HMO เนื่องจากเหตุผลทางเศรษฐกิจการสังเคราะห์ทางชีวภาพผ่านโรงงานเซลล์จุลินทรีย์ในปัจจุบันเป็นเทคนิคเดียวที่ใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตระดับ HMOs

การหมัก HMOs โดยใช้โรงงานเซลล์จุลินทรีย์

E.coli, Saccharomyces cerivisiai และแลคโตคัสแลคโตคัสแลคติสมักใช้เซลล์โรงงานที่ใช้สําหรับการผลิตทางชีวภาพของโมเลกุลชีวภาพเช่น HMOs. การหมักเป็นกระบวนการทางชีวเคมีที่ใช้จุลินทรีย์ในการแปลงพื้นผิวเป็นโมเลกุลชีวภาพเป้าหมาย โรงงานเซลล์จุลินทรีย์ใช้น้ําตาลง่ายเป็นสารตั้งต้นซึ่งพวกเขาแปลงเป็น HMOs เนื่องจากน้ําตาลง่าย (เช่น แลคโตส) เป็นสารตั้งต้นที่มีความอุดมสมบูรณ์ราคาถูกทําให้กระบวนการสังเคราะห์ชีวภาพมีประสิทธิภาพ
อัตราการเจริญเติบโตและชีวภาพได้รับอิทธิพลส่วนใหญ่จากการถ่ายโอนมวลของสารอาหาร (พื้นผิว) ไปยังจุลินทรีย์ อัตราการถ่ายโอนมวลเป็นปัจจัยหลักที่มีผลต่อการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ในระหว่างการหมัก Ultrasonication เป็นที่รู้จักกันดีในการส่งเสริมการถ่ายโอนมวล
ในระหว่างหมักเงื่อนไขในสารชีวภาพจะต้องได้รับการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องและควบคุมเพื่อให้เซลล์สามารถเติบโตได้เร็วที่สุดเพื่อผลิตชีวโมเลกุลที่กําหนดเป้าหมาย (เช่น oligosaccharides เช่น HMOs; อินซูลิน; โปรตีน recombinant) ในทางทฤษฎีการสะสมของผลิตภัณฑ์จะเริ่มทันทีที่วัฒนธรรมเซลล์เริ่มเติบโต อย่างไรก็ตามโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเซลล์ดัดแปลงพันธุกรรมเช่นจุลินทรีย์วิศวกรรมมักจะเกิดในภายหลังโดยการเพิ่มสารเคมีไปยังพื้นผิวซึ่ง upregulates การแสดงออกของโมเลกุลโมเลกุลที่กําหนดเป้าหมาย ไบโอreactorsอัลตราโซนิก (sono-bioreactor) สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยําและอนุญาตให้มีการกระตุ้นที่เฉพาะเจาะจงของจุลินทรีย์ นี้ส่งผลให้การสังเคราะห์เร่งและอัตราผลตอบแทนที่สูงขึ้น.
การสลายและการสกัดด้วยอัลตราโซนิก: การหมักของ HMOs ที่ซับซ้อนอาจถูก จํากัด โดย titers หมักต่ําและผลิตภัณฑ์ที่เหลืออยู่ภายในเซลล์ อัลตราโซนิก lysis และการสกัดจะใช้เพื่อปล่อยวัสดุภายในเซลล์ก่อนการทําให้บริสุทธิ์และกระบวนการกระแสข้อมูลลง

