Monitoring of Organic Acids in Biomass Fermentation Process and Yeast Cultivation Process

Význam tématu

Monitoring organických kyselin v procesech fermentace biomasy a pěstování kvasinek je klíčový pro optimalizaci výtěžku etanolu a rozvoj druhé generace biopaliv. Přesné stanovení látek jako kyselina octová, mléčná či mravenčí umožňuje včasnou detekci inhibičních produktů a řízení fermentačních podmínek.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem článku bylo ukázat využití systému Nexera Organic Acid Analysis System v kombinaci s polymerovými kolonymi Shim-pack Fast-OA pro rychlou, selektivní a citlivou analýzu organických kyselin v reálných vzorcích fermentačního procesu a kultivace kvasinek. Studie demonstruje časové změny koncentrací a efektivitu oddělení více kyselin během krátké doby analýzy.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika:

• Chromatografická separace na Shim-pack SCR-102H a Shim-pack Fast-OA kolonách
• Mobilní fáze: reagenty z kitu pro Organic Acid Analysis System
• Post-column pH buffering s elektrochemickou (vodivostní) detekcí
• Pracovní podmínky: průtok 1,0 ml/min, teplota kolony 40 °C, objem injekce 10 μl

Použitá instrumentace:

• Nexera Organic Acid Analysis System (Shimadzu)
• Shim-pack SCR-102H (300×8,0 mm, 7 μm) a Shim-pack Fast-OA (100×7,8 mm, 5 μm) kolony
• Mixér MR 20, vodivostní detektor, injektor s 1,5 ml skleněnými vialkami

Hlavní výsledky a diskuse

• Rychlá separace 9 organických kyselin: konvenční kolony 2× SCR-102H za ~30 min, Fast-OA za polovinu času
• Ve vzorcích skutečné biomasy po 48 h fermentace pokles koncentrace kyseliny octové o více než 97 %
• Postupný nárůst koncentrací kyseliny mravenčí a mléčné jako vedlejší produkty metabolismu
• Vzorky lignocelulózní biomasy i kultivace na melase potvrdily schopnost metody sledovat i malé časové změny koncentrací

Přínosy a praktické využití metody

• Umožňuje rychlé a citlivé sledování fermentačních procesů v reálném čase
• Podpora výzkumu a vývoje druhé generace biopaliv, QA/QC fermentačních procesů
• Snížení doby analýzy a zvýšení pracovního výkonu laboratoří

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace se systémy pro automatizované a on-line monitorování bioprocesů
• Možnost kombinace s hmotnostní spektrometrií pro rozšíření analytického portfolia
• Aplikace na další metabolické procesy a biotechnologické produkce

Závěr

Kombinace Nexera Organic Acid Analysis System s polymerovými kolonymi Shim-pack Fast-OA nabízí výrazně rychlejší, selektivní a citlivé stanovení organických kyselin ve složitých biologických matricích. Metoda přispívá ke zlepšení kontroly fermentačních procesů a podporuje rozvoj inovací v oblasti biopaliv.

Reference

No. L588, First Edition: Feb. 2021, Shimadzu Corporation
A. Tanabe, Monitoring of Organic Acids in Biomass Fermentation Process and Yeast Cultivation Process