Ultrasonic Bioreactors for Fermentation

Siêu âm là một phương tiện hiệu quả để kích thích vi sinh vật bằng các rung động cơ học và xâm thực. Trong một lò phản ứng sonobioreactor / lên men siêu âm, việc xử lý siêu âm các tế bào và mô trở nên có thể kiểm soát cao vì các yếu tố môi trường có thể được xác định chính xác. Với lò phản ứng sinh học siêu âm, sản lượng lên men có thể được tăng cường đáng kể.

Fermentation

Hiệu quả của quá trình lên men phụ thuộc vào điều kiện quá trình: Chất dinh dưỡng, mật độ của môi trường, nhiệt độ, hàm lượng oxy / khí và áp suất là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật. Vi sinh vật cũng như tế bào động vật có vú chỉ phát triển mạnh trong một số điều kiện nhất định. Các điều kiện thích hợp kết hợp với kích thích siêu âm có thể tối đa hóa năng suất lên men.

Kích thích siêu âm vi sinh vật

Các UP400ST là một homogenizer siêu âm được sử dụng để tăng cường lên men bằng cách cải thiện chuyển khối lượng và kích thích tăng trưởng tế bào vi sinh vật.Lên men là một quá trình trao đổi chất chuyển đổi đường thành axit, khí hoặc rượu. Nó xảy ra trong nấm men và vi khuẩn, và cả trong các tế bào cơ thiếu oxy, như trong trường hợp lên men axit lactic. Quá trình lên men cũng được sử dụng rộng rãi hơn để chỉ sự phát triển số lượng lớn của vi sinh vật trên môi trường tăng trưởng, thường với mục tiêu sản xuất một sản phẩm hóa học cụ thể.
Quá trình lên men được thực hiện ở quy mô công nghiệp sử dụng các vi sinh vật như vi khuẩn và nấm để lên men. Sản phẩm lên men được sử dụng trong thực phẩm và công nghiệp nói chung. Hóa chất, chẳng hạn như axit axetic, axit citric và ethanol được sản xuất bằng cách lên men. Tốc độ lên men bị ảnh hưởng bởi nồng độ vi sinh vật, tế bào, thành phần tế bào và enzyme cũng như nhiệt độ và pH. Đối với quá trình lên men hiếu khí, oxy cũng là một yếu tố quan trọng. Gần như tất cả các enzyme được sản xuất thương mại, chẳng hạn như lipase, invertase và rennet, được tạo ra bằng cách lên men với các vi khuẩn biến đổi gen.

Information Request




Note our privacy policy.


 
Nói chung, quá trình lên men có thể được chia thành bốn loại quy trình / giai đoạn:

  • Sản xuất sinh khối (vật liệu tế bào khả thi)
  • Sản xuất các chất chuyển hóa ngoại bào (hợp chất hóa học)
  • Sản xuất các thành phần nội bào (enzyme và các protein khác)
  • Biến đổi chất nền (trong đó chất nền biến đổi chính là sản phẩm)

Sonication trước, trong và sau khi lên men

Sonication, ứng dụng của sóng siêu âm tần số thấp, có thể được sử dụng trước, trong và sau khi lên men theo nhiều cách khác nhau và ở các giai đoạn khác nhau của quá trình lên men.

Điều trị tiền lên men siêu âm – Cải thiện tính sẵn có của sinh khối

  1. Cải thiện chuyển khối lượng: Sonication như tiền xử lý được sử dụng để thúc đẩy chuyển khối lượng và làm cho chất nền có sẵn hơn cho các vi khuẩn. Trộn siêu âm thúc đẩy việc chuyển khối lượng chất nền và các sản phẩm ra khỏi các tế bào vi sinh vật. Tăng cường siêu âm chuyển khối lượng có thể được áp dụng như tiền xử lý cũng như trong quá trình lên men.
  2. Cell Disruption: Sonication có thể được sử dụng để phá vỡ thành tế bào và màng, đặc biệt là trong nuôi cấy vi sinh vật hoặc nấm men. Điều này giúp giải phóng các thành phần nội bào, chẳng hạn như enzyme hoặc chất chuyển hóa, có thể cải thiện hiệu suất lên men hoặc tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình hạ nguồn.
  3. Khai thác các hợp chất nội bào: Sonication có thể hỗ trợ trong việc khai thác các hợp chất nội bào từ vật liệu sinh học trước khi lên men. Điều này bao gồm chiết xuất enzyme, protein, axit nucleic hoặc các hợp chất đích khác từ tế bào, mô hoặc nguyên liệu thực vật để sử dụng tiếp theo trong quá trình lên men.