หมักส่งเสริมอัลตราโซนิก

อัตราการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์เช่น Escherichia coli, วิศวกรรม E.coli, Saccharomyces cerivisiaes และแลคโตคคัสสามารถเร่งโดยการเพิ่มอัตราการถ่ายโอนมวลและการซึมผ่านผนังเซลล์โดยใช้การควบคุมการอัลตราโซนิกความถี่ต่ํา ในฐานะที่เป็นเทคนิคการประมวลผลที่ไม่ร้อน, ไม่ความร้อน ultrasonication ใช้กองกําลังเชิงกลหมดจดลงในน้ําซุปหมัก
โพรงอากาศอะคูสติก: หลักการทํางานของ sonication ขึ้นอยู่กับโพรงอากาศอะคูสติก โพรบอัลตราโซนิก (sonotrode) คู่คลื่นอัลตราซาวนด์ความถี่ต่ําเป็นสื่อ คลื่นอัลตราซาวนด์เดินทางผ่านของเหลวสร้างวงจรแรงดันสูงสลับ (การบีบอัด) / ความดันต่ํา (rarefaction) โดยการบีบอัดและยืดของเหลวในรอบสลับฟองสุญญากาศนาทีเกิดขึ้น ฟองสุญญากาศขนาดเล็กเหล่านี้เติบโตในหลายรอบจนกว่าจะถึงขนาดที่พวกเขาไม่สามารถดูดซับพลังงานเพิ่มเติมใด ๆ ณ จุดนี้ของการเจริญเติบโตสูงสุดฟองสุญญากาศระเบิดอย่างรุนแรงและสร้างเงื่อนไขที่รุนแรงในท้องถิ่นที่เรียกว่าปรากฏการณ์ของโพรงอากาศ ใน "ฮอตสปอต" โพรงอากาศสามารถสังเกตความแตกต่างของความดันและอุณหภูมิสูงและแรงเฉือนที่รุนแรงด้วยไอพ่นเหลวสูงถึง 280m / วินาที โดยผลกระทบโพรงอากาศเหล่านี้การถ่ายโอนมวลอย่างละเอียดและ sonoporation (การเจาะของผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์) จะประสบความสําเร็จ สารอาหารของสารตั้งต้นจะลอยไปและเข้าไปในเซลล์ทั้งหมดที่มีชีวิตเพื่อให้โรงงานของเซลล์ได้รับการบํารุงและการเจริญเติบโตอย่างเหมาะสมรวมถึงอัตราการแปลงจะถูกเร่ง เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพอัลตราโซนิกเป็นกลยุทธ์ที่เรียบง่าย แต่มีประสิทธิภาพสูงในการประมวลผลชีวมวลในกระบวนการสังเคราะห์แบบหม้อเดียว
sonication ที่ควบคุมได้อย่างแม่นยําและอ่อนโยนเป็นที่รู้จักกันดีในการลดความรุนแรงกระบวนการหมัก
Sonication ช่วยเพิ่ม "ผลผลิตของ bioprocesses จํานวนมากที่เกี่ยวข้องกับเซลล์สดผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพของการดูดซึมพื้นผิว, การผลิตที่เพิ่มขึ้นหรือการเจริญเติบโตโดยการเพิ่มความพรุนของเซลล์, และอาจจะเพิ่มการเปิดตัวของส่วนประกอบของเซลล์" (นาวีนาและคณะ. 2015)
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการหมักด้วยอัลตราโซนิกช่วย!

Navenen et al. (2015) พบว่าแรงล้ําอัลตราโซนิกมีข้อดีหลายประการระหว่าง bioprocessing รวมถึงต้นทุนการดําเนินงานต่ําเมื่อเทียบกับตัวเลือกการรักษาอื่น ๆ ที่เพิ่มความเรียบง่ายของการดําเนินงานและความต้องการพลังงานเจียมเนื้อเจียมตัว

เครื่องปฏิกรณ์หมักอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูง

กระบวนการหมักเกี่ยวข้องกับจุลินทรีย์ที่มีชีวิตเช่นแบคทีเรียหรือยีสต์ซึ่งทําหน้าที่เป็นโรงงานเซลล์ ในขณะที่ sonication ถูกนําไปใช้เพื่อส่งเสริมการถ่ายโอนมวลและเพิ่มการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์และอัตราการแปลงเป็นสิ่งสําคัญในการควบคุมความเข้มอัลตราโซนิกได้อย่างแม่นยําเพื่อหลีกเลี่ยงการทําลายของโรงงานเซลล์
Hielscher Ultrasonics เป็นผู้เชี่ยวชาญในการออกแบบการผลิตและการกระจาย ultrasonicators ประสิทธิภาพสูงซึ่งสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยําและตรวจสอบเพื่อให้แน่ใจว่าผลผลิตหมักดีกว่า

