Fermantasyon veya enzimatik reaksiyonlar yoluyla insan sütü oligosakkaritlerin (HMO' lar) biyosentezi karmaşık, tüketen ve genellikle düşük verimli bir süreçtir. Ultrasonication substrat ve hücre fabrikaları ans arasındaki kütle transferini artırır hücre büyümesini ve metabolizmasını uyarır. Bu nedenle, sonication fermantasyon ve biyo-kimyasal süreçleri hdo hızlandırılmış ve daha verimli üretim sonuçlanan yoğunlaştırır.

İnsan Sütü Oligosakkaritler

İnsan sütü oligosakkaritler (HDO), ayrıca insan sütü glikanolarak bilinen, şeker molekülleri, oligosakkaritler grubunun bir parçası olan. HDO'ların belirgin örnekleri 2'-fucosyllactoz (2′-FL), lakto-N-neotetraoz (LNnT), 3'-galaktosyllactoz (3′-GL), ve difucosyllactoz (DFL).
İnsan sütü farklı 150 HMO yapılardan oluşurken, sadece 2′-fucosyllactoz (2′-FL) ve lacto-N-neotetraose (LNnT) şu anda ticari düzeyde üretilmektedir ve bebek formülünde besin katkı maddesi olarak kullanılmaktadır.
İnsan sütü oligosakkaritler (HDO) bebek beslenmesi önemi ile bilinir. İnsan sütü oligosakkaritler, prebiyotikler, anti-yapışkan antimikrobiyaller ve bebeğin bağırsağı içindeki immünomodülatörler olarak hareket eden ve beyin gelişimine önemli ölçüde katkıda bulunan benzersiz bir besin türüdür. HDO'lar sadece insan sütünde bulunur; diğer memeli sütlerinde (örneğin, keçi, koyun, deve vb.) oligosakkaritlerin bu özel formu yoktur.
Human milk oligosaccharides are the third most abundant solid component in human milk, which can be present either in dissolved or emulsified or suspended form in water. Lactose and fatty acids are the most abundant solids found in human milk. HMOs are present in a concentration of 0.35–0.88 ounces (9.9–24.9 g)/ L. Approximately 200 structurally different human milk oligosaccharides are known. The dominant oligosaccharide in 80% of all women is 2′-fucosyllactoz, yaklaşık 2.5 g / L konsantrasyonda insan anne sütünde mevcut.
HDO'lar sindirilmediğinden beslenmeye kalori olarak katkıda bulunmaz. Sindirilemeyen karbonhidratlar olmak, onlar prebiyotikler olarak işlev ve seçici arzu bağırsak mikroflorası tarafından fermente edilir, özellikle bifidobacteria.

İnsan Sütü Oligosakkaritlerin Biyosentezi

Hücre fabrikaları ve enzimatik / kemo-enzimatik sistemler HMO sentezi için kullanılan mevcut teknolojilerdir. Endüstriyel ölçekte HMO üretimi için, mikrobiyal hücre fabrikalarının fermantasyonu, biyo-kimyasal sentez ve farklı enzimatik reaksiyonlar HMO biyo-üretiminin uygulanabilir yollarıdır. Ekonomik nedenlerden dolayı, mikrobiyal hücre fabrikaları aracılığıyla biyo-sentez şu anda HDO'ların endüstriyel üretim düzeyinde kullanılan tek tekniktir.

