Cell immobilization has been used t

Cell immobilization has been used to perform high cell density fermentations for both cell and metabolite production. For food applications, cell entrapment in foodgrade biopolymer gel matrices (e.g.k-carrageenan, alginate and gellan) has been most widely used. Several advantages over free-cell fermentations have been demonstrated: high cell densities, reuse of biocatalysts, improved resistance to contamination and bacteriophage attack, enhancement of plasmid stability, prevention from washing-out during continuous cultures, and the physical and chemical protection of cells. The immobilization and growth of cells in porous solid supports during incubation in a nutritive medium results in the formation of a high cell density region (cell concentrations typically ranging from 5-10 10 to 5-10 11 colony-forming units/ml, which are 10- to 50-fold higher than for traditional batch cultures). This region extends from the biocatalyst surface to a radial position where cell growth is prevented by a lack of substrate, accumulation of inhibitory products and/or other unfavourable environmental conditions such as low pH. Biofilm-type cell growth occurring in the peripheral layers of gel beads has been shown to give a high rate of cell release into the bulk fermentation broth, as a result of high pressure owing to cell expansion, collisions and shearing forces in the bioreactor, leading to an efficient inoculation of the bulk medium. Only a few studies have examined the application of cell immobilization for probiotic production. Continuous fermentation with B. longum immobilized in gellan gum gel beads produced high cell concentrations and fourfold increased volumetric productivity at a dilution rate of 0.5 h -1 when compared with free-cell batch cultures at optimal pH. Doleyres et al. recently showed that immobilization of a mixed culture containing a dominantLactococcus lactisstrain and a less competitiveB. longumstrain allowed stable continuous production of concentrated mixed culture in a two-reactor system similar to that illustrated in Figure 2b; temperature was a crucial parameter for the strain ratio in the mixed culture.
Several studies have shown that immobilized and released bacteria exhibit changes in growth, morphology and physiology compared with cells produced in conventional free-cell cultures (summarized inTable 1for lactic acid bacteria and probiotics, and reviewed by Junteret al. for a variety of other artificially and naturally immobilized microorganisms). However, the effects of immobilization on the technological and physiological characteristics of probiotic bacteria have only recently been reported. In a two-stage continuous culture system containing separately immobilizedB. Longumand L. lactis, as shown inFigure 2b, free cells from both strains in the effluent medium showed increased tolerance to various stresses, including freeze-drying, hydrogen peroxide, simulated gastrointestinal conditions, nisin and antibiotics. The tolerance markedly increased with culture time and was generally higher after 6 days than that of stationary-phase cells produced during free-cell batch fermentations. Other recent studies with immobilized lactobacilli also detected important physiological changes, such as a large increase in cell tolerance to nisin Z and low pH, enhanced acidification capacity, induction of aggregation, and high production of insoluble exopolysaccharides.
Several factors have been proposed to account for the non-specific stress adaptation of immobilized cells: the presence of a steep gradient of inhibitory products (organic acids) and pH in the active biocatalysts, owing to high cell concentrations and activity and diffusion limitations; the selection of stress-resistant subpopulations with time; and quorum sensing effects. The very high cell packing in peripheral layers of beads and the close contacts between immobilized cells might induce physiological characteristics that are typically controlled by quorum sensing and regulate the expression of certain genes. In a cell-density-dependent quorum-sensing system, bacteria produce extracellular signaling molecules such as peptides or post-translationally modified peptides that act as inducers for gene expression when concentrations of these molecules exceed a certain threshold value. These changes might eventually lead to competitive advantages for the population, more effective adaptation and responses to changing environmental conditions, or the co-ordination of interactions between bacteria and their abiotic and biotic environments. As such, cells produced by immobilized cell technology might exhibit physiology profiles that are better suited for adaptation to growth in the very competitive conditions of the gastrointestinal tract, but this remains to be demonstrated.
Current data suggest that cell immobilization combined with continuous culture might be used to efficiently produce, in a one-step process, probiotic cells with enhanced tolerance to environmental stresses and improved technological and functional characteristics. Moreover, a second fermentation stage can be added to perform additional adaptation under conditions of starvation or other sublethal stresses. However, additional studies are needed to unravel the molecular and physiological mechanisms of these effects and to develop industrial applications based on this innovative technology.
Biomarkers for viability and functionality assessment and for process monitoring
Because probiotics must maintain optimal viability in both products and the gut, previous studies on technology and stress adaptation of probiotic bacteria have almost exclusively relied on cell viability measurements, mainly with plate counts. However, culture-based methods provide only a biased estimate of viable cell numbers because

Kết quả (Việt) 1:

Cố định di động đã được sử dụng để thực hiện các tế bào cao mật độ fermentations sản xuất tế bào và chất chuyển hóa. Cho các ứng dụng thực phẩm, tế bào bẫy trong foodgrade biopolymer gel ma trận (e.g.k-carrageenan, Nitrite NaNO2 và gellan) đã được rộng rãi nhất sử dụng. Một số lợi thế hơn miễn phí di động fermentations đã được chứng minh: mật độ cao di động, tái sử dụng của biocatalysts, cải thiện kháng cự yếu ớt để ô nhiễm và bacteriophage tấn công, nâng cao ổn định plasmid, công tác phòng chống rửa-out trong nền văn hóa liên tục và bảo vệ vật lý và hóa học của tế bào. Cố định và tăng trưởng của các tế bào trong xốp hỗ trợ vững chắc trong thời gian ủ bệnh trong một môi trường dinh dưỡng kết quả trong sự hình thành của một vùng mật độ cao di động (tế bào nồng độ thường khác nhau, từ 5-10 10 đến 5-10 11 thuộc địa hình thành đơn vị/ml, đó là 10 - đến 50 - fold cao hơn cho nền văn hóa truyền thống lô). Khu vực này kéo dài từ bề mặt biocatalyst vị xuyên tâm nơi tăng trưởng tế bào ngăn cản bởi thiếu chất nền, tích lũy của ức chế các sản phẩm và/hoặc các điều kiện môi trường bất lợi chẳng hạn như pH thấp. Biofilm-loại tế bào tăng trưởng xảy ra trong các lớp ngoại vi của gel hạt đã được hiển thị để cung cấp cho một tỷ lệ cao của tế bào phát hành vào sự lên men với số lượng lớn nước luộc, là kết quả của áp lực cao do mở rộng di động, va chạm và lực lượng cắt ở bioreactor, dẫn đến một tiêm chủng hiệu quả của các phương tiện với số lượng lớn. Chỉ có một vài nghiên cứu đã kiểm tra các ứng dụng di động cố định cho probiotic sản xuất. Liên tục quá trình lên men với B. longum hỏng trong gellan kẹo cao su gel hạt sản xuất nồng độ cao di động và số tăng thể tích năng suất một tỷ lệ pha loãng cách 0.5 h -1 khi so sánh với hàng loạt di động miễn phí văn hóa ở pH tối ưu. Doleyres et al. mới cho thấy rằng cố định của một nền văn hóa khác nhau có chứa một lactisstrain dominantLactococcus và một competitiveB ít. longumstrain cho phép ổn định sản xuất liên tục của nền văn hóa khác nhau tập trung trong một hệ thống hai-lò phản ứng tương tự như minh họa trong hình 2b; nhiệt độ là một tham số quan trọng cho tỷ lệ căng thẳng trong các nền văn hóa khác nhau.Several studies have shown that immobilized and released bacteria exhibit changes in growth, morphology and physiology compared with cells produced in conventional free-cell cultures (summarized inTable 1for lactic acid bacteria and probiotics, and reviewed by Junteret al. for a variety of other artificially and naturally immobilized microorganisms). However, the effects of immobilization on the technological and physiological characteristics of probiotic bacteria have only recently been reported. In a two-stage continuous culture system containing separately immobilizedB. Longumand L. lactis, as shown inFigure 2b, free cells from both strains in the effluent medium showed increased tolerance to various stresses, including freeze-drying, hydrogen peroxide, simulated gastrointestinal conditions, nisin and antibiotics. The tolerance markedly increased with culture time and was generally higher after 6 days than that of stationary-phase cells produced during free-cell batch fermentations. Other recent studies with immobilized lactobacilli also detected important physiological changes, such as a large increase in cell tolerance to nisin Z and low pH, enhanced acidification capacity, induction of aggregation, and high production of insoluble exopolysaccharides.Một số yếu tố đã được đề xuất vào tài khoản cho thích ứng không đặc hiệu căng thẳng của hỏng các tế bào: sự hiện diện của một gradient dốc ức chế sản phẩm (axit hữu cơ) và độ pH trong hoạt động biocatalysts, do nồng độ cao di động và hoạt động và phổ biến hạn chế; việc lựa chọn của các quần thể chống căng thẳng với thời gian; và đại biểu cảm biến tác dụng. Các tế