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Charakterisierung eines optischen online Biomassesensors bei der Fermentation auf hydrophilen und hydrophoben Substraten

  • Für die Beschreibung von Bioprozessen mit Mikroorganismen ist die Erfassung mehrerer Prozess-Parameter relevant. Die Biomassekonzentration eines biologischen Systems gibt Aufschluss über die Wachstumsprozesse der Organismen, die eine wichtige Rolle in der Bio-technologie spielen. Zur online-Bestimmung der Biomasse wurde der „Cell Growth Quantifier“ der Firma aquila biolabs eingesetzt, welcher nach dem Prinzip der Rückstreumessung arbeitet. Für die Kultivierung der Hefe Yarrowia lipolytica wurden Glucose als hydrophiles Substrat und Sonnenblumenöl als hydrophobes Substrat eingesetzt. Zur Quantifizierung wurden Stoffbilanzen aufgestellt. Bei der Fermentation mit Glucose konnten Wachstumskurven generiert und Wachstumsraten mit 0,09 h-1 für Glucose und 0,24 h-1 für Sonnenblumenöl bestimmt werden. Mit Hilfe des online-Signals konnte bei der Bilanzierung eine Änderung in der Reaktionsstöchiometrie festgestellt werden und ein Hinweis auf eine Unterteilung in zwei Phasen, aufgrund einer möglichen Produktbildung, gewonnen werden. Der Signalverlauf des online-Biomassesensors beim Einsatz hydrophiler Substrate entspricht weitestgehend den Werten der Methoden der offline Biomassebestimmung. Für die Fermentation mit Pflanzenöl konnte dagegen keine Korrelation festgestellt werden. Sowohl die Biomasse als auch das hydrophobe Substrat sorgen für ein Streusignal, welches auch nicht durch unterschiedliche Wellenlängeneinstellungen des online-Sensors getrennt werden konnte.
  • For the description of bioprocesses with microorganisms, the acquisition of several process parameters is relevant. The biomass concentration of a biological system gives information about the growth processes of the organisms, which play an important role in biotechnology. For the online determination of the biomass, the "Cell Growth Quantifier" of the company aq-uila biolabs was used, which works according to the principle of backscatter measurement. For the cultivation of the yeast Yarrowia lipolytica, glucose was used as hydrophilic substrate and sunflower oil as hydrophobic substrate. Substance balances were established for quanti-fication. For fermentation on glucose, growth curves were generated and growth rates were determined to be 0.09 h-1 for glucose and 0.24 h-1 for sunflower oil. Using the online signal, a change in reactivity stoichiometry was detected during balancing and an indication of a subdi-vision into two phases, due to possible product formation, was obtained. The signal curve of the online biomass sensor when using hydrophilic substrates largely corresponds to the values of the offline biomass determination methods. In contrast, no correlation was found for fer-mentation with vegetable oil. Both the biomass and the hydrophobic substrate provide a scat-tered signal, which could also not be separated by different wavelength settings of the online sensor.

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Metadaten
Author:Rike Wiechmann
Advisor:Hans-Dieter Schnabel, Thomas Maskow
Document Type:Bachelor Thesis
Language:German
Name:Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ Leipzig
Permoserstraße 15, 04318 Leipzig
Date of Publication (online):2021/02/25
Year of first Publication:2021
Publishing Institution:Westsächsische Hochschule Zwickau
Page Number:80
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Physikalische Technik, Informatik
Release Date:2021/08/09