In-Line Monitoring and Control of Bioprocesses Using Raman Spectroscopy and Indirect Hard Modeling

Die Arbeit etabliert eine neuartige Kombination aus Raman-Spektroskopie und physikalisch basierter Indirect Hard Modeling (IHM) als effizientes Instrument zur in-line Überwachung und Steuerung kritischer Prozessparameter (CPPs) in Bioprozessen. Im ersten Teil wird gezeigt, dass dieser Ansatz, angewendet auf die Überwachung von Glukose- und Ethanolkonzentrationen in einer S. cerevisiae-Fermentation, den Kalibrierungsaufwand im Vergleich zu statistischen Modellen deutlich reduziert. Im zweiten Teil wird demonstriert, dass die gewonnenen Inline-Daten erfolgreich in einen einfachen On-Off-Regler integriert werden können, um den Glukose-Massenanteil in weiteren Fermentationsprozessen zu steuern. Der dritte Teil erweitert die Anwendungsfelder, indem eine neue Good-pH-Sonde entwickelt wird, die Raman-Spektroskopie, IHM und MOPS als pH-Indikator kombiniert, um den pH-Wert nichtinvasiv in biotechnologischen Prozessen zu überwachen. Insgesamt zeigt die Arbeit, dass diese Methode eine robuste und kalibrationsarme Lösung für die Überwachung und Kontrolle eines breiten Spektrums von CPPs in Bioprozessen darstellt.