Determination of Glycols and Alcohols in Fermentation Broths Using Ion-Exclusion Chromatography and Pulsed Amperometric Detection

Význam tématu

Fermentace mikroorganismů je zásadní pro výrobu nápojů, potravin, biopaliv a farmaceutik a vyžaduje přesné stanovení alkoholů a glykolů jako klíčových metabolitů pro optimalizaci výtěžnosti a kvality produktů.

Cíle a přehled studie / článku

Článek popisuje vývoj citlivé a ekologické metody pro stanovení glykolů a alkoholů v komplexních matricích fermentačních médií a alkoholických nápojů. Metoda nahrazuje rizikovou perchlorovou kyselinu methansulfonovou a využívá pulzně amperometrickou detekci s jednorázovou platinovou elektrodou.

Použitá metodika a instrumentace

Analýzy probíhaly na kolóně Dionex IonPac ICE-AS1 (4×250 mm) při 30 °C, průtoku 0,2 mL·min⁻¹ a elučním činidlem 100 mM methansulfonové kyseliny. Detekce PAD s platinovou elektrodou aplikující třífázový vlnový průběh. Použit systém Dionex ICS-3000 RFIC se SP pumpou, DC modulem, ED detektorem a AS autosamplerem. Vzorky se připravovaly ředěním, odstředěním a heat-quench krokem.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda dosahuje baseline separace methanolu, ethanolu, isopropanolu, glycerolu a propylenglykolu s detekčními limity 1,6–4,5 µM (2–4 ng). Linearita kalibrace byla r² > 0,999. Reprodukovatelnost retencí i ploch při 250 injekcích vykázala RSD < 2 % pro glycerol a ethanol a < 8 % pro propylenglykol. Dynamika tvorby glycerolu a ethanolu ve fermentačních vzorcích S. cerevisiae během 28 h byla úspěšně sledována. Recovery studie v 300× ředění fermentačních vzorků i 400× ředění vzorků vín a piv potvrdily 95–105 % loprocedení.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí přímou detekci bez derivatizace, ekologický eluční systém a minimální údržbu díky jednorázové elektrodě. Vhodná pro QA/QC, on-line monitorování fermentace, analýzu alkoholických výrobků a farmaceutických procesů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se integrace on-line monitoringu, rozšíření sledovaných metabolitů, plná automatizace přípravy vzorků a nasazení v mikrofluidních a průmyslových biotechnologických platformách.

Závěr

Iontově vylučovací chromatografie s methansulfonovou kyselinou a pulzně amperometrická detekce s jednorázovou platinovou elektrodou poskytují spolehlivé, reprodukovatelné a citlivé stanovení glykolů a alkoholů v náročných matricích.

Reference

1. Slator A The Rate of Fermentation by Growing Yeast Cells Biochem J 1913 7(2):197-203
2. Hough JS The Biotechnology of Malting and Brewing Cambridge Univ Press 1985
3. Fix G Principles of Brewing Science 2nd ed Brewers Publications 1999
4. Weiss J Ion Chromatography in the Pharmaceutical Industry In Handbook of Ion Chromatography 3rd ed Wiley-VCH 2004
5. Thermo Fisher Scientific Application Note 122 Determination of Carbohydrates Alcohols and Glycols in Fermentation Broths 2004
6. Thermo Fisher Scientific Application Note 123 Determination of Inorganic Anions and Organic Acids in Fermentation Broths 2004
7. Thermo Fisher Scientific Application Note 150 Determination of Amino Acids in Cell Cultures and Fermentation Broths 2003
8. Thermo Fisher Scientific Application Note 117 Quantification of Carbohydrates and Glycols in Pharmaceuticals 2000
9. National Research Council Health Implications of Perchlorate Ingestion National Academies Press 2005
10. Cheng J et al New Waveform for Direct and Sensitive Amperometric Detection Paper IICS 2006
11. Thermo Fisher Scientific Application Note 141 Determination of Inorganic Cations and Ammonium in Environmental Waters 2001
12. Thermo Fisher Scientific Operator’s Manual Dionex ICS-3000 2005
13. Thermo Fisher Scientific Installation Manual Dionex ICS-3000 2005
14. Thermo Fisher Scientific Operator’s Manual Dionex AS Autosampler 2005
15. Thermo Fisher Scientific Product Manual Dionex IonPac ICE-AS1 2006
16. Thermo Fisher Scientific Product Manual Disposable Electrodes 2006
17. Thermo Fisher Scientific Installation Guide Disposable Platinum Electrode 2006
18. Weiss J Ion-Exclusion Chromatography In Handbook of Ion Chromatography 3rd ed Wiley-VCH 2004