1. Synopse
1908
, 50
1
Biomasseschatzung in Hefezuchtungen 14
mittels TrubungsmeBsonden und einer 12
-
KapazitanzmeBsonde
10
T
cn
v
Andre Nipkow, Carlo Andretta c a
und Othmar Kappeliquot;
g 6
5
Die Biomasse besitzt als ProzeBgroBe eine zentrale Bedeutung in E 4
der Beurteilung eines ProzeBzustandes. Indirekte Methoden zu
2
ihrer Bestimmung sind oft ungenau, direkte Methoden werden in
der Regel off-line ausgefuhrt und sind rnit einer groBen Zeitver- 0
10 20
0
zogerung verbunden.
Zeit (h)
In Hefezuchtungen wurden funf Trubungs- und eine Kapazitanz-
mehonde auf ihre Eignung zur On-line-Biomasseschatzung in
Abb. 1. Biomasse- und Sondensignalverlaufe wahrend einer
Bioreaktoren uberpruft. Als Kriterien dienten die Korrelation zur
Batch-Ziichtung von Hefe im 42-1-Riihrkesselreaktor; Ruhrer-
Trockengewichtsbestimmung, das SignaVRausch-Verhaltnis und drehzahl 800 min-l, Beluftungsrate 0,67 V(l rnin).
die Detektionsgrenzen. Die Querempfindlichkeit auf Gasblasen,
Feststoffe und Entschaumer wurde ebenfalls untersucht. 50
1 I
-
14
-
1 Material und Methoden 12 - 40
v
Bioreaktoren: Messungen wurden in zwei 42-1-Riihrkesseln und in ? 10-
2
m - 30
einem kompakten Schlaufenreaktor durchgefuhrt. v
.-
8- cn
-
Sonden:
;
u)
l n -
optisch - Sonde TSS 30/10 rnit MeBgerat Mex 2 (Eur-Control); $ 20
6-
- Sonde O D 10/5 mit MeBgerat Mex 3 (Eur-Control);
5 - c
Biornasse
m 0
- Sonde A F 44 rnit MeBgerat AS 81 (Aquasant); 4- Merck v)
1
10
- Merck-Sonde (Merck); v TSS
2-
- Mini FIPPS (Ciba-Geigy); *cD
Radiofrequenz: Bugmeter (Aber Instruments). 0
0 1-
Mikroorganismen und Nahrlosungen: Die Versuche wurden rnit 10 20
Saccharomyces cerevisiae in feststofffreiem, synthetischem Medi- Zeit (h)
um durchgefuhrt . Die Querempfindlichkeiten wurden durch Zuga-
Abb. 2. Biomasse- und Sondensignalverlaufe wahrend einer
be von Feststoffen oder Entschaumer sowie durch Anderung der
Batch-Ziichtung von Hefe irn 42-I-Ruhrkesselreaktor; Ruhrer-
Ruhrerdrehzahl und der Beluftungsrate getestet.
drehzahl 800 min-', Beluftungsrate 0,67 V(l min).
2 Resultate
Korrelation Mebsignale - Biomasse: Alle Sondensignale, ausge-
nommen das der SondeTSS 30/10, gaben den zeitlichenverlauf der
Hefebiomasse wahrend einer Satzkultur ziemlich genau wieder
(Abb. 1 und 2, Bugmeter-Signal hier nicht abgebildet). In
Satzkulturen rnit Nachdosierung von Nahrstoffen war das Signal
des Bugmeters nur so lange giiltig, wie die Leitfahigkeit der
Nahrlosung 20 mS/cm nicht iiberschritt.
SignaNRausch-Verhultnis: In der Regel war eine starke Signal-
dampfung rnit Zeitkonstanten von 10 bis 60 s erforderlich, um ein
niitzliches SignaURausch-Verhaltnis zu erhalten. Diesbezuglich
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schnitten die Sonden von Merck, von Aquasant und von Eur- Zeil (h)
Control (OD 10/5) gut ab.
