Sản xuất siêu âm Schizophyllan beta-glucans tinh khiết cao

Schizophyallan là một loại nấm β-glucan có đặc tính điều hòa miễn dịch. Để có tác dụng y học hoạt tính cao, schizophyllan phải có trọng lượng phân tử thấp để cho thấy sinh khả dụng được cải thiện. Siêu âm đã được chứng minh là làm giảm trọng lượng phân tử của schizophyllan. Là phương pháp đáng tin cậy và hiệu quả, siêu âm có thể dễ dàng được áp dụng để sản xuất schizophyllan trọng lượng phân tử thấp.

Nấm Schizophyllum và chiết xuất beta-glucan siêu âm

Các loài nấm Schizophyllum mọc trong tự nhiên trên những cây mục nát sau mùa mưa. Quả thể được thu hái vào mùa khô tiếp theo. Các loài Schizophyllum rất giàu các hợp chất sinh hóa như glucans và do đó được tiêu thụ đặc biệt ở các nước nhiệt đới làm thực phẩm và thuốc. Do đặc tính điều hòa miễn dịch, kháng nấm, kháng ung thư và kháng vi-rút, xã Schizophyllum, còn được gọi là nấm Splitgill, đã thu hút các công ty công nghệ sinh học và dược phẩm.
Polysaccharide schizophyllan, còn được gọi là sizofiran, sonifilan hoặc sizofilan, là β-glucan chính được tìm thấy trong nấm Schizophyllum, cung cấp hoạt tính sinh học hiệu quả cao β-glucan schizophyllan.
Nấm xã Schizophyllum mọc trong tự nhiên trên cây, nấm cũng có thể được nuôi cấy trong nước dùng lên men. Đối với các ứng dụng dược phẩm và mỹ phẩm, schizophyllan trọng lượng phân tử thấp hiệu quả hơn nhiều so với schizophyllan trọng lượng phân tử cao. Điều này là do thực tế là schizophyllan trọng lượng phân tử thấp cho thấy tỷ lệ hấp thụ và sinh khả dụng tốt hơn đáng kể. Ngoài ra, schizophyllan trọng lượng phân tử cao thường có vấn đề trong các ứng dụng vì nó dẫn đến độ nhớt cao của dung dịch nước của nó.
Giảm kích thước siêu âm là một kỹ thuật hiệu quả cao và đáng tin cậy để giảm trọng lượng phân tử của schizophyllan, do đó tăng chất lượng của phân tử β-glucan.

Giao thức sản xuất Schizophyllan trọng lượng phân tử thấp

Vì schizophyllan trọng lượng phân tử thể hiện sinh khả dụng và đặc tính ứng dụng tốt hơn đáng kể, nhóm nghiên cứu của Smirnou đã nghiên cứu siêu âm để phân tách và giảm kích thước của phân tử β-glucan schizophyllan.

Siêu âm Schizophyllan

β-1.3(1.6)-Glucan schizophyllan (SPG) được sản xuất bằng cách nuôi cấy nấm S. commune trong lò phản ứng sinh học sử dụng sucrose làm chất nền.
Sau khi kết thúc canh tác, nước dùng nuôi cấy được pha loãng với nước khử khoáng đến nồng độ schizophyllan 2 g / L và siêu âm bằng bộ xử lý siêu âm UIP2000hdT (Hielscher Ultrasonics GmbH, Đức) ở chế độ tái chế ở các thông số và điều kiện sau: lưu lượng trung bình 50 mL / s, tần số 20 kHz, đầu ra 2000 W, loại sonotrode BS2d22, loại tăng áp B2-1.4 và biên độ 100%. Nhiệt độ nước dùng nuôi cấy khi bắt đầu sonication là 25 ° C. Nước dùng nuôi cấy siêu âm (đầu vào năng lượng cụ thể 100 Ws / mL) được lọc qua bộ lọc độ sâu Seitz HS800 dưới áp suất 1,5 bar ở 40 °C. Schizophyllan siêu âm (uSPG) cho đặc tính hóa học đã được kết tủa từ dịch lọc với ba lượng rượu isopropyl ở nhiệt độ phòng thí nghiệm, và sấy khô ở 60 ° C cho các giải pháp uSPG 12h cho các nghiên cứu miễn dịch đã được chuẩn bị như sau: (1) dịch lọc nước dùng nuôi cấy siêu âm được lọc qua băng PES Pall Centramate T-series 0,1m2 (cắt 100 kDa) ở 0,8 bar và lọc tiếp tục cho đến khi độ dẫn điện tạm thời là 20 μS / cm; (2) dung dịch được cô đặc bằng cách lọc đến nồng độ uSPG 1 g / L và khử trùng bằng nồi hấp ở 120 ° C / 20 phút. uSPG biến tính được điều chế theo cách tương tự, ngoại trừ NaOH được thêm vào nước dùng nuôi cấy dịch lọc ở nồng độ 0,2 M và dung dịch kiềm hóa được ủ trong 30 phút ở nhiệt độ phòng thí nghiệm trước khi lọc.