การควบคุมกระบวนการไม่เพียง แต่จําเป็นสําหรับอัตราผลตอบแทนสูงและมีคุณภาพที่เหนือกว่า แต่ช่วยให้ทําซ้ําและทําซ้ําผล โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อ ist มาถึงการกระตุ้นของโรงงานเซลล์การปรับตัวของเซลล์เฉพาะของพารามิเตอร์ sonication เป็นสิ่งจําเป็นเพื่อให้บรรลุผลตอบแทนสูงและเพื่อป้องกันการย่อยสลายของเซลล์ ดังนั้นทุกรุ่นดิจิตอลของ hielscher ultrasonicators มีการติดตั้งซอฟต์แวร์อัจฉริยะซึ่งช่วยให้คุณสามารถปรับตรวจสอบและแก้ไขพารามิเตอร์ sonication พารามิเตอร์กระบวนการอัลตราโซนิกเช่นความกว้างอุณหภูมิความดันระยะเวลา sonication รอบหน้าที่และพลังงานที่มีความสําคัญในการส่งเสริมการผลิต HMO ผ่านการหมัก
ซอฟต์แวร์อัจฉริยะของ Hielscher ultrasonicators บันทึกพารามิเตอร์กระบวนการที่สําคัญทั้งหมดโดยอัตโนมัติใน SD การ์ดแบบบูรณาการ การบันทึกข้อมูลอัตโนมัติของกระบวนการ sonication เป็นรากฐานสําหรับมาตรฐานกระบวนการและการทําซ้ํา / ทําซ้ําซึ่งจําเป็นสําหรับการปฏิบัติการผลิตที่ดี (GMP)

อัลตราโซนิกอธิการบดีสําหรับการหมัก

Hielscher มีโพรบล้ําขนาดความยาวและรูปทรงเรขาคณิตต่างๆซึ่งสามารถนํามาใช้สําหรับชุดเช่นเดียวกับการไหลผ่านการรักษาอย่างต่อเนื่อง เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกหรือที่เรียกว่า sono-bioreactors มีให้สําหรับปริมาณใด ๆ ที่ครอบคลุม bioprocessing อัลตราโซนิกจากตัวอย่างห้องปฏิบัติการขนาดเล็กเพื่อนักบินและระดับการผลิตอย่างเต็มที่เชิงพาณิชย์
เป็นที่ทราบกันดีว่าตําแหน่งของ sonotrode อัลตราโซนิกในเรือปฏิกิริยามีผลต่อการกระจายของ cavitation และไมโครสตรีมมิ่งภายในสื่อ Sonotrode และเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกควรได้รับการแต่งตั้งตามปริมาณการประมวลผลของน้ําซุปเซลล์ ในขณะที่ sonication สามารถดําเนินการในชุดเช่นเดียวกับในโหมดต่อเนื่องสําหรับปริมาณการผลิตสูงใช้การติดตั้งอย่างต่อเนื่องการไหลของขอแนะนํา ผ่านเซลล์ไหลอัลตราโซนิกสื่อเซลล์ทั้งหมดได้รับว่าการสัมผัสเดียวกันกับ sonication มั่นใจการรักษาที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด Hielscher Ultrasonics หลากหลายของโพรบอัลตราโซนิกและกระแสเซลล์ปฏิกรณ์ช่วยให้สามารถประกอบการตั้งค่า bioprocessing อัลตราโซนิกเหมาะ

Ultrasonics Hielscher – จากห้องปฏิบัติการเพื่อนําร่องเพื่อการผลิต

Hielscher Ultrasonics ครอบคลุมสเปกตรัมเต็มรูปแบบของอุปกรณ์ล้ําเสียงที่มีขนาดกะทัดรัดมือถือ homogenisers อัลตราโซนิกสําหรับการเตรียมตัวอย่างไปยังระบบม้านั่งด้านบนและนําร่องเช่นเดียวกับหน่วยอัลตราโซนิกอุตสาหกรรมที่มีประสิทธิภาพที่สามารถดําเนินการรถบรรทุกโหลดต่อชั่วโมงได้อย่างง่ายดาย การอเนกประสงค์และมีความยืดหยุ่นในการติดตั้งและการติดตั้งตัวเลือก Hielscher ultrasonicators สามารถรวมเข้ากับเครื่องปฏิกรณ์ชุดทุกชนิด fed-batches หรือการตั้งค่าการไหลผ่านอย่างต่อเนื่อง
อุปกรณ์เสริมต่างๆรวมทั้งชิ้นส่วนที่กําหนดเองช่วยให้สามารถปรับการตั้งค่าอัลตราโซนิกของคุณไปยังความต้องการของคุณ
สร้างขึ้นสําหรับการดําเนินงาน 24/7 ภายใต้ภาระเต็มและหนักในเงื่อนไขเรียกร้อง Hielscher โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกมีความน่าเชื่อถือและต้องการการบํารุงรักษาต่ําเท่านั้น
ตารางด้านล่างนี้จะช่วยให้คุณมีข้อบ่งชี้ของความจุในการประมวลผลโดยประมาณของ ultrasonicators ของเรา: