Bei der kontinuierlichen online Analyse von Substraten in Kultivierungsmedien ist es notwendig, dass eine Probe unter sterilen Bedingungen aus dem Bioreaktor entnommen wird. Dabei müssen Reproduzierbarkeit und Relevanz der genommenen Probe gewahrt bleiben.
Das TRACE C2 Control und das MultiTRACE ermöglichen zwei Online-Probenahme-Methoden
–Filtration mit Filtrationssonde,
– Gasdiffusion mit Dialysesonde.
Beide Probenahmeverfahren erlauben eine sterilsichere Entnahme aus dem Bioreaktor.
Die einfachste Methode stellt die direkte Vermessung einer filtrierten Medium-Probe dar. Der Anwendungsbereich ist jedoch wegen des Verbrauchs an Reaktormedium auf Prozesse beschränkt, bei denen genügend Reaktorvolumen zur Verfügung steht oder kontinuierlich gefüttert wird.
Für Prozesse, bei denen aufgrund des Reaktorvolumens nicht genügend Probematerial zur Verfügung steht, bietet sich eine Probenahme mittels Dialyse oder Gasdiffusion an. Diese Methode entfernt nur niedermolekulare Stoffe aus dem Reaktormedium ohne dabei das Flüssigkeitsvolumen zu verringern.
Für die Messung wird das Ethanol über eine Gasdiffusionsmembran in der Sonde, bzw. dem Fluidik-Schlauchset aus der Probe abgetrennt und dann dem Biosensor zugeführt.
TRACE nutzt für seine Biosensoren eine Kombination aus immobilisierten Enzymen und elektrochemischen Transducern. Diese Kombination ist äußerst robust und vielseitig einsetzbar. Der Biosensor wird in eine Durchflusszelle eingebaut (siehe Abbildung). Dadurch entsteht eine kompakte Sensorik Einheit, die in vorkonfektionierte Schlauchsets für die jeweilige Anwendung integriert wird.
Die Ethanolbestimmung im TRACE C2 Control und MultiTRACE erfolgt in Kombination von enzymatischer Umsetzung und elektrochemischer Detektion.
Als Biosensor dient eine Kombination eines Enzymreaktors, der immobilisiertes Enzym enthält mit einer Platinelektrode.
Die Abbildung zeigt einen Ethanol Biosensor mit Enzymreaktor
Die enzymatische Messung erfolgt nach folgender Reaktionsgleichung:
Da das Enzym Alkoholoxidase sowohl Methanol als auch Ethanol erkennt, besteht eine Querempfindlichkeit zwischen beiden Substanzen. Eine getrennte Bestimmung ist deshalb nicht möglich.
Die Standzeit des Sensorsystems beträgt abhängig von der Anwendung garantierte 30 Tage bzw. 5000 Messungen. Die Abweichung vom mittleren Messwert beträgt bei einer Messung von 2 /L Ethanol weniger als 5 %.
Mit Hilfe von vorkonfektionierten Schlauchsets und dazugehörigen Transport- und Kalibrierlösungen kann eine vollautomatische Probenahme und Messung mit Hilfe des TRACE C2 Control und MultiTRACE durchgeführt werden.
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