Coupling of a Microfluidic Mixer to a Fourier-transform Infrared Spectrometer for Protein-Conformation Studies: FH – HES

The biological properties of a protein critically depend on its conformation, which can vary as a result of changes in conditions such as pH or following the addition of various substances. Being able to reliably assess the quality of protein structures under various conditions is therefore of crucial importance. Infrared (IR) spectroscopy of the Amide I band of proteins is a powerful method for the determination of protein conformations and further allows the analysis of continuously flowing solutions of the target molecule. Here, a commercial Fourier-transform infrared spectrometer was coupled to a microfluidic mixer to allow the on-line monitoring of protein conformation under varying conditions. The validity of the concept was demonstrated by continuously recording the variations of the IR spectrum of poly-L-lysine resulting from repetitive, pH-induced conformational changes

Mise en oeuvre et maintenance de biodigesteurs au Rwanda

L’objectif de ce travail de diplôme était de renforcer les connaissances des professeurs de l’IPRC-Karongi dans le domaine de la technologie du biogaz tout apportant un soutien aux propriétaires de biodigesteurs de la région

Continuous Micro-Production Using Enzymatic Reaction and Online Monitoring

A micro-reactor coupled to a microfluidic system and an online UV/VIS spectrometer is described. The enzymatic reaction studied is the hydrolysis of the N-benzoyl-L-tyrosine ethyl ester (BTEE) to N-benzoyl-L-tyrosine (BT) and ethanol, catalyzed by chymotrypsin. The production is online monitored with UV spectroscopy at 256 nm. Three different immobilization methods of the enzyme are discussed: Eupergit® C, controlled-pore glass (CPG), and Sepharose

Continuous micro-production using enzymatic reaction and online monitoring

A micro-reactor coupled to a microfluidic system and an online UV/VIS spectrometer is described. The enzymatic reaction studied is the hydrolysis of the N-benzoyl-L-tyrosine ethyl ester (BTEE) to N-benzoyl-L-tyrosine (BT) and ethanol, catalyzed by chymotrypsin. The production is online monitored with UV spectroscopy at 256 nm. Three different immobilization methods of the enzyme are discussed: Eupergit® C, controlled-pore glass (CPG), and Sepharose

Sustainable Chemistry at the Universities of Applied Sciences: FH - HES

An overview of activities in the field of sustainable or 'green' chemistry at the Universities of Applied Sciences in Switzerland is presented

Isolierung und Charakterisierung von Endo-Inulinase aus einer Kultur von Paenibacillus spec.

Les objectifs du travail de diplôme étaient, une optimisation des méthodes analytiques, établir et juger des méthodes d'isolation avec la détermination du rendement du degré de pureté. Ces derniers ne pouvaient pas être tout à fait atteint, puisqu’une optimisation de la fermentation de l’organisme conduisant à la formation du produit endoinulinasique a dû être faite. Le premier pas de ce travail a été de déterminer entre 5 souches de Paenibacillus sp. laquelle serait employée au cour de ce projet. Les résultats ont montré que seule la souche Paenibacillus sp. FH-138 pousse. L’étape suivante a été une optimisation du milieu de fermentation effectuée en Erlenmeyer avec chicanes. Parallèlement les méthodes analytiques (DNSA et HPLC) permettant de suivre et d’évaluer une fermentation ont été testées et optimisées. Ensuite 5 fermentations en bioréacteur de 10 litres ont été effectuées sous différentes conditions de culture (Conc.en substrat, aération et agitation). Les résultats ont montrés que les bactéries poussent mieux avec de l’extrait de levure qu’avec de la biotine. L’activité inulinasique apparaît dans le surnageant à la fin de la phase de croissance des bactéries. Une activité inulinasique maximale de 0.33 U/mL est atteint après 23 h de fermentation. Dans ce travail de diplôme les premiers résultats des fermentations de Paenibacillus sp. FH-138 en bioréacteur de 10 litres ont été acquis. Il est maintenant possible d’optimiser cette fermentation et d’élaborer par la suite une stratégie d’isolation de l’endoinulinase et de caractériser cette enzyme.Die Ziele der Diplomarbeit waren, Optimieren der Analytiken Methoden, Test und Beurteilung von Isolierungsmethoden, Optimierung der Aufarbeitungssequenz mit Bestimmung der Ausbeute und des reinheitsgrades. Diese konnten nicht ganz erreicht werden, da zuerst eine Optimierung der Fermentation des Organismuses in Bezug auf die Bildung des Produktes Endoinulinase erfolgen musste. Der erste Schritt der Arbeit bestand darin aus fünf vorhandenen Stämmen den geeignetsten auswählen und dann das Nährmedium in Schüttelkulturen zu optimieren. Parallel werden die Analytischen Methoden zur Beurteilung des Fermentations-bzw. Aufarbeitungsergebnisses getestet und optimiert. Anschließend wurden 5 Fermentationen im 10 L-Bioreaktor unter verschiedenen Bedingungen (Substratkonzentration, Umdrehung und Begasungsrate) durchgeführt. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Bakterien mit Hefeextrakt besser wachsen als mit Biotin. Die Inulinaseaktivität ist erst nach Beendigung der Wachstumsphase im Kulturüberstand nachweisbar. Es wurde eine maximale Inulinaseaktivität von 0.33 U/mL nach 23 Stunden Fermentationszeit erreicht. In dieser Diplomarbeit wurden die ersten Ergebnisse zur Fermentationen des Paenibacillus spec. im 10 L-Bioreaktor gewonnen. Es ist jetzt möglich die Fermentation zu optimieren und anschließend die Inulinase zu isolieren und zu charakterisieren

