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Automatisierte Bioprozesssysteme sind auf genaue Online-Messungen des Zellwachstums angewiesen. In der vorliegenden Studie wurden sechs Sensoren, die fünf verschiedene Technologien repräsentieren, nämlich Nahinfrarot-Absorption, externe nichtinvasive Lichtstreuung, Rückstreureflexion, dielektrische Spektroskopie und Abgasanalyse, für die Online-Überwachung des Wachstums der mikrobiellen Zellfabrik Corynebacterium glutamicum bewertet. Die Signalausgänge wurden während der stationären Wachstumsphase der Zellen unter verschiedenen Rühr- und Belüftungsbedingungen überwacht, Bedingungen, die potenzielle Interferenzen mit den In-situ-Signalen darstellen. Das zufällige Rauschen der Messungen wurde mit einem Gauß-Filter gefiltert und die zeitlichen Ableitungen wurden berechnet, um Informationen über die mikrobielle Wachstumsrate zu erhalten. Überraschenderweise waren die Signale der meisten Sonden bei der Kultivierung von C. glutamicum im Fed-Batch-Verfahren stark mit dem Rühren korreliert, waren aber trotz der Zunahme von Luftblasen, die Messstörungen verursachen können, weitgehend unbeeinflusst von der Luftströmung. Insgesamt zeigen wir, dass eine Online-Schätzung des Wachstums von C. glutamicum auf der Grundlage der verschiedenen Sensorsignale mit linearer und multipler linearer Regression möglich war, wobei die Auswirkung des Rührens korrigiert wurde, und dass eine Schätzung der Wachstumsrate mit der Implementierung eines Gauß-Filters genau vorgenommen werden konnte.
Geschrieben von: Sandro Waldmeier
Autoren: Pedro A.Lira-Paradaa, Andrea Tuveri, Gerd M.Seibold, Nadav Bar.
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