Az élesztő életképességének valós idejű követése etanolgyártásban

Miért fontos az élő sejtek száma?

Az ipari etanolgyártásban az inline szenzorok hatékony eszközt adnak a fermentáció javításához. Ha az élősejt-sűrűséget (VCD, viable cell density) folyamatosan mérik és szabályozzák, a kezelők valós időben beavatkozhatnak, és optimális körülmények között tarthatják a folyamatot. A folyamatos VCD-mérés így egyszerre segíti a tenyészet teljesítményének követését és a fermentáció hatékonyságának optimalizálását.

Hogyan mér a permittivitásszenzor?

A permittivitásszenzorok – mint a Hamilton Incyte Arc – elektromos teret hoznak létre a fermentlében. Az ebbe a térbe kerülő élő sejtek polarizálódnak, mert a sejten belüli töltött részecskék a tér hatására elmozdulnak. Elvben ez a polarizáció az élő biomasszával arányosan nő, így közvetlenül összevethető a referenciamintákkal, és valós idejű képet ad az élősejt-sűrűségről.

A mérés lényege, hogy csak az ép membránú, élő sejtek polarizálódnak: az elpusztult, sérült membránú sejtek nem adnak jelet. A szenzor ezért nem az összes sejtet számolja, hanem kifejezetten az élő biomasszát látja.

A Cargill kísérlete

A Cargill, Inc. kísérleti (pilot) méretű etanolos fermentációjában Incyte Arc szenzorral követte az élesztő élősejt-sűrűségét. Az élő élesztősejteket festés után Cellometer sejtszámlálóval számolták meg, és az eredményeket összevetették a VCD-szenzor értékeivel. Több kísérleti futás során a fermentáció különböző szakaszait vizsgálták; 26 óra után a tartályt 41 °C-ra melegítették.

Növekedési szakasz: szoros egyezés az offline számlálással

Az Incyte Arc a növekedés logaritmikus (log) szakaszában szorosan együtt mozgott az offline Cellometer-számlálással (1. ábra, A és B). Az egyezés olyan erős volt, hogy egyetlen szorzótényezővel (meredekséggel) a permittivitásból folyamatosan, a folyamat közben számolható a Cellometer-egyenértékű sejtszám. A következő futásokban már ezekre a permittivitásból számolt értékekre támaszkodva becslik a fermentáció állapotát.

Hőstressz: a szenzor azonnal jelzi a sejtpusztulást

A kísérlet második szakaszában a fermentlé 41 °C-ra melegítésével hőstressznek tették ki az élesztőtenyészetet. A Cellometer szerint a sejtszám alig csökkent, az inline permittivitásmérés értéke viszont közel nullára esett, ami az élő sejtek szinte teljes elvesztését jelezte (2. ábra, C).

A sejtpusztulás harmadik, független megerősítéseként a tenyészetből a 60 °C-os hőkezelés előtt és után mintát vettek, és két napig szobahőmérsékleten inkubálták. A kontrolltenyészet etanolt termelt, a hőkezelt minta nem – ez igazolta, hogy az élesztő elpusztult (2. ábra, D).

Eredmény

A vizsgálat megerősítette, hogy az Incyte Arc valós idejű, pontos élő élesztősejtszámot ad, ami elengedhetetlen a folyamatoptimalizáláshoz. A Cargill a következő lépésekben azt vizsgálja, hogyan javítható a VCD-szenzorokkal és a szenzorvezérelt automatizálással az üzem működési hatékonysága, és hogyan csökkenthető a propagáció és a fermentáció erőforrásigénye.

Hogyan segít a LOBA Kft.?

A LOBA Kft. a Hamilton Process Analytics magyarországi partnereként nemcsak a szenzorok szállítását vállalja, hanem a teljes folyamatban melletted áll: segítünk kiválasztani a fermentorodhoz illő szenzort, házat és tartozékokat, megtervezni a beépítést és az adatkapcsolatot, és a beüzemelés után is ott vagyunk szervizzel és támogatással.

Élesztős vagy mikrobiális fermentációban szeretnéd valós időben követni az élő sejtek számát? Vedd fel velünk a kapcsolatot!

Forrás: Hamilton alkalmazási jegyzet (szerzők: David B. Hansen, Andrew Cromwell, Zach Roeder, Joe Spencer). Az eredeti, angol nyelvű dokumentum PDF-ben is letölthető.