m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

4 Produktionsorganismen, apparativer Aufbau und Durchführung der Experimente
Die Kalibrierung dauerte bei einer Doppelbestimmung der Lösungen einschließlich aller
Spülvorgänge ungefähr 36 Minuten. Während der Fermentation erfolgte eine Rekalibrierung
über die Kalibrierlösungen im Abstand von 150–200 Messungen. Die Sonde wurde im
Abstand von ungefähr 12 Stunden rekalibriert, indem der vom System ausgegebene Wert
an den extern gemessenen Wert angepasst wurde. Die Kalibrierung erfolgte in der Produktionsphase,
in der kein Wachstum mehr stattfand. Da sich der Glucoseverbrauch der Zellen
in dieser Phase kaum änderte, hatte der ” Datenausfall“ aufgrund der Kalibrierung keinen
negativen Einfluss auf die Regelung.
4.3.3 Prozessdatenerfassung und Prozesskontrolle
Abb. 4.9 zeigt ein Fließbild des Prozesses mit 20 l Bioreaktor und Peripherie. Die Datenerfassung
erfolgte über einen Prozessrechner mit der Software LabView. Über eine serielle
Schnittstelle wurden die vom Infors-System angezeigten Prozessgrößen Begasungsrate,
pH-Wert, Gelöstsauerstoffkonzentration, Druck, Temperatur, Rührerdrehzahl und Gewicht
eingelesen. Bis auf das Gewicht wurden alle Variablen über in die Infors-Steuerung
integrierte PID-Regler geregelt.
Nach Digitalisierung über ein SMP-Interface wurden die analogen Signale der Abgasanalytik
und des Waagenwerts des Ammoniakvorrats über einen zweiten Prozessrechner
mit der Software Medusa 2.0 erfasst (Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für
Biotechnologie 2). Die Dosiersysteme von Glucose und L-Tyrosin, verbunden über serielle
Schnittstellen, wurden ebenfalls über dieses System gesteuert. Die Zulaufraten wurden an
die Dosiersysteme gesendet und die Istwerte im Prozessrechner aufgezeichnet.
Die Messwerte des OLGA-Systems wurden über einen weiteren Prozessrechner mit
OLGA-Software erfasst und wie das Messsignal des Process Trace Systems über eine serielle
Schnittstelle an die LabView Datenerfassung geleitet und von dort weiter zum Medusa-
System. Daneben wurden auch Reaktorgewicht, die Werte der Abgasanalytik und die Begasungsrate
an dieses System geleitet. Die Medusa-Software wurde für die Glucoseregelung
und die L-Tyrosin-Steuerung über die Sauerstoffaufnahmerate eingesetzt. Das System ermittelte
die Zulaufraten.
4.3.4 Durchführung der Fermentationen
Die Fermentationen erfolgten im Zulaufverfahren. Vor dem Fermentationsbeginn und
vor der Sterilisation des Bioreaktors wurde die pH-Elektrode kalibriert. pH-Elektrode,
Sauerstoffelektrode und Dialysesonde zur Probenahme für die Glucosemessung wurden
in den Reaktor eingebaut. Wurde das OLGA-System zur Glucosemessung mit Filtrationsumlauf
verwendet, wurde dieser eine Stunde mit 1 M Natronlauge sterilisiert und
die Anschlüsse danach in den Reaktor eingebaut. Zulaufflaschen für Substrate und
Ammoniaklösung sowie Schläuche wurden vorab im Autoklav bei 121 ◦ C für 20 Minuten
sterilisiert und angebracht. Dann erfolgte die Sterilisation des mit Wasser gefüllten
Bioreaktors für 20 Minuten bei 121 ◦ C. Nach der Sterilisation wurde das Wasser abgelassen
und Medium in den Reaktor sterilfiltriert. Nachdem 37 ◦ C und ein pH-Wert von
6,5 als Anfangsbedingungen eingestellt waren, wurden die Gelöstsauerstoffkonzentration,
die Abgasanalytik und das jeweilige System zur Online-Messung von Glucose kalibriert.
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