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Wie kann man den kLa-Wert messen?
Stop flow Methode
Idee:Begasung wird während der Begasung ausgeschaltet. Die OUR (Sauerstoffaufnahmerate) kann aus dem Abfall des DOT (gelöster Sauerstoff) berechnet werden. Dann wird die Begasung wieder angeschaltet. OUR ist als kLa bekannt und kann dann aus der Steigung des DOT-Signals berechnet werden.
Problem:In aktiv atmenden Kulturen sinkt der DOT sehr schnell. Kleine Blasen haben keine ZeiFermentationsbrühe zu verlassen. Das bedeutet, dass der Massentransfer dieser kleinen Blasen weiter geht und der OUR ist falsch. Die Messgenauigkeit ist sehr gering. Die Methode ist nicht empfehlenswert.
Gassing-out Methode
Idee:Steriles Medium wird mit Luft begast. Dann wird die Begasung auf Stickstoff umgestellt, so dass der Sauerstoff entfernt wird. Der kLa-Wert kann aus dem zeitlichen Verlauf des DOT-Signals berechnet werden.
Problem:Der Stickstoff nimmt Sauerstoff aus der Flüssigkeit auf. Daher ist die Konzentration d Gasphase unbekannt und der laufende Gradient undefiniert. Diese Methode ist nicht bei hohen kLa-Werten nicht zu verwenden.
Gassing-in Methode
Idee:Ein steriles Medium wird mit Stickstoff begast (oder unter Vakuum gesetzt), damit der gesamte Sauerstoff verschwindet. Dann wird mit Luft begast. Der kLa-Wert wird aus dem zeitlichen Verlauf des DOT-Signals berechnet.
Problem:Es dauert lange bis das steady-state erreicht wird. Diese Zeit ist länger als die, die das sterile Medium benötigt, um eine komplette Sauerstoffsättigung zu erreichen. Das bedeutet, die Bedingungen sind nicht genau definiert. Die DOT-Elektrode wird auf der halben Reaktorhöhe installiert. Die Methode scheint sicher zu sein.
Sulfit Oxidation Methode
Idee:Eine wässrige Salzlösung mit einer Ionenstärke, die der des zu fermentierenden Mediums entspricht, wird begast. Co2+ wird als Katalysator dazugegeben. Der DOT ist bei 100% Luftsättigung. Sulfit-Medium mit einer definierten Konzentration wird dazugegeben. Sulfit wird zu Sulfat oxidiert, woraufhin der DOT auf 0% sinkt. Das ganze Sulfit ist aufgebraucht, wenn das DOT-Signal wieder steigt. Der kLa kann aus der Stöchiometrie der Sulfitoxidation und der Zeit mit zu Aufbrauch des Sulfits berechnet werden.
Problem:Diese Methode wird in einer Modelllösung ausgeführt, die etwas anders als das Medium ist.
Pressure step Methode
Idee:Steriles Medium oder eine biologisch aktive Fermentationsbrühe wird begast. Dann wird der Druck im Kopfraum des Fermenters um 0,2 bar erhöht. Der kLa-Wert kann dann aus dem zeitlichen Verlauf des DOT-Signales berechnet wird.
Vorteil:Der Sauerstoffpartialdruck steigt in allen Blasen gleich. Somit ist der laufende Konzentrationsgradient genau definiert. Der Blasendurchmesser steigt etwas, während der gas hold-p sich nicht sehr ändern. Scheint die beste Methode zu sein.
Die stationäre Methode mittels Abgasanalyse ist die genaueste und sollte wenn möglich verwendet werden.
Idee:Begasung wird während der Begasung ausgeschaltet. Die OUR (Sauerstoffaufnahmerate) kann aus dem Abfall des DOT (gelöster Sauerstoff) berechnet werden. Dann wird die Begasung wieder angeschaltet. OUR ist als kLa bekannt und kann dann aus der Steigung des DOT-Signals berechnet werden.
Problem:In aktiv atmenden Kulturen sinkt der DOT sehr schnell. Kleine Blasen haben keine ZeiFermentationsbrühe zu verlassen. Das bedeutet, dass der Massentransfer dieser kleinen Blasen weiter geht und der OUR ist falsch. Die Messgenauigkeit ist sehr gering. Die Methode ist nicht empfehlenswert.
Gassing-out Methode
Idee:Steriles Medium wird mit Luft begast. Dann wird die Begasung auf Stickstoff umgestellt, so dass der Sauerstoff entfernt wird. Der kLa-Wert kann aus dem zeitlichen Verlauf des DOT-Signals berechnet werden.
Problem:Der Stickstoff nimmt Sauerstoff aus der Flüssigkeit auf. Daher ist die Konzentration d Gasphase unbekannt und der laufende Gradient undefiniert. Diese Methode ist nicht bei hohen kLa-Werten nicht zu verwenden.
Gassing-in Methode
Idee:Ein steriles Medium wird mit Stickstoff begast (oder unter Vakuum gesetzt), damit der gesamte Sauerstoff verschwindet. Dann wird mit Luft begast. Der kLa-Wert wird aus dem zeitlichen Verlauf des DOT-Signals berechnet.
Problem:Es dauert lange bis das steady-state erreicht wird. Diese Zeit ist länger als die, die das sterile Medium benötigt, um eine komplette Sauerstoffsättigung zu erreichen. Das bedeutet, die Bedingungen sind nicht genau definiert. Die DOT-Elektrode wird auf der halben Reaktorhöhe installiert. Die Methode scheint sicher zu sein.
Sulfit Oxidation Methode
Idee:Eine wässrige Salzlösung mit einer Ionenstärke, die der des zu fermentierenden Mediums entspricht, wird begast. Co2+ wird als Katalysator dazugegeben. Der DOT ist bei 100% Luftsättigung. Sulfit-Medium mit einer definierten Konzentration wird dazugegeben. Sulfit wird zu Sulfat oxidiert, woraufhin der DOT auf 0% sinkt. Das ganze Sulfit ist aufgebraucht, wenn das DOT-Signal wieder steigt. Der kLa kann aus der Stöchiometrie der Sulfitoxidation und der Zeit mit zu Aufbrauch des Sulfits berechnet werden.
Problem:Diese Methode wird in einer Modelllösung ausgeführt, die etwas anders als das Medium ist.
Pressure step Methode
Idee:Steriles Medium oder eine biologisch aktive Fermentationsbrühe wird begast. Dann wird der Druck im Kopfraum des Fermenters um 0,2 bar erhöht. Der kLa-Wert kann dann aus dem zeitlichen Verlauf des DOT-Signales berechnet wird.
Vorteil:Der Sauerstoffpartialdruck steigt in allen Blasen gleich. Somit ist der laufende Konzentrationsgradient genau definiert. Der Blasendurchmesser steigt etwas, während der gas hold-p sich nicht sehr ändern. Scheint die beste Methode zu sein.
Die stationäre Methode mittels Abgasanalyse ist die genaueste und sollte wenn möglich verwendet werden.
Karteninfo:
Autor: Nadine Runge
Oberthema: Biotechnologie
Thema: Bioreaktortechnik
Schule / Uni: RWTH Aachen
Ort: Aachen
Veröffentlicht: 01.08.2013