HPLC
ZaměřeníPotraviny a zemědělství
VýrobceThermo Fisher Scientific
Význam tématu
Analýza složek fermentačních kalů je klíčová pro biotechnologické procesy od produkce bioterapeutik až po výrobu biopaliv. Karbonové zdroje jako sacharidy podporují růst mikroorganismů a syntézu cílových produktů, zatímco vedlejší produkty (alkoholy, glykoly, organické anionty) mohou výtěžek snižovat. Přesné stanovení jednotlivých složek pomáhá optimalizovat podmínky fermentace a zvyšovat efektivitu procesu.
Cíle a přehled studie
Cílem studie bylo ověřit vhodnost vysokovýkonné aniontové výměnné chromatografie s pulzní amperometrickou detekcí (HPAE-PAD) pro současné stanovení jednoduchých cukrů, cukerných alkoholů, alifatických alkoholů a glykolů ve složitých matricích fermentačních médií Saccharomyces cerevisiae (YPD) a Escherichia coli (LB). Porovnaly se dvě kolonové konfigurace (Dionex CarboPac MA1 a PA1) z hlediska selektivity, detekčních limitů, linearity, přesnosti a stability metod.
Použitá metodika a instrumentace
Chromatografie probíhala na systému Thermo Scientific Dionex DX-500 BioLC vybaveném:
- Gradientní pumpa GP40 s možností odplynění
- Elektrochemický detektor ED40 pro pulzní amperometrii
- Chromatografická pece LC30/LC25
- Autosampler S3500
- Softwarové zpracování v PeakNet Workstation
Kolony:
- Dionex CarboPac MA1 Analytical + MA1 Guard (polymerní makroporézní pryskyřice s kvaternárními amoniovými skupinami)
- Dionex CarboPac PA1 Analytical + PA1 Guard (pelikulární latexová náplň s aniontovými výměnnými místy)
Eluce probíhala isokraticky nebo gradientně s hydroxidem sodným (16–480 mM), objem vzorku 10 µL, teplota 30 °C. Vzorky fermentačního média se před analýzou odstředily a zředily deionizovanou vodou.
Hlavní výsledky a diskuse
Selektivita kolon CarboPac MA1 a PA1 se liší především v pořadí eluce a rozlišení velkých sacharidů. MA1 odděluje alkoholické a cukerné sloučeniny včetně trisacharidů, ale analýza trvá až 60 min. PA1 dovoluje zkrácenou analýzu (<30 min) s dobrou separací mono- a disacharidů podél optimalizované koncentrace hydroxidu.
Detekční limity na MA1 dosahují řádově 0,2 ng pro alditoly, 0,4 ng pro glycerol či 1 ng pro cukry. Linearita je pro většinu analytů v rozsahu 0,04 až 200 mg/L (3–4 dekády), včetně dvouřádkových polynomiálních korelací u glycerolu a erytritolu. Přesnost (RSD oblasti vrcholu) do 3 % a stabilita retencí do 0,3 % za 48 h potvrzují vysokou reprodukovatelnost metody.
Praktické sledování fermentace prokázalo schopnost metody kvantifikovat pokles glukózy a rafinózy během 1 h, nárůst glycerolu a změny dalších metabolitů v kultuře kvasinek i bakterií, což umožňuje detailní kinetickou kontrolu.
Přínosy a praktické využití metody
- Simultánní stanovení širokého spektra sacharidů, alditolů, alkoholů a glykolů bez derivatizace
- Vysoká citlivost a selektivita pulzní amperometrie pro nechromoforické látky
- Široký dynamický rozsah s omezenou nutností opakování analýz při variabilních koncentracích
- Možnost on-line monitorování fermentačního procesu a optimalizace živinového podání
- Vhodné pro QA/QC v biotechnologiích, potravinářství i výrobě biopaliv
Budoucí trendy a možnosti využití
- Integrace on-line odběru vzorků a automatizovaná regulace podmínek fermentace
- Nasazení nových vlnových forem a elektrod pro zvýšení citlivosti a selektivity
- Kombinace HPAE-PAD s hmotnostní spektrometrií pro identifikaci neznámých metabolitů
- Vývoj užších a rychlejších kolon s menšími objemy plnící hmoty
- Implementace metodiky v průmyslových výrobních linkách pro kontinuální kontrolu kvality
Závěr
HPAE-PAD na kolonách CarboPac MA1 a PA1 poskytuje robustní a vysoce selektivní platformu pro kvantitativní stanovení fermentačních složek. Metoda nabízí dostatečnou citlivost, široký dynamický rozsah a reprodukovatelnost nezbytnou pro výzkum i průmyslovou praxi.
Reference
- Robinett R.S.R.; Herber W.K. J. Chromatogr. A. 1994, 671, 315–322.
- Herber W.K.; Robinett R.S.R. J. Chromatogr. A. 1994, 676, 287–295.
- Marko-Varga G. et al. J. Chromatogr. A. 1994, 665, 317–332.
- Schugerl K. et al. Anal. Chim. Acta. 1993, 279, 3–16.
- Rank M.; Gram J.; Danielsson B. Anal. Chim. Acta. 1993, 281, 521–526.
- Buttler T.; Gorton L.; Marko-Varga G. Anal. Chim. Acta. 1993, 279, 27–37.
- van de Merbel N.C. et al. Anal. Chim. Acta. 1993, 279, 39–50.
- van de Merbel N.C. et al. Chromatographia. 1992, 33, 525–532.
- Marko-Varga G. et al. J. Chromatogr. 1990, 523, 173–188.
- Thermo Fisher Scientific Application Note 123, AN123, 2019.
- Schibler J.A. Am. Lab. 1997, 29–32.
- Thermo Fisher Scientific Technical Note 40, TN-40, 2019.
- Thermo Fisher Scientific Technical Note 43, TN-43, 2019.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.