Bioreaktorikasvatusten monitorointi ja näytteenottolaitteen kehitys
Paasikallio, Toni (2010)
Paasikallio, Toni
Metropolia Ammattikorkeakoulu
2010
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201004236818
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201004236818
Tiivistelmä
Insinöörityössä kehitettiin uutta bioreaktoreissa käytettävää näytteenottolaitteistoa, jolla voitaisiin suorittaa nopea dead-end-tyyppinen suodatus näytteenoton yhteydessä toistettavasti ja luotettavasti. Lisäksi selvitettiin kolmen eri in-situ on-line-mittalaitteiston soveltuvuutta panimohiivan käymisprosessin monitorointiin. In-situ on-line-mittalaitteiden tuloksia vertailtiin käymisprosessin aikana off-line-menetelminä mitattuihin optisen tiheyden arvoihin, hiivan kuivapainoihin sekä HPLC-analyyseihin. Määritettiin myös solunulkoisia adenosiinitrifostaatti- ja adenylaattikinaasipitoisuuksia yhden käymisprosessin osalta tarkoituksena selvittää hiivasolujen tilaa käymisprosessissa.
Käymisprosessin seurantaan käytetyt mittalaitteet olivat lähi-IR-valon absorptioon perustuva TruCell2-solutiheysanturi, dielektriseen spektroskopiaan perustuva Biomass Monitor 220 sekä FT-NIR-mittaustekniikkaan perustuva Matrix-F FT-NIR -spektrometri. Tulosten perusteella kaikki kolme mittalaitetta näyttäisivät soveltuvan käymisprosessissa biomassan monitorointiin. Lisäksi Matrix-F FT-NIR -spektrometri näyttäisi soveltuvan alustakomponenteista ainakin glukoosin, maltoosin, glyserolin ja etanolin monitorointiin.
Solunulkoisissa adenosiinitrifostaatin mittauksissa havaittiin lievää kasvua käymisprosessin keskivaiheilla, mutta tulokset olivat vain suuntaa antavia mittausmenetelmästä johtuen. Adenylaattikinaasin mittauksissa ei havaittu muutoksia.
Näytteenottolaitteiston yleinen toimivuus ja näytteenottosekvenssi saatiin luotettavammaksi ja näytteenoton jälkeinen höyrysterilointi turvallisemmaksi. Näytteenotto ilman suodatusta onnistui toistettavasti. Suodatuksen osalta kiintoaineen erotus ei onnistunut suunnitellulla tavalla, koska suodatinmateriaalit tukkeutuivat tai permeaattivuo jäi lähes olemattomaksi.
Jatkokehityksen kannalta näytteenottolaitteen osalta tulisi keskittyä suodatuksen parantamiseen. Matrix-F FT-NIR -mittausten soveltuvuutta alustakomponenttien monitorointiin voitaisiin mahdollisesti parantaa käyttämällä useampia kalibrointipisteitä.
Käymisprosessin seurantaan käytetyt mittalaitteet olivat lähi-IR-valon absorptioon perustuva TruCell2-solutiheysanturi, dielektriseen spektroskopiaan perustuva Biomass Monitor 220 sekä FT-NIR-mittaustekniikkaan perustuva Matrix-F FT-NIR -spektrometri. Tulosten perusteella kaikki kolme mittalaitetta näyttäisivät soveltuvan käymisprosessissa biomassan monitorointiin. Lisäksi Matrix-F FT-NIR -spektrometri näyttäisi soveltuvan alustakomponenteista ainakin glukoosin, maltoosin, glyserolin ja etanolin monitorointiin.
Solunulkoisissa adenosiinitrifostaatin mittauksissa havaittiin lievää kasvua käymisprosessin keskivaiheilla, mutta tulokset olivat vain suuntaa antavia mittausmenetelmästä johtuen. Adenylaattikinaasin mittauksissa ei havaittu muutoksia.
Näytteenottolaitteiston yleinen toimivuus ja näytteenottosekvenssi saatiin luotettavammaksi ja näytteenoton jälkeinen höyrysterilointi turvallisemmaksi. Näytteenotto ilman suodatusta onnistui toistettavasti. Suodatuksen osalta kiintoaineen erotus ei onnistunut suunnitellulla tavalla, koska suodatinmateriaalit tukkeutuivat tai permeaattivuo jäi lähes olemattomaksi.
Jatkokehityksen kannalta näytteenottolaitteen osalta tulisi keskittyä suodatuksen parantamiseen. Matrix-F FT-NIR -mittausten soveltuvuutta alustakomponenttien monitorointiin voitaisiin mahdollisesti parantaa käyttämällä useampia kalibrointipisteitä.