DD229430A1

DD229430A1 - METHOD FOR CONTROLLING THE GROWTH OF MICROORGANISMS IN BIOLOGICAL SYSTEMS

Info

Publication number: DD229430A1
Application number: DD27035284A
Authority: DD
Inventors: Eberhart Findeisen; Ralph Saeuberlich; Peter Hauptmann; Gerhard Jesche; Lothar Liebetrau
Original assignee: Inst Tech Mikrobiologie
Priority date: 1984-12-06
Filing date: 1984-12-06
Publication date: 1985-11-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle des Wachstums von Mikroorganismen in biologischen Systemen. Sie ist in der Biotechnologie anwendbar. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kontrolle des Wachstums und der Konzentrationsveraenderung von Hefen und/oder Bakterien unabhaengig von den Medieneigenschaften und mit einer verzoegerungsfreien Darstellung der Messwerte zu entwickeln. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass ein eindeutiger, reproduzierbarer Zusammenhang zwischen der Ultraschallabsorption longitudinaler Wellen im MHz-Bereich und dem sich auf Grund von Wachstumsvorgaengen aendernden Hefe- oder Bakterienanteil in unterschiedlichen Fermentationssystemen gefunden wurde. Durch Vergleichsmessungen mit direkten Methoden zur Biomassekonzentrationsbestimmung sind die Ultraschallabsorptionen entsprechenden Hefe- oder Bakterienkonzentrationen zuordenbar.The invention relates to a method for controlling the growth of microorganisms in biological systems. It is applicable in biotechnology. The invention has for its object to develop a method for controlling the growth and concentration of yeasts and / or bacteria regardless of the media properties and with a delay-free representation of the measured values. The object is achieved by finding a clear, reproducible relationship between the ultrasonic absorption of longitudinal waves in the MHz range and the yeast or bacterial fraction which changes due to growth processes in different fermentation systems. By comparison measurements with direct methods for biomass concentration determination, the ultrasound absorptions can be assigned to corresponding yeast or bacterial concentrations.

Description

Verfahren zur Kontrolle des Wachstums von Mikroorganismen in biologischen SystemenMethod for controlling the growth of microorganisms in biological systems

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle des Wachstums und der Konzentrationsveränderung von Hefen oder Bakterien während des Fermentationsprozesses· Die Messung des Anteils der Biomasse wird besonders in solchen Fermentationssystemen möglich, deren Medieneigenschaften bisher bekannten Verfahren zur Bestimmung der Biomassekonzentration entgegenstehen· Die Erfindung ist in die IPK C 12 N und C 12 Q einzuordnen.The invention relates to a method for controlling the growth and the concentration change of yeasts or bacteria during the fermentation process. The measurement of the proportion of biomass becomes possible especially in fermentation systems whose media properties are opposed by previously known methods for determining the biomass concentration. The invention is in the IPK C 12 N and C 12 Q.

Characteristic of the known technical solutions

Die bekannteste Bestimmung der Biomassekonzentration erfolgt gravimetrisch (R· Dickscheit, A, Oanke "Handbuch der mikrobiologischen Laboratoriurastechnik", Dresden 1971). Dabei wird Fermentorablauf bis zur Gewichtskonstanz getrocknet und der Rückstand ausgewogen. Der Nachteil dieser Methode ist der große Zeitbedarf fur die Durchführung der Bestimmung. Die Aktualität des Meßwertes ist damit in Frage gestellt.The most well-known determination of the biomass concentration takes place gravimetrically (R Dickscheit, A, Oanke "Handbuch der Mikrobiologische Laboratoriurastechnik", Dresden 1971). In this case, fermenter effluent is dried to constant weight and the residue is weighed out. The disadvantage of this method is the great time required to carry out the determination. The timeliness of the measured value is thus called into question.

Andere Verfahren zur Kontrolle des Wachstums und der Konzentrationsveränderung von Hefen oder Bakterien beruhen auf optischen Methoden zur Messung der Trübung oder der Absorption in Fermentationsmedien (G· Kortüm "Kolorimetrie, Photometric undOther methods for controlling the growth and concentration change of yeasts or bacteria are based on optical methods for measuring turbidity or absorption in fermentation media (G · Kortüm "Colorimetry, Photometric and

Spektrometrie", Berlin-Heidelberg 1962). Durch den Vergleich mit gravimetrisch ermittelten Biomassekonzentrationen ist die physikalische Bewertung der gewonnenen Meßdaten möglich. Die Anwendung optischer Verfahren ist auf Fermentationsmedien beschränkt, deren optische Eigenschaften die Meßwertermittlung nicht störend beeinflussen.Spectrometry " , Berlin-Heidelberg 1962. The physical evaluation of the measured data obtained is possible by comparison with gravimetrically determined biomass concentrations.The application of optical methods is limited to fermentation media whose optical properties do not interfere with the determination of the measured value.

