KENNISPLATFORM VOOR LABORATORIA

REDACTIONEEL

EDITIE 36, SEPTEMBER 2018

Betrouwbare en consistente productie van isoprenoïden

Om valenceen, een isoprenoïde, van constante kwaliteit te kunnen leveren, heeft Isobionics een microbieel fermentatieproces ontwikkeld in haar R&D-faciliteit in Geleen. Vanwege de lage oplosbaarheid van isoprenoïden in water wordt hierbij een organisch oplosmiddel toegevoegd aan het fermentatiemengsel. Zowel het valenceen als het organisch oplosmiddel hebben een nadelige invloed op conventionele sensoren voor het meten van opgelost zuurstof (DO). Dit probleem is ondervangen met VisiFerm DO Arc sensoren die zijn uitgerust met chemisch bestendige H2 caps.

Isoprenoïden vormen een omvangrijke klasse van in de natuur voorkomende organische verbindingen. Uit planten gewonnen isoprenoïden worden veel gebruikt voor hun aromatische kwaliteiten omdat ze bijdragen aan bijvoorbeeld de geur van eucalyptus, de smaken van kaneel en gember, de gele kleur in zonnebloemen, en de rode kleur in tomaten. Bekende isoprenoïden zijn onder andere citral en menthol. Een commercieel belangrijk voorbeeld is het in verschillende citrussoorten aanwezige valenceen. Valenceen geeft een sappige indruk en wordt voornamelijk gebruikt in smaken voor de drankenindustrie (citrus), en in geurtjes. Het wordt ook gebruikt als uitgangsstof voor de productie van nootkaton dat een grapefruitachtige smaak geeft. Zoals elk natuurlijk ingrediënt is de concentratie afhankelijk van seizoensinvloeden en de oogst. Traditioneel worden isoprenoïden zoals valenceen geëxtraheerd uit fruit- of groentecomponenten, zoals sinaasappelschillen. Dat maakt de gangbare toeleveringsketen van veel natuurlijke verbindingen onstabiel en resulteert in een hoge volatiliteit met betrekking tot beschikbaarheid, kwaliteit en prijsstelling. Als gevolg hiervan moeten flavoristen (onderzoekers die kunstmatige en natuurlijke aroma's voor ondermeer levensmiddelen ontwikkelen) hun recepturen vaak aanpassen.

 

Het proces

Om valenceen van constante kwaliteit te kunnen leveren, heeft Isobionics een microbieel fermentatieproces ontwikkeld in haar R&D-faciliteit in Geleen. Tijdens dit gistingsproces zetten Rhodobacter soorten suiker om in valenceen. Vanwege de lage oplosbaarheid van isoprenoïden in water kan het nodig zijn om tijdens het productieproces een organisch oplosmiddel, zoals verzadigde koolwaterstoffen, aan het fermentatiemengsel toe te voegen. Dit verbetert de winning van de producten uit het fermentatiemengsel tijdens de downstream processing.

                         

Links: Toepassing van een VisiFerm DO Arc sensor in een bioreactor

in een R&D-laboratorium.

 

Rechts: De VisiFerm DO Arc sensor met chemisch bestendige H2 cap.

 

Betrouwbare DO-metingen

Voor de toepassingen van Isobionics moeten parameters zoals pH en opgeloste zuurstof (DO) nauwkeurig worden gecontroleerd. Om bijvoorbeeld opgeloste zuurstofafhankelijke doseerprotocollen toe te passen tijdens de batchfermentatie, zijn nauwkeurige en stabiele DO-metingen van essentieel belang. Tijdens het fermentatieproces gingen optische DO-sensoren met conventionele siliconen caps stuk als ze enkele dagen in contact waren geweest met de isoprenoïden of de organische fase van de fermentatie bouillon. De onverzadigde verbindingen in isoprenoïden maken dat ze in het siliconen materiaal kunnen penetreren en onder invloed van het intens blauwe licht van de sensor fotochemische radicalen vormen. Dit heeft tot gevolg dat de luminofoor, de zuurstofgevoelige laag, snel wordt afgebroken. Om een langere levensduur van de sensor te garanderen, maakt Isobionics gebruik van Hamilton VisiFerm DO Arc sensoren die zijn uitgerust met chemisch bestendige H2 caps.

De beschermende PTFE-laag blokkeert organische verbindingen, zoals onverzadigde vetzuren of isoprenoïden. Dit zorgt voor een stabiel en betrouwbaar DO-signaal, dat zondermeer kan worden gebruikt voor het regelen van he proces. Met dit belangrijke voordeel helpt VisiFerm DO de betrouwbaarheid van Isobionics' R&D-programma voor procesontwikkeling te verhogen, wat resulteert in een reproduceerbaar productieproces en dus een betrouwbare levering van valenceen. Klanten van Isobionics zoals flavoristen kunnen nu nog meer vertrouwen op constante kwaliteit en beschikbaarheid van isoprenoïden. Het aanpassen van de receptuur is niet langer nodig.

 

INFORMATIE

 

Hamilton Process Analytics

www.hamiltoncompany.com

 

Isobionics

www.isobionics.com

Dit artikel is een deels bewerkte vertaling van de Hamilton application note ‘Reliable and consistent production of important terpenoids – Optical dissoved oxygen meausurements in presence of saturated hydrocarbons’, geschreven door Wouter Wisselink, Senior Scientist Biotechnology bij Isobionics in Geleen.