Phương pháp phân tích

Năng suất sợi nấm được ước tính theo trọng lượng: nước dùng nuôi cấy được pha loãng với nước 1:4, ly tâm 10000 × g ở 25 ° C trong 20 phút, kết tủa được rửa sạch bằng lượng nước gấp ba, sấy khô ở 60 ° C và cân nặng. Schizophyllan được kết tủa từ phần trên với lượng cồn isopropyl gấp ba lần, sấy khô ở 60°C trong 24 giờ và năng suất của nó được xác định theo trọng lượng. pO2 trong nước dùng nuôi cấy được đo bằng đầu dò quang học Hamilton-Visiferm DO 120 (Hamilton, Thụy Sĩ).
Độ nhớt động của nước dùng nuôi cấy được đo trên Máy kiểm tra độ nhớt HAAKE 6L với trục chính 1L và 2L ở 4 ° C và tốc độ quay 30 vòng / phút. Tốc độ lọc được tính từ thời gian lọc của nước dùng nuôi cấy 500 mL thông qua bộ lọc độ sâu 200 × 200 mm Seitz HS800 (Pall, Hoa Kỳ) ở áp suất 1,5 bar và 40 ° C.
Trọng lượng phân tử uSPG được đo bằng SEC-MALLS trên hệ thống HPLC Alliance (Waters) với các cột PL aquagel OH60 và PL aquagel OH40 được kết nối nối tiếp, và máy dò miniDAWN TREOS (Wyatt) được cô đặc bằng cách lọc đến nồng độ uSPG 1 g / L và khử trùng bằng cách hấp tiệt trùng ở 120 ° C / 20 phút. uSPG biến tính được điều chế theo cách tương tự, ngoại trừ NaOH được thêm vào dịch lọc nước dùng nuôi cấy ở nồng độ 0,2 M và dung dịch kiềm được ủ trong 30 phút ở nhiệt độ phòng thí nghiệm trước khi lọc lọc.

Kết quả:
Xử lý siêu âm được áp dụng trực tiếp cho nước dùng nuôi cấy S. commune 144-h với sợi nấm để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý hạ nguồn SPG.
 
Đặc điểm của Schizophyllan Sonicated: Schizophyllan siêu âm (uSPG) được kết tủa từ dịch lọc nước dùng nuôi cấy bằng rượu và được đặc trưng. SEC-MALLS ước tính Mw của uSPG là khoảng 1 MDa. Trọng lượng phân tử trung bình của schizophyllan từ quá trình lên men lỏng là khoảng 5 MDa, trong khi trong canh tác ở trạng thái rắn, nó có thể lên đến 10 MDa. So sánh trọng lượng phân tử của schizophyllan siêu âm với trọng lượng phân tử của schizophyllan bản địa không được xử lý, trọng lượng phân tử giảm từ 5 đến 10 lần có thể được quan sát thấy do siêu âm.
Polysaccharide uSPG sonicated chứa 0,7% protein w / w và dư lượng 1,0% w / w sau khi đánh lửa. uSPG thủy phân bao gồm glucose với hơn 99%. Các kết quả phân tích chỉ ra rằng sonication tách xương sống β-glucan một cách ngẫu nhiên và các nhánh bên vẫn còn nguyên vẹn, do đó làm giảm kích thước và trọng lượng phân tử của schizophyllan. Các nghiên cứu miễn dịch về uSPG tự do protein và nội độc tố cho thấy, schizophyllan siêu âm low-Mw có hoạt động điều hòa miễn dịch rõ rệt.

 
Giảm độ nhớt: Siêu âm dẫn đến giảm đáng kể độ nhớt của nước dùng nuôi cấy. Trong quá trình siêu âm, độ nhớt của nước dùng nuôi cấy thay đổi phi tuyến: độ nhớt giảm nhanh chóng khi bắt đầu siêu âm, nhưng sau đó nó chậm lại. Năng lượng riêng đầu vào 100 Ws / mL là đủ để giảm độ nhớt của nước dùng nuôi cấy gần 7 lần.

