Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Cell Disruption using High Pressure Homogenization : Evaluating operation parameters and analysis methods applied on gram-positive bacteria.

Blix, Magnus LU and Nilsson, Daniel LU (2024) KLTM06 20241
Food Technology and Nutrition (M.Sc.)
Abstract
This thesis explored the efficacy of high pressure homogenization for disrupting gram-positive bacteria of the species Lactiplantibacillus plantarum. The focus was on the impacts of homogenization pressure and the number of passes through the homogenizer as well as developing a simple method for measuring cell disruption. Turbidity measurements in combination with microscopy and laser diffraction analysis were used in an attempt to quantify the results of cell disruption. The study validated that increased pressures and passes enhance estimated cell disruption. In particular, running more than five passes showed no difference in estimated disruption and running three passes significantly increased estimated cell disruption when compared to... (More)
This thesis explored the efficacy of high pressure homogenization for disrupting gram-positive bacteria of the species Lactiplantibacillus plantarum. The focus was on the impacts of homogenization pressure and the number of passes through the homogenizer as well as developing a simple method for measuring cell disruption. Turbidity measurements in combination with microscopy and laser diffraction analysis were used in an attempt to quantify the results of cell disruption. The study validated that increased pressures and passes enhance estimated cell disruption. In particular, running more than five passes showed no difference in estimated disruption and running three passes significantly increased estimated cell disruption when compared to only running one pass. Inconsistent fluctuations in operating pressure when using the equipment and limitations of the method affected results. Still, turbidity measurements at 750 nm showed a promising correlation with cell concentration, indicating potential for quick disruption estimation. The findings suggested several insights regarding the use of high pressure homogenization for cell disruption in general and for gram-positive bacteria in particular. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Denna uppsats handlar i huvudsak om fenomenet celldisruption, att genomföra detta på industriell skala och analysera resultaten. Celldisruption är en process som används mycket brett inom bioteknik då själva processen går ut på att utvinna de intressanta ämnen som producerats i en cell. Idag produceras en stor mängd läkemedel cellulärt men även inom bland annat produktion av tvättmedel, ost och färgämnen är cellulärt producerade ämnen centrala. I de allra flesta fall av cellulär produkttillverkning produceras det intressanta ämnet intracellulärt, d.v.s. inuti cellen själv. För att komma åt ämnen måste man därför fragmentera cellen så att dess innehåll fritt kan lämna, det är denna fragmenteringsprocess som kallas för celldisruption.... (More)
Denna uppsats handlar i huvudsak om fenomenet celldisruption, att genomföra detta på industriell skala och analysera resultaten. Celldisruption är en process som används mycket brett inom bioteknik då själva processen går ut på att utvinna de intressanta ämnen som producerats i en cell. Idag produceras en stor mängd läkemedel cellulärt men även inom bland annat produktion av tvättmedel, ost och färgämnen är cellulärt producerade ämnen centrala. I de allra flesta fall av cellulär produkttillverkning produceras det intressanta ämnet intracellulärt, d.v.s. inuti cellen själv. För att komma åt ämnen måste man därför fragmentera cellen så att dess innehåll fritt kan lämna, det är denna fragmenteringsprocess som kallas för celldisruption. Celldisruption är en energikrävande process och är av stor vikt inom bioteknisk produktion, att förstå och kunna optimera denna process är därför av stort värde.

Celldisruption kan göras på flertalet olika vis men denna studie undersöker Högtryckshomogenisering, en process som härstammar ifrån mejeriindustrin där den används för att stabilisera emulsioner. Högtryckshomogenisering är en process där man pumpar vätska genom en smal öppning under ett högt tryck, om så önskas kan vätskan passeras flertalet gånger. Detta sätter press på de partiklar som befinner sig i vätskan, i fallet av denna studie, celler, vilket kan leda till att dessa går sönder. Den exakta mekanismen bakom cellers sönderfall i en högtryckshomogenisator är inte känd men det är en process som tillämpas industriellt för celldisruption och därmed har visat sig fungera. Fördelar med högtryckshomogenisering är att stora volymer kan hanteras och att metoden effektivt kan förstöra celler.

Denna studie har undersökt sambandet mellan två parametrar och graden av celldisruption. Parametrarna som undersökts är inställt tryck på homogeniseringsmaskinen samt hur många gånger vätskan passerat homogeniseringsmaskinen. Utöver detta har studien också undersökt möjligheterna till en analysmetod av den resulterande graden av celldisruption under kriterierna att metoden skall vara relativt enkel och snabb att genomföra. Tre olika analysmetoder användes och utvärderades, dessa var spektrofotometri, mikroskopi samt laserdiffraktion. Spektrofotometrin agerade huvudmetod och gjordes på alla prov medan de resterande två metoderna användes som komplement för att styrka validiteten av spektrofotometrin.

Några tydliga trender kring exakt hur parametrarna påverkar graden av celldisruption har inte kunnat bestämmas men faktumet att både ökat tryck och ett ökat antal passager har positiv påverkan på celldisruptionen har bekräftats. Ett exakt matematiskt samband mellan spektrofotometrimätningar och disruptionsgrad kunde inte bestämmas men att dessa två korrelerade kunde påvisas vilket i sin tur banar väg för att använda denna metod för snabb uppskattning av disruptionsgrad inom industrin. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Blix, Magnus LU and Nilsson, Daniel LU
supervisor
organization
course
KLTM06 20241
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
High Pressure Homogenization, Cell Disruption, Gram positive bacteria, Spectrophotometry, Microscopy, Laser Diffraction, Food Engineering Nutrition and Food Chemistry
language
English
id
9163708
date added to LUP
2024-06-17 12:24:50
date last changed
2024-06-17 12:24:50
@misc{9163708,
  abstract     = {{This thesis explored the efficacy of high pressure homogenization for disrupting gram-positive bacteria of the species Lactiplantibacillus plantarum. The focus was on the impacts of homogenization pressure and the number of passes through the homogenizer as well as developing a simple method for measuring cell disruption. Turbidity measurements in combination with microscopy and laser diffraction analysis were used in an attempt to quantify the results of cell disruption. The study validated that increased pressures and passes enhance estimated cell disruption. In particular, running more than five passes showed no difference in estimated disruption and running three passes significantly increased estimated cell disruption when compared to only running one pass. Inconsistent fluctuations in operating pressure when using the equipment and limitations of the method affected results. Still, turbidity measurements at 750 nm showed a promising correlation with cell concentration, indicating potential for quick disruption estimation. The findings suggested several insights regarding the use of high pressure homogenization for cell disruption in general and for gram-positive bacteria in particular.}},
  author       = {{Blix, Magnus and Nilsson, Daniel}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Cell Disruption using High Pressure Homogenization : Evaluating operation parameters and analysis methods applied on gram-positive bacteria.}},
  year         = {{2024}},
}