Capillary electrophoresis for monitoring of carboxylic, phenolic and amino acids in bioprocesses: Dissertation

Heidi Turkia

Research output: ThesisDissertationCollection of Articles

Abstract

Bioprosessitekniikka on monitieteellinen teollisuudenala, joka yhdistää biologian ja kemian tietämyksen kemiantekniikkaan. Se on kasvava teollisuudenala, koska sen sovellukset ovat hyvin tärkeitä ruoka-, farmasia-, diagnostiikka- ja kemianteollisuudelle. Tämän lisäksi riippuvuutta öljystä tulee vähentää merkittävästi, mikä mahdollistaa uuden ja innovatiivisen tutkimuksen petrokemikaalituotteiden korvaamiseksi. Bioprosessit ovat prosesseja, jotka käyttävät soluja ja/tai niiden osia tuottamaan haluttuja tuotteita. Bioprosesseja on jo käytetty polttoaineiden ja kemikaalien tuottamiseen, erityisesti etanolin ja ns. building-block kemikaalien, kuten karboksyylihappojen, tuottamiseen. Jotta bioprosesseista saadaan tehokkaampia ja taloudellisesti kannattavampia, raaka-aineiden on oltava halpoja ja bioprosessien on toimittava optimaalisissa olosuhteissa. Erilaisten parametrien mittaaminen on välttämätöntä, sillä ne antavat tietoja prosessin tilasta ja kriittisistä prosessiparametreista, joita ovat biomassa, lähtöaineet ja tuotteet. Offline-mittausten lisäksi online- määritykset kasvattavat merkitystään bioprosessien optimoinnissa. Kapillaarielektroforeesi (CE) on monipuolinen analyysitekniikka, jolla ei ole rajoituksia polaaristen liuottimien, analyyttien tai näytteiden kanssa. Optimoitujen menetelmien korkea resoluutio ja tehokkuus mahdollistavat nopean detektoinnin ja kvantifioinnin. Tämä työ osoittaa CE:n potentiaalin monipuolisena bioprosessimonitorointityökaluna. Osana tätä tutkimusta kaupallinen CE-laitteisto muutettiin toimimaan online-analysointilaitteistona prosessien automaattista monitorointia varten. Tämä työ kuvaa kolme offline-CE analyysimenetelmää karboksyyli-, fenoli- ja aminohappojen analysointiin sekä yhden online-CE analyysimenetelmän karboksyylihappojen monitorointiin bioprosessien aikana. Käytetyt detektointimenetelmät olivat epäsuora ja suora UV sekä laser-indusoitu fluoresenssi. Työn tuloksia voidaan käyttää bioprosessiolosuhteiden optimoinnissa, elinvoimaisempien ja kestävämpien mikro-organismien kehittämisessä sekä bioprosessien dynamiikan tutkimisessa
Original languageEnglish
QualificationDoctor Degree
Awarding Institution
  • Lappeenranta University of Technology
Supervisors/Advisors
  • Sirén, Heli, Supervisor, External person
  • Pitkänen, Juha-Pekka, Supervisor
Award date24 Jan 2014
Place of PublicationEspoo
Publisher
Print ISBNs978-951-38-8107-8
Electronic ISBNs978-951-38-8108-5
Publication statusPublished - 2013
MoE publication typeG5 Doctoral dissertation (article)

Fingerprint

capillary electrophoresis
carboxylic acids
phenolic acids
lasers
amino acids
monitoring

Keywords

  • bioprocess monitoring
  • capillary electrophoresis
  • online capillary electrophoresis
  • carboxylic acids
  • phenolic acids
  • amino acids

Cite this

Turkia, Heidi. / Capillary electrophoresis for monitoring of carboxylic, phenolic and amino acids in bioprocesses : Dissertation. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 2013. 146 p.
@phdthesis{ebf629c1125b42d3bd2f9e10dbb0c886,
title = "Capillary electrophoresis for monitoring of carboxylic, phenolic and amino acids in bioprocesses: Dissertation",
abstract = "Bioprosessitekniikka on monitieteellinen teollisuudenala, joka yhdist{\"a}{\"a} biologian ja kemian tiet{\"a}myksen kemiantekniikkaan. Se on kasvava teollisuudenala, koska sen sovellukset ovat hyvin t{\"a}rkeit{\"a} ruoka-, farmasia-, diagnostiikka- ja kemianteollisuudelle. T{\"a}m{\"a}n lis{\"a}ksi riippuvuutta {\"o}ljyst{\"a} tulee v{\"a}hent{\"a}{\"a} merkitt{\"a}v{\"a}sti, mik{\"a} mahdollistaa uuden ja innovatiivisen tutkimuksen petrokemikaalituotteiden korvaamiseksi. Bioprosessit ovat prosesseja, jotka k{\"a}ytt{\"a}v{\"a}t soluja ja/tai niiden osia tuottamaan haluttuja tuotteita. Bioprosesseja on jo k{\"a}ytetty polttoaineiden ja kemikaalien tuottamiseen, erityisesti etanolin ja ns. building-block kemikaalien, kuten karboksyylihappojen, tuottamiseen. Jotta bioprosesseista saadaan tehokkaampia ja taloudellisesti kannattavampia, raaka-aineiden on oltava halpoja ja bioprosessien on toimittava optimaalisissa olosuhteissa. Erilaisten parametrien mittaaminen on v{\"a}ltt{\"a}m{\"a}t{\"o}nt{\"a}, sill{\"a} ne antavat tietoja prosessin tilasta ja kriittisist{\"a} prosessiparametreista, joita ovat biomassa, l{\"a}ht{\"o}aineet ja tuotteet. Offline-mittausten lis{\"a}ksi online- m{\"a}{\"a}ritykset kasvattavat merkityst{\"a}{\"a}n bioprosessien optimoinnissa. Kapillaarielektroforeesi (CE) on monipuolinen analyysitekniikka, jolla ei ole rajoituksia polaaristen liuottimien, analyyttien tai n{\"a}ytteiden kanssa. Optimoitujen menetelmien korkea resoluutio ja tehokkuus mahdollistavat nopean detektoinnin ja kvantifioinnin. T{\"a}m{\"a} ty{\"o} osoittaa CE:n potentiaalin monipuolisena bioprosessimonitorointity{\"o}kaluna. Osana t{\"a}t{\"a} tutkimusta kaupallinen CE-laitteisto muutettiin toimimaan online-analysointilaitteistona prosessien automaattista monitorointia varten. T{\"a}m{\"a} ty{\"o} kuvaa kolme offline-CE analyysimenetelm{\"a}{\"a} karboksyyli-, fenoli- ja aminohappojen analysointiin sek{\"a} yhden online-CE analyysimenetelm{\"a}n karboksyylihappojen monitorointiin bioprosessien aikana. K{\"a}ytetyt detektointimenetelm{\"a}t olivat ep{\"a}suora ja suora UV sek{\"a} laser-indusoitu fluoresenssi. Ty{\"o}n tuloksia voidaan k{\"a}ytt{\"a}{\"a} bioprosessiolosuhteiden optimoinnissa, elinvoimaisempien ja kest{\"a}v{\"a}mpien mikro-organismien kehitt{\"a}misess{\"a} sek{\"a} bioprosessien dynamiikan tutkimisessa",
keywords = "bioprocess monitoring, capillary electrophoresis, online capillary electrophoresis, carboxylic acids, phenolic acids, amino acids",
author = "Heidi Turkia",
year = "2013",
language = "English",
isbn = "978-951-38-8107-8",
series = "VTT Science",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "47",
address = "Finland",
school = "Lappeenranta University of Technology",

}

Turkia, H 2013, 'Capillary electrophoresis for monitoring of carboxylic, phenolic and amino acids in bioprocesses: Dissertation', Doctor Degree, Lappeenranta University of Technology , Espoo.

Capillary electrophoresis for monitoring of carboxylic, phenolic and amino acids in bioprocesses : Dissertation. / Turkia, Heidi.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 2013. 146 p.

Research output: ThesisDissertationCollection of Articles

TY - THES

T1 - Capillary electrophoresis for monitoring of carboxylic, phenolic and amino acids in bioprocesses

