Fermentation Processes Monitoring Using a Nexera™ Dual Injection System

Význam tématu

Monitoring fermentačních procesů je klíčový pro potravinářský i biotechnologický průmysl. Sledování organických kyselin a cukrů umožňuje optimalizaci podmínek kultivace mikroorganismů, zajištění kvality a reprodukovatelnosti výroby svrchně kvašených produktů nebo biofarmaceutik.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem je demonstrovat možnost současné analýzy organických kyselin a cukrů v jednom chromatografickém systému pomocí dual injection funkce autosampleru Nexera. Studie zahrnuje kalibraci, reprodukovatelnost, hodnocení přenosu vzorku (carryover), zjištění recovery a aplikaci na časový průběh fermentace jogurtu.

Použitá metodika a instrumentace

Systém založen na přístroji Nexera s autosamplerem SIL-40 dual injection. Dva paralelní kanály:

• Organické kyseliny: kolony Shim-pack Fast-OA, postkolonová pufrovaná vodivostní detekce, mobilní fáze 5 mmol/L p-toluenesulfonové kyseliny, průtok 0,8 mL/min, teplota 40 °C.
• Cukry: kolony Shim-pack SCR-101C, refraktivní indexová detekce, voda jako mobilní fáze, průtok 1,0 mL/min, teplota 80 °C.

Vzorky jogurtu se připravovaly přidáním p-toluenesulfonové kyseliny, chloroformu, extrakcí, odstředěním a filtrací. Filtráty se desetkrát ředily před analýzou.

Použitá instrumentace

• Nexera HPLC systém se dual injection autosamplerem SIL-40
• Dva CTO-40S termostatované kolónové pece
• Dva solventní agregáty pro paralelní dodávku mobilních fází
• Vodivostní detektor pro organické kyseliny
• Refraktivní indexový detektor pro cukry

Hlavní výsledky a diskuse

Kalibrace pro pět organických kyselin a čtyři cukry prokázala vynikající lineární závislost (R2 > 0,9998) v rozsahu 10 až 2000 mg/L. Reprodukovatelnost retenčních časů i plošných integrálů byla lepší než 1 % RSD. Carryover bylo nižší než 0,01 % pro citrát, laktát i laktózu. Recovery test získal hodnoty 94,6 až 107,7 %. Aplikace na jogurt ukázala postupné rozpouštění laktózy a nárůst laktátu v závislosti na čase fermentace.

Přínosy a praktické využití metody

Rozšíření HPLC o dual injection funkci šetří čas i materiál, umožňuje souběžné sledování různých skupin analytů a zajišťuje plnou stopovatelnost výsledků v jednom datovém souboru. Metoda nachází uplatnění v potravinářské kontrole, bioprocesech i výzkumu optimalizačních parametrů fermentace.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace online monitoringu do bioreaktorů, automatizace vzorkovacích stanic, rozšíření detekce o další třídy sloučenin (aminokyseliny, peptidy), propojení s laboratořskými informačními systémy a využití strojového učení pro prediktivní kontrolu fermentačních procesů.

Závěr

Použití dual injection Nexera systému pro simultánní analýzu organických kyselin a cukrů prokázalo vysokou přesnost, rychlost a robustnost. Metoda usnadňuje komplexní sledování fermentací a poskytuje spolehlivá data pro optimalizaci výrobních procesů.

Reference

• Shimadzu Corporation. Technical Report C190-E237: High-Speed Analysis of Organic Acids Using Shim-pack Fast-OA and pH-Buffered Electrical Conductivity Detection.
• Shimadzu Corporation. Application Note No. L548: Monitoring of Fermentation Processes Using Nexera Dual Injection System, First Edition August 2019.