使用自制的超声波诱导基因转移仪,取得了一系列的研究结果,以后他们又将此方法推广应用到哺乳动物细胞基因转移中,并对该方法诱导基因转移的机制进行了研究。丁志山等[3]用24kHz、20Ｗ的超声波处理酵母原生质体,将外源DNA导入酿酒酵母原生质体中,获得了每微克DNA有103转化子的转化率,并发现酵母原生质体的转化率受超声波处理时间的影响较大,如图1所示.刘春朝等[4]利用新型超声波生物反应器培养青蒿不定芽生产青蒿素,得到的青蒿素的产量分别为固体培养和摇瓶培养的2.9和3.2倍.林炜铁等[5]利用超声波法破碎酵母细胞原生质体,研究了超声波在酵母细胞原生质体拆合技术中的应用,建立了一种新的遗传育种方法。
2.1.2超声波应用于发酵工程中游技术
低强度超声波依靠机械振动和稳态空化效应使传质边界层减薄,并且使溶质粒子运动加速,这对于反应物进入酶或细胞活性部位及产物进入液体介质的传质扩散作用有利,可提高生物反应速度;适宜的低强度超声波作用于动植物细胞时会产生胞内微流、胞内质的旋转及涡流运动,并且提高了细胞膜和细胞壁的穿透性,这些效应可以提高细胞的新陈代谢功能.图2是超声波生物发酵装置原理结构图。关于这方面的研究工作国外开展得较早也相对较多,如:WOOD等[6]研究了废纸发酵生产酒精过程中,用超声波处理可使酒精产量提高近20%;Matsuura等[7]研究了超声辐射对葡萄酒、啤酒和清酒发酵过程的影响,发现经超声辐射后葡萄酒和清酒中氨基酸的含量比对照组明显减少,从而产生大量的高级醇,增加了酒香,并缩短了发酵时间;Stephen等[8]研究了超声波水浴作用下,α淀粉酶和糖化酶对淀粉和糖原水解活性的变化的影响,发现在高强度超声波作用下,酶催化反应速率和转化酶对蔗糖的水解活性显著升高;Jackson等[9]研究了超声波处理对淀粉水溶性的影响,发现超声波处理可增加淀粉在水中的溶解度;Toba等[10]研究了超声活化β乳糖苷酶催化乳酪中乳糖的分解情况,发现经超声波处理后,乳糖降解大大提高;Azhar等[11]研究了在工业发酵中用马铃薯淀粉代替谷物淀粉时超声波的影响,发现超声波处理可引起淀粉颗粒的物理降解,导致淀粉糊表观粘度下降;WangDZ等[12]研究了牛奶发酵中超声辐射的作用,发现超声辐射可促进乳糖的水解和细胞活性.
国内这方面的研究工作虽然开展较晚,但也取得了不少成就.如:中科院化工冶金研究所研究了超声波在青霉素发酵过程中的应用,发现经超声波处理后,青霉素产量可提高10%以上[13];林影等[14,15]研究了微超声波在脆壁克鲁维氏酵母菊糖酶发酵生产中的应用,结果表明:在20kHz、10Ｗ的微超声波作用下,脆壁克鲁维氏酵母菊糖酶产量提高1倍以上;同时,他们还研究了超声波促进固定化菊糖酶催化作用的机理,结果表明,频率为20kHz、功率为20Ｗ的超声波作用后,以蔗糖为底物的酶活力提高了60%;李柏林等[16]依据超声波作用原理,改变菌丝体胞壁对庆大霉素(gentamicin,GM)的吸附性能,使部分被胞壁吸附的ＧＭ释放到发酵液中,研究表明运用超声波处理80～90ｈ龄的发酵液可提高ＧＭ发酵效价
1.5倍;于淑娟等[17]对超声场下纤维素酶反应动力学进行了研究,结果表明,使用超声波催化法具有水解率高、产品质量好,以及优化反应条件等优点;高大维等[18]研究了线性超声波辐射对啤酒酵母细胞生长的影响.此外,超声波处理还可改良发酵过程的生化反应*作条件,如溶氧、消泡等[19]。
2.1.3超声波应用于发酵工程下游技术
在发酵产物的提取和分离中,离心和过滤是最常用的方法,传统的离心方法难以实现在线*作,而常规的过滤要使用各种各样的膜,这些膜过滤器使用时经常会被堵塞,因此需经常清洗或更换。超声过滤有如下特点:
1)可使溶液中的细胞(或微细颗粒)凝聚,提高过滤速度;
2)使细胞(或微细颗粒)部分地悬浮于液体中,从而为溶解成分留出更多的通道,可防止堵塞;
3)超声过滤无机械活动部件,不需要滤纸或滤膜.
在酿酒工业中,如果用超声波酒瓶装酒，3天后，普通的白酒就会变得如陈年佳酿，色香味俱佳。
