Esiarvio NIR-teknologian käytöstä fermentaation kontrolloimisessa
Myllynen, Tomi (2019)
2019
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019052913212
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019052913212
Tiivistelmä
Tässä insinöörityössä tehtiin esiselvitys NIR-teknologian hyödyntämisestä teollisen fermentointiprosessin kontrolloinnissa. Työn tavoitteena oli arvioida, voidaanko NIR (Near Infrared Spectroscopy) -menetelmää hyödyntäen saada luotettava analyyttinen korrelaatio fytaasiaktiivisuuden ja kokonaisproteiinikonsentraation kasvulle fermentointiprosessin aikana. Toissijaisena tavoitteena oli selvittää, eroavatko perinteiseen märkäkemiaan perustuvalla kokonaisproteiinimääritysmenetelmällä saadut analyysitulokset merkittävästi kokonaistyppimenetelmän tuloksista. Tämä insinöörityö tehtiin ROAL Oy:n toimeksiannosta.
Esiselvityksen kohteeksi valittiin Trichoderma.reesei -pohjaisen fytaasituotantokannan fermentointiprosessi. Referenssimenetelminä käytettiin ROAL:n prosessikontrolloinnissa käyttämiä märkäkemiaan perustuvia fytaasiaktiivisuuden, kemiallisen kokonaisproteiinin (ProtB) ja kokonaistyppimääritykseen perustuvan kokonaisproteiinin määritysmenetelmiä. NIR-näytespektrien mittaamiseen käytettiin Brukerin MPA-lähi-infrapunaspektrofotometriä ja IN271-transflektioanturia. Työssä käytettiin fermentaationäytteitä kolmesta eri teollisen mittakaavan fytaasifermentaatiosta.
Fytaasituotantokannan fermentointinäytteille pystyttiin rakentamaan NIR-kalibrointimallit niin fytaasiaktiivisuudelle kuin kokonaisproteiinimäärälle. Kalibrointimallien sisäisessä validoinnissa tehdyt fytaasi- ja kokonaisproteiinimallien (kokonaistyppimenetelmä) määrityskertoimet (R2) olivat yli 95 %. ProtB-mallin määrityskerroin oli pyöristettynä 94 %. Hyvän NIR-mallin tunnusarvona on yli 90 % R2. Ulkoista validointia ei pystytty tekemään laitteisto-ongelmien vuoksi.
ProtB:n ja kokonaistyppimenetelmän määritystulosten havaittiin korreloivan melko hyvin. Kokonaistyppimenetelmän kokonaisproteiinitason havaittiin kuitenkin olevan keskimäärin 9,8 % korkeampi kuin ProtB-menetelmän analyysitaso.
Insinöörityössä saavutettiin halutut tavoitteet. Esiarvion perusteella NIR-teknologiaa voidaan hyödyntää fytaasituotantokannan fermentaation seurannassa ja kontrolloinnissa fytaasiaktiivisuuden sekä kokonaisproteiinituotannon osalta.
Esiselvityksen kohteeksi valittiin Trichoderma.reesei -pohjaisen fytaasituotantokannan fermentointiprosessi. Referenssimenetelminä käytettiin ROAL:n prosessikontrolloinnissa käyttämiä märkäkemiaan perustuvia fytaasiaktiivisuuden, kemiallisen kokonaisproteiinin (ProtB) ja kokonaistyppimääritykseen perustuvan kokonaisproteiinin määritysmenetelmiä. NIR-näytespektrien mittaamiseen käytettiin Brukerin MPA-lähi-infrapunaspektrofotometriä ja IN271-transflektioanturia. Työssä käytettiin fermentaationäytteitä kolmesta eri teollisen mittakaavan fytaasifermentaatiosta.
Fytaasituotantokannan fermentointinäytteille pystyttiin rakentamaan NIR-kalibrointimallit niin fytaasiaktiivisuudelle kuin kokonaisproteiinimäärälle. Kalibrointimallien sisäisessä validoinnissa tehdyt fytaasi- ja kokonaisproteiinimallien (kokonaistyppimenetelmä) määrityskertoimet (R2) olivat yli 95 %. ProtB-mallin määrityskerroin oli pyöristettynä 94 %. Hyvän NIR-mallin tunnusarvona on yli 90 % R2. Ulkoista validointia ei pystytty tekemään laitteisto-ongelmien vuoksi.
ProtB:n ja kokonaistyppimenetelmän määritystulosten havaittiin korreloivan melko hyvin. Kokonaistyppimenetelmän kokonaisproteiinitason havaittiin kuitenkin olevan keskimäärin 9,8 % korkeampi kuin ProtB-menetelmän analyysitaso.
Insinöörityössä saavutettiin halutut tavoitteet. Esiarvion perusteella NIR-teknologiaa voidaan hyödyntää fytaasituotantokannan fermentaation seurannassa ja kontrolloinnissa fytaasiaktiivisuuden sekä kokonaisproteiinituotannon osalta.