Hamil­ton Sen­so­ren an der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Buda­pest im Einsatz

Die Tech­ni­sche Uni­ver­si­tät Buda­pest ver­fügt auf dem Gebiet bio­lo­gi­scher Raf­fi­na­ti­ons­pro­zes­se über viel Erfah­rung. Mit Hil­fe der Sen­so­ren der Hamil­ton Bona­duz AG haben die For­scher beacht­li­che Fort­schrit­te bei der mikro­biel­len Pro­duk­ti­on von Xylit erzielt.

Xylit kommt als natür­li­cher Zuckeral­ko­hol in vie­len Früch­ten und Gemü­se­sor­ten vor. Das Süßungs­mit­tel zeich­net sich durch eine anti-kario­ge­ne Wir­kung und einen gerin­gen phy­sio­lo­gi­schen Brenn­wert aus. Xylit wird des­halb ver­mehrt in der Lebens­mit­tel- und phar­ma­zeu­ti­schen Indus­trie ein­ge­setzt. Es wird durch die Auf­tren­nung von Bal­last­stof­fen in sei­ne drei Haupt­be­stand­tei­le gewon­nen. Einer die­ser Haupt­be­stand­tei­le ist Hemic­el­lu­lo­se, die wie­der­rum in Ara­bin­oxyl­an, sowie Xylo­se- und Ara­bi­nose-rei­che Unter­frak­tio­nen auf­ge­trennt wird. Beson­ders die Xylo­se-rei­che Unter­frak­ti­on wird für die mikro­biel­le Pro­duk­ti­on von Xylit ver­wen­det. Die geeig­nets­ten Orga­nis­men für die Fer­men­ta­ti­on von Xylit sind Hefen der Gat­tung Candida.

Um die mikro­biel­le Pro­duk­ti­on von Xylit zu opti­mie­ren, hat die TU Buda­pest eine zwei­stu­fi­ge Fer­men­ta­ti­on ent­wi­ckelt. Die ers­te beginnt mit einer nied­ri­gen Zell­dich­te und dem Wachs­tum von Can­di­da unter aero­ben Bedin­gun­gen. Nach eini­gen Stun­den wird die Belüf­tung stark redu­ziert, so dass mikro-aero­be Bedin­gun­gen herr­schen und die Pro­duk­ti­on von Xylit ohne nen­nens­wer­tes wei­te­res Zell­wachs­tum statt­fin­det. Für die kon­ti­nu­ier­li­che Mes­sung des gelös­ten Sauer­stoffs sowie der Zell­dich­te set­zen die For­scher die Sen­so­ren Visi­Ferm DO sowie Incy­te ein. Der opti­sche Sauer­stoff­sen­sor Visi­Ferm DO muss vor Gebrauch nicht pola­ri­siert wer­den, sodass er schnell ein­setz­bar ist und sta­bi­le Mess­wer­te von Anfang an gewähr­leis­tet. Der Incy­te Sen­sor ist unemp­find­lich gegen­über Medi­en­wech­seln, Mikro­car­ri­ern, abge­stor­be­nen Zel­len und Zell­frag­men­ten. Zudem bie­tet er einen Echt­zeit-Zugriff auf Infor­ma­tio­nen, die zuvor nur anhand sel­ten durch­ge­führ­ter und kon­ta­mi­na­ti­ons­an­fäl­li­ger off-line-Stich­pro­ben gewon­nen wur­den. Die Mes­sung des pH-Wer­tes erfolg­te mit der Easy­Ferm Plus Arc, die für hygie­ni­sche Anwen­dun­gen gera­de­zu prä­de­sti­niert ist. Der Sen­sor lie­fert drift-freie Mess­wer­te und ver­hin­dert das Ein­drin­gen von Sil­ber und die Abla­ge­rung von Nie­der­schlä­gen. Die­ser sowie die Visi­Ferm DO kön­nen mit der ArcAir App kon­fi­gu­riert und kali­briert wer­den, sodass die Ergeb­nis­se unkom­pli­ziert auf einem mobi­len End­ge­rät und auf der Pro­zess­steu­er­ein­heit abge­le­sen wer­den kön­nen. Der Arc ECS pH Adap­ter sowie die ECS-Ver­si­on der Visi­Ferm DO ermög­lich­ten zudem eine ein­fa­che Inte­gra­ti­on der Sen­so­ren in eine älte­re Steuereinheit.

Bei einem wei­te­ren Test erforsch­te die Uni­ver­si­tät, wie sich der Ver­brauch ver­schie­de­ner Koh­len­stoff­quel­len auf das kine­ti­sche Ver­hal­ten aus­wirkt. Wie von den For­schern erwar­tet, stell­te sich Glu­co­se als favo­ri­sier­te Koh­len­stoff­quel­le her­aus. Eine signi­fi­kan­te Ver­stoff­wechs­lung der Xylo­se wur­de erst beob­ach­tet, als der Groß­teil der Glu­co­se bereits ver­braucht war. Die Ver­ant­wort­li­chen lob­ten die ein­fa­che Bedie­nung der Sen­so­ren und die draht­lo­se Ver­bin­dung über Blue­tooth sowie über die ArcAir App. Das kon­ti­nu­ier­li­che Über­wa­chen des Zell­wachs­tums lie­fer­te dem Team wich­ti­ge Erkennt­nis­se für eine opti­mier­te Ausbeute.