Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-3982
Wolfram, Evelyn P.
Parallele Substratkontrolle in Bioreaktoren mit geringem Volumen
VII, 194 S., 2002

Mikrobielle Prozesse werden in der ersten Entwicklungsphase in Parallelexperimenten in Kleinreaktoren (Schüttelkolben-Maßstab) reaktionstechnisch untersucht und optimiert. Substratkonzentrationen sind dabei eine zentrale Prozessgröße, deren Kontrolle zur Steigerung der Effizienz und Qualität dieser Entwicklungsphase beitragen kann. Daher wurde eine für kleine Reaktionsvolumen geeignete parallele, automatische und sterile Probenahmetechnik mit Hohlfaser-Dialysemembranen entwickelt und mit einem Substrat-Analysesystem gekoppelt. Durch Kombination der Messtechnik mit einem Regler und einem präzisen Mikrodosiersystem für Substrat wurde der Regelkreis geschlossen. Das Funktionsmuster wurde verfahrenstechnisch charakterisiert und seine Eignung zur Online-Überwachung und Regelung von Bioprozessen untersucht. Mit dieser Technik gelang erstmals die Messung und Regelung von Substratkonzentrationen in parallel durchgeführten Bioreaktionen (beispielsweise mit Escherichia coli) mit Abtastraten von nur wenigen Minuten je Bioreaktor.

In the first developmental phase of microbial processes, relevant parameters for reaction engineering are investigated and optimized with parallel experiments in small reactors (shake flask scale). Substrate concentrations are central process parameters. Their control might help to increase efficiency and quality of this developmental phase. Thus, a parallel, automatic and sterile sampling technique with hollow fiber membranes was developed that suits the small reaction volume. The parallel sampling modules were connected to a substrate analysis system. The combination of the analytical technique with a controller and a precise microdosing system for substrate closed the control loop. The prototype device was characterized and its suitability for online monitoring and control of bioprocesses confirmed. This technique allows for the first time online measurement and control of substrate concentrations in parallel bioreactions (i.e. with Escherichia coli) with measuring rates of the order of minutes.

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Letzte Änderung: 07.06.2022