Fermentatsiya uchun ultratovushli bioreaktorlar

Ultratovush mexanik tebranishlar va kavitatsiya orqali mikroorganizmlarni ragʻbatlantirishning samarali vositasidir. Sonobioreaktor / ultratovushli fermentatorda atrof-muhit omillarini aniq belgilash mumkinligi sababli hujayralar va toʻqimalarga ultratovush bilan ishlov berishni yuqori darajada boshqarish mumkin boʻladi. Ultratovushli bioreaktorlar yordamida fermentatsiya mahsuloti chiqishini sezilarli darajada oshirish mumkin.

Fermentatsiya

Fermentatsiya samaradorligi jarayon sharoitlariga bogʻliq: oziqa moddalari, muhit zichligi, harorat, kislorod / gaz miqdori va bosim mikroorganizmlar faolligiga taʼsir qiluvchi muhim omillardir. Mikroorganizmlar ham, sutemizuvchilar hujayralari ham faqat muayyan sharoitlarda yaxshi oʻsadi. Toʻgʻri sharoitlarni ultratovush bilan ragʻbatlantirish bilan birlashtirish fermentatsiya mahsuloti chiqishini maksimal darajaga yetkazishi mumkin.

Mikroorganizmlarni ultratovush bilan ragʻbatlantirish

Fermentatsiya shakarni kislotalar, gazlar yoki spirtga aylantiradigan metabolik jarayondir. U achitqilar va bakteriyalarda, shuningdek, sut kislotali fermentatsiya holatidagi kabi, kislorod yetishmayotgan mushak hujayralarida ham sodir boʻladi. Fermentatsiya atamasi kengroq maʼnoda mikroorganizmlarning oʻstirish muhitida koʻp miqdorda oʻstirilishini ifodalash uchun ham qoʻllanadi; bundan maqsad koʻpincha muayyan kimyoviy mahsulotni ishlab chiqarish boʻladi.
Fermentatsiya jarayonlari bakteriyalar va zamburugʻlar kabi mikroorganizmlardan foydalanib sanoat miqyosida amalga oshiriladi. Fermentatsiya mahsulotlari oziq-ovqat sanoatida va sanoatning boshqa sohalarida qoʻllanadi. Sirka kislotasi, limon kislotasi va etanol kabi kimyoviy moddalar fermentatsiya orqali ishlab chiqariladi. Fermentatsiya tezligiga mikroorganizmlar, hujayralar, hujayra tarkibiy qismlari va fermentlar konsentratsiyasi, shuningdek, harorat va pH taʼsir qiladi. Aerob fermentatsiya uchun kislorod ham asosiy omildir. Tijorat maqsadida ishlab chiqariladigan lipaza, invertaza va shirdon fermenti kabi fermentlarning deyarli barchasi genetik modifikatsiyalangan mikroorganizmlar yordamida fermentatsiya orqali olinadi.

• Biomassa (hayotchan hujayra materiali) ishlab chiqarish
• Hujayradan tashqari metabolitlar (kimyoviy birikmalar) ishlab chiqarish
• Hujayra ichidagi tarkibiy qismlar (fermentlar va boshqa oqsillar) ishlab chiqarish
• Substratni oʻzgartirish (bunda oʻzgartirilgan substratning oʻzi mahsulot boʻladi)

Fermentatsiyadan oldin, davomida va keyin ultratovush bilan ishlov berish

Ultratovush bilan ishlov berish, yaʼni past chastotali ultratovush toʻlqinlarini qoʻllash, fermentatsiyadan oldin, davomida va keyin turli usullarda hamda fermentatsiya jarayonining turli bosqichlarida qoʻllanishi mumkin.

Fermentatsiyadan oldin ultratovush bilan ishlov berish – biomassadan foydalanish imkoniyatini yaxshilash

1. Massa almashinuvini yaxshilash: Dastlabki ishlov sifatida ultratovush bilan ishlov berish massa almashinuvini kuchaytirish va substratdan mikroorganizmlarning foydalanish imkoniyatini oshirish uchun qoʻllanadi. Ultratovush yordamida aralashtirish substratlarning mikroorganizmlar hujayralariga yetkazilishini va mahsulotlarning ulardan olib chiqilishini kuchaytiradi. Massa almashinuvini ultratovush bilan jadallashtirish dastlabki ishlov sifatida ham, fermentatsiya davomida ham qoʻllanishi mumkin.
2. Hujayralarni parchalash: Ultratovush bilan ishlov berish hujayra devorlari va membranalarini, ayniqsa mikroorganizm yoki achitqi kulturalarida, parchalash uchun qoʻllanishi mumkin. Bu fermentlar yoki metabolitlar kabi hujayra ichidagi tarkibiy qismlarning ajralib chiqishiga yordam beradi, bu esa fermentatsiya koʻrsatkichlarini yaxshilashi yoki keyingi ishlov jarayonlarini osonlashtirishi mumkin.
3. Hujayra ichidagi birikmalarni ekstraksiya qilish: Ultratovush bilan ishlov berish fermentatsiyadan oldin biologik materiallardan hujayra ichidagi birikmalarni ekstraksiya qilishga yordam berishi mumkin. Bunga keyinchalik fermentatsiya jarayonlarida foydalanish uchun hujayralar, toʻqimalar yoki oʻsimlik materiallaridan fermentlar, oqsillar, nuklein kislotalar yoki boshqa maqsadli birikmalarni ajratib olish kiradi.

