Công nghệ siêu âm Hielscher

Biosynthetic Production of Human Milk Oligosaccharides

Việc sinh tổng hợp oligosaccharide sữa con người (HMO) qua các phản ứng lên men hoặc enzym là một quá trình phức tạp, tiêu thụ và thường có năng suất thấp. Ultrasonication làm tăng sự chuyển giao khối lượng giữa các chất nền và nhà máy tế bào Ans kích thích sự tăng trưởng và chuyển hóa tế bào. Qua đó, sonication tăng cường quá trình lên men và hóa học sinh, dẫn đến sản xuất HMOs nhanh và hiệu quả hơn.

Sữa con người Oligosaccharides

Oligosaccharide sữa con người (HMO), còn được gọi là glycans sữa con người, là các phân tử đường, là một phần của nhóm oligosaccharide. Các ví dụ nổi bật của HMO bao gồm 2 '-fucoâm (2′-FL), lacto-N-neotetraose (LNnT), 3 '-galactoâm thanh (3′-GL), và difucogiáo (DFL).
Trong khi sữa mẹ của con người bao gồm nhiều hơn các cấu trúc 150 HMO khác nhau, chỉ 2 ′-fucoâm (2 ′-FL) và lacto-N-neotetraose (LNnT) hiện đang được sản xuất trên mức thương mại và được sử dụng làm phụ gia dinh dưỡng trong công thức cho trẻ sơ sinh.
Oligosaccharide sữa con người (HMO) được biết đến với ý nghĩa của chúng trong dinh dưỡng em bé. Oligosaccharide sữa con người là một loại độc đáo của các chất dinh dưỡng, mà hoạt động như prebiotics, antimicrobials chống dính, và immunomodulators trong ruột của trẻ sơ sinh và đóng góp đáng kể vào sự phát triển não. HMO được tìm thấy độc quyền trong sữa mẹ của con người; sữa động vật có vú khác (ví dụ như bò, dê, cừu, lạc đà vv) không có các hình thức cụ thể của oligosaccharide.
Oligosaccharide sữa của con người là thành phần rắn phổ biến thứ ba trong sữa của con người, có thể có mặt hoặc ở dạng bị hòa tan hoặc nhũ hóa hoặc lơ lửng trong nước. Lactose và axit béo là chất rắn dồi dào nhất được tìm thấy trong sữa của con người. HMO hiện diện ở nồng độ 0.35 – 0.88 ounces (9,9 – 24,9 g)/L. khoảng 200 cấu trúc khác nhau oligosaccharide sữa con người được biết đến. Các oligosacarit chiếm ưu thế trong 80% của tất cả phụ nữ là 2′-fucoâm actose, có mặt trong sữa mẹ ở nồng độ xấp xỉ 2,5 g/L.
Kể từ khi HMOs không tiêu hóa, họ không calorically đóng góp vào dinh dưỡng. Là carbohydrate không tiêu, họ chức năng như prebiotics và có chọn lọc lên men bằng hệ vi sinh ruột mong muốn, đặc biệt là Bifidobacteria.

Lợi ích sức khỏe của con người sữa Oligosaccharides (HMO)

  • thúc đẩy sự phát triển của trẻ sơ sinh
  • quan trọng đối với phát triển não
  • có chống viêm và
  • tác dụng chống dính trong đường Dạ dày-ruột
  • hỗ trợ hệ thống miễn dịch ở người lớn
Ultrasonication and the use of ultrasonic bioreactors (sono-bioreactors) are highly effective to promote mass transfer between substrate and living cells used as cell factories

Các Bộ xử lý siêu âm UIP2000hdT tăng khối lượng chuyển giao và kích hoạt các nhà máy tế bào cho sản lượng cao hơn của các phân tử sinh học tổng hợp như HMOs

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


Sinh tổng hợp của con người sữa Oligosaccharides

Các nhà máy tế bào và hệ thống enzym/chemo-enzym là các công nghệ hiện tại được sử dụng để tổng hợp HMO. Đối với sản xuất HMO trên quy mô công nghiệp, quá trình lên men của các nhà máy vi sinh vật, tổng hợp hóa học và các phản ứng enzym khác nhau là cách khả thi của HMO sinh sản. Vì lý do kinh tế, sự tổng hợp sinh học qua các nhà máy tế bào vi khuẩn hiện là kỹ thuật duy chỉ được sử dụng ở cấp độ sản xuất công nghiệp của HMO.

