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kLa Bestimmung in Schüttelkolben
Hier erfahren Sie was der kLa ist, welche Methoden es gibt ihn zu bestimmen und welche m?glichen Messaufbauten Ihnen PreSens dazu anbietet. Sie k?nnen auch unseren kLa Rechner benutzen, wenn Sie bereit sind Ihre Messungen zu starten.
kLa Bestimmung in Schüttelkolben
Der kLa ist ein Ma? für die Belüftungskapazit?t eines Bioreaktorsystems für einen gegebenen Satz von Betriebsbedingungen. Er wird in der Einheit [h-1] angegeben. Ein gr??erer kLa-Wert zeigt eine h?here Belüftungskapazit?t des Bioreaktorsystems an. Der kLa in Schüttelkolben h?ngt von verschiedenen Faktoren ab, von denen das angewandte Volumen und die Schüttelgeschwindigkeit am wichtigsten sind. Weitere Parameter wie Temperatur und Medienzusammensetzung k?nnen ebenfalls den kLa beeinflussen, allerdings nur in vernachl?ssigbarem Umfang. Sie k?nnen den kLa-Wert für Ihre Schüttelkolben in Ihren spezifischen Betriebsbedingungen entweder mit der Ausgasungsmethode ermitteln oder, wenn eine Ausgasung nicht m?glich ist und für Puffer, die Sulfit-Methode.
Ausgasungsmethode
Dieses Verfahren basiert auf der ?berwachung des Anstiegs der gel?sten Sauerstoffkonzentration einer L?sung w?hrend belüftet und die Flüssigkeit bewegt wird. Die Sauerstofftransferrate (OTR) wird w?hrend der Belüftungsperiode abnehmen, wenn die Konzentration des gel?sten Sauerstoffs in der Flüssigkeit ([O2]L) die S?ttigungskonzentration ([O2]*) erreicht.
- Bereiten Sie einen Kolben desselben Typs und derselben Gr??e vor und füllen Sie ihn mit dem gleichen Volumen an Kulturmedium oder destilliertem Wasser, wie Sie sie sp?ter für Ihre Kulturüberwachung verwenden werden. Stellen Sie ihn in Ihren Schüttelinkubator, führen Sie die entsprechende O2 Sensorkalibrierung durch und starten Sie die Sauerstoffüberwachung.
- Verringern Sie den Sauerstoffgehalt in der Flüssigkeit durch Begasen mit Stickstoff.
- Wenn der Sauerstoff in der Flüssigkeit entfernt ist, beenden Sie die Begasung mit Stickstoff und ersetzen den Stickstoff im Kopfraum durch Luft. Starten Sie die Belüftung durch Bewegen der Flüssigkeit. Die Bewegungsgeschwindigkeit sollte der Schüttelrate entsprechen, die Sie in den folgenden Kulturüberwachungsexperimenten verwenden werden. ?berwachen Sie den Anstieg der gel?sten Sauerstoffkonzentration.
- Der Anstieg der gel?sten Sauerstoffkonzentration ist gegeben durch:
d [O2]L / d t = kLa ([O2]* - [O2]L)
Logarithmus nach Integration der Gleichung ergibt:
ln ([O2]* - [O2]L) = - kLa * t
Tragen Sie ln ([O2]* - [O2]L) gegen die Belüftungszeit auf, was eine gerade Linie ergibt (siehe Abb. links). Die Steigung des Graphen ist gleich – kLa.
Sulfit-Methode
Diese Methode wird verwendet, wenn kLa in Puffer ermittelt werden soll. Sie wird nicht für die kLa-Bestimmung in organischen Medien empfohlen (für die kLa-Bestimmung in Medien verwenden Sie die oben beschriebene Ausgasungsmethode).
- Füllen Sie Ihren Kolben mit Puffer, bis 90 % Ihres sp?teren experimentellen Füllvolumens erreicht sind.
- Bereiten Sie die Zugabel?sung durch L?sen von 10 g Natriumsulfit (Na2SO3) und 500 ?l Kobaltnitrat(CO(NO3)2)-Standardl?sung (p(CO) = 1000 mg/l; in Salpeters?ure 0,5 mol/l) in 100 ml Wasser vor.
- Stellen Sie den Kolben in den Schüttelinkubator und warten Sie, bis der Puffer sich angeglichen hat. Führen Sie die O2 Sensorkalibrierung bei 100 % Lufts?ttigung durch und starten Sie die Sauerstoffüberwachung.
- Fügen Sie 10 % der Menge Ihres Füllvolumens an Zusatzl?sung (siehe Nr. 2) zum Puffer hinzu. Das Natriumsulfit verbraucht den Sauerstoff im Puffer, und Sie k?nnen eine Abnahme der Sauerstoffkonzentration beobachten.
- Beginnen Sie dann mit dem Bewegen der Flüssigkeit und messen Sie die Sauerstoffkonzentration mit einer schnellen Messrate. Die Bewegungsgeschwindigkeit sollte der Schüttelrate entsprechen, die Sie im folgenden Kulturüberwachungsexperiment verwenden werden. Nachdem alles Natriumsulfit oxidiert ist, wird der gel?ste Sauerstoff ansteigen. ?berwachen Sie den Anstieg der gel?sten Sauerstoffkonzentration, bis Ihre Anfangskonzentration erreicht ist.
- Der Anstieg der gel?sten Sauerstoffkonzentration ist gegeben durch:
d [O2]L / d t = kLa ([O2]* - [O2]L)
Logarithmus nach Integration der Gleichung ergibt:
ln ([O2]* - [O2]L) = - kLa * t
Tragen Sie ln ([O2]* - [O2]L) gegen die Belüftungszeit auf, was eine gerade Linie ergibt (siehe Abb. links). Die Steigung des Graphen ist gleich – kLa.
Mehrkanal-Aufbau zur Bestimmung des kLa in Erlenmeyerkolben
Mit chemisch-optischen Sensoren ist es einfach, Sauerstoff in Schüttelkolben zu überwachen. Wie im Methodenteil bereits beschrieben, wir der kLa-Wert aus der Sauerstoff?nderung in den Erlenmeyer-Kolben über die Zeit berechnet. PreSens bietet zwei verschiedene Systeme an (Abbildungen unten): Den SFR vario, der O2, pH, Biomasse und optional CO2 gleichzeitig misst, und der SFR Shake Flask Reader, der pH und Sauerstoff in bis zu 9 Kolben misst. Die Steuerungssoftware vom SFR vario erlaubt den gleichzeitigen Betrieb von bis zu 4 Ger?ten, so dass bis zu 4 Kolben parallel ausgelesen werden k?nnen. Mit dem SFR Shake Flask Reader k?nnen bis zu 7 Systeme miteinander verbunden werden, so dass insgesamt bis zu 63 Kolben gleichzeitig überwacht werden k?nnen. Beide Messsysteme bieten eine automatische OUR-Berechnung und k?nnen zur ?berwachung in Erlenmeyerkolben, Kultivierungsr?hrchen, oder T-flasks verwendet werden.
