เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพอัลตราโซนิกสําหรับการหมัก

อัลตราโซนิกเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการกระตุ้นจุลินทรีย์โดยการสั่นสะเทือนทางกลและการเกิดโพรงอากาศ ในเครื่องปฏิกรณ์โซโนไบโอนิก / เครื่องหมักอัลตราโซนิกการรักษาด้วยอัลตราโซนิกของเซลล์และเนื้อเยื่อจะสามารถควบคุมได้สูงเนื่องจากปัจจัยแวดล้อมสามารถกําหนดได้อย่างแม่นยํา ด้วยเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพอัลตราโซนิกผลผลิตการหมักสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมีนัยสําคัญ

การหมัก

ประสิทธิภาพของการหมักขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของกระบวนการ: สารอาหารความหนาแน่นของตัวกลางอุณหภูมิปริมาณออกซิเจน / ก๊าซและความดันเป็นปัจจัยสําคัญที่มีอิทธิพลต่อกิจกรรมของจุลินทรีย์ จุลินทรีย์และเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเจริญเติบโตได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการเท่านั้น สภาวะที่เหมาะสมรวมกับการกระตุ้นด้วยอัลตราโซนิกสามารถเพิ่มผลผลิตของการหมักได้สูงสุด

การกระตุ้นอัลตราโซนิกของจุลินทรีย์

การหมักเป็นกระบวนการเผาผลาญที่เปลี่ยนน้ําตาลเป็นกรด ก๊าซ หรือแอลกอฮอล์ มันเกิดขึ้นในยีสต์และแบคทีเรียและในเซลล์กล้ามเนื้อที่ขาดออกซิเจนเช่นในกรณีของการหมักกรดแลคติก การหมักยังใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่ออ้างถึงการเจริญเติบโตจํานวนมากของจุลินทรีย์บนอาหารเพื่อการเจริญเติบโต ซึ่งมักมีเป้าหมายในการผลิตผลิตภัณฑ์เคมีเฉพาะ
กระบวนการหมักจะดําเนินการในระดับอุตสาหกรรมโดยใช้จุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรียและเชื้อราในการหมัก ผลิตภัณฑ์หมักใช้ในอุตสาหกรรมอาหารและทั่วไป สารเคมี เช่น กรดอะซิติก กรดซิตริก และเอทานอลผลิตโดยการหมัก อัตราการหมักได้รับอิทธิพลจากความเข้มข้นของจุลินทรีย์ เซลล์ ส่วนประกอบของเซลล์ และเอนไซม์ ตลอดจนอุณหภูมิ และค่า pH สําหรับการหมักแบบแอโรบิก ออกซิเจนก็เป็นปัจจัยสําคัญเช่นกัน เอนไซม์ที่ผลิตในเชิงพาณิชย์เกือบทั้งหมด เช่น ไลเปส อินเวอร์เทส และเรนเน็ต ทําโดยการหมักด้วยจุลินทรีย์ดัดแปลงพันธุกรรม

• การผลิตชีวมวล (วัสดุเซลล์ที่มีชีวิต)
• การผลิตสารเมตาบอไลต์นอกเซลล์ (สารประกอบทางเคมี)
• การผลิตส่วนประกอบภายในเซลล์ (เอนไซม์และโปรตีนอื่นๆ)
• การเปลี่ยนแปลงของพื้นผิว (ซึ่งพื้นผิวที่เปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์)

Sonication ก่อนระหว่างและหลังการหมัก

Sonication การประยุกต์ใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ความถี่ต่ําสามารถใช้ได้ก่อนระหว่างและหลังการหมักในรูปแบบต่างๆและในขั้นตอนต่างๆของกระบวนการหมัก

การบําบัดก่อนการหมักอัลตราโซนิก – การปรับปรุงความพร้อมของชีวมวล

1. ปรับปรุงการถ่ายโอนมวล: Sonication เป็นการปรับสภาพล่วงหน้าใช้เพื่อส่งเสริมการถ่ายโอนมวลและทําให้จุลินทรีย์มีสารตั้งต้นมากขึ้น การผสมอัลตราโซนิกส่งเสริมการถ่ายโอนมวลของสารตั้งต้นไปยังและผลิตภัณฑ์ออกจากเซลล์จุลินทรีย์ การเพิ่มความเข้มข้นของการถ่ายโอนมวลด้วยอัลตราโซนิกสามารถใช้เป็นการปรับสภาพล่วงหน้าเช่นเดียวกับในระหว่างการหมัก
2. การหยุดชะงักของเซลล์: สามารถใช้ Sonication เพื่อทําลายผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์หรือยีสต์ สิ่งนี้ช่วยปลดปล่อยส่วนประกอบภายในเซลล์ เช่น เอนไซม์หรือเมตาบอไลต์ ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการหมักหรืออํานวยความสะดวกในกระบวนการปลายน้ํา
3. การสกัดสารประกอบภายในเซลล์: Sonication สามารถช่วยในการสกัดสารประกอบภายในเซลล์จากวัสดุชีวภาพก่อนการหมัก ซึ่งรวมถึงการสกัดเอนไซม์ โปรตีน กรดนิวคลีอิก หรือสารประกอบเป้าหมายอื่นๆ จากเซลล์ เนื้อเยื่อ หรือวัสดุจากพืชเพื่อใช้ในกระบวนการหมักในภายหลัง

ตัวอย่างเช่น การปรับสภาพอัลตราโซนิกของแกลบถูกนํามาใช้เพื่อเพิ่มการไฮโดรไลซิสของเอนไซม์สําหรับการผลิตไซโลโอลิโกแซ็กคาไรด์โดย Aspergillus japonicus (var. japonicus CY6-1) โดยการ sonication การผลิตเอนไซม์เซลลูไลติกและไซแลนโนไลติกจากแกลบเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสําคัญ ผลผลิตเฮมิเซลลูโลสเพิ่มขึ้นเป็น 1.4 เท่าภายใต้การ sonication และเวลาในการผลิตสั้นลงอย่างมากจาก 24 ชั่วโมงเป็น 1.5 ชั่วโมงที่ 80ºC – ด้วยศักยภาพเพิ่มเติมของการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ ชีวมวลที่โซนิคไดออกซ์นั้นสามารถแปลงเชื้อราได้ง่ายกว่ามากเพื่อให้เสถียรภาพของกิจกรรมของเอนไซม์เพิ่มขึ้นและกิจกรรมของ CMCase, b-glucosidase และ xylanase จะเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับแกลบที่ไม่โซนิค ผลิตภัณฑ์หมักขั้นสุดท้ายคือ xylotetraose, xylohexaose และ xylooligosaccharides ที่มีน้ําหนักโมเลกุลสูงกว่า ผลผลิตไซโลเฮกซาโอสจากเปลือกข้าวที่ทําด้วยโซนิคสูงขึ้น 80%

การหมักด้วยอัลตราโซนิกช่วย – การกระตุ้นจุลินทรีย์

• การผสมและการทําให้เป็นเนื้อเดียวกัน: Sonication สามารถใช้เป็นเทคนิคการผสมระหว่างการหมัก การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ช่วยสร้างไมโครสตรีมมิ่งและส่งเสริมความเป็นเนื้อเดียวกันทําให้มั่นใจได้ว่ามีการกระจายสารอาหารก๊าซและจุลินทรีย์ภายในภาชนะหมักอย่างสม่ําเสมอ
• การปรับปรุงการถ่ายโอนมวลชน: ที่เกี่ยวข้องกับการผสมที่ดีขึ้นและการทําให้เป็นเนื้อเดียวกันคืออัตราการถ่ายเทมวลที่ดีขึ้นด้วยอัลตราโซนิกระหว่างการหมัก การสั่นของอัลตราโซนิกและการเกิดโพรงอากาศทําให้เกิดความปั่นป่วนเฉพาะที่และเพิ่มการแพร่กระจายของสารตั้งต้นก๊าซและสารอาหารเข้าสู่น้ําซุปหมัก สิ่งนี้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมและผลผลิตของกระบวนการหมัก
• การปรับปรุงความมีชีวิตของเซลล์และกิจกรรมการเผาผลาญ: Sonication สามารถนําไปใช้กับการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์ในระหว่างการหมักเพื่อเพิ่มความมีชีวิตของเซลล์และกิจกรรมการเผาผลาญ การ sonication อ่อน ๆ สามารถกระตุ้นจุลินทรีย์บางชนิดส่งเสริมการเจริญเติบโตการผลิตชีวมวลและการสังเคราะห์สารเมตาบอไลต์หรือผลิตภัณฑ์หมักที่ต้องการ

sonication ที่ควบคุมได้อย่างแม่นยําและทําซ้ําได้ช่วยปรับปรุงผลผลิตของกระบวนการหมักต่างๆโดยไม่ทําลายเซลล์ ความเข้มของ sonication สามารถปรับให้เข้ากับสายพันธุ์ของเซลล์เฉพาะและความต้องการของมันได้อย่างแม่นยํา การเจริญเติบโตและการเผาผลาญของเซลล์ได้รับอิทธิพลในเชิงบวกและการแปลงที่เร่งปฏิกิริยาโดยเซลล์ที่มีชีวิตจะดีขึ้นอย่างมีนัยสําคัญเช่นการกระตุ้น Bifidobacteria ในนม
สําหรับกระบวนการหมักที่ขับเคลื่อนด้วยเชื้อราบางกระบะโซนิเคชั่นถูกนํามาใช้เพื่อปรับเปลี่ยนสัณฐานวิทยาการเจริญเติบโตและการไหลของน้ําซุปโดยไม่ส่งผลต่ออัตราการเจริญเติบโตและผลผลิตของเชื้อราเส้นใย

