Come analizzare il contenuto di HA nel brodo di fermentazione?
Introduzione
L'acido ialuronico (HA) è un polisaccaride naturale ampiamente utilizzato nell'industria farmaceutica, cosmetica e biomedica. La produzione di HA prevede tipicamente la fermentazione di ceppi batterici e l'analisi del contenuto di HA nel brodo di fermentazione è una fase cruciale del processo produttivo per garantire la qualità e la purezza del prodotto finale. In questo articolo discuteremo i metodi per analizzare il contenuto di HA nel brodo di fermentazione. Ci auguriamo che possiate conoscere i loro vantaggi e svantaggi e selezionare i prodotti HA adatti alla vostra ricerca o alla vostra attività.
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Figura 1. Struttura chimica dell'HA
Come produrre HA con il brodo di fermentazione?
L'acido ialuronico è stato estratto dai pettini di gallo in modo convenzionale, ma questo approccio è stato abbandonato per il basso tasso di estrazione, il complesso processo di isolamento e il costo elevato. Oggi, una grande quantità di HA viene prodotta attraverso la fermentazione microbica, dove l'HA viene preparato dagli enzimi ialuronano sintasi nei microrganismi viventi. I vantaggi sono i seguenti.
- Nuovi nutrienti: Vengono create alcune nuove sostanze benefiche per l'assorbimento.
- Maggiore velocità di estrazione: Proteasi, cellulasi e altri enzimi favoriscono la rottura delle cellule vegetali e il rilascio di principi attivi nel processo, aumentando così la resa e il tasso di estrazione dell'HA.
- Più facile da assorbire: Vengono generati polipeptidi, polisaccaridi e altre piccole molecole di dimensioni nanometriche, più facili da assorbire.
- Meno effetti collaterali: Le cellule microbiche sono in grado di decomporre le sostanze nocive e di ridurre i fattori di rischio.
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Figura 2. Schema dei sistemi HPLC
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Come analizzare il contenuto di HA nel brodo di fermentazione?
Sono state impiegate numerose tecniche per migliorare l'efficienza, la produttività e la purezza della produzione di acido ialuronico. Tra questi, diversi approcci sono utilizzati per l'analisi del contenuto di HA nel processo di fermentazione.
- Precipitazione con cloruro di cetilpiridinio
La precipitazione con cloruro di cetilpiridinio (CPC) è un metodo analitico tradizionale, seguito dalla misurazione spettrofotometrica a 540 nm. Tuttavia, presenta dei limiti, come l'interferenza di altri polisaccaridi e la bassa precisione.
Per superare questi limiti della CPC, negli ultimi anni sono stati sviluppati diversi metodi analitici. Uno di questi metodi è la cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC). L'HPLC prevede la separazione delle molecole di HA in base al loro peso molecolare, seguita dalla rilevazione mediante un rivelatore UV. L'HPLC è stata ampiamente utilizzata grazie alla sua elevata sensibilità, precisione e selettività. È possibile utilizzare l'HPLC per analizzare sia il peso molecolare che il contenuto di HA nel brodo di fermentazione.
Un altro metodo che ha guadagnato attenzione di recente è l'elettroforesi capillare (CE). La CE è una tecnica analitica ad alta risoluzione che separa le molecole di HA in base al loro rapporto carica-dimensione. Può analizzare sia il peso molecolare che il contenuto di HA nel brodo di fermentazione con un'alta risoluzione, un basso consumo di campioni e un breve tempo di analisi.
- Spettroscopia a infrarossi
Negli ultimi anni si è cercato di sviluppare nuovi metodi analitici in grado di superare le limitazioni dei metodi esistenti. Ad esempio, è stato sviluppato un nuovo metodo basato sulla spettroscopia infrarossa (IR). Il metodo prevede la misurazione diretta degli spettri di assorbimento delle molecole di HA e i risultati vengono confrontati con una curva di calibrazione per determinare il contenuto di HA. Questo metodo presenta vantaggi quali l'elevata sensibilità, il basso costo e la semplice preparazione del campione.
- Altri metodi
Inoltre, sono stati generati altri metodi. Ad esempio, è possibile utilizzare la spettrometria di massa (MS) per analizzare il peso molecolare e il contenuto di HA rilevando gli ioni prodotti dalle molecole di HA. Anche la cromatografia a permeazione di gel (GPC) può essere applicata per separare le molecole di HA in base al loro peso molecolare, seguita da una misurazione spettrofotometrica a 205 nm.
La Tabella 1 mostra i punti di forza e di debolezza di questi metodi. È possibile consultarla per ulteriori informazioni.
Tabella 1. Confronto tra i diversi metodi di analisi dei contenuti di HA
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Processo |
Rilevamento |
Vantaggi/ |
Svantaggi |
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Precipitazione con cloruro di cetilpiridinio |
Precipitazione con cloruro di cetilpiridinio; |
Mediante misurazione spettrofotometrica a 540 nm; |
Facile da eseguire; Richiede un numero minore di reagenti e attrezzature; |
Interferenza con altri polisaccaridi; Bassa precisione; |
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Cromatografia liquida ad alte prestazioni |
Separazione delle molecole di HA in base al loro peso molecolare; |
Utilizzo di un rivelatore UV; |
Alta sensibilità, sensibilità, accuratezza e selettività; |
Richiedono attrezzature costose e personale qualificato; Richiede molto tempo; |
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Elettroforesi capillare |
Separazione delle molecole di HA in base al loro rapporto carica-dimensione; |
Utilizza un rivelatore UV e un'ottica. |
Alta risoluzione; Basso consumo di campione; Tempo di analisi ridotto; |
Richiede attrezzature e competenze specialistiche; Sensibile alla contaminazione dell'elettrodo; |
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Spettroscopia a infrarossi |
Misura diretta degli spettri di assorbimento delle molecole di HA; |
Utilizzando uno spettrometro IR. |
Alta sensibilità; Basso costo; Preparazione semplice del campione; |
Meno accurata; Alcune impurità o contaminanti possono interferire con la misurazione. |
Conclusioni
In sintesi, l'analisi del contenuto di HA nel brodo di fermentazione è di grande importanza per la produzione di HA. Sono stati sviluppati diversi metodi analitici, ciascuno con i suoi limiti e vantaggi. La scelta del metodo dipende da fattori quali la matrice del campione, la sensibilità e l'accuratezza richieste, le attrezzature e le risorse disponibili. Lo sviluppo di nuovi metodi analitici è essenziale per migliorare l'accuratezza, la sensibilità e il rapporto costo-efficacia dell'analisi del contenuto di HA nel brodo di fermentazione.
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Riferimenti:
[1] Wang, Yan & Cai, Li-Quan & Nugraha, Bramasta & Gao, Yi & Leo, Hwa. (2013). Soluzioni idrogel attuali per la riparazione e la rigenerazione di tessuti complessi. Chimica medicinale attuale. 21. 10.2174/0929867321666131212151855.
[2] Czaplicki, Sylwester. (2013). La cromatografia nell'analisi della bioattività dei composti. 10.5772/55620.