Masalan, Aspergillus japonicus (var. japonicus CY6-1) yordamida ksilooligosaxaridlar ishlab chiqarish uchun fermentativ gidrolizni kuchaytirish maqsadida sholi qobigʻiga ultratovush bilan dastlabki ishlov berilgan. Ultratovush bilan ishlov berish orqali sholi qobigʻidan sellulolitik va ksilanolitik fermentlar olish sezilarli darajada oshirilgan. Ultratovush bilan ishlov berishda gemiselluloza chiqishi 1,4 baravargacha oshgan va 80ºC da ishlab chiqarish vaqti 24 h dan 1,5 h gacha keskin qisqargan – bunda jarayonni yanada optimallashtirish imkoniyati ham mavjud. Ultratovush bilan ishlov berilgan biomassani zamburugʻlar ancha oson oʻzgartira oladi, shu sababli ferment faolligining barqarorligi uzoqroq saqlanadi va ultratovush bilan ishlov berilmagan sholi qobigʻiga nisbatan CMCase, b-glukozidaza va ksilanaza faolligi oshadi. Yakuniy fermentatsiya mahsulotlari ksilotetraoza, ksilogeksaоza va yuqoriroq molekulyar massali ksilooligosaxaridlar boʻlgan. Ultratovush bilan ishlov berilgan sholi qobigʻidan ksilogeksaоza chiqishi 80% yuqori boʻlgan.

Ultratovush yordamidagi fermentatsiya – mikroorganizmlarni ragʻbatlantirish

• Aralashtirish va gomogenizatsiya: Ultratovush bilan ishlov berish fermentatsiya davomida aralashtirish usuli sifatida qoʻllanishi mumkin. Ultratovush toʻlqinlarini qoʻllash mikrooqimlarni hosil qilishga yordam beradi va bir jinslilikni oshiradi, shu orqali fermentatsiya idishi ichida oziqa moddalari, gazlar va mikroorganizmlarning bir tekis taqsimlanishini taʼminlaydi.
• Massa almashinuvini kuchaytirish: Fermentatsiya davomida ultratovush yordamida massa almashinuvi tezliklarining oshishi aralashtirish va gomogenizatsiyaning yaxshilanishi bilan bogʻliq. Ultratovush tebranishlari va kavitatsiya mahalliy turbulentlikni hosil qiladi hamda substratlar, gazlar va oziqa moddalarining fermentatsiya suyuqligʻiga diffuziyasini kuchaytiradi. Bu fermentatsiya jarayonining umumiy samaradorligi va unumdorligini yaxshilashi mumkin.
• Hujayralarning hayotchanligi va metabolik faolligini yaxshilash: Hujayralarning hayotchanligi va metabolik faolligini oshirish uchun fermentatsiya davomida mikroorganizm kulturalariga ultratovush bilan ishlov berish mumkin. Yumshoq ultratovush ishlovi ayrim mikroorganizmlarni ragʻbatlantirib, ularning oʻsishi, biomassa ishlab chiqarilishi va kerakli metabolitlar yoki fermentatsiya mahsulotlari sintezini kuchaytirishi mumkin.

Aniq boshqariladigan va takrorlanuvchan ultratovush bilan ishlov berish hujayralarga zarar yetkazmasdan turli fermentatsiya jarayonlarining unumdorligini yaxshilashga yordam beradi. Ultratovush bilan ishlov berish intensivligini muayyan hujayra turi va uning talablariga aniq moslashtirish mumkin. Boshqariladigan ultratovush ishlovi hujayralarning oʻsishi va metabolizmiga ijobiy taʼsir qiladi hamda tirik hujayralar katalizlaydigan oʻzgarishlarni sezilarli darajada yaxshilaydi, masalan, sutdagi bifidobakteriyalarni ragʻbatlantiradi.
Zamburugʻlar ishtirokidagi ayrim fermentatsiya jarayonlarida ultratovush bilan ishlov berish ipsimon zamburugʻlarning oʻsish tezligi va chiqishiga taʼsir qilmasdan oʻsish morfologiyasi va fermentatsiya suyuqligi reologiyasini oʻzgartirish uchun muvaffaqiyatli qoʻllanadi.