T2 - Dissertation

AU - Turkia, Heidi

PY - 2013

Y1 - 2013

N2 - Bioprosessitekniikka on monitieteellinen teollisuudenala, joka yhdistää biologian ja kemian tietämyksen kemiantekniikkaan. Se on kasvava teollisuudenala, koska sen sovellukset ovat hyvin tärkeitä ruoka-, farmasia-, diagnostiikka- ja kemianteollisuudelle. Tämän lisäksi riippuvuutta öljystä tulee vähentää merkittävästi, mikä mahdollistaa uuden ja innovatiivisen tutkimuksen petrokemikaalituotteiden korvaamiseksi. Bioprosessit ovat prosesseja, jotka käyttävät soluja ja/tai niiden osia tuottamaan haluttuja tuotteita. Bioprosesseja on jo käytetty polttoaineiden ja kemikaalien tuottamiseen, erityisesti etanolin ja ns. building-block kemikaalien, kuten karboksyylihappojen, tuottamiseen. Jotta bioprosesseista saadaan tehokkaampia ja taloudellisesti kannattavampia, raaka-aineiden on oltava halpoja ja bioprosessien on toimittava optimaalisissa olosuhteissa. Erilaisten parametrien mittaaminen on välttämätöntä, sillä ne antavat tietoja prosessin tilasta ja kriittisistä prosessiparametreista, joita ovat biomassa, lähtöaineet ja tuotteet. Offline-mittausten lisäksi online- määritykset kasvattavat merkitystään bioprosessien optimoinnissa. Kapillaarielektroforeesi (CE) on monipuolinen analyysitekniikka, jolla ei ole rajoituksia polaaristen liuottimien, analyyttien tai näytteiden kanssa. Optimoitujen menetelmien korkea resoluutio ja tehokkuus mahdollistavat nopean detektoinnin ja kvantifioinnin. Tämä työ osoittaa CE:n potentiaalin monipuolisena bioprosessimonitorointityökaluna. Osana tätä tutkimusta kaupallinen CE-laitteisto muutettiin toimimaan online-analysointilaitteistona prosessien automaattista monitorointia varten. Tämä työ kuvaa kolme offline-CE analyysimenetelmää karboksyyli-, fenoli- ja aminohappojen analysointiin sekä yhden online-CE analyysimenetelmän karboksyylihappojen monitorointiin bioprosessien aikana. Käytetyt detektointimenetelmät olivat epäsuora ja suora UV sekä laser-indusoitu fluoresenssi. Työn tuloksia voidaan käyttää bioprosessiolosuhteiden optimoinnissa, elinvoimaisempien ja kestävämpien mikro-organismien kehittämisessä sekä bioprosessien dynamiikan tutkimisessa

AB - Bioprosessitekniikka on monitieteellinen teollisuudenala, joka yhdistää biologian ja kemian tietämyksen kemiantekniikkaan. Se on kasvava teollisuudenala, koska sen sovellukset ovat hyvin tärkeitä ruoka-, farmasia-, diagnostiikka- ja kemianteollisuudelle. Tämän lisäksi riippuvuutta öljystä tulee vähentää merkittävästi, mikä mahdollistaa uuden ja innovatiivisen tutkimuksen petrokemikaalituotteiden korvaamiseksi. Bioprosessit ovat prosesseja, jotka käyttävät soluja ja/tai niiden osia tuottamaan haluttuja tuotteita. Bioprosesseja on jo käytetty polttoaineiden ja kemikaalien tuottamiseen, erityisesti etanolin ja ns. building-block kemikaalien, kuten karboksyylihappojen, tuottamiseen. Jotta bioprosesseista saadaan tehokkaampia ja taloudellisesti kannattavampia, raaka-aineiden on oltava halpoja ja bioprosessien on toimittava optimaalisissa olosuhteissa. Erilaisten parametrien mittaaminen on välttämätöntä, sillä ne antavat tietoja prosessin tilasta ja kriittisistä prosessiparametreista, joita ovat biomassa, lähtöaineet ja tuotteet. Offline-mittausten lisäksi online- määritykset kasvattavat merkitystään bioprosessien optimoinnissa. Kapillaarielektroforeesi (CE) on monipuolinen analyysitekniikka, jolla ei ole rajoituksia polaaristen liuottimien, analyyttien tai näytteiden kanssa. Optimoitujen menetelmien korkea resoluutio ja tehokkuus mahdollistavat nopean detektoinnin ja kvantifioinnin. Tämä työ osoittaa CE:n potentiaalin monipuolisena bioprosessimonitorointityökaluna. Osana tätä tutkimusta kaupallinen CE-laitteisto muutettiin toimimaan online-analysointilaitteistona prosessien automaattista monitorointia varten. Tämä työ kuvaa kolme offline-CE analyysimenetelmää karboksyyli-, fenoli- ja aminohappojen analysointiin sekä yhden online-CE analyysimenetelmän karboksyylihappojen monitorointiin bioprosessien aikana. Käytetyt detektointimenetelmät olivat epäsuora ja suora UV sekä laser-indusoitu fluoresenssi. Työn tuloksia voidaan käyttää bioprosessiolosuhteiden optimoinnissa, elinvoimaisempien ja kestävämpien mikro-organismien kehittämisessä sekä bioprosessien dynamiikan tutkimisessa

KW - bioprocess monitoring

KW - capillary electrophoresis

KW - online capillary electrophoresis

KW - carboxylic acids

KW - phenolic acids

KW - amino acids

M3 - Dissertation

SN - 978-951-38-8107-8

T3 - VTT Science

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -