Fermentation Monitoring of Yeast Using Size Exclusion-ligand Exchange (Na-type) Column

Význam tématu

Analýza sacharidů hraje zásadní roli v potravinářském, biotechnologickém a energetickém průmyslu. Přesné stanovení oligosacharidů, monosacharidů a alkoholů cukerné povahy je nezbytné pro optimalizaci fermentačních procesů, zajištění kvality produktů a vývoj efektivních biopaliv.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace bylo vyvinout robustní metodu pro separaci a kvantifikaci dvaceti sacharidů (včetně ethanol) pomocí kombinace velikostní exkluze a ligandové výměny na Na-typovém sloupci Shim-pack SUR-Na. Byly vytvořeny retenční indexy a kalibrační křivky a metoda byla uplatněna pro sledování kvasné fermentace sacharidů na základě vzorků z kvasinek v melase.

Použitá metodika a instrumentace

Ultrarychlý kapalinový chromatograf Nexera lite v izokratickém režimu byl spojen se sloupcem Shim-pack SUR-Na (250×7,8 mm, 8 µm) a gelovou předkolonou Shim-pack SUR-Na(G) (50×7,8 mm, 8 µm). Jako mobilní fáze sloužila čistá voda při teplotě kolony 80 °C. Průtok byl nastaven na 0,6 mL/min (pro analýzy retenčních indexů) a 0,5 mL/min při sériovém zapojení dvou sloupců. Vzorky byly aplikovány injektorem (2–20 µL), detekce probíhala diferenciálně měřeným indexem lomu (RID-20A).

Hlavní výsledky a diskuse

Byly stanoveny retenční indexy pro dvacet standardních sacharidů a ethanolu s dobrým rozlišením v jedné i ve dvou sériově zapojených kolónách. Kalibrační křivky pro sacharózu, glukózu, fruktózu a ethanol prokázaly výbornou linearitu (R2 ≥ 0,999999). Aplikace na vzorky z fermentačního procesu ukázala sledování dekompozice sacharózy na glukózu a fruktózu a následnou produkci ethanolu v čase.

Přínosy a praktické využití metody

• Není nutná příprava složitých mobilních fází – použití vody zjednodušuje provoz.
• Vysoké rozlišení monosacharidů, oligosacharidů a cukerných alkoholů s krátkým dobou analýzy.
• Schopnost monitorovat průběh fermentace v reálném čase poskytuje klíčová data pro řízení bioprocesů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s hmotnostní spektrometrií pro identifikaci neznámých sacharidů.
• Automatizace a online monitoring bioreaktorů pro průmyslové aplikace.
• Rozšíření metody do prostředí potravinářské kontroly kvality a farmaceutické analýzy.

Závěr

Metoda založená na kombinaci velikostní exkluze a Na-typové ligandové výměny na sloupci Shim-pack SUR-Na v systému Nexera lite umožňuje rychlou, přesnou a jednoduchou separaci širokého spektra sacharidů a ethanolu. Díky použití čisté vody jako mobilního činidla se stává analyzovaná protokolární metoda vysoce praktickou a univerzálně použitelnou pro biotechnologické procesy, potravinářství i energetiku.

Reference

• Asakura H., Okajima M., Hosoi C., Tanabe A. Fermentation Monitoring of Yeast Using Size Exclusion-ligand Exchange (Na-type) Column. Shimadzu Application News, 01-00732-EN, Jan. 2025.