Fermentatsiyadan keyin ultratovush bilan ishlov berish

• Hujayralarni yigʻib olish va ajratish: Ultratovush bilan ishlov berish fermentatsiyadan keyin hujayralarni yigʻib olish va ajratishga yordam berishi mumkin. U hujayra agregatlari, flokulanlar yoki bioplyonkalarni parchalashga yordam berib, hujayralarning fermentatsiya suyuqligʻidan ajralib chiqishini osonlashtirishi mumkin. Bu hujayralarni ajratib olish yoki mahsulotni tozalash kabi keyingi ishlov jarayonlarini soddalashtiradi.
• Hujayra ichidagi mahsulotlarni ekstraksiya qilish: Fermentatsiyadan keyin ultratovush bilan ishlov berish mikroorganizmlar yoki hujayralar biomassasidan fermentlar, oqsillar yoki ikkilamchi metabolitlar kabi hujayra ichidagi mahsulotlarni ekstraksiya qilish uchun qoʻllanishi mumkin. Ushbu ekstraksiya jarayoni qimmatli birikmalarni ajratib olishga yordam beradi va fermentatsiya jarayonining umumiy mahsulot chiqishini yaxshilaydi.
• Tahlil maqsadlarida hujayralarni parchalash: Ultratovush bilan ishlov berish fermentatsiyadan keyin hujayralarni yoki mikroorganizm namunalarini parchalash uchun, ayniqsa tahlil maqsadlarida, qoʻllanishi mumkin. U hujayralar lizisi va hujayra ichidagi moddalarning ajralib chiqishiga yordam berib, hujayra tarkibiy qismlarini tahlil qilish yoki keyingi tahlillarni oʻtkazishni osonlashtiradi.

Mikroorganizmlar fermentlari (masalan, katalaza, amilaza, proteaza, pektinaza, glyukoza izomeraza, sellulaza, gemisellulaza, lipaza, laktaza, streptokinaza) va rekombinant oqsillar (masalan, insulin, gepatit B vaksinasi, interferon, granulotsitlar koloniyasini ragʻbatlantiruvchi omil, streptokinaza) kabi hujayra ichidagi tarkibiy qismlarni ishlab chiqarishda kerakli oqsillarni ajratib chiqarish uchun fermentatsiya jarayonidan keyin hujayralarni lizis qilish / parchalash kerak. Ultratovush bilan ishlov berish qovushqoq mitseliyli fermentatsiya suyuqligʻidan hujayra ichidagi va hujayradan tashqari polisaxarid–oqsil komplekslarini ekstraksiya qilishni osonlashtiradi. Ultratovush bilan ishlov berish oʻzining ajoyib ekstraksiya chiqishi va samaradorligidan tashqari, hujayralar lizisi va hujayra ichidagi moddalarni ekstraksiya qilish uchun keng qoʻllanadigan va ishonchli usuldir.
Ultratovushli lizis va ekstraksiya haqida koʻproq oʻqish uchun shu yerni bosing!

Fermentatsiya jarayonlarini yaxshilash uchun ultratovushli bioreaktorlar

Hielscher Ultrasonics hujayralarni ragʻbatlantirish, fermentatsiya, hujayralarni parchalash va ekstraksiya kabi ultratovush bilan ragʻbatlantiriladigan biologik jarayonlar boʻyicha uzoq yillik tajribaga ega. Biz davriy va oqimli rejimlarda ultratovush bilan ishlov berish uchun turli oʻlcham va geometrik shakllardagi standart ultratovushli reaktorlarni taklif etamiz. Muqobil ravishda, mavjud bioreaktoringizga integratsiya qilish uchun maxsus yechimlarni taklif etamiz. Ultratovushli ishlov berish qurilmalarimiz juda koʻp maqsadlarda qoʻllanishi va faqat kichik joy talab qilishi sababli ularni mavjud biotexnologik korxonalarga oʻrnatish muammosiz amalga oshirilishi mumkin.
Ultratovushli reaktorlarning turlari, konstruksiyalari va qoʻllanish sohalari haqida bu yerda koʻproq oʻqing!
Quyidagi jadvalda ishlov beriladigan partiya hajmi yoki hajmiy oqim tezligiga qarab qurilmalar boʻyicha umumiy tavsiyalar berilgan. Har bir qurilma haqida koʻproq maʼlumot olish uchun qurilma turini bosing.

Adabiyotlar/Manbalar

• N. Sainz Herrán, J. L. Casas López, J. A. Sánchez Pérez, Y. Chisti (2010): Influence of ultrasound amplitude and duty cycle on fungal morphology and broth rheology of Aspergillus terreus. World J Microbiol Biotechnol 2010, 26: 1409–1418.
• N. Sainz Herrán, J. L. Casas López, J. A. Sánchez Pérez, Y. Chisti (2008): Effects of ultrasound on culture of Aspergillus terreus. J Chem Technol Biotechnol 2008, 83: 593–600./li>
• C. F. Liu, W. B. Zhou (2010): Stimulating Bio-yogurt Fermentation by High Intensity Ultrasound Processing.