Characterization of fructans in fermentation products with GPC/SEC

Význam tématu

Biotechnologické procesy využívající Silphium perfoliatum generují fermentační vedlejší produkty obsahující fruktany a jednoduché cukry. Efektivní analýza těchto fruktanových polymerů je nezbytná pro plné využití surovin v biorafinériích a optimalizaci výrobních procesů.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace bylo stanovit distribuci fruktanových oligomerů a nízkomolekulárních cukrů v biotechnologickém vzorku z cup plant.
Studie využila velikostní vylučovací chromatografii (SEC) spojenou s refraktometrickou detekcí (RID) a následně vyhodnotila možnost převedení metody na semi-preparativní rozměr pro separaci oligomerů od monomerů.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika zahrnovala:

• Analytickou SEC s kolónou AppliChrom ABOA-SuperOH-P (7 µm, 250 Å) a předkolónou, 300×8 mm
• Univerzální kalibraci pomocí PEG standardů (106–21 160 Da) s Mark-Houwink parametry K=10,4 a α=0,57
• Refraktometrickou detekci RID při 35 °C
• Lineární škálování do semi-preparativního režimu (kolóna 300×20 mm, 7 µm) s programem KNAUER ScaleUp Converter

Hlavní výsledky a diskuse

Univerzální kalibrace vykázala koeficient determinace R²=0,99978. Analyzovaný vzorek obsahoval oligomerní fruktany s průměrnou molární hmotností 20 247 Da (přibližně 112 jednotek) a nízkomolekulární cukry (mono- a oligosacharidy). Převedení metody na semi-preparativní poměry umožnilo dostatečné rozlišení frakcí a izolaci oligomerů s vysokou čistotou (frakce F6 a F7).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda poskytuje rychlé a spolehlivé rozdělení fruktanových polymerů podle velikosti a izolaci cílových oligomerů. Zavedení SEC-RID pro kontrolu fermentačních produktů přispívá k optimalizaci bioprocesů, kontrole kvality i přípravě materiálu pro další chemické či potravinářské aplikace.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj může směřovat k implementaci kontinuálních separačních procesů typu SMB, rozšíření kalibračních sad pro různé polysacharidy a integraci SEC do automatizovaných QA/QC platforem. Technologie lze adaptovat na další biopolymerní produkty a vedlejší suroviny.

Závěr

Size exclusion chromatografie s refraktometrickou detekcí se ukázala jako efektivní nástroj pro charakterizaci a frakcionaci fruktanových polymerů z fermentačních produktů cup plant. Škálování metody pro semi-preparativní separaci a potenciál pro kontinuální provoz otevírá možnosti pro širší průmyslové využití.

Reference

1. Mayr J et al. The potential of the energy crop Silphium perfoliatum L. 23rd European Biomass Conference and Exhibition, Vienna (2015)
2. Pollock C.J., Chatterton N.J. Fructans. In: The Biochemistry of Plants: A Comprehensive Treatise, Academic Press (2012)
3. KNAUER ScaleUp Converter; knauer.net (přístup 12. 1. 2020)