Quá trình lên men của HMO sử dụng nhà máy vi sinh vật

E. coli, Saccharomyces cerevisiae và Lactococcus lactis thường được sử dụng các nhà máy tế bào được sử dụng cho sản xuất sinh học của các phân tử sinh học như HMOs. Lên men là một quá trình sinh hóa bằng cách sử dụng vi sinh vật để chuyển đổi một chất nền thành các phân tử được nhắm mục tiêu. Nhà máy vi sinh vật tế bào sử dụng đường đơn giản như chất nền, mà họ chuyển đổi thành HMO. Kể từ khi đường đơn giản (ví dụ như Lactose) là một chất nền phong phú, giá rẻ, điều này giúp quá trình tổng hợp sinh học hiệu quả.
Tốc độ tăng trưởng và chuyển đổi sinh học chủ yếu chịu ảnh hưởng của việc chuyển giao khối lượng chất dinh dưỡng (bề mặt) đến các vi sinh vật. Tốc độ truyền khối lượng là một yếu tố chính ảnh hưởng đến sự tổng hợp sản phẩm trong quá trình lên men. Ultrasonication là nổi tiếng để thúc đẩy chuyển khối lượng.
During fermentation, the conditions in the bioreactor must be constantly monitored and regulated so that the cells can grow as quickly as possible in order to then produce the targeted biomolecules (e.g. oligosaccharides such as HMOs; insulin; recombinant proteins). Theoretically, the product formation starts as soon as the cell culture begins to grow. However especially in genetically modified cells such as engineered microorganisms it is usually induced later by adding a chemical substance to the substrate, which upregulates the expression of the targeted biomolecule. Ultrasonic bioreactors (sono-bioreactor) can be precisely controlled and allow for the specific stimulation of microbes. This results in an accelerated biosynthesis and higher yields.
Ultrasonic lysis and extraction: Fermentation of complex HMOs might be limited by low fermentation titers and products remaining intracellular. Ultrasonic lysis and extraction is used to release intracellular material before purification and down-stream processes.

Ultrasonically thúc đẩy lên men

The growth rate of microbes such as Escherichia coli, engineered E.coli, Saccharomyces cerevisiae and Lactococcus lactis can be accelerated by increasing the mass transfer rate and cell wall permeability by applying controlled low-frequency ultrasonication. As a mild, non-thermal processing technique, ultrasonication applies purely mechanical forces into the fermentation broth.
Acoustic Cavitation: The working principle of sonication is based on acoustic cavitation. The ultrasonic probe (sonotrode) couples low-frequency ultrasound d waves into the medium. The ultrasound waves travel through the liquid creating alternating high-pressure (compression) / low-pressure (rarefaction) cycles. By compressing and stretching the liquid in alternating cycles, minute vacuum bubbles arise. These small vacuum bubbles grow over several cycles until they reach a size where they cannot absorb any further energy. At this point of maximum growth, the vacuum bubble implodes violently and generates locally extreme conditions, known as the phenomenon of cavitation. In the cavitational “hot-spot”, high pressure and temperature differentials and intense shear forces with liquid jets of up to 280m/sec can be observed. By these cavitational effects, thorough mass transfer and sonoporation (the perforation of cell walls and cell membranes) is achieved. The nutrients of the substrate are floated to and into the living whole cells, so that the cell factories are optimally nourished and growth as well as conversion rates are accelerated. Ultrasonic bioreactors are a simple, yet highly effective strategy to process biomass in a one-pot biosynthesis process.
Một kiểm soát chính xác, sonication nhẹ là nổi tiếng để tăng cường quá trình lên men.
Sonication cải thiện "năng suất của nhiều quá trình sinh học liên quan đến tế bào sống qua việc tăng cường sự hấp thu chất nền, tăng cường sản xuất hoặc tăng trưởng bằng tăng độ xốp của tế bào, và có khả năng tăng cường phát hành của các thành phần tế bào." (Naveena et al. 2015)
Read more about ultrasonically-assisted fermentation!
Ưu điểm của quá trình lên men Ultrasonically tăng cường

  • tăng năng suất
  • Tăng tốc lên men
  • Kích thích tế bào cụ thể
  • Tăng cường chất nền hấp thụ
  • Tăng độ xốp của ô
  • Dễ vận hành
  • An toàn
  • Đơn giản retro-phù hợp
  • cân tuyến tính
  • Xử lý hàng loạt hoặc InIine
  • nhanh chóng RoI

Naveena et al. (2015) thấy rằng tăng cường siêu âm cung cấp một số lợi thế trong quá trình xử lý sinh học, bao gồm chi phí vận hành thấp so với các tùy chọn điều trị tăng cường khác, đơn giản hoạt động và yêu cầu quyền lực khiêm tốn.

Agitated ultrasonic tank (sono-bioreactor) for batch processing

Bồn chứa 8kw ultrasonicators và khuấy

Lò phản ứng lên men siêu âm hiệu suất cao

Quá trình lên men liên quan đến vi sinh vật sống như vi khuẩn hoặc nấm men, có chức năng như các nhà máy tế bào. Trong khi sonication được áp dụng để thúc đẩy chuyển khối lượng và tăng tốc độ tăng trưởng và tỷ lệ chuyển đổi của vi sinh vật, nó là rất quan trọng để kiểm soát cường độ siêu âm chính xác để tránh sự phá hủy của các nhà máy tế bào.
Hielscher Ultrasonics là chuyên gia trong thiết kế, sản xuất và phân phối ultrasonicators hiệu suất cao, có thể được kiểm soát chính xác và theo dõi để đảm bảo năng suất lên men vượt trội.
Kiểm soát chính xác các thông số quá trình siêu âm bằng Ultrasonics Hielscher' phần mềm thông minhKiểm soát quá trình không chỉ cần thiết cho năng suất cao và chất lượng vượt trội, nhưng cho phép lặp lại và tái tạo kết quả. Đặc biệt là khi IST nói đến sự kích thích của các nhà máy tế bào, các tế bào, thích ứng cụ thể của các thông số sonication là điều cần thiết để đạt được năng suất cao và để ngăn chặn sự suy thoái tế bào. Do đó, tất cả các mô hình kỹ thuật số của ultrasonicators Hielscher được trang bị phần mềm thông minh, cho phép bạn điều chỉnh, giám sát và sửa đổi các thông số sonication. Các thông số quá trình siêu âm như biên độ, Temperature, áp suất, thời gian sonication, chu kỳ nhiệm vụ, và đầu vào năng lượng là rất cần thiết để thúc đẩy sản xuất HMO qua quá trình lên men.
Phần mềm thông minh của ultrasonicators Hielscher ghi lại tự động tất cả các thông số quá trình quan trọng trên thẻ SD tích hợp. Việc ghi dữ liệu tự động của quá trình sonication là nền tảng cho quá trình tiêu chuẩn hóa và khả năng tái sử dụng/lặp lại, được yêu cầu cho thực hành sản xuất tốt (GMP).

Hielscher Ultrasonics Cascatrode

cascatrodeTm trong một lò phản ứng tế bào dòng siêu âm

Siêu âm Rectors cho quá trình lên men

Hielscher Ultrasonics CascatrodeHielscher offers ultrasonic probes of various size, length and geometries, which can be used for batch as well as continuous flow-through treatments. Ultrasonic reactors, also known as sono-bioreactors, are available for any volume covering the ultrasonic bioprocessing from small lab samples to pilot and fully-commercial production level.
Nó cũng được biết rằng vị trí của sonotrode siêu âm trong tàu phản ứng ảnh hưởng đến sự phân bố của cavitation và vi-streaming trong môi trường. Sonotrode và lò phản ứng siêu âm nên được lựa chọn phù hợp với khối lượng xử lý của nước dùng tế bào. Trong khi sonication có thể được thực hiện trong hàng loạt cũng như ở chế độ liên tục, cho khối lượng sản xuất cao việc sử dụng một cài đặt dòng chảy liên tục được khuyến khích. Đi qua một tế bào dòng siêu âm, tất cả các phương tiện tế bào được chính xác cùng một tiếp xúc với sonication đảm bảo điều trị hiệu quả nhất. Hielscher Ultrasonics phạm vi rộng các đầu dò siêu âm và lò phản ứng dòng chảy cho phép lắp ráp thiết lập xử lý sinh học siêu âm lý tưởng.

Hielscher Ultrasonics – Từ Lab đến Pilot để sản xuất

Hielscher Ultrasonics bao gồm đầy đủ các thiết bị siêu âm cung cấp các homogenisers siêu âm cầm tay nhỏ gọn để chuẩn bị mẫu cho hệ thống băng ghế-đầu và thí điểm cũng như các đơn vị siêu âm công nghiệp mạnh mẽ dễ dàng xử lý truckloads mỗi giờ. Linh hoạt và linh hoạt trong các tùy chọn lắp đặt và gắn kết, ultrasonicators Hielscher có thể dễ dàng tích hợp vào tất cả các loại lò phản ứng hàng loạt, các lô cho ăn hoặc các thiết lập dòng chảy liên tục.
Các phụ kiện khác nhau cũng như các bộ phận tùy chỉnh cho phép thích ứng lý tưởng của thiết lập siêu âm của bạn với yêu cầu quy trình của bạn.
Xây dựng cho 24/7 hoạt động dưới tải đầy đủ và nhiệm vụ nặng nề trong điều kiện đòi hỏi, bộ vi xử lý siêu âm Hielscher là đáng tin cậy và yêu cầu chỉ bảo trì thấp.
Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm:

batch Khối lượng Tốc độ dòng Thiết bị khuyến nghị
1 đến 500ml 10 đến 200mL / phút UP100H
10 đến 2000mL 20 đến 400mL / phút UP200Ht, UP400St
0.1 đến 20L 00,2 đến 4L / phút UIP2000hdT
10 đến 100L 2 đến 10L / phút UIP4000hdT
N.A. 10 đến 100L / phút UIP16000
N.A. lớn hơn Cụm UIP16000

Liên hệ chúng tôi! / Hỏi chúng tôi!

Yêu cầu thêm thông tin

Vui lòng sử dụng mẫu dưới đây để yêu cầu thêm thông tin về bộ vi xử lý siêu âm, ứng dụng và giá cả. Chúng tôi sẽ vui mừng để thảo luận về quá trình của bạn với bạn và để cung cấp cho bạn một hệ thống siêu âm đáp ứng yêu cầu của bạn!










Hielscher Ultrasonics sản xuất hiệu suất cao siêu âm homogenizers cho sự phân tán, nhũ tương và khai thác tế bào.

Công suất cao siêu âm homogenizers từ Phòng thí nghiệm đến PilotCông nghiệp Quy mô.

Văn học/tài liệu tham khảo



Sự kiện đáng biết

Biosynthesis using Cell Factories

A microbial cell factory is a method of bioengineering, which utilizes microbial cells as a production facility. By genetically engineering microbes, the DNA of microorganisms such as bacteria, yeasts, fungi, mammalian cells, or algae is modified turning microbes into cell factories. Cell factories are used to convert substrates into valuable biological molecules, which are used e.g. in food, pharma, chemistry and fuel production. Different strategies of cell factory-based biosynthesis aim at the production of native metabolites, expression of heterologous biosynthetic pathways, or protein expression.
Cell factories can be used to either synthesize native metabolites, to express heterologous biosynthetic pathways, or to express proteins.

Biosynthesis of native metabolites

Native metabolites are defined as biological molecules, which the cells used as cell factory produce naturally. Cell factories produce these biological molecules either intracellularly or a secreted substance. The latter is preferred since it facilitates the separation and purification of the targeted compounds. Examples for native metabolites are amino and nucleic acids, antibiotics, vitamins, enzymes, bioactive compounds, and proteins produced from anabolic pathways of cell.

Heterologus Biosynthetic Pathways

When trying to produce an interesting compound, one of the most important decisions is the choice of production in the native host, and optimize this host, or transfer of the pathway to another well-known host. If the original host can be adapted to an industrial fermentation process, and there are no health-related risks in doing so (e.g., production of toxic by-products), this can be a preferred strategy (as was the case e.g., for penicillin). However, in many modern cases, the potential of using an industrially preferred cell factory and related platform processes out-weighs the difficulty of transferring the pathway.

Protein Expression

The expression of proteins can be achieved via homologous and heterologous ways. In homologous expression, a gene that is naturally present in an organism is over-expressed. Through this over-expression, a higher yield of a certain biological molecule can be produced. For heterologous expression, a specific gene is transferred into a host cell in that the gene is not present naturally. Using cell engineering and recombinant DNA technology, the gene is inserted into the host’s DNA so that the host cell produces (large) amounts of a protein that it would not produce naturally. Protein expression is done in a variety of hosts from bacteria, e.g. E. coli and Bacillis subtilis, yeasts, e.g., Klyuveromyces lactis, Pichia pastoris, S. cerevisiae, filamentous fungi, e.g. as A. niger, and cells derived from multicellular organisms such as mammals and insects. Innummerous proteins are of great commercial interest, including from bulk enzymes, complex bio-pharmaceuticals, diagnostics and research reagents. (cf. A.M. Davy et al. 2017)