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Mit Raman weiß man wirklich, was im Fermenter vor sich geht. Die Amortisationszeit kann durch Prozessoptimierung überraschend kurz sein
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Mit Raman weiß man wirklich, was im Fermenter vor sich geht.

Die Amortisationszeit kann durch Prozessoptimierung überraschend kurz sein

„Man kennt uns von unseren Sensoren für Prozessanalysen wie Temperatur, Druck, pH-Wert, Sauerstoffgehalt und Leitfähigkeit. Die gleichen Messgeräte, die mit Bioprozessen in der Pharmazie verbunden sind, für diese Umgebung validiert wurden und dort ganze Prozesse unterstützen, können auch in Forschungsumgebungen vom Labor- bis zum Pilotmaßstab eingesetzt werden. Dann geht es normalerweise um einen Bereich der Bioreaktoren von 3 bis etwa 100 Liter. Die gleiche Sonde, die im industriellen Prozess eingesetzt wird, ist daher auch für das Labor geeignet. Dies ist natürlich ideal für die Maßstabsvergrößerung. Man arbeitet von Anfang an nach den FDA-Anforderungen für Protokolle und das gleiche Messgerät kann überall bis zu Tanks von ca. 10 Hektolitern angeschlossen werden. Alle diese Daten werden auch automatisch in das LIMS eingetragen. Mit der Übernahme von Kaiser Optical Systems vor rund fünf Jahren können wir nun auch die Raman-Spektroskopie liefern.

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Dieser Artikel wurde ursprünglich in LABinsights veröffentlicht www.labinsights.nl © maXus media EXPERTENANSICHT EXPERTENANSICHT Tomaso Della Vedova, „Mit Raman weiß Die kontinuierliche Überwachung der Prozessbedingungen und die regelmäßige Branchenmanager Nahrungsmittel & Getränke und Biowissenschaften bei Endress+Hauser man wirklich, was im Fermenter vor sich geht.“ Überwachung der Reaktionsprozesse sind bei der Biofermentation unerlässlich. Inline-, pH-, Sauerstoff- und Leitfähigkeitsmessungen sowie die Raman-Spektroskopie helfen Laboren, Bioreaktorprozesse zu kontrollieren und zu perfektionieren. „Wir stellen ihnen die Werkzeuge zur Maßstabsvergrößerung zur Verfügung und zur Einhaltung der strengsten Vorschriften in regulierten Umgebungen“, sagt Tomaso Della Vedova, Branchenmanager Nahrungsmittel & Getränke und Biowissenschaften bei Endress+Hauser. „Die Amortisationszeit kann durch Prozessoptimierung überraschend kurz sein“ Redaktion und Fotografie: FOODnote „Man kennt uns von unseren Sensoren für Prozessanaly- sen wie Temperatur, Druck, pH-Wert, Sauerstoffgehalt und Leitfähigkeit. Die gleichen Messgeräte, die mit Bioprozessen in der Pharmazie verbunden sind, für diese Umgebung validiert wurden und dort ganze Prozesse unterstützen, können auch in Forschungsumgebungen vom Labor- bis zum Pilotmaßstab eingesetzt werden. Dann geht es normalerweise um einen Bereich der Bioreaktoren von 3 bis etwa 100 Liter. Die gleiche Sonde, die im industriellen Prozess eingesetzt wird, ist daher auch für das Labor geeignet. Dies ist natürlich ideal für die Maßstabsvergrößerung. Man arbeitet von Anfang an nach den FDA-Anforderungen für Protokolle und das gleiche Messgerät kann überall bis zu Tanks von ca. 10 Hektolitern angeschlossen werden. Alle diese Daten werden auch automatisch in das LIMS eingetragen. Mit der Übernahme von Kaiser Optical Systems vor rund fünf Jahren können wir nun auch die Raman-Spektrosko- pie liefern. Raman ist eine Multiparameter-Technologie, mit der man mehrere Prüfungen gleichzeitig durchführen kann und nach ein bis zwei Minuten ein Ergebnis bekommt. Das Verfahren ist nicht-invasiv und ist auch für den Einmalgebrauch geeignet. Die Messung erfolgt direkt im Biofermenter, ohne Proben nehmen zu müssen. Dies wiederum reduziert das Risiko einer Kontamina- tion. So kann man sofort sehen, wie es den an der Fermentation beteiligten Organismen geht, zum Beispiel, wie viele Hefen und wie viele Bakterien beteiligt sind, was die Lebendzelldichte ist, was ihre Reaktionsprodukte sind und wie schnell sie produzie- ren. Werden die gewünschten Proteine gebildet und wie sieht es mit der Bildung von Zucker, Säuren oder Estern aller Art wie Laktose, Phosphat und Glyceriden aus? Man kann Dutzende davon messen. Ein Biofermentationsprozess ist immer abhängig von der Gesundheit und den Aktivitäten der Bakterien. Man braucht ein Gleichgewicht der Prozesse, die während der Fermentation ablaufen. Dabei ist es hilfreich, wenn man den pH-Wert, den Sauerstoff und die Leitfähigkeit messen kann, aber wenn man wirklich wissen will, was in den Fermentern des Pharma- und Chemiesektors passiert, dann braucht man Raman-Spektros- kopie. Mit Raman kann man sehen, ob und wann A und B Stoff C bilden werden und wann man den Prozess beenden muss. Mit Raman kann man den Prozess so steuern, dass das gewün- schte Ergebnis in kürzester Zeit erzielt werden kann. Wir haben Beispiele von Unternehmen, die aufgrund von Raman und den daraus gewonnenen Erkenntnissen über den Prozess drei Char- gen statt zweien an einem Tag verarbeiten konnten. Das nenne ich Prozessoptimierung! Raman ist in der Tat eine Art Fahrdatenschreiber. Deshalb bieten wir Schulungen und Kooperationen an, um schnell den Zusam- menhang zwischen den Maßnahmen der Technik zu finden und die Raman-Technik im Arbeitsprozess des Kunden zu validieren. Jeder Prozess ist einzigartig, da verschiedene Bioorganismen und Chemikalien beteiligt sind und die Umgebungsbedin- gungen variieren. Kauftechnisch beginnen die Geräte für die Raman-Messung bei 150.000 Euro, aber die Amortisationszeit kann überraschend kurz sein. Wir haben Beispiele für sechs Monate durch Prozessoptimierung. Man kann auch mit weniger Laboranalysen auskommen, indem man diese z.B. auf die Mitte und das Ende des Prozesses beschränkt. Entscheidend ist, was im Qualitätssystem erfasst wurde. Das spart viel Logistik- und Analyseaufwand, während praktisch kontinuierlich gemessen wird, normalerweise alle 10 Minuten. Nach 150 Stunden ergibt das dann ein sehr gutes Bild vom Fermentationsprozess, z.B. von Pharmawirkstoffen [engl. API = Active Pharmaceutical Ingredient, Red.]. Man kann dann auch all diese Daten in Optimierungs- modelle einlesen. Das ist reiner Gewinn, aber der Gewinn kann auch in der nachgeschalteten Weiterverarbeitung liegen, also z.B. der Wiederaufbereitung des Produkts nach der Ultrafiltration oder Chromatographie. Schließlich ist Raman sehr flexibel in der Anwendung. Man kann vier Sonden an ein Spektrometer anschließen. So ist es beispielsweise möglich, drei davon für die Prozessüberwachung und eine für die Labormessungen zu verwenden. Mit Verkabelung ist die Reichweite 100 Meter, maximal 300 Meter. Nicht umsonst hat die Raman-Technologie in den letzten Jahren in der Biotechnologie einen großen Sprung nach vorne gemacht, sei es grüne, graue oder rote. Schließlich handelt es sich um Produkte mit hoher Wertschöpfung wie Proteine, Zucker oder Biopolymere, bei denen der Prozess große Genauigkeit erfordert. Die Offline-Durchführung von Prozesskontrollen im Labor ist zu langsam, zu aufwändig und führt zu deutlich weniger Messpunk- ten. So kann es passieren, dass der Analyst im entscheidenden Stadium Kaffee trinkt oder der Analysator belegt ist, sodass die Proben warten müssen. Bei Raman dahingegen weiß man sofort, was los ist und das mit mehreren Parametern gleichzeitig und während des gesamten Prozesses.“ 2 LABinsights | Juni 2019 Juni 2019 | LABinsights 3
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