Cải thiện lọc: Nước dùng nuôi cấy đã qua sóng siêu âm chảy qua bộ lọc nhanh hơn nước dùng nuôi cấy chưa qua xử lý (đầu vào năng lượng riêng 0 Ws / mL) với SPG phân tử cao. Bên cạnh đó, siêu âm làm giảm đáng kể thất thoát sản phẩm trong quá trình lọc. Lọc của nước hầm nuôi cấy chưa qua xử lý với SPG phân tử cao (năng lượng riêng đầu vào 0 Ws / mL) chứa 0,3 ± 0,07 g / L SPG, trong khi nồng độ SPG trước khi lọc sâu là 2 g / L. Ngược lại, dịch lọc của nuôi cấy siêu âm 100 Ws / mL đều chứa SPG ở nồng độ 2,2 ± 0,2 g / L, tương ứng với tổn thất sản phẩm gần như bằng không.

Kết thúc: Trong kết luận của họ, nhóm nghiên cứu tiếp tục rằng xử lý siêu âm là một công nghệ hiệu quả để sản xuất schizophyllan trọng lượng phân tử thấp, sau đó có thể được sử dụng trong mỹ phẩm và y học. Siêu âm, khi được áp dụng trên nước dùng nuôi cấy hoàn chỉnh với sợi nấm, mang lại những lợi thế nhất định cho việc sản xuất schizophyllan. Nó làm giảm tổn thất sản phẩm trong quá trình xử lý hạ nguồn và làm cho việc sản xuất polysaccharide tinh khiết cao có thể thực hiện được do sử dụng hiệu quả siêu lọc.
Ngoài ra, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng quá trình xử lý siêu âm của schizophyllan có thể dễ dàng mở rộng. Một đơn vị của máy phân hủy siêu âm nhà máy thí điểm UIP2000hdT đã xử lý 1 lít nước dùng nuôi cấy trong 110 giây ở chế độ dòng chảy. Năng suất của hệ thống có thể dễ dàng tăng lên bằng cách kết nối tuần tự các đơn vị siêu âm bổ sung.

 
Đọc thêm về việc mở rộng quy mô đơn giản của chiết xuất nấm!
 

Thiết bị siêu âm hiệu suất cao để xử lý nấm glucan

Sự phân mảnh của các polysaccharid như glucans cũng như các hợp chất hoạt tính sinh học khác như chitin và chitosan có thể được xử lý một cách đáng tin cậy với thiết bị siêu âm hiệu suất cao Hielscher. Máy siêu âm của chúng tôi có thể cung cấp biên độ cao, cung cấp khả năng kiểm soát chính xác đối với các thông số quy trình và có thể hoạt động 24/7 dưới tải nặng và trong môi trường khắt khe. Phạm vi thiết bị siêu âm Hielscher đáp ứng các yêu cầu này một cách đáng tin cậy. Bên cạnh hiệu suất siêu âm vượt trội, máy siêu âm Hielscher tự hào có hiệu suất năng lượng cao, đây là một lợi thế kinh tế đáng kể – đặc biệt là khi được sử dụng trong sản xuất thương mại quy mô lớn.
Máy siêu âm Hielscher là hệ thống hiệu suất cao có thể được trang bị các phụ kiện như sonotrodes, bộ tăng cường, lò phản ứng hoặc tế bào dòng chảy để phù hợp với nhu cầu quy trình của bạn một cách tối ưu. Với màn hình màu kỹ thuật số, tùy chọn chạy siêu âm cài đặt trước, ghi dữ liệu tự động trên thẻ SD tích hợp, điều khiển trình duyệt từ xa và nhiều tính năng khác, kiểm soát quy trình cao nhất và thân thiện với người dùng được đảm bảo. Kết hợp với độ bền và khả năng chịu tải nặng, hệ thống siêu âm Hielscher là con ngựa làm việc đáng tin cậy của bạn trong sản xuất. Việc giảm trọng lượng phân tử của các chất β-glucan như schizophyllan đòi hỏi siêu âm mạnh mẽ để có được sự phân tách mục tiêu và sản phẩm schizophyllan cuối cùng có chất lượng cao, có thể được sử dụng cho các ứng dụng dược phẩm.
 
Tìm thêm thông tin về chiết xuất beta-glucan siêu âm từ nấm bao gồm hướng dẫn từng bước tại đây!
 
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi: