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Mikrobielle Fermentation und Zellkultur

Schüttelkolben: Gelösten Sauerstoff und pH nicht-invasiv messen

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Optimierung von Vorkulturen

Im ersten Versuch wurde das Füllvolumen konstant bei 20 % gehalten und kein Antischaummittel zugesetzt. Bei Schüttelgeschwindigkeiten von 130 oder 150 rpm wurden sowohl Kolben mit Aluminium- als auch Silikonfilterkappen benutzt. Wie in der Abbildung 3A zu sehen ist, resultierte eine Schüttelgeschwindigkeit von 150 rpm in einer höheren Sauerstofftransferrate in das Medium, als das bei 130 rpm. Während es bei Schüttelkolben mit Aluminiumkappe bereits nach 12 Stunden zu Sauerstofflimitierung kam, behielten die Kulturen mit Silikonkappen bei 150 rpm bis zu 21 Stunden ein aerobes Niveau bei.

Die Beigabe von Antischaummittel zu Kulturen in Schüttelkolben mit Silikonkappe resultierte in einer stark verminderten Sauerstofftransferrate, wie man in Abbildung 3B sehen kann. Wie bereits in der Literatur beschrieben, kann die Zugabe von Antischaummittel den kLa heruntersetzen. Antischaummittel verbessert den Zusammenschluss von Schaumbläschen zu größeren Blasen, was zu einer Reduktion der spezifischen Oberfläche führt, und damit den kLa herabsetzt. Eine weitere Erklärung könnte sein, dass aufgrund des Antischaummittels mehr Kulturmedium nach oben spritzte und den Silikonschaumfilter benetzte, wodurch die Membran eventuell weniger sauerstoffdurchlässig wurde. Der letzte Test zeigte, dass das Füllvolumen keinen signifikanten Einfluss auf den Sauerstoff­eintrag in den benutzten Schüttelkolben hat (s. Abb. 3C). In Studentenkursen können leider nicht alle aufkommenden Fragen bis ins Detail untersucht werden.

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Basierend auf diesen Ergebnissen, ermittelten die Studenten die optimalen Bedingungen für die Kultur (15 % Füllvolumen, Silikonkappen, eine Schüttelgeschwindikeit von 150 rpm und Inkubationszeiten zwischen 18 und 20 Stunden), um hohe Zellkonzentrationen zu erreichen und Sauerstofflimitierung zu vermeiden, bis die gesamte Glukose im Medium aufgebraucht ist.

Das SFR stellte sich als sehr gut geeignetes Messsytem zur Überwachung von Schüttelkolben heraus. Da fast keine Vorbereitungszeit nötig ist und mehrere Erlenmeyerkolben gleichzeitig untersucht werden können, ist das SFR optimal für Laborkurse geeignet. Die einfache Anwendung und Kontrolle ist für die Studenten sofort verständlich. Das intuitive Bedienkonzept des SFR ist für ein sehr breites Anwendungsspektrum in Forschung und Lehre geeignet. Das System ermöglicht die systematische Optimierung der Kulturbedingungen in Schüttelkolben. n

* A. Komitakis, K. Schatz, M. Hoß, Prof. Dr. R. Biener: Lehrstuhl für Biotechnologie, Hochschule Esslingen, 73728 Esslingen

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