Mikrobiyal Hücre Fabrikaları Kullanılarak HDO'ların Fermantasyonu

E.coli, Saccharomyces cerevisiae ve Lactococcus lactis yaygın olarak HMO gibi biyolojik moleküllerin biyo-üretimi için kullanılan hücre fabrikaları kullanılır. Fermantasyon, bir substratı hedeflenen biyolojik moleküllere dönüştürmek için mikro-organizmalar kullanılarak yapılan biyokimyasal bir süreçtir. Mikrobiyal hücre fabrikaları basit şekerleri substrat olarak kullanırlar ve bu şekerler HMO'lara dönüşürler. Basit şekerler (örneğin laktoz) bol, ucuz bir substrat olduğundan, biyo-sentez işlemini uygun maliyetli tutar.
Büyüme ve biyodönüşüm oranı esas olarak besinlerin (substrat) mikroorganizmalara kütle transferinden etkilenir. Kütle transfer hızı fermantasyon sırasında ürün sentezini etkileyen ana faktördür. Ultrasonication iyi kitle transferi teşvik bilinmektedir.
Fermantasyon sırasında, biyoreaktördeki koşullar, hedeflenen biyomolekülleri (örn. HDO'lar gibi oligosakkaritler; insülin gibi; rekombinant proteinler) üretmek için hücrelerin mümkün olduğunca çabuk büyüyebilmesi için sürekli olarak izlenmeli ve düzenlenmelidir. Teorik olarak, hücre kültürü büyümeye başlar başlamaz ürün oluşumu başlar. Ancak özellikle mühendislik mikroorganizmalar gibi genetiği değiştirilmiş hücrelerde genellikle daha sonra hedeflenen biyomolekülün ekspresyonunu düzenleyen substrata kimyasal bir madde eklenerek indüklenir. Ultrasonik biyoreaktörler (sono-biyoreaktör) hassas kontrol edilebilir ve mikropların özel stimülasyonu için izin. Bu da hızlandırılmış bir biyosentez ve daha yüksek verim sağlar.
Ultrasonik lysis ve ekstraksiyon: Karmaşık HMO'ların fermantasyonu düşük fermantasyon titreleri ve hücre içi kalan ürünlerle sınırlı olabilir. Ultrasonik lysis ve ekstraksiyon arınma ve aşağı akış işlemleri önce hücre içi malzeme serbest bırakmak için kullanılır.

Ultrasonik Teşvik Fermantasyon

Escherichia coli, mühendislik E.coli, Saccharomyces cerevisiae ve Lactococcus lactis gibi mikropların büyüme hızı kontrollü düşük frekanslı ultrasonication uygulanarak kitle transfer hızı ve hücre duvarı geçirgenliği artırılarak hızlandırılabilir. Hafif, termal olmayan işleme tekniği olarak, ultrasonication fermantasyon suyu içine tamamen mekanik kuvvetler uygular.
Akustik Kavitasyon: Sonikasyonun çalışma prensibi akustik kavitasyona dayanmaktadır. Ultrasonik prob (sonotrode), düşük frekanslı ultrason dalgalarını ortama çiftler. Ultrason dalgaları, alternatif yüksek basınç (sıkıştırma) / düşük basınç (nadirlik) döngüleri oluşturarak sıvı boyunca hareket eder. Sıvıyı alternatif döngülerde sıkıştırarak ve gererek, dakika vakum kabarcıkları ortaya çıkar. Bu küçük vakum kabarcıkları, daha fazla enerjiyi ememeyecekleri bir boyuta ulaşana kadar birkaç döngü boyunca büyür. Bu maksimum büyüme noktasında, vakum kabarcığı şiddetli bir şekilde patlar ve kavitasyon fenomeni olarak bilinen yerel olarak aşırı koşullar üretir. Kavitasyonel "sıcak nokta"da, yüksek basınç ve sıcaklık farkları ve 280m/sn'ye kadar sıvı jetleri ile yoğun kesme kuvvetleri gözlenebilir. Bu kavitasyonel etkilerle, tam kütle transferi ve sonoporasyon (hücre duvarlarının ve hücre zarlarının delinmesi) sağlanır. Substratın besin maddeleri, canlı bütün hücrelere ve hücrelere yüzdürülür, böylece hücre fabrikaları en uygun şekilde beslenir ve büyüme ve dönüşüm oranları hızlandırılır. Ultrasonik biyoreaktörler, tek potlu bir biyosentez işleminde biyokütleyi işlemek için basit, ancak oldukça etkili bir stratejidir.
Tam kontrollü, hafif sonication fermantasyon süreçlerini yoğunlaştırmak için iyi bilinmektedir.
Sonication geliştirir "substrat alımını geliştirme yoluyla canlı hücreleri içeren birçok biyosüreçlerin üretkenliği, hücre gözenekliliği artırarak gelişmiş üretim veya büyüme, ve hücre bileşenlerinin potansiyel olarak geliştirilmiş serbest." (Naveena ve ark. 2015)
Ultrasonik destekli fermantasyon hakkında daha fazla bilgi edinin!

Naveena et al. (2015) ultrasonik yoğunlaşma biyoişleme sırasında çeşitli avantajlar sunuyor bulundu, diğer arttırıcı tedavi seçenekleri ile karşılaştırıldığında düşük işletme maliyetleri de dahil olmak üzere, operasyon kolaylığı ve mütevazı güç gereksinimleri.

Yüksek Performanslı Ultrasonik Fermantasyon Reaktörleri

Fermantasyon süreçleri, hücre fabrikaları olarak işlev gören bakteri veya maya gibi yaşayan mikroorganizmaları içerir. Sonication kitle transferi teşvik etmek ve mikroorganizmanın büyüme ve dönüşüm oranını artırmak için uygulanır iken, hücre fabrikalarının imha önlemek için tam olarak ultrasonik yoğunluğunu kontrol etmek için çok önemlidir.
Hielscher Ultrasonik tasarımı, üretim ve yüksek performanslı ultrasonicators, tam olarak kontrol edilebilir ve üstün fermantasyon verimleri sağlamak için izlenebilir dağıtım uzmanıdır.

Proses kontrolü sadece yüksek verim ve üstün kalite için gerekli değildir, aynı zamanda sonuçları tekrarlamanızı ve çoğaltmanızı sağlar. Özellikle ist hücre fabrikalarının uyarılması söz konusu olduğunda, sonication parametrelerinin hücre özgü adaptasyonu yüksek verim elde etmek ve hücre bozulmasını önlemek için esastır. Bu nedenle, Hielscher ultrasonicators tüm dijital modelleri ayarlamak için izin veren akıllı yazılım ile donatılmıştır, izlemek, ve sonication parametreleri revize. Genlik, sıcaklık, basınç, sonication süresi, görev döngüleri ve enerji girişi gibi ultrasonik süreç parametreleri fermantasyon yoluyla HMO üretimini teşvik etmek için gereklidir.
Hielscher ultrasonicators akıllı yazılım otomatik olarak entegre SD-kart tüm önemli işlem parametrelerini kaydeder. Sonication sürecinin otomatik veri kaydı, İyi Üretim Uygulamaları (GMP) için gerekli olan proses standardizasyonu ve tekrarlanabilirlik / tekrarlanabilirlik için temelidir.

Fermantasyon için Ultrasonik Rektörler

Hielscher çeşitli boyut, uzunluk ve geometriler ultrasonik problar sunuyor, hangi toplu yanı sıra sürekli akış-tedaviler için kullanılabilir. Ultrasonik reaktörler, ayrıca sono-biyoreaktörler olarak bilinen, pilot ve tam ticari üretim seviyesine küçük laboratuvar örnekleri ultrasonik biyoişleme kapsayan herhangi bir hacim için kullanılabilir.
Bu reaksiyon kabında ultrasonik sonotrode konumu orta içinde kavitasyon ve mikro-streaming dağılımını etkilediği bilinmektedir. Sonotrode ve ultrasonik reaktör hücre suyu işleme hacmine göre seçilmelidir. Sonication toplu olarak ve sürekli modda yapılabilir iken, yüksek üretim hacimleri için sürekli akış yükleme si kullanılması tavsiye edilir. Bir ultrasonik akış hücresi geçerken, tüm hücre orta en etkili tedavi sağlayan sonication tam olarak aynı maruz alır. Ultrasonik problar ve akış hücre reaktörleri Hielscher Ultrasonik geniş bir yelpazede ideal ultrasonik biyoişleme kurulum monte sağlar.

Hielscher Ultrasonics – Laboratuvardan Pilota, Üretime

Hielscher Ultrasonics kolayca saatte kamyon ları işlemek güçlü endüstriyel ultrasonik birimlerin yanı sıra tezgah-top ve pilot sistemleri için örnek hazırlık için kompakt el ultrasonik homojenler sunan ultrasonik ekipman tam spektrum kapsar. Kurulum ve montaj seçenekleri çok yönlü ve esnek olmak, Hielscher ultrasonicators kolayca toplu reaktörler, beslenen toplu veya sürekli akış-kurulumları aracılığıyla her türlü entegre edilebilir.
Çeşitli aksesuarlar yanı sıra özelleştirilmiş parçalar süreç gereksinimlerine ultrasonik kurulum ideal adaptasyon için izin verir.
Tam yük altında 7/24 çalışma ve zorlu koşullarda ağır hizmet için inşa edilen Hielscher ultrasonik işlemciler güvenilirdir ve sadece düşük bakım gerektirir.
Aşağıdaki tablo size bizim ultrasonicators yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesidir: