A neural network based controller (NN controller) was studied for the control of ammonia concentrations in biological processes. An ammonia FIA has been employed to on-line monitor the concentrations of ammonia in a bioreactor. The optimal neural network structure was investigated by computer simulation and found to be a 3(inputlayer)-2(hidden layer)-1(output layer). The NN controller had advantage over the PID controller, even though the former is more time consuming. The 3-2-1 NN controller has been used to control the ammonia concentrations in a simulated bioprocess and also in a real cultivation process of yeast, and its performance were investigated.
With the purpose of improving ginsenoside content in adventitious root cultures of Korean wild ginseng (Panax ginseng Meyer), the roots were treated with different dosages of ${\gamma}$-ray (5, 10, 25, 50, 75, 100, and 200 Gy). The growth of adventitious roots was inhibited at over 100 Gy. The irradiated adventitious roots showed significant variation in the morphological parameters and crude saponin content at 50 to100 Gy. Therefore, four mutant cell lines out of the propagation of 35 cell lines treated with 50 Gy and 100 Gy were selected on the basis of phenotypic morphology and crude saponin contents relative to the wild type control. The contents of 7 major ginsenosides ($Rg_1$, Re, $Rb_1$, $Rb_2$, Rc, Rf, and Rd) were determined for cell lines 1 and 3 from 100 Gy and lines 2 and 4 from 50 Gy treatments. Cell line 2 showed more secondary roots, longer length and superior growth rate than the root controls in flasks and bioreactors. Cell line 1 showed larger average diameter and the growth rate in the bioreactor was comparable with that of the control but greater in the flask cultured roots. Cell lines 1 and 2, especially the former, showed much more ginsenoside contents than the control in flasks and bioreactors. Therefore, we chose cell line 1 for further study of ginsenoside contents. The crude saponin content of line 1 in flask and bioreactor cultures increased by 1.4 and 1.8-fold, respectively, compared to the control. Total contents of 7 ginsenoside types ($Rg_1$, Re, $Rb_1$, $Rb_2$, Rc, Rf, and Rd) increased by 1.8 and 2.3-fold, respectively compared to the control. Crude saponin and ginsenoside contents in the bioreactor culture increased by about 1.4-fold compared to that the flask culture.
Maximal productions of gellan by Sphingomnas paucibilis NK2000 from 20 g/l glucose and 10 g/l soybean pomace were 7.46 g/l in a flask and 7.35 g/l in a 7 l bioreactor, when the initial pH of media was 6.8. Maximal production of gellan in a 7 l bioreactor under pH control by sodium hydroxide was 8.42 g/l, whereas that under control by potassium phosphate was 8.50 g/l. The optimal concentration of potassium phosphate in a medium for production of gellan by S. paucibilis NK2000 was found to be 5.0 g/l. Maximal production of gellan in a medium containing 5.0 g/l potassium phosphate without pH control was 8.93 g/l in a 7 l bioreactor. In this study, a simple process without pH control was developed to enhance the production of gellan, with optimized concentration of potassium phosphate in the medium.
Background: This study was to investigate the effect of biomechanical stimulation on osteoblast differentiation of human periosteal-derived stem cell using the newly developed bioreactor. Methods: Human periosteal-derived stem cells were harvested from the mandible during the extraction of an impacted third molar. Using the new bioreactor, 4% cyclic equibiaxial tension force (0.5 Hz) was applied for 2 and 8 h on the stem cells and cultured for 3, 7, and 14 days on the osteogenic medium. Biochemical changes of the osteoblasts after the biomechanical stimulation were investigated. No treatment group was referred to as control group. Results: Alkaline phosphatase (ALP) activity and ALP messenger RNA (mRNA) expression level were higher in the strain group than those in the control group. The osteocalcin and osteonectin mRNA expressions were higher in the strain group compared to those in the control group on days 7 and 14. The vascular endothelial growth factor (VEGF) mRNA expression was higher in the strain group in comparison to that in the control group. Concentration of alizarin red S corresponding to calcium content was higher in the strain group than in the control group. Conclusions: The study suggests that cyclic tension force could influence the osteoblast differentiation of periosteal-derived stem cells under optimal stimulation condition and the force could be applicable for tissue engineering.
Shin, Teak Soo;Yu, Nan Hee;Lee, Jaeho;Choi, Gyung Ja;Kim, Jin-Cheol;Shin, Chul Soo
The Plant Pathology Journal
/
v.33
no.3
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pp.337-344
/
2017
To develop a commercial product using the mycoparasitic fungus Simplicillium lamellicola BCP, the scale-up of conidia production from a 5-l jar to a 5,000-l pilot bioreactor, optimization of the freeze-drying of the fermentation broth, and preparation of a wettable powder-type formulation were performed. Then, its disease control efficacy was evaluated against gray mold diseases of tomato and ginseng plants in field conditions. The final conidial yields of S. lamellicola BCP were $3.3{\times}10^9conidia/ml$ for a 5-l jar, $3.5{\times}10^9conidia/ml$ for a 500-l pilot vessel, and $3.1{\times}10^9conidia/ml$ for a 5,000-l pilot bioreactor. The conidial yield in the 5,000-l pilot bioreactor was comparable to that in the 5-l jar and 500-l pilot vessel. On the other hand, the highest conidial viability of 86% was obtained by the freeze-drying method using an additive combination of lactose, trehalose, soybean meal, and glycerin. Using the freeze-dried sample, a wettable powder-type formulation (active ingredient 10%; BCP-WP10) was prepared. A conidial viability of more than 50% was maintained in BCP-WP10 until 22 weeks for storage at $40^{\circ}C$. BCP-WP10 effectively suppressed the development of gray mold disease on tomato with control efficacies of 64.7% and 82.6% at 500- and 250-fold dilutions, respectively. It also reduced the incidence of gray mold on ginseng by 65.6% and 81.3% at 500- and 250-fold dilutions, respectively. The results indicated that the new microbial fungicide BCP-WP10 can be used widely to control gray mold diseases of various crops including tomato and ginseng.
The effects of dissolved oxy-gen(DO) concentration and DO control modes on cell growth in a 4L computer-controlled bioreactor system were investigated using Phellinus linteus WI-001, a producer of protein-polysaccharides having potent anticancer activi-ties. When DO was controlled at about 20%, maximum cell concentration and specific growth rate of the strain were observed to increase 36% and 64%, respectively, as compared to the experiment performed without DO control. By adopting cascade automatic control of DO ar 20% in a mixed automatic control mode using computer-con-trolled program, 19.5g/L of maximum cell concentration was obtained. These results showed that the mixed auto-matic control mode was the effective method for enhancing cell growth of the shear sensitive Phellinus linteus.
The porcine epidemic diarrhea virus(PEDV) production yield in spinner flask cultures using Vero cells immobilized on microcarriers was improved by the selective adsorption of ammonium ions in a Carberry type bioreactor which was equipped with Phillipsite-Gismondine synthetic zeolite. Though the apparent cell growth seemed to be lower than that of control due to the aggregation of microcarriers between impeller shaft and the adsorbent, zeolite was found to not to be toxic to Vero cell, considering estimated glucose and lactate changes. Zeolite was observed to remove ammonium ions effectively in both steps of cell growth and virus production. In virus production, the virus titer with zeolite was two times higher than that without zeolite. Consequently, zeolite was found to be an ideal adsorbent for higher production of virus vaccine with the effective removal of ammonium ions.
This work investigated the potential of curcumin (CCM) and (-)-epigallocatechin gallate (EGCG) to inhibit N-acyl homoserine lactone (AHL)-mediated biofilm formation in gram-negative bacteria from membrane bioreactor (MBR) activated sludge. The minimum inhibitory concentrations (MICs) of CCM alone against all the tested bacteria were 200-350 μg/ml, whereas those for EGCG were 300-600 μg/ml. Biofilm formation at one-half MICs indicated that CCM and EGCG alone respectively inhibited 52-68% and 59-78% of biofilm formation among all the tested bacteria. However, their combination resulted in 95-99% of biofilm reduction. Quorum sensing inhibition (QSI) assay with known biosensor strains demonstrated that CCM inhibited the expression of C4 and C6 homoserine lactones (HSLs)-mediated phenotypes, whereas EGCG inhibited C4, C6, and C10 HSLs-based phenotypes. The Center for Disease Control biofilm reactor containing a multispecies culture of nine bacteria with one-half MIC of CCM (150 μg/ml) and EGCG (275 μg/ml) showed 17 and 14 μg/cm2 of extracellular polymeric substances (EPS) on polyvinylidene fluoride membrane surface, whereas their combination (100 μg/ml of each) exhibited much lower EPS content (3 μg/cm2). Confocal laser scanning microscopy observations also illustrated that the combination of compounds tremendously reduced the biofilm thickness. The combined effect of CCM with EGCG clearly reveals for the first time the enhanced inhibition of AHL-mediated biofilm formation in bacteria from activated sludge. Thus, such combined natural QSI approach could be used for the inhibition of membrane biofouling in MBRs treating wastewaters.
Anabaena variabilis ATCC 29413 grew in chromium (Cr) containing Chu-10 (basal) and nitrate-supplemented media, and the growth of the organism in $100{\mu}M$ chromium was found to be 50% of that in control medium. The growth in nitrate $({NO_3}^-)$ supplemented cultures was better as compared to cultures grown in basal medium. Free cells from basal and nitrate-supplemented media removed 5.2 and 7.4 nmol of chromium $mg^{-1}$protein in 8 h, respectively, from the medium containing $30{\mu}M$ chromium. The efficiency of chromium removal increased 7-fold in imidazole buffer (0.2 M, pH 7.0). A cell density equivalent to $100{\mu}g$ protein $ml^{-1}$ was found to be optimum for maximum Cr removal. Entrapment of cells in calcium-alginate beads did not affect the rate of Cr uptake by the cells. The efficiency of the laboratory-scale continuous flow bioreactor $(12.5{\times}2cm)$ loaded with alginate-immobilized cells (10 mg protein) and fed with $30{\mu}M$ chromium solution was compared at different flow rates. The efficiency of the bioreactor varied with flow rates. In terms of percent removal of Cr from influent, a flow rate of 0.1 ml $min^{-1}$ was found to be optimum for 6 h (54% Cr removal efficiency). Maximum amount of Cr (883 nmol) was removed by the cells in 3 h at a flow rate of 0.5 ml $min^{-1}$. The potential use of A. variabilis in removing Cr from industrial effluents is discussed.
The cloning and expression of $\beta-glucosidase$ II, encoded by the gene ${\beta}glu2$, from thermotolerant yeast Pichia etchellsii into Escherichia coli is described. Cloning of the 7.3 kb BamHI/SalI yeast insert containing ${\beta}glu2$ in pUC18, which allowed for reverse orientation of the insert, resulted in better enzyme expression. Transformation of this plasmid into E. coli JM109 resulted in accumulation of the enzyme in periplasmic space. At $50^{\circ}C$, the highest hydrolytic activity of 1686 IU/g protein was obtained on sophorose. Batch and fed-batch techniques were employed for enzyme production in a 14 L bioreactor. Exponential feeding rates were determined from mass balance equations and these were employed to control specific growth rate and in turn maximize cell growth and enzyme production. Media optimization coupled with this strategy resulted in increased enzyme units of 1.2 kU/L at a stabilized growth rate of $0.14\;h^{-l}$. Increased enzyme production in bioreactor was accompanied by formation of inclusion bodies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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