Multivariate curve resolution y restricción de balance de carbono para desentrañar espectros FTIR de muestras de fermentación por lotes alimentados
Autores: Vier, Dennis; Wambach, Stefan; Schünemann, Volker; Gollmer, Klaus-Uwe
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2017
Acceso abierto
Artículo científico
2017
Multivariate curve resolution y restricción de balance de carbono para desentrañar espectros FTIR de muestras de fermentación por lotes alimentados
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Algoritmo
Glucosa
Fermentación
Espectroscopía FTIR
Concentraciones de metabolitos
Balance de masas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 24
Citaciones: Sin citaciones
El trabajo actual investiga la capacidad de un algoritmo de resolución de curvas multivariante personalizado-alternante de mínimos cuadrados (MCR-ALS) para analizar dinámicamente glucosa, fosfato, amonio y acetato simultáneamente en una fermentación por lotes alimentada. El proceso de alta densidad celular (HCDC) es monitoreado por espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) de reflexión total atenuada en línea ex situ (ATR) y varios sensores de proceso en línea in situ. Este enfoque utiliza eficientemente datos de proceso generados automáticamente para reducir el esfuerzo de medición de referencia consumidor de tiempo y costoso para la calibración multivariante. Para determinar concentraciones de metabolitos con precisión entre +/-0.19 y +/-0.96·gL, la utilización presentada necesita principalmente, además de las mediciones de sensores en línea, mediciones FTIR individuales para cada uno de los componentes de interés. Las ambigüedades en las soluciones de mínimos cuadrados alternantes para la estimación de concentración se reducen mediante la inserción de conocimiento analítico del proceso principalmente en forma de balances de masa de carbono elemental. Así, de esta manera, la idea establecida de restricciones de balance de masa en MCR se combina con la verificación de consistencia de datos medidos por balances de carbono, como comúnmente se aplica en la ingeniería de bioprocesos. Las restricciones se calculan en función de datos de proceso en línea y suposiciones teóricas. Este mayor esfuerzo de cálculo es capaz de reemplazar, en gran medida, la necesidad de análisis químicos cuantitativos realizados manualmente, lo que lleva a buenas estimaciones de perfiles de concentración y a una mejor comprensión del proceso.
Descripción
El trabajo actual investiga la capacidad de un algoritmo de resolución de curvas multivariante personalizado-alternante de mínimos cuadrados (MCR-ALS) para analizar dinámicamente glucosa, fosfato, amonio y acetato simultáneamente en una fermentación por lotes alimentada. El proceso de alta densidad celular (HCDC) es monitoreado por espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) de reflexión total atenuada en línea ex situ (ATR) y varios sensores de proceso en línea in situ. Este enfoque utiliza eficientemente datos de proceso generados automáticamente para reducir el esfuerzo de medición de referencia consumidor de tiempo y costoso para la calibración multivariante. Para determinar concentraciones de metabolitos con precisión entre +/-0.19 y +/-0.96·gL, la utilización presentada necesita principalmente, además de las mediciones de sensores en línea, mediciones FTIR individuales para cada uno de los componentes de interés. Las ambigüedades en las soluciones de mínimos cuadrados alternantes para la estimación de concentración se reducen mediante la inserción de conocimiento analítico del proceso principalmente en forma de balances de masa de carbono elemental. Así, de esta manera, la idea establecida de restricciones de balance de masa en MCR se combina con la verificación de consistencia de datos medidos por balances de carbono, como comúnmente se aplica en la ingeniería de bioprocesos. Las restricciones se calculan en función de datos de proceso en línea y suposiciones teóricas. Este mayor esfuerzo de cálculo es capaz de reemplazar, en gran medida, la necesidad de análisis químicos cuantitativos realizados manualmente, lo que lleva a buenas estimaciones de perfiles de concentración y a una mejor comprensión del proceso.