bào rất cao đóng gói ở ngoại vi lớp hạt và địa chỉ liên hệ chặt chẽ giữa các tế bào hỏng có thể gây ra các đặc điểm sinh lý mà thường được điều khiển bởi đại biểu cảm biến và điều chỉnh sự biểu hiện của gen nhất định. Trong một tế bào mật độ phụ thuộc vào đại biểu cảm biến hệ thống, vi khuẩn sản xuất ngoại bào phân tử tín hiệu như peptide hoặc peptide post-translationally lần hoạt động như inducers cho biểu hiện gen khi nồng độ của các phân tử này vượt quá giá trị ngưỡng nhất định. Những thay đổi này có thể cuối cùng dẫn đến các lợi thế cạnh tranh cho dân, hiệu quả hơn thích ứng và phản ứng với thay đổi điều kiện môi trường, hoặc phối hợp của các tương tác giữa vi khuẩn và môi trường abiotic và kháng sinh. Vì thế, tế bào được sản xuất bởi công nghệ tế bào hỏng có thể triển lãm hồ sơ sinh lý học được tốt hơn thích hợp cho thích ứng với sự tăng trưởng trong các điều kiện rất cạnh tranh của đường tiêu hóa, nhưng điều này vẫn còn để được chứng minh.Current data suggest that cell immobilization combined with continuous culture might be used to efficiently produce, in a one-step process, probiotic cells with enhanced tolerance to environmental stresses and improved technological and functional characteristics. Moreover, a second fermentation stage can be added to perform additional adaptation under conditions of starvation or other sublethal stresses. However, additional studies are needed to unravel the molecular and physiological mechanisms of these effects and to develop industrial applications based on this innovative technology.Biomarkers for viability and functionality assessment and for process monitoringBecause probiotics must maintain optimal viability in both products and the gut, previous studies on technology and stress adaptation of probiotic bacteria have almost exclusively relied on cell viability measurements, mainly with plate counts. However, culture-based methods provide only a biased estimate of viable cell numbers because

Kết quả (Việt) 2:

Tế bào cố định đã được sử dụng để thực hiện quá trình lên men mật độ tế bào cao cho cả tế bào và chất chuyển hóa sản xuất. Đối với ứng dụng thực phẩm, ngậm tế bào trong foodgrade ma trận gel biopolymer (egk-carrageenan, alginate và gellan) đã được sử dụng rộng rãi nhất. Một số ưu điểm so với quá trình lên men tự do di động đã được chứng minh: mật độ tế bào cao, tái sử dụng biocatalysts, cải thiện khả năng chống ô nhiễm và tấn công vi khuẩn, tăng cường sự ổn định của plasmid, phòng chống rửa ra trong nền văn hóa liên tục, và bảo vệ vật lý và hóa học của tế bào. Các vận động và phát triển của các tế bào trong sự hỗ trợ vững chắc trong quá trình ủ bệnh xốp trong một dinh dưỡng kết quả trung bình trong việc hình thành một khu vực mật độ tế bào cao (nồng độ tế bào khác nhau, thường từ 5-10 10 đến 05-ngày 10 tháng 11 thuộc địa hình thành các đơn vị / ml, trong đó có từ 10 đến 50 lần cao hơn so với các nền văn hóa truyền thống hàng loạt). Khu vực này kéo dài từ bề mặt -chất xúc tác sinh đến một vị trí bố trí hình tròn, nơi tăng trưởng tế bào được ngăn ngừa bằng một thiếu chất nền, tích tụ các chất ức chế và / hoặc các điều kiện môi trường không thuận lợi khác như pH thấp. Tăng trưởng tế bào màng sinh học loại xảy ra trong các lớp ngoại vi của hạt gel đã được hiển thị để cung cấp cho một tỷ lệ cao của phiên bản di động vào nước dùng lên men lượng lớn, như là kết quả của áp suất cao do mở rộng di động, va chạm và lực cắt trong các phản ứng sinh học, hàng đầu để một cấy hiệu quả của các phương tiện số lượng lớn. Chỉ có một vài nghiên cứu đã xem xét các ứng dụng của tế bào cố định cho sản xuất probiotic. Lên men liên tục với B. longum cố định trong hạt gel kẹo cao su gellan sản xuất nồng độ tế bào cao gấp bốn lần và tăng năng suất thể tích với tỷ lệ pha loãng 0,5 h -1 khi so sánh với các nền văn hóa hàng loạt miễn phí-cell ở pH tối ưu. Doleyres et al. thời gian gần đây cho thấy rằng bất động của một nền văn hóa hỗn hợp có chứa một lactisstrain dominantLactococcus và một competitiveB ít. longumstrain phép sản xuất liên tục ổn định của nền văn hóa pha trộn tập trung trong một hệ thống hai lò phản ứng tương tự như minh họa trong hình 2b; Nhiệt độ là một thông số rất quan trọng đối với tỷ lệ biến dạng trong các nền văn hóa khác nhau.
Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng những thay đổi vi khuẩn cố định và công bố triển lãm trong tăng trưởng, hình thái và sinh lý so với các tế bào sản xuất trong các nền văn hóa tự do di truyền (tóm tắt inTable 1for vi khuẩn axit lactic và chế phẩm sinh học , và xem xét bởi Junteret al. cho một loạt các vi sinh vật nhân tạo và tự nhiên cố định khác). Tuy nhiên, ảnh hưởng của cố định trên các đặc điểm công nghệ và sinh lý của vi khuẩn probiotic đã chỉ gần đây được báo cáo. Trong một hệ thống nuôi liên tục hai giai đoạn riêng biệt có chứa immobilizedB. Longumand L. lactis, như inFigure 2b, tế bào miễn phí từ cả hai chủng trong môi trường nước thải cho thấy tăng khả năng chịu áp lực khác nhau, trong đó có đông khô, hydrogen peroxide, bệnh tiêu hóa mô phỏng, nisin và kháng sinh. Sự khoan dung rõ rệt tăng theo thời gian nuôi cấy và nói chung là cao hơn sau 6 ngày so với các tế bào tĩnh pha được sản xuất trong quá trình lên men batch free-cell. Các nghiên cứu gần đây khác với lactobacilli cố định cũng phát hiện những thay đổi sinh lý quan trọng, chẳng hạn như là một sự gia tăng lớn trong khoan dung di động để nisin Z và pH thấp, tăng cường khả năng axit hóa, cảm ứng của tập hợp và sản xuất cao exopolysaccharides không hòa tan.
Một số yếu tố đã được đề xuất để chiếm sự thích ứng không đặc hiệu căng thẳng của các tế bào cố định: sự hiện diện của một gradient dốc của các sản phẩm ức chế (axit hữu cơ) và pH trong biocatalysts hoạt động, do nồng độ tế bào cao và hoạt động và khuếch tán hạn chế; việc lựa chọn quần xã stress kháng với thời gian; và số đại biểu cần hiệu ứng cảm biến. Các tế bào rất cao đóng gói trong các lớp ngoại vi hạt và các địa chỉ liên hệ chặt chẽ giữa các tế bào cố định có thể gây ra các đặc điểm sinh lý và thông thường được điều khiển bởi cảm biến quy định và điều chỉnh sự biểu hiện của gen nhất định. Trong một hệ thống quorum sensing-cell-mật độ phụ thuộc, vi khuẩn tạo ra phân tử tín hiệu ngoại bào như peptides hoặc sửa đổi peptide-translationally bài mà hành động như gây cảm ứng cho biểu hiện gen khi nồng độ của các phân tử này vượt quá giá trị ngưỡng nhất định. Những thay đổi này cuối cùng có thể dẫn đến lợi thế cạnh tranh cho dân, thích ứng hiệu quả hơn và phản ứng với sự thay đổi điều kiện môi trường, hoặc sự phối hợp của các tương tác giữa vi khuẩn và phi sinh học và môi trường sinh học. Như vậy, các tế bào được sản xuất bằng công nghệ tế bào cố định có thể triển lãm profile sinh lý thích hợp hơn để thích ứng với sự phát triển trong điều kiện cạnh tranh của đường tiêu hóa, nhưng điều này vẫn chưa được chứng minh.
dữ liệu hiện tại cho thấy rằng việc cố định tế bào kết hợp với nền văn hóa liên tục có thể là được sử dụng để sản xuất có hiệu quả, trong một quá trình một bước, các tế bào probiotic với tăng cường khả năng chịu áp lực môi trường và cải thiện tính chất công nghệ và chức năng. Hơn nữa, một giai đoạn lên men thứ hai có thể được thêm vào để thực hiện thích ứng thêm điều kiện đói hoặc căng thẳng sublethal khác. Tuy nhiên, nghiên cứu bổ sung là cần thiết để làm sáng tỏ các cơ chế phân tử và sinh lý của các hiệu ứng này để phát triển các ứng dụng công nghiệp dựa trên công nghệ tiên tiến này.
Biomarkers cho khả năng tồn tại và đánh giá chức năng và theo dõi quá trình
Vì probiotics phải duy trì khả năng tồn tại tối ưu trong cả hai sản phẩm và ruột, Các nghiên cứu trước đây về công nghệ và căng thẳng thích ứng của vi khuẩn probiotic đã hầu như chỉ dựa trên các phép đo khả năng di động, chủ yếu với số lượng tấm. Tuy nhiên, phương pháp dựa trên nuôi chỉ cung cấp một ước tính sai lệch về số lượng tế bào khả thi vì