Quality Control of fermentation broths

Význam tématu

Fermentační procesy hrají rozhodující roli ve výrobě malých molekul i proteinových léčiv. Efektivní a rychlá kontrola kvality těchto procesů je klíčová pro optimalizaci výtěžnosti, snížení výrobních nákladů a zkrácení času uvedení na trh.

Cíle a přehled studie / článku

Studie demonstruje použití blízké infračervené (NIR) spektroskopie k rychlému stanovení několika kritických parametrů fermentačních kultur. Cílem bylo vytvořit predikční modely pro pH, bakteriální koncentraci, obsah glukózy, redukujících cukrů a biologickou aktivitu („potency“) v fermentačních výluzích.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky fermentačních kultur byly odebírány v různých časových bodech a analyzovány v reflektivním módu na přístroji Metrohm DS2500 Solid Analyzer bez předchozí přípravy vzorku. Spektrální data byla zpracována v softwaru Vision Air Complete, kde byly vyvinuty kalibrační a validační modely.

Použitá instrumentace

• DS2500 Solid Analyzer (Metrohm 2.922.0010)
• NIRS transflekční kyveta, opticky rovná (6.7401.000)
• Držák vzorků pro DS2500 (6.7430.040)
• Software Vision Air 2.0 Complete (6.6072.208)

Hlavní výsledky a diskuse

Byly vytvořeny predikční modely pro následující parametry:

• pH: R² = 0,65; SEP ~0,16
• Bakteriální koncentrace: R² = 0,71; SEP ~4,7 CFU/mL
• Glukóza: R² = 0,92; SEP ~0,79 %
• Redukující cukry: R² = 0,99; SEP ~0,68 %
• Potency (UV-Vis): R² = 0,91; SEP ~2 968 u/mL
• Potency (HPLC+PCR): R² = 0,92; SEP ~2 172 u/mL

Modely vykazují vysokou korelaci s referenčními metodami a umožňují kvantifikaci všech parametrů během jedné minuty.

Přínosy a praktické využití metody

Hlavní výhody NIR spektroskopie oproti tradičním laboratorním postupům:

• Zkrácení doby analýzy na ~1 minutu bez přípravy vzorku.
• Nižší provozní náklady a eliminace spotřeby chemikálií.
• Neinvazivní a nedestruktivní metoda vhodná pro on‐line či at‐line monitorování.
• Možnost paralelního sledování více parametrů jedním měřením.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj této technologie směřuje k úplnému on‐line začlenění do fermentačních reaktorů a automatizované kontrole kvality během celého výrobního cyklu. Využití strojového učení a pokročilých chemometrických metod může zlepšit robustnost predikcí a umožnit sledování dalších složek kultivačního média.

Závěr

Ukázalo se, že NIR spektroskopie na přístroji DS2500 poskytuje spolehlivé a rychlé stanovení klíčových parametrů fermentačních procesů. Metoda výrazně zkracuje dobu analýzy, snižuje náklady a usnadňuje průběžnou kontrolu kvality.