Wie wird der HA-Gehalt in der Fermentationsbrühe analysiert?

Einleitung

Hyaluronsäure (HA) ist ein natürlich vorkommendes Polysaccharid, das in der pharmazeutischen, kosmetischen und biomedizinischen Industrie häufig verwendet wird. Die Herstellung von HA beinhaltet in der Regel die Fermentation von Bakterienstämmen, und die Analyse des HA-Gehalts in der Fermentationsbrühe ist ein entscheidender Schritt im Produktionsprozess, um die Qualität und Reinheit des Endprodukts sicherzustellen. In diesem Artikel werden wir die Methoden zur Analyse des HA-Gehalts in der Fermentationsbrühe besprechen. Wir hoffen, dass Sie deren Vor- und Nachteile kennenlernen und geeignete HA-Produkte für Ihre Forschung oder Ihr Unternehmen auswählen können.

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Abbildung 1. Chemische Struktur von HA

Wie wird HA mit Hilfe der Fermentationsbrühe hergestellt?

Hyaluronsäure wurde auf herkömmliche Weise aus Hahnenkämmen extrahiert, doch wurde dieser Ansatz aufgrund der geringen Extraktionsrate, des komplexen Isolierungsprozesses und der hohen Kosten aufgegeben. Heutzutage wird HA in großem Umfang durch mikrobielle Fermentation hergestellt, bei der HA durch Hyaluronan-Synthase-Enzyme in lebenden Mikroorganismen gebildet wird. Dies hat die folgenden Vorteile.

• Neue Nährstoffe: Es entstehen einige neue Substanzen, die für die Absorption von Vorteil sind.
• Höhere Extraktionsrate: Proteasen, Cellulasen und andere Enzyme fördern das Aufbrechen von Pflanzenzellen und die Freisetzung von Wirkstoffen, wodurch die Ausbeute und die Extraktionsrate von HA erhöht werden.
• Leichtere Absorption: Es werden Polypeptide, Polysaccharide und andere kleine Moleküle in Nanogröße erzeugt, die leichter absorbiert werden können.
• Geringere Nebenwirkungen: Mikrobielle Zellen sind in der Lage, schädliche Substanzen zu zersetzen und unsichere Faktoren zu reduzieren.

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Abbildung 2. Schematische Darstellung von HPLC-Systemen

Weiterführende Lektüre: Funktioniert fermentierte Hautpflege?

Wie analysiert man den HA-Gehalt in der Fermentationsbrühe?

Zahlreiche Techniken wurden eingesetzt, um die Effizienz, Produktivität und Reinheit der Hyaluronsäureproduktion zu verbessern. Unter ihnen gibt es mehrere Ansätze für die Analyse des HA-Gehalts im Fermentationsprozess.

1. Fällung mit Cetylpyridiniumchlorid

Die Fällung mit Cetylpyridiniumchlorid (CPC) ist eine traditionelle Analysemethode, der eine spektrophotometrische Messung bei 540 nm folgt. Sie weist jedoch Einschränkungen auf, wie z. B. Störungen durch andere Polysaccharide und geringe Genauigkeit.

2. Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie

Um diese Einschränkungen von CPC zu überwinden, wurden in den letzten Jahren verschiedene Analysemethoden entwickelt. Eine dieser Methoden ist die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC). Bei der HPLC werden die HA-Moleküle auf der Grundlage ihres Molekulargewichts getrennt und anschließend mit einem UV-Detektor nachgewiesen. Die HPLC wird aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit, Genauigkeit und Selektivität in großem Umfang eingesetzt. Mit HPLC können Sie sowohl das Molekulargewicht als auch den Gehalt von HA in der Fermentationsbrühe analysieren.

3. Kapillarelektrophorese

Eine weitere Methode, die in letzter Zeit an Aufmerksamkeit gewonnen hat, ist die Kapillarelektrophorese (CE). CE ist eine hochauflösende Analysetechnik, die HA-Moleküle auf der Grundlage ihres Ladungs-Größen-Verhältnisses trennt. Sie kann sowohl das Molekulargewicht als auch den Gehalt von HA in der Fermentationsbrühe mit hoher Auflösung, geringem Probenverbrauch und kurzer Analysezeit analysieren.

4. Infrarot-Spektroskopie

In den letzten Jahren wurden Anstrengungen unternommen, um neue Analysemethoden zu entwickeln, mit denen die Grenzen der bestehenden Methoden überwunden werden können. So wurde beispielsweise eine neue Methode auf der Grundlage der Infrarotspektroskopie (IR) entwickelt. Bei dieser Methode werden die Absorptionsspektren von HA-Molekülen direkt gemessen und die Ergebnisse mit einer Kalibrierungskurve verglichen, um den HA-Gehalt zu bestimmen. Diese Methode hat Vorteile wie hohe Empfindlichkeit, niedrige Kosten und einfache Probenvorbereitung.

5. Andere Methoden

Darüber hinaus wurden auch andere Methoden entwickelt. So können Sie beispielsweise mit der Massenspektrometrie (MS) das Molekulargewicht und den Gehalt von HA analysieren, indem Sie die von den HA-Molekülen erzeugten Ionen nachweisen. Die Gelpermeationschromatographie (GPC) kann ebenfalls eingesetzt werden, um die HA-Moleküle anhand ihres Molekulargewichts zu trennen, woraufhin eine spektrophotometrische Messung bei 205 nm erfolgt.

Tabelle 1 zeigt die Vorteile und Schwachpunkte dieser Methoden. Für weitere Informationen können Sie diese Tabelle einsehen.

Tabelle 1. Vergleich verschiedener Analysemethoden für HA-Gehalte

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Analyse des HA-Gehalts in der Fermentationsbrühe von großer Bedeutung für die Herstellung von HA ist. Es wurden verschiedene Analysemethoden entwickelt, die jeweils ihre Grenzen und Vorteile haben. Die Wahl der Methode hängt von Faktoren wie der Probenmatrix, der erforderlichen Empfindlichkeit und Genauigkeit sowie den verfügbaren Geräten und Ressourcen ab. Die Entwicklung neuer Analysemethoden ist unerlässlich, um die Genauigkeit, Empfindlichkeit und Kosteneffizienz der Analyse des HA-Gehalts in der Fermentationsbrühe zu verbessern.

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Referenz:

[1] Wang, Yan & Cai, Li-Quan & Nugraha, Bramasta & Gao, Yi & Leo, Hwa. (2013). Current Hydrogel Solutions for Repairing and Regeneration of Complex Tissues. Current medicinal chemistry. 21. 10.2174/0929867321666131212151855.

[2] Czaplicki, Sylwester. (2013). Chromatographie in der Bioaktivitätsanalyse von Verbindungen. 10.5772/55620.