Fermentation Processes Monitoring Using a Nexera™ Dual Injection System

Význam tématu

Monitorování fermentačních procesů hraje klíčovou roli při výrobě potravin i průmyslových produktů. Analýza organických kyselin a cukrů umožňuje sledovat průběh a účinnost fermentace, optimalizovat podmínky a zajišťovat kvalitu výsledného produktu. Použití jediné chromatografické platformy šetří čas, snižuje náklady a minimalizuje variabilitu měření.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo demonstrovat možnost současné analýzy dvou skupin sloučenin – organických kyselin a cukrů – při monitorování fermentace jogurtu. Vyvinutá metoda využívá systému Nexera™ Dual Injection k paralelním HPLC analýzám na jednom přístroji, přičemž výsledky jsou integrovány do jediné datové sady pro zjednodušené zpracování.

Použitá metodika a instrumentace

Pro analýzu byla nasazena sestava:

• Autosampler Nexera SIL-40 s funkcí dvojité injekce
• Dva separační kanály: ion-exclusion kolona Shim-pack Fast-OA pro organické kyseliny a ligand exchange kolona Shim-pack SCR-101C pro cukry
• Post-column pH-bufrování a detektor elektrické vodivosti pro kyseliny
• Detektor refrakčního indexu pro cukry
• Oddělené termostaty CTO-40S pro obě kolony

Proces předúpravy vzorků spočíval v extrakci kyselin p-toluenesulfonovou kyselinou a chloroformu, následném odstředění a filtraci.

Hlavní výsledky a diskuse

Standardní směsi organických kyselin (citric, malic, lactic, formic, acetic) a cukrů (lactose, glucose, mannose, fructose) vykázaly:

• Výbornou linearitu v rozsahu 10–1000 mg/L (R2 > 0,9998 pro kyseliny) a 10–2000 mg/L (R2 > 0,9998 pro cukry)
• Vysokou opakovatelnost (retention time %RSD < 0,06; area %RSD < 0,4 %)
• Nízké carryover (< 0,01 %), potvrzující spolehlivou vzorkovou smyčku
• Recovery 94,6–101,8 % pro přidané sloučeniny

Řada vzorků jogurtu odebraných v časech 0 až 8,5 hodiny od zahájení fermentace prokázala postupný úbytek laktózy a nárůst kyseliny mléčné, což jasně ilustruje dynamiku fermentačního procesu.

Přínosy a praktické využití metody

Dvojitá injekce umožňuje paralelní analýzu dvou skupin analytů na jednom přístroji bez nutnosti výměny kolon či metod. To zkracuje dobu analýzy, snižuje provozní náklady a zajišťuje konzistentní data pro korelace mezi různými třídami sloučenin. Metoda je snadno škálovatelná pro rutinní QA/QC i výzkumné aplikace.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření aplikace duálních metod HPLC pro komplexní analýzu bioprocesů, kde je nutné sledovat více tříd metabolit současně. Integrace s automatizovanými systémy vzorkování v reálném čase (online monitoring) a pokročilé datové analýzy (machine learning) dále zvýší účinnost optimalizace fermentací a biotechnologických výrob.

Závěr

Studie prokázala, že systém Nexera Dual Injection efektivně kombinuje analýzu organických kyselin a cukrů ve fermentačních vzorcích na jednom přístroji. Vysoká přesnost, reprodukovatelnost a nízký carryover potvrzují vhodnost metody pro průmyslové i výzkumné účely.

Reference

• Application News No. L548, Shimadzu Corporation, srpen 2019