Ví dụ, tiền xử lý siêu âm vỏ gạo đã được sử dụng để tăng cường thủy phân enzyme cho sản xuất xylooligosaccharides bởi Aspergillus japonicus (var. japonicus CY6-1). Bằng cách sonication, việc sản xuất các enzyme cellulolytic và xylanolytic từ vỏ gạo đã được tăng cường đáng kể. Năng suất hemicellulose được tăng lên 1,4 lần dưới sonication và thời gian sản xuất được rút ngắn đáng kể từ 24 giờ xuống 1,5 giờ ở 80ºC – với tiềm năng tối ưu hóa quy trình hơn nữa. Sinh khối sonicated dễ dàng chuyển đổi hơn nhiều đối với nấm để sự ổn định của hoạt động enzyme được mở rộng và hoạt động của CMCase, b-glucosidase và xylanase được tăng lên so với vỏ gạo không sonicated. Các sản phẩm lên men cuối cùng là xylotetraose, xylohexaose, và xylooligosaccharides trọng lượng phân tử cao hơn. Năng suất xylohexaose từ vỏ lúa sonicated cao hơn 80%.

UIP500hdT sonicator cho quá trình lên men kombucha

Sonication trước khi lên men làm tăng các chất dinh dưỡng lên men có sẵn

Ultrasonically hỗ trợ lên men – Kích thích vi khuẩn

  • Trộn và đồng nhất: Sonication có thể được sử dụng như một kỹ thuật trộn trong quá trình lên men. Việc ứng dụng sóng siêu âm giúp tạo ra vi dòng và thúc đẩy tính đồng nhất, đảm bảo phân phối đồng đều các chất dinh dưỡng, khí và vi sinh vật trong bình lên men.
  • Tăng cường chuyển giao khối lượng: Liên quan đến cải thiện trộn và đồng nhất là tốc độ truyền khối lượng được cải thiện siêu âm trong quá trình lên men. Siêu âm dao động và cavitation tạo ra nhiễu loạn cục bộ và tăng cường sự khuếch tán chất nền, khí và chất dinh dưỡng vào nước dùng lên men. Điều này có thể cải thiện hiệu quả tổng thể và năng suất của quá trình lên men.
  • Cải thiện khả năng tồn tại của tế bào và hoạt động trao đổi chất: Sonication có thể được áp dụng cho nuôi cấy vi sinh vật trong quá trình lên men để tăng cường khả năng tồn tại của tế bào và hoạt động trao đổi chất. Sonication nhẹ có thể kích thích một số vi sinh vật, thúc đẩy tăng trưởng, sản xuất sinh khối và tổng hợp các chất chuyển hóa hoặc sản phẩm lên men mong muốn.

Ultrasonicators của Hielscher được sử dụng để tăng cường quá trình lên men, ví dụ như sinh tổng hợp proteinSonication có thể kiểm soát chính xác và lặp lại giúp cải thiện năng suất của các quá trình lên men khác nhau mà không làm hỏng tế bào. Cường độ sonication có thể được điều chỉnh chính xác với các loài tế bào cụ thể và các yêu cầu của nó. Bằng cách kiểm soát sonication, sự tăng trưởng và trao đổi chất của tế bào bị ảnh hưởng tích cực và các chuyển đổi được xúc tác bởi các tế bào sống được cải thiện đáng kể, ví dụ như kích thích Bifidobacteria trong sữa.
Đối với một số quá trình lên men do nấm, sonication được sử dụng thành công để sửa đổi hình thái tăng trưởng và lưu biến nước dùng mà không ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng và năng suất của nấm sợi.

