Product Navigation

Alshain Pica oluen valmistamisen apuna

Työkalu käymisprosessien valvontaan

Alshain Pica -mittausjärjestelmä käyttää valon takaisinsirontaa bioprosessien, kuten hiivan käymisen, valvontaan ja seurantaan. Takaisinsirontamittaukset tehdään läpinäkyvän astian tai sammion ikkunan läpi, joten ne ovat luonnostaan saastumisriskittömiä ja käyttöönoton sujuvoittamiseksi Pican mittapäät ovat suunniteltuja kiinnitettäviksi olemassa oleviin pulloihin ja sammioihin.


Hyötyjä Pica-takaisinsirontamittarin käytöstä:

  • Pystytään välittömästi havaitsemaan, jos hiivan kasvu on pysähtynyt tai sen käytöksessä tapahtunut muutoksia
  • Ei tarpeettomia viiveitä näytteenoton takia
  • Mahdollistaa vertailun erien toistettavuuden takaamiseksi
  • Hiilihydraattien (sokerien) määrän ja kulutuksen arvioiminen reaaliajassa
  • Helppokäyttöinen, käyttöönottoon menee alle 5min

Lisätietoja (englanniks) Alshain Picasta:


Erlenmeyer bottle on a magnetic stirrer plate
Cross-section of Pica sensor head mounted to an Erlenmeyer flask

Mittausjärjestely

Kaikki tällä sivulla olevat mittaukset ovat tehty käyttäen Erlenmeyer-pulloa ja magneettisekottajaa.
Mittaukset voidaan tehdä myös muunlaisilla läpinäkyvilla astioilla tai pulloilla sekä sammioilla, joissa on ikkuna.

Pääasiallisena vaatimuksena on, että takaisinsirontamittarilla on esteetön näkymä nesteeseen.

Comparison of two yeast growth curves

Hiivojen kasvukäyrät

Ylläolevassa kaaviossa on vertailtu kahta eri kasvatusta, joissa mahdollisimman samat lähtoarvot (ravinteiden määrä, lämpötila, hiivan määrä alussa). Erona kasvatusten välillä oli, että toisessa käytettiin elinkelpoisempaa hiivaa (ts. korkeampi viabiliteetti) kuin toisessa.


Hiivan kasvun reaaliaikainen seuranta mahdollistaa prosesissa tapahtuvien muutosten nopean havaitsemisen ja niihin reagoimisen. Sillä saadaan myös kattavampi kuva kasvatukseen vaikuttavista tekijöistä.


Esimerkkejä käyttökohteista:

  • Kasvutahdin ja solutiheyden jatkuva seuranta (onko solutiheys sopiva pitchaukseen jne.)
  • Kasvun (halutun tai odottamattoman) pysähtymisen tai hidastumisen havaitseminen
  • Kasuvkäyrien vertailu erien välillä:
    • Prosessien optimointi
    • Laadunvalvonta
    • Tuotekehitys
Graph showing how to determine yeast growth scale

Kasvukäyrien kalibrointi

Takaisinsironnan määrä on suoraan verrannollinen sirottajien tiheyteen (montako solua on tilavuusyksikköä kohden), eli muutokset sironnan määrässä vastaavat samassa suhteessa muutoksiin solumäärässä nesteessä. Tämän takia kasvukäyrän kalibroiminen on yksinkertaista, sillä se onnistuu ilman lisälaitteistoa.

Vaiheet:

  • Aloita mittaaminen ennen hiivan lisäämistä, näin saadaan määritettyä taustataso
  • Lisää ennalta tunnettu määrä hiivaa (huom: mittari mittaa solutiheyttä nesteessä, ei solujen kokonaismäärää)
  • Hiivan lisäyksen tuottama signaalitason nousu kertoo mittauksen vasteesta

Hiivan määrä: C(t) = (Signal - Y0)/(Y1 - Y0) * C0, jossa:

  • C(t) = hiivasolujen määrä tilavuusyksikköä kohden
  • Signal = Pican mittaustulos
  • Y0 = taustataso ennen hiivan lisäämistä
  • Y1 = signaalitaso heti hiivan lisäämisen jälkeen
  • C0 = paljonko hiivaa lisättiin (hiivan määrä tilavuusyksikköä kohden)
Samaa menetelmää voidaan käyttää myös optisten tiheysmittarien (OD600) kanssa, tosin tällöin pitää ottaa käsin näytteitä nesteestä.
Graph showing estimated carbohydrate concentration during fermentation