Sondenernpfindlichkeit: Die Empfindlichkeit der TrubungsmeB- Abb. 3. Sondensignalverlaufe wahrend einer kontinuierlichen
sonden zeigte sich besonders bei Messungen in kontinuierlichen Synchronkultur von Hefe irn 42-1-Ruhrkesselreaktor; Verdiin-
Synchronkulturen von Hefe, wo Schwankungen in der Biomassen- nungsrate 0,15 h-', Ruhrerdrehzahl 800 min-I, Beliiftungsrate
0,67 V(l min), ca. 9 g Biomasse/l.
konzentration von 10% problemlos aufgezeichnet werden konnten
(Abb. 3).
Dynamischer Bereich: Der dynamische Bereich der optischen
Sonden war stark von den MeBbedingungen (Blasenmuster)
* Dr. A. Nipkow, Ingold MeBtechnik AG, CH-8902 Urdorf,
abhangig. Unter extrem turbulenten Bedingungen (Riihrerdreh-
Dip1.-Natw. C. Andretta, Institut fur Biotechnologie, ETH-
zahl 2000/min) konnten noch 15 g Biomasse/l gemessen werden.
Honggerberg, CH-8093 Zurich, und PD Dr. 0. Kuppeli, Bideco
Bei ublichen Zuchtungsbedingungen geriet bei 33 g BiornasseA
AG, CH-8600 Dubendorf.
1052 Chem.-1ng.-Tech. 62 (1990) Nr. 12, S. 1052-1053 0 VCH Verlagsgesellschaft mbH, D-6940 Weinheim, 1990
+
0009-286X/90/1212-1052 $ 03.50 .25/0

2. keines der optischen Gerate in den Sattigungsbereich. Das Bug- torgeometrie) abhangen, mussen sie fur jeden BioprozeD mit
meter konntc diese relativ geringe Zelldichte wegen der hohen Off-line-Biomassewerten kalibriert werden. Geringe Wirkung
Leitfahigkeit des Mediums nicht messen. Das untere Detektions- zeigten dagegen koaleszenzandernde Stoffe. An anderer Stelle [l]
limit der optischen Gerate betrug bei ublichen Ziichtungsbedin- wurden jedoch gegenteilige Beobachtungen gemacht. Keinen
EinfluB auf das MeBsignal hatten feste Nahrstoffe. Diese Tatsache
gungen 1 g Biomasse/l.
weist auf die Moglichkeit hin, diese Sonden in industriellen Medien
Querernpfindlichkeit: Die Querempfindlichkeit der Aquasant-
Sonde wie auch der Sonde O D 10/5 auf die Riihrerdrehzahl war einzusetzen.
oberhalb von 400/min ausgepragt und fur beide Sonden ahnlich.
Eingegangen am 26. Marz 1990
Das Bugmeter reagierte auf Blasenmuster-Anderungen nicht.
Feste Nahrstoffanteile und koaleszenzandernde Stoffe zeigten
keine oder nur geringe Wirkung auf die Signale. Literatur
LanKzeit.stahilitutc Der Quotient SignaVBiomasse, der in einer
27-tagigen Zuchtung eingesetzten Sonden Aquasant und OD 101.5 [ l ] Metz, H.: Chemie-Technik (Heidelberg) 10 (1981) S.
691/696.
blieb uber die gesamte Versuchsdauer konstant. Die Optik beider
Sonden blieb sauber.
Schliisselworte: Biomasse, Biosensor, Zelldichte. Trubungsmes-
sung, Kapazitanzmessung.
3 Diskussion
Aus den Versuchen geht hervor, daS einige TrubungsmeSsonden
uber einen weiten Bereich zur Biomassekonzentration direkt
proportionale Signale lieferten. Da die Signale stark von den
Zuchtungsbedingungen (Riihrerdrehzahl, Beluftungsrate, Reak-
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Chem.-1ng.-Tech. 62 (1990) Nr. 12, S. 1052-1053