Siêu âm sau lên men điều trị

  • Thu hoạch và phân tách tế bào: Sonication có thể hỗ trợ thu hoạch tế bào và tách sau khi lên men. Nó có thể hỗ trợ phá vỡ các tập hợp tế bào, chất keo tụ hoặc màng sinh học, tạo điều kiện giải phóng các tế bào từ nước dùng lên men. Điều này đơn giản hóa các quá trình hạ nguồn tiếp theo, chẳng hạn như phục hồi tế bào hoặc tinh chế sản phẩm.
  • Khai thác các sản phẩm nội bào: Sau khi lên men, sonication có thể được sử dụng để chiết xuất các sản phẩm nội bào, chẳng hạn như enzyme, protein, hoặc các chất chuyển hóa thứ cấp, từ sinh khối vi sinh vật hoặc tế bào. Quá trình chiết xuất này giúp thu hồi các hợp chất có giá trị và cải thiện năng suất tổng thể của quá trình lên men.
  • Sự tan rã tế bào cho mục đích phân tích: Sonication có thể được áp dụng để phá vỡ các tế bào hoặc mẫu vi sinh vật sau khi lên men, đặc biệt cho mục đích phân tích. Nó hỗ trợ ly giải tế bào và giải phóng nội dung nội bào, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích các thành phần tế bào hoặc thực hiện các xét nghiệm xuôi dòng.

Để sản xuất các thành phần nội bào như enzyme vi sinh vật (ví dụ catalase, amylase, protease, pectinase, glucose isomerase, cellulase, hemicellulase, lipase, lactase, streptokinase) và protein tái tổ hợp (ví dụ insulin, vắc-xin viêm gan B, interferon, yếu tố kích thích khuẩn lạc bạch cầu hạt, streptokinase), các tế bào phải được ly giải / phá vỡ sau quá trình lên men để giải phóng các protein mong muốn. Bằng cách sonication, việc chiết xuất các phức hợp polysacarit-protein nội bào và ngoại bào từ nước dùng lên men sợi nấm nhớt được tạo điều kiện. Bên cạnh năng suất và hiệu quả khai thác vượt trội của nó, sonication được thiết lập tốt và đáng tin cậy cho ly giải tế bào và khai thác các chất nội bào.
Bấm vào đây để đọc mor về ly giải siêu âm và khai thác!

Lò phản ứng sinh học siêu âm để cải thiện quá trình lên men

Hielscher Ultrasonics là thời gian dài kinh nghiệm với ultrasonically kích thích quá trình sinh học như kích thích tế bào, lên men, phá vỡ tế bào và khai thác. Chúng tôi cung cấp các lò phản ứng siêu âm tiêu chuẩn khác nhau có kích thước và hình dạng khác nhau để sonication ở chế độ hàng loạt và dòng chảy. Ngoài ra, chúng tôi cung cấp các giải pháp tùy chỉnh để tích hợp vào lò phản ứng sinh học hiện có của bạn. Kể từ khi bộ vi xử lý siêu âm của chúng tôi là rất linh hoạt và chỉ yêu cầu không gian nhỏ, trang bị thêm vào các nhà máy công nghệ sinh học hiện có có thể được thực hiện mà không có vấn đề.
Đọc thêm về các loại lò phản ứng siêu âm, thiết kế và ứng dụng ở đây!
Bảng dưới đây, cho biết các khuyến nghị chung về thiết bị tùy thuộc vào khối lượng lô hoặc tốc độ dòng chảy cần xử lý. Nhấp vào loại thiết bị để biết thêm thông tin về từng thiết bị.

batch Khối lượngTốc độ dòngRecommended Devices
0.5 to 1.5mLn.a.VialTweeter
1 to 500mL10 to 200mL/minUP100H
10 to 2000mL20 to 400mL/minUP200Ht, UP400S
0.1 to 20L0.2 to 4L/minUIP1000hdT, UIP2000hdt
10 to 100L2 to 10L/minUIP4000
n.a.10 to 100L/minUIP16000
n.a.largercluster of UIP16000
Sonication cải thiện quá trình lên men. Khai thác siêu âm làm cho chất dinh dưỡng lên men có sẵn, kích động siêu âm kích thích vi khuẩn và thúc đẩy sự khuấy động đồng đều của văn hóa lên men.

sonicator UIP1000hdT với tế bào dòng chảy để tăng cường siêu âm các quá trình lên men

Contact Us! / Ask Us!

Please use the form below, if you wish to request additional information about ultrasonic homogenization. We will be glad to offer you an ultrasonic system meeting your requirements.









Please note our privacy policy.


Văn học/Tài liệu tham khảo

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

Đồng nhất siêu âm công suất cao từ Phòng thí nghiệm to phi côngCông nghiệp vảy.

We will be glad to discuss your process.

Let's get in contact.