Hiilihydraattien mittaaminen

Pican vakiomittapää käyttää lähi-infrapunaa solujen havaitsemiseen ja tällä on etuna mm. se, että nesteen väri ja suurin osa orgaanisista yhdisteistä ei vaikuta mittaustulokseen. Lisäämällä toinne (460nm eli sinistä valoa käyttävä) mittapää, mahdollistetaan nesteen hiilidyraattipitoisuuden arviointi, sillä useiden asiaan liittyvien yhdisteiden absorptioviivojen hännät osuvat 430nm - 490nm välille.


Tälläisiä yhdisteitä ovat esimerkiksi:

  • Tärkkelykset, dekstriinit
  • Sokerit (käymiskelpoiset sekä käymiseen kelpaamattomat)
    • Osaa ns. yksinkertaisista sokereista ei pystytä havaitsemaan, sillä niillä absorptioviivat ovat syvällä ultravioletissa
  • Karotenoidit ja klorofylli

Hiilihydraattimittaus tehdään vertailemalla takaisironnan määrää molemilla aallonpituuksilla (lähi-infrapunalla ja sinisellä), sillä siinä missä hiivasolut heijastavat molempia aallonpituuksia, sininen valo vaimenee nesteeseen sitä tehokkaammin mitä enemmän siellä on hiilihydraatteja ja vastaavia yhdisteitä, jotka imevät itseensä sinistä valoa. Sinisen valon takaisinsironnan suhde lähi-infrapunaan, jolle hiilihydraatit yms ovat läpinäkyviä, mahdollistaa vaimentavien yhdisteiden pitoisuuden arvioinnin.

Kahden mittapään liittäminen Pican lukuyksikköön vaatii signaalimultiplekserin, jonka voi ostaa Alshainin verkkokaupasta.


Hiilihydraattikäyrien kalibroiminen ei ole välttämätöntä, sillä käyrästä pystyy päättelemään milloin hiiva on lopettanut kuluttamasta sokereita ilman kalibrointiakin.

Calibration of carbohydate curves

Hiilihydraattikäyrien kalibrointi

Hiilihydraattipitoisuuden arviointi voidaan kalibroida jokseenkin samalla tavalla kuin hiivan kasvukäyrien muutamalla poikkeuksella. Hiilihydraattikäyrän kalibroiminen nimittäin vaatii, että nesteessä on jo valmiiksi sirottajia (eli hiivasoluja), jotta molemmista mittapäistä saadaan tarvittava signaali.


Vaiheet:
  • Valmista kasvatusliuos (se saa sisältää suurimmman osan tarvittavasta määrästä mallasuutetta ja sokereita)
  • Mittaa kummankin mittapään taustataso
  • Lisää hiiva ja tee kasvatuskäyräkalibrointi molemmille mittapäille samanaikaisesti
  • Mittaa suhteellinen perustaso
  • Lisää ennalta tunnettu määrä hiilihydraatteja (esim. mallasuutetta)
  • Suhteellisen signaalin nousu antaa mittauksen vasteen

Toisin kuin hiivan kasvukäyrien kanssa, hiilidyraattiarvioissa on mukana ylimääräinen järjestelmävakiotermi, joka johtuu mittausympäristöstä ja anturifysiikasta.


Yhtälöt:


Q(t) = log10( I940nm / I460nm)

  • Q(t) = suhteellinen signaali (vaimeneminen on logaritmista, siksi yhtälössä on 10-kantainen logaritmi)
  • I940nm = kalibroitu mittaustulos 940nm mittapäästä
  • I460nm = kalibroitu mittaustulos 460nm mittapäästä

Cch(t) = (Q(t)-C0) / (C1-C0) + S0 + Ssys

  • Cch(t) = arvioitu hiilihydraattipitoisuus
  • Q(t) = suhteellinen signaali (kts. edellinen yhtälö)
  • C0 = suhteellisen signaalin perustaso
  • C1 = suhteellisen signaalin taso lisäyksen jälkeen
  • S0 = Nesteen hiilihydraattipitoisuuden lähtötaso
  • Ssys = järjestelmävakiotermi

Muuta

Linkit (englanniksi)