การบําบัดหลังการหมักอัลตราโซนิก

• การเก็บเกี่ยวและการแยกเซลล์: Sonication สามารถช่วยในการเก็บเกี่ยวเซลล์และการแยกหลังจากการหมัก สามารถช่วยในการทําลายมวลรวมของเซลล์สารตกตะกอนหรือไบโอฟิล์มอํานวยความสะดวกในการปลดปล่อยเซลล์จากน้ําซุปหมัก สิ่งนี้ช่วยลดความยุ่งยากในกระบวนการปลายน้ําที่ตามมา เช่น การกู้คืนเซลล์หรือการทําให้ผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์
• การสกัดผลิตภัณฑ์ภายในเซลล์: หลังจากการหมักสามารถใช้ sonication เพื่อสกัดผลิตภัณฑ์ภายในเซลล์เช่นเอนไซม์โปรตีนหรือสารเมตาบอไลต์ทุติยภูมิจากจุลินทรีย์หรือชีวมวลของเซลล์ กระบวนการสกัดนี้ช่วยกู้คืนสารประกอบที่มีคุณค่าและปรับปรุงผลผลิตโดยรวมของกระบวนการหมัก
• การสลายตัวของเซลล์เพื่อวัตถุประสงค์ในการวิเคราะห์: Sonication สามารถใช้เพื่อขัดขวางเซลล์หรือตัวอย่างจุลินทรีย์หลังการหมักโดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อวัตถุประสงค์ในการวิเคราะห์ ช่วยในการสลายเซลล์และการปลดปล่อยเนื้อหาภายในเซลล์อํานวยความสะดวกในการวิเคราะห์ส่วนประกอบของเซลล์หรือทําการทดสอบปลายน้ํา

สําหรับการผลิตส่วนประกอบภายในเซลล์ เช่น เอนไซม์จุลินทรีย์ (เช่น คาตาเลส, อะไมเลส, โปรตีเอส, เพคติเนส, กลูโคสไอโซเมอเรส, เซลลูเลส, เฮมิเซลลูเลส, ไลเปส, แลคเตส, สเตรปโตไคเนส) และโปรตีนรีคอมบิแนนท์ (เช่น อินซูลิน, วัคซีนไวรัสตับอักเสบบี, อินเตอร์เฟอรอน, ปัจจัยกระตุ้นโคโลนิคมแกรนูโลไซต์, สเตรปโตไคเนส) เซลล์จะต้องถูกไลซิส / หยุดชะงักหลังจากกระบวนการหมักเพื่อปล่อยโปรตีนที่ต้องการ โดยการ sonication การสกัดคอมเพล็กซ์โพลีแซ็กคาไรด์ - โปรตีนภายในเซลล์และนอกเซลล์จากน้ําซุปหมักไมซีเลียลหนืดจะอํานวยความสะดวก นอกเหนือจากผลผลิตและประสิทธิภาพการสกัดที่โดดเด่นแล้ว sonication ยังเป็นที่ยอมรับและเชื่อถือได้สําหรับการสลายเซลล์และการสกัดสารภายในเซลล์
คลิกที่นี่เพื่ออ่าน mor เกี่ยวกับการสลายอัลตราโซนิกและการสกัด!

เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพอัลตราโซนิกสําหรับกระบวนการหมักที่ดีขึ้น

Hielscher Ultrasonics มีประสบการณ์มานานกับกระบวนการทางชีวภาพที่กระตุ้นด้วยอัลตราโซนิกเช่นการกระตุ้นเซลล์การหมักการหยุดชะงักของเซลล์และการสกัด เรานําเสนอเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกมาตรฐานต่างๆที่มีขนาดและรูปทรงเรขาคณิตที่แตกต่างกันสําหรับ sonication ในโหมดแบทช์และโฟลว์ผ่าน อีกวิธีหนึ่ง เราขอเสนอโซลูชันที่ปรับแต่งได้สําหรับการรวมเข้ากับเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพที่มีอยู่ของคุณ เนื่องจากโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกของเรามีความหลากหลายมากและต้องการพื้นที่เพียงเล็กน้อยการติดตั้งเพิ่มเติมในโรงงานเทคโนโลยีชีวภาพที่มีอยู่จึงสามารถรับรู้ได้โดยไม่มีปัญหา
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับประเภทเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกการออกแบบและการใช้งานที่นี่!
ตารางด้านล่างระบุคําแนะนําทั่วไปของอุปกรณ์โดยขึ้นอยู่กับปริมาตรแบทช์หรืออัตราการไหลที่จะประมวลผล คลิกที่ประเภทอุปกรณ์เพื่อรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับอุปกรณ์แต่ละเครื่อง

วรรณกรรม/อ้างอิง