Quality Control of fermentation processes

Význam tématu

Produkce bioetanolu z obnovitelných surovin je klíčová pro snížení závislosti na fosilních palivech. Rychlý a spolehlivý monitoring fermentačního procesu umožňuje optimalizovat výrobu, zajistit konzistentní kvalitu produktu a snížit náklady spojené s analýzou v laboratorním zázemí.

Cíle a přehled studie / článku

Studie ukazuje, jak lze pomocí near-infrared spektroskopie (NIRS) na přístroji DS2500 Solid Analyzer v reálném čase stanovit více parametrů fermentačního šťávy až do jedné minuty. Cílem bylo vyvinout kalibrace pro obsah ethanolu, cukrů, Brix, kyseliny mléčné, pH a celkových nerozpustných látek a porovnat je s referenčními metodami (HPLC, refraktometrie, pH metr, vážení).

Použitá metodika a instrumentace

Pro analýzy bylo odebráno 206 vzorků kukuřičné fermentační šťávy. Spektra se snímala v odrazném režimu za použití velkého vzorkovního kelímku s rotačním měřením pro zmírnění nehomogenity.

• DS2500 Solid Analyzer (400–2500 nm)
• DS2500 Large Sample Cup pro měření pevných vzorků
• Software Vision Air Complete pro sběr dat a tvorbu multivariačních modelů

Hlavní výsledky a diskuse

Vzniklé modely dosahují velmi vysoké shody s referenčními metodami:

• Ethanol: R2 = 0,998; SEC = 0,21 %; SECV = 0,22 %
• Celkové nerozpustné látky: R2 = 0,982; SEC = 0,87 %; SECV = 1,06 %
• Brix: R2 = 0,987