Evaluation of the feasibility of applying liquid-core capsules for in-situ product recovery of geldanamycin in a streptomyces hygroscopicus fermentation

Objectif L’objectif de ce travail était de produire des capsules d’alginate contenant un noyau liquide d’une phase organique, et de caractériser celles-ci par rapport à leur distribution de taille et par rapport au transfert de masse. Ensuite la faisabilité d’intégrer la récolte de Geldanamycin (GM) d’une culture Streptomyces (S.) hygroscopicus avec ces capsules était établie. Les caractéristiques physico-chimiques de la récolte intégrée de GM, comme la solubilité, la stabilité, le coefficient de partage dans un système 2 phases aqueux-organique, étaient évaluées. La production de GM dans une culture de S. hygroscopicus var. geldanus était suivie afin de déterminer si le GM avait un effet inhibiteur et de définir l’efficacité de l’ajout des capsules dans une culture. Résultats Les Capsules d’alginate contenant un core de Dibutyl sebacate (DBS) comme phase organique étaient produites avec un diamètre moyen des capsules de 0.712 ± 0.040 mm et un diamètre moyen des noyaux de 0.554 ± 0.030 mm. Une capacité d'extraction de 3,48 mgGM/gDBS pourrait être mesurée pour GM avec les capsules produites. Ce qui est plus élevé que la capacité d’extraction de DBS non-encapsulé qui était de 2.2 mgGM/gDBS. Les capsules avaient montré un taux d’adsorption initial de 843.7 mgGM/(l*h) à 28°C et de 405.61 mg GM/(l*h) à 20°, ce qui indique que le transfert de ma sse est limité à cause de la diffusion à travers de la membrane d’alginate des capsules. Les expériences ont montré que la solubilité de GM dans l’eau était très faible, par contre elle était relativement élevée dans différents solvants comme dimethylsulfoxide, acétonitrile et DBS. Il avait aussi été montré que GM était instable dans les solutions aqueuses aux conditions de culture en présence de O2 et à de faibles valeurs de pH. Par contre GM était stable dans DBS. En suivant la concentration de GM pendant la culture de S. hygroscopicus, une dégradation de GM a été observe à la fin de la culture. L’étude de l’inhibition du produit par GM dans une culture de S. hygroscopicus a montré que la présence de GM ne causait pas d’inhibition pour la production de GM. Par contre, un ajout de GM au début de la culture augmentait la production de GM. Par conséquent, il est possible d’utiliser des capsules d’alginate, contenant un noyau liquide de DBS, pour la récolte intégrée de GM dans une fermentation de S. hygroscopicus. Car GM a montré une meilleure stabilité dans DBS que dans le milieu de culture.Ziel Das Ziel dieser Arbeit war, Mikrokapseln mit einem flüssigen Kern, die zum integrierten Aufarbeitungsprozess von Geldanamycin (GM) in einer Streptomyces (S.) hygroscopicus Kultur dienen sollen, herzustellen und aufgrund ihrer Grössenverteilung und Massentransfer zu charakterisieren. Anschliessend sollte die integrierte Aufarbeitung von GM mittels Mikrokapseln untersucht und ausgetestet werden. Dazu wurden vorerst die physiko-chemischen Eigenschaften von GM, wie Löslichkeit, Stabilität, Verteilungskoeffizient in organisch-wässrigen 2-Phasen Systemen untersucht und die Produktion von GM in einer S. hygroscopicus var. geldanus Kultur verfolgt. Dabei wurde die Produktinhibition von GM untersucht und die Zugabe von Mikrokapseln in eine Kultur ausgetestet. Resultate Mikrokapseln mit Dibutyl sebacate (DBS) als flüssigen Kern konnten mit einer guten Monodispersion und Homogenität hergestellt werden. Ein durchschnittlicher Kapseldurchmesser von 0.712 ± 0.040 mm mit einem durchschnittlichen Kerndurchmesser von 0.554 ± 0.030 mm konnten dabei hergestellt werden. Die Kapseln zeigten für GM eine extraktive Kapazität von 3.48 mgGM/gDBS, was eine grössere Kapazität darstellte als bei nicht-verkapseltem DBS, wo eine Kapazität von nur 2.2 mgGM/gDBS ermittelt werden konnte. Die Kapseln zeigten Anfangsadsorptionsgeschwindigkeiten von 843.7 mgGM/(l*h) bei 28°C und 405.61 mg GM/(l*h) bei 20°C, was darauf hinwies, dass die Resistenz des Ma ssentransfers von GM in die Kapseln hauptsächlich durch die Diffusion durch die Kapselwand aus Alginat verursacht wird. Löslichkeitsuntersuchungen von GM haben gezeigt, dass GM eine sehr schwache Löslichkeit in Wasser besitzt, hingegen eine relativ gut löslich in Lösungsmitteln wie Dimethylsulfoxid, Acetonitril und DBS. Die Stabilitätstests zeigten, dass GM instabil in wässrigen Lösungen bei Kultivationsbedingungen ist in Gegenwart von O2 und bei tiefen pH-Werten. Hingegen zeigte GM in Dibutyl sebacate eine sehr gute Stbilität. Bei der Produktion von GM in S. hygroscopicus Kulturen konnte ein starker Abbau von GM am Ende der Kultivierung beobachtet werden. Es konnte gezeigt werden, dass GM im Kulturmedium aufgrund freigesetzter Proteine durch die Zellen instabil ist und zerfällt. Die Untersuchungen der Produktinhibition von GM in S. hygroscopicus Kulturen haben gezeigt, dass die Anwesenheit von GM in einer S. hygroscopicus Kultur keine Produktinhibition aufzeigt, sondern sogar eine erhöhte Produktion von GM erzeugt, wenn GM zu Beginn der Kultivierung dazugegeben wurde. Es konnte aufgezeigt werden, dass es machbar ist, Alginatkapseln mit DBS als flüssigen Kern zur integrierten Produktaufarbeitung von GM in einer S. hygroscopicus Fermentation anzuwenden, und die Ausbeute an GM zu verbessern.Objective The aim of this work was to produce Liquid-Core capsules for the In-Situ Product Removal (ISPR) of Geldanamycin (GM) from a Streptomyces (S.) hygroscopicus culture. These capsules were characterized for their size distribution and mass transfer characteristics. Then the feasibility of the ISPR of GM through Liquid-Core capsules was evaluated and tested. Therefore the physical-chemical properties of GM, such as solubility, stability, partition coefficient in organic-aqueous 2-phase systems were investigated. The production of GM in S. hygroscopicus var. geldanus cultures was then monitored in order to investigate if there was a product inhibitory effect of GM and to test the application of the Liquid-Core capsules as a tool for ISPR of GM in a culture. Results Monodispersed and homogenous Liquid-Core capsules, with Dibutyl sebacate (DBS) as the capsule core, were produced with an average capsule diameter of 0.712 ± 0.040 mm and an average core diameter of 0.554 ± 0.030 mm. An extractive capacity of 3.48 mgGM/gDBS could be measured for the capsular perstraction of GM with the produced capsules. This was a much higher capacity than for non-encapsulated DBS, where only a capacity of 2.2 mgGM/gDBS could be achieved. The capsules showed an initial adsorption rate of 843.7 mgGM/(l*h) at 28°C and 405.61 mg GM/(l*h) at 20°C, which indicates that the main mass transfer resistance is due to the diffusion through the capsule wall. Solubility tests showed that the solubility of GM in water is very low, but rather high in different solvents like Dimethyl sulfoxide, Acetonitrile and Dibutyl sebacate. The stability tests showed that GM was unstable in aqueous solutions under culture conditions in the presence of O2 and at low pH values. However in Dibutyl sebacate a good stability of GM could be shown. Through monitoring of GM production during the cultivation of S. hygroscopicus a strong degradation of GM could be observed at the end of the cultivation, possibly due to proteins/ enzymes liberated by the cells. Investigations of the product inhibition of GM in a S. hygroscopicus culture showed that the addition of GM in a culture doesn’t inhibit the GM production, but actually increases GM production. It could be shown that it is feasible to apply Liquid-Core capsules for the ISPR of GM in a S. hygroscopicus fermentation, as GM is more stable in the organic solvent used for the liquid core of the capsules and also because GM degrades spontaneously under culture conditions and as a result of proteins liberated by cells during cultivation. Consequently Liquid-Core capsules as a form of ISPR would be a possibility to overcome these problems and increase the overall yield of geldanamyci

Production of bioactive soy peptides

Objectif Les antioxidants synthétiques sont souvent utilisés dans l’industrie alimentaire pour empêcher le déterioration des produits. Mais ces ingrédients sont potentiellement nocifs pour la santé, des travaux de recherche sont effectués pour identifier des antioxidants d’origine naturelle. Le but de ce travail de diplôme est de produire des peptides de protéine de soja avec des propriétés antioxidantes, au moyen d’une digestion enzymatique hydrolytique. Résultats Après une digestion enzymatique avec les enzymes pepsine et pancréatine, la concentration des peptides est déterminé par la méthode OPA. Les hydrolysats sont ensuite fractionés au moyen d’ultrafiltration avec une membrane de 3kDa et une membrane de 1kDa. La solubilité des protéines de soja dans une solution aqueuse est relativement faible, 38%, mais est similaire pour les deux pH utilisés pour l’hydrolyse enzymatique (1.5 et 7.8) . A la fin des digestions avec uniquement la pepsine ou uniquement la pancréatine, la concentration des peptides (20mM équivalent Phe-Gly) est plus faible que lorsque que la digestion effectuée avec les deux enzymes (30mM équivalent Phe-Gly). La comparaison de deux sources différentes d’isolat de protéines de soja indique un comportement différent basé sur la concentration des peptides. Parmi les quatre paramètres étudiés au moyen d’un plan factoriel d’expérience, la concentration finale de pepsine, concentration finale de pancréatine, le temps de réaction de la pepsine, le temps de réaction de la pancréatine, la concentration de pancréatine représente l’influence la plus importante. La quantité la plus élevée de peptides a été obtenue pour la concentration la plus élevée de pancréatine. Après la filtration de l’hydrolysat avec la concentration des peptides initial la plus élevée, les propriétés antioxidantes étaient aussi les plus hautes. En conclusion, ces travaux indiquent qu’une concentration élevée de pancréatine conduit à une concentration élevée des propriétés antioxidantes.Ziel In der Lebensmittelindustrie werden häufig synthetische Antioxidantien eingesetzt, um die Verderbung der Produkte zu verhindern. Diese Zusätze sind im Verdacht gesundheitliche Probleme zu verursachen und daher wurde die Forschung von natürlichen Antioxidantien vorangetrieben. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist die Produktion von Peptiden aus Soja Protein mit antioxidativen Eigenschaften mittels einem hydrolytischen Verdau. Resultate Nach einem enzymatischen Verdau mit Pepsin und Pancreatin wurde die Peptidkonzentration mittels der OPA Methode gemessen und eine Fraktionierung mittels Ultrafiltration mit einer 3kDa und einer anschliessender 1kDa Membran wurde durchgeführt. Die Löslichkeit von Soja Protein Isolat in einer wässrigen Lösung ist mit einem Wert von 38% nicht sehr hoch, aber an den beiden pH Werten von 1.5 (Pepsin Hydrolyse) und 7.8 (Pancreatin Hydrolyse) ungefähr gleich. Der Verdau mit nur Pepsin oder nur Pancreatin führte zu einer geringeren Peptidkonzentration (20mM) als der Verdau mit beiden Enzymen (30mM). Der Vergleich von zwei verschiedenen Soja Protein Isolaten von zwei unterschiedlichen Lieferanten zeigte anhand einer TGA (Thermal Gravimetric Analysis) Analyse ein unterschiedliches Verhalten auf, welches auf unterschiedliche Produktionsarten weist. Ein 24 factorial design wurde erstellt, um 4 verschiedene Faktoren für die Hydrolyse zu untersuchen. Von den vier untersuchten Faktoren (Pepsin Konzentration, Pancreatin Konzentration, Inkubationszeit von Pepsin, Inkubationszeit von Pancreatin) zeigte die Konzentration von Pancreatin den grössten Einfluss. Es wurde gezeigt, dass durch eine höhere Konzentration von Pancreatin eine höhere Menge an Peptiden produziert wird. Nach der Filtration der Probe mit der höchsten Peptidkonzentration zeigten auch die antioxidativen Eigenschaften die höchste Aktivität. Daraus kann gefolgert werden dass eine höhere Konzentration an Pancreatin zu einer höheren antioxidativen Aktivität führt.Objective Synthetic antioxidants are widely used in the food industry to prevent deterioration of food products but are suspected to cause health problems. Therefore natural antioxidants such as proteins or hydrolysates of these proteins are becoming increasingly more popular. The objective of this diploma thesis was the production of peptides from soy protein isolate with antioxidative properties using hydrolytic digestion. Results After an enzymatic digestion with pepsin and pancreatin the peptide concentration was measured using an OPA assay, and a fractionation through a series of ultrafiltrations performed. A 3kDa membrane filtration was followed by a 1kDa membrane filtration yielding specific peptide size fractions. The solubility of the soy protein isolate in aqueous solution was found to be 38% for both digestion steps at pH levels of 1.5 (pepsin digestion) and 7.8 (pancreatin digestion). The digestion with pepsin-only or pancreatin-only resulted in a lower peptide concentration (20mM equivalent Phe-Gly) than the digestion utilizing both enzymes (30mM equivalent Phe-Gly). The comparison of two different soy protein isolates from different suppliers showed the two substrates to be different in their TGA (Thermal Gravimetric Analysis) profiles suggesting that the two manufacturers had used slightly different production methods. A 24 factorial design was performed to study the effects of 4 different digestion factors on total digestion peptide yield. Of the 4 investigated factors (pepsin concentration; pancreatin concentration; pepsin time, pancreatin time) the concentration of pancreatin was shown to have the most influence on peptide yield. With a higher concentration of pancreatin, a greater amount of peptides was produced. The antioxidant properties of the filtrated hydrolysates were greater when a digestion sample with a higher concentration of peptides was used. Therefore a high concentration of pancreatin used in the digestion step yielded a greater amount of antioxidant activity in the peptides produced

Purification de GFP avec et sans marqueur d'affinité

L’objectif de ce travail est de produire deux GFP recombinantes, l’une possédant un marqueur d’affinité de type intéine, l’autre en étant dépourvue, puis de développer et comparer des stratégies pour l’isolation des deux formes de GFP