V/eitere bekannte Möglichkeiten der Kontrolle des Wachstums von Mikroorganismen und der Konzentrationsbestimmung von Biomassen bestehen in der Ermittlung des Stickstoffverbrauchs der Ferraentationskultur oder der Messung des durch die Mikroorganismen gebildeten Kohlendioxyds· Die aus dem Vergleich mit gravimetrischen Konzentrationsbestiraraungen erhaltenen Ergebnisse beider Methoden unterliegen den Einflüssen des jeweiligen Fermentationsregimes· Die Verfahren sind somit nicht universell einsetzbar«Other known possibilities of controlling the growth of microorganisms and determining the concentration of biomass consist in determining the nitrogen consumption of the fermentation culture or the measurement of the carbon dioxide formed by the microorganisms. The results of both methods obtained from the comparison with gravimetric concentration preparations are subject to the influences of the respective methods Fermentation regime · The methods are therefore not universally applicable «

Object of the invention

Die Erfindung stellt sich das Ziel, das Wachstum und die Konzentrationsveränderung von Hefen oder Bakterien im flüssigen Medium während des Fermentationsprozesses zu verfolgen· Dabei soll gewährleistet werden, daß die Messungen sowohl innerhalb als auch außerhalb des Fermentationsgefäßes möglich sind und die Meßwertermittlungen keinen manuellen Aufwand erfordern.The aim of the invention is to monitor the growth and the concentration change of yeasts or bacteria in the liquid medium during the fermentation process. It is to be ensured that the measurements are possible both inside and outside the fermentation vessel and the measured value measurements do not require any manual effort.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kontrolle des Wachstums und der Konzentrationsveränderung von Hefen oder Bakterien während des Ferraentationsprozesses zu entwickeln, wobei die Messung unabhängig von den spezifischen Medieneigenschaften erfolgen und die Aktualität der Meßwerte gewährleistet werden soll.The invention has for its object to develop a method for controlling the growth and concentration change of yeasts or bacteria during the Ferraentationsprozesses, wherein the measurement is carried out regardless of the specific media properties and the timeliness of the measurements should be guaranteed.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die Fermentationskultur ein Ultraschallgeber und ein Ultraschallempfänger, die sich in einem definierten Abstand befinden, eingetaucht werden und die durch das Wachstum und die Konzentrationsveränderungen der Hefen oder Bakterien hervorgerufene Absorption der Ultraschallwellen bestimmt wird. Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Ultraschallabsorption in solch komplizierten Mehrphasensystemen eindeutig mit dem Anteil der Hefen oder Bakterien korreliert und solche Werte hat, daß eine Messung im Bereich von 2 bis IO MHz möglich ist und die erforderliche Genauigkeit erreicht wird. Durch Vergleichsmessungen kann jeder Absorptionswert einem Wert des Biomassegehaltes zugeordnet werden·The object is achieved in that in the fermentation culture, an ultrasonic generator and an ultrasonic receiver, which are located at a defined distance, are immersed and caused by the growth and the concentration changes of the yeasts or bacteria absorption of the ultrasonic waves is determined. Surprisingly, it has been found that the ultrasound absorption in such complicated multiphase systems clearly correlates with the proportion of yeasts or bacteria and has such values that a measurement in the range of 2 to 10 MHz is possible and the required accuracy is achieved. By comparison measurements, each absorption value can be assigned to a value of the biomass content.

AusfOhrungsbeispiele Beispiel 1Embodiments Example 1

Die Ultraschallabsorption o£ wurde bei einer Frequenz f = 2 MHz mit einem Impulsverfahren bei konstantem Wandlerabstand in Fermentationssystemen, bestehend aus Hefen und Melasse als Substrat sowie Hefen und Sulfitablauge als Substrat bestimmt. Abbildung 1 zeigt die Abhängigkeit der Änderung der Ultraschall· absorption vom Hefegehalt·The ultrasonic absorption o £ was determined at a frequency f = 2 MHz using a pulse method with constant transducer spacing in fermentation systems consisting of yeasts and molasses as substrate, and yeasts and sulfite waste liquor as substrate. Figure 1 shows the dependence of the change of the ultrasonic absorption on the yeast content.

Im Rahmen des angegebenen Meßfehlers ist ein linearer Zusammenhang zwischen Ultraschallabsorption und Hefegehalt vorhanden.As part of the specified measurement error, a linear relationship between ultrasonic absorption and yeast content is present.

Example 2

In der Abbildung 2 ist die gemessene Abhängigkeit der Änderung der Ultraschallabsorption vom Bakteriengehalt in einem Fermentationssystem mit Methanol als Substrat dargestellt. Im Rahmen des angegebenen Meßfahlers ist auch in diesem Beispiel ein linearer Zusammenhang zwischen Ultraschallabsorption und Bakteriengehalt vorhanden.Figure 2 shows the measured dependence of the change in ultrasonic absorption on bacterial content in a fermentation system with methanol as substrate. In the context of the specified Meßfahlers a linear relationship between ultrasonic absorption and bacterial content is present in this example.

Claims

Erfindunqsanspruch

Method for controlling the growth and the concentration change of microorganisms in biological systems, characterized in that from the determination of the absorption coefficient of a longitudinal ultrasonic wave in the frequency range of 2 to 10 MHz in a clear manner on the biomass fraction in arbitrary fermentation systems > regardless of the Medieneigenschaftenv.

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