Iontová chromatografie
ZaměřeníPotraviny a zemědělství
VýrobceThermo Fisher Scientific
Význam tématu
Analýza anorganických aniontů a organických kyselin ve fermentačních nálevech je nezbytná pro kontrolu a optimalizaci biotechnologických procesů. Koncentrace uhlíkových zdrojů (cukry, alkoholové kvasinky) a metabolických vedlejších produktů (laktát, acetát, formiát) ovlivňuje výtěžek konečného produktu a kvalitu fermentace. Robustní, citlivá a selektivní metodika umožňuje časově efektivní monitoring během růstu mikroorganismů, detekci kontaminace a řízení kvality ve výrobě bioterapeutik, biopaliv, potravin a nápojů.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem aplikace bylo porovnat dvě iontoměničové kolony (IonPac AS11 a AS11-HC) se supresní vodivostní detekcí pro simultánní stanovení běžných anorganických aniontů (chlorid, bromid, dusičnan, síran, fosforečnan) a organických kyselin (acetát, laktát, formiát, pyruvát, malát apod.) v kvasinkových (Saccharomyces cerevisiae) a bakteriálních (Escherichia coli) fermentačních médiích. Studie představuje chromatografické podmínky, výkonnostní parametry a ukázky analýzy vzorků z reálné kultivace.
Použitá metodika a instrumentace
Ionové chromatografie byly provedeny na systému Dionex DX-500 BioLC s gradientním čerpadlem GP40, supresním detektorem ED40 (ASRS AutoSuppression®, recyklační režim, 300 mA) a kolonami:
- IonPac AS11 (analytická) + AG11 (ochranná), průtok 2,0 mL/min, gradient 0,5–38 mM NaOH, teplota ambientní
- IonPac AS11-HC (analytická) + AG11-HC (ochranná), průtok 1,5 mL/min, gradient 1–60 mM NaOH, teplota 30 °C
- ATC-1 aniontový trap mezi pumpou a vzorkovačem pro odstranění karbonátů
Eluenty připraveny z 50 % NaOH, dekarbonizované a inertně napuštěné He. Standardy aniontů (chlorid, bromid, síran, fosforečnan, organické kyseliny) v rozsahu ng–µg úrovní. Vzorky fermentačních roztoků byly centrifugovány, zředěny (10×, 100×) a injikovány přímo.
Hlavní výsledky a diskuse
Porovnání kolonek ukázalo, že AS11-HC má šestinásobně vyšší kapacitu než AS11, což umožňuje vyšší nálože vzorku a lepší rozlišení raně eluujících kyselin (laktát vs. acetát vs. formiát). Oba systémy dosahují separace všech 25 sledovaných aniontů do 40 min.
Detekční limity (S/N=3, 10 µL inj.) jsou pro klíčové anionty 0,5–4 ng (chlorid, síran, fosfát, ii) a linearita nad 0,999 pro rozsahy 1–1000 ng až 1–120 ng. Repeteabilita retenčních časů i ploch (<1 % RSD) a plošné přesnosti (<2 % RSD) byla zachována po 96 h kontinuální analýzy.
Obnova aniontů ve vyhřátém kvasinkovém supernatantu byla 88–101 %. Reálné kultivační vzorky ukázaly dynamické změny: laktát a acetát rostou v průběhu 24 h, fosfát klesá, některé organické anionty zůstávají konstantní nebo náhodně kolísají.
Přínosy a praktické využití metody
Metoda umožňuje:
- simultánní a rychlý monitoring více aniontů v komplexních mediích
- nízké detekční limity vhodné pro stopové analýzy
- široké lineární oblasti snižující potřebu ředění či opakování
- vysokou reprodukovatelnost i při dlouhodobém běhu
- snadnou integraci do bioprocesního monitoringu a QA/QC protokolů
Budoucí trendy a možnosti využití
Vývoj směruje k on-line spojeným systémům iontové chromatografie s bioreaktory, dalšímu vylepšení selektivity pomocí organických modifikací elučního roztoku, využití pulzní amperometrie pro nekonduktometrické detekce, a rozšiřování aplikace do metabolomických studií a procesního inženýrství (PAT).
Závěr
Studie prokázala, že iontová chromatografie se supresní vodivostní detekcí a kolonami IonPac AS11/AS11-HC je spolehlivou a všestrannou technikou pro analýzu aniontů ve fermentačních médiích. Kombinace vysoké kapacity, selektivity a citlivosti poskytuje robustní nástroj pro kontrolu a optimalizaci biotechnologických procesů.
Použitá instrumentace
- Dionex DX-500 BioLC (GP40, ED40, LC30/LC25, AS3500, PeakNet)
- IonPac AS11, AS11-HC, AG11, AG11-HC, ATC-1
- Supresní detektor ASRS AutoSuppression®, 300 mA
Reference
- Dionex Corporation. Ion Chromatography in the Pharmaceutical Industry. Application Note 106, 1995.
- Rabin S. et al. New membrane-based electrolytic suppressor device for suppressed conductivity detection. J. Chromatogr. 1993, 640, 97–109.
- Robinett R.S.R. et al. Determination of inorganic cations in fermentation media. J. Chromatogr. A 1995, 718, 319–327.
- Joergensen L. et al. Ion chromatography as a tool for optimization of fermentation processes. J. Chromatogr. 1992, 602, 179–188.
- Loconto P.R., Hussain N. Automated coupled ion exclusion-ion chromatography. J. Chromatogr. Sci. 1995, 33, 75–81.
- Forman L.W. et al. On-line monitoring and control by flow-injection analysis. Anal. Chim. Acta 1991, 249, 101–111.
- Huang Y.L. et al. Flow-injection analysis-wall-jet electrode system. Anal. Chim. Acta 1993, 283, 763–771.
- Schugerl K. et al. Monitoring and control of recombinant protein production. Anal. Chim. Acta 1993, 279, 3–16.
- Gey M. et al. Fast LC determination of organic acids in fermentation media. Anal. Chim. Acta 1988, 213, 227–230.
- Buttler T. et al. Characterization of a sampling unit based on tangential flow filtration. Anal. Chim. Acta 1993, 279, 27–37.
- Dionex Corporation. Determination of carbohydrates, alcohols, and glycols in fermentation broths. Application Note 122, 2006.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.