Управление начальными стадиями биотехнологического процесса с помощью спектроскопии Raman

Компания Nicro объединила свой опыт в области проектирования систем ферментации с технологией Raman компании Endress+Hauser и аналитическими услугами центра BICRO BIOCentre для создания комплексного решения для процессов ферментации. Поточный контроль заменяет длительный автономный анализ проведением измерений концентрации метаболитов и биомассы в режиме реального времени. Это дает ученым более глубокое понимание технологического процесса, обеспечивает своевременное вмешательство, снижает риск загрязнения, а также позволяет оптимизировать производство и повысить выход целевого продукта.

Первоначальный анализ затрат показал, что окупаемость инвестиций достигается после 35 процессов ферментации при сравнении поточного контроля с помощью спектроскопии Raman с проведением автономного анализа проб. Анализ также показал, что более быстрое время цикла при ферментации с контролем методом спектроскопии Raman способно обеспечить 33 % потенциального увеличения производительности за 10-дневный период.

Получение данных в режиме реального времени улучшает управление процессами ферментации

Прямое поточное измерение содержания глицерина в качестве исходного метаболита, ацетата – как побочного продукта, а также оптической плотности OD600 для оценки роста биомассы обеспечивает более глубокое понимание эффективности процессов ферментации. Обеспечивая контроль нескольких параметров с помощью одного зонда, данное решение позволяет принимать технологические решения на основе текущих условий, а не на основе задержанных результатов лабораторных анализов. Результаты:

• Сокращение времени технологического цикла за счет контроля метаболитов в режиме реального времени
• Улучшение управления технологическими процессами для оптимизации производства и повышения выхода целевого продукта
• Снижение риска загрязнения за счет сокращения количества операций по автономному отбору проб
• Одновременный контроль нескольких параметров процесса ферментации
• Сокращение времени между партиями
• Комплексный пакет технологических решений для процессов ферментации

Ход процесса ферментации можно оценить путем контроля содержания растворенного кислорода в питательной среде. Оптическая плотность и концентрация метаболитов предоставляют дополнительную информацию о процессе, однако традиционно эти параметры измерялись в автономном режиме с использованием трудоемких методов хроматографии.

Отбор проб для анализа приводит к задержке получения информации о технологическом процессе и требует дополнительных операций. Это также может создать риск загрязнения и потенциальной потери ценной партии продукта. Компании Nicro требовалось решение, которое обеспечивало бы своевременное получение информации о концентрации метаболитов и росте биомассы без необходимости регулярного автономного отбора проб.

Компания Nicro объединила свой опыт в области проектирования систем ферментации с технологиями и услугами центра BICRO BIOCentre и компании Endress+Hauser для создания комплексного пакета решений для процессов ферментации. Решение включает в себя следующее:

• Разработка и конструкция комплексной системы ферментации от Nicro
• Анализатор Raman Rxn от Endress+Hauser
• Зонд Raman Rxn-45 от Endress+Hauser
• Аналитические услуги центра BICRO BIOCentre
• Услуги компании S-PACT по моделированию для поддержки разработки аналитических моделей

Зонд Raman устанавливается непосредственно в технологическую линию и контролирует концентрацию глицерина, концентрацию ацетата, а также оптическую плотность OD600 для оценки роста биомассы. Один зонд позволяет одновременно контролировать несколько параметров, обеспечивая визуализацию условий ферментации в режиме реального времени и исключая задержки, связанные с проведением автономного анализа проб.

Поточные данные также помогают ученым выявлять события процесса, которые могут происходить на разных этапах в каждой отдельной партии продукта. В описанном проекте онлайн-контроль позволил ученым определить момент, когда бактерии переключились с одного источника углерода на другой, что обеспечило возможность вмешательства в технологический процесс на необходимом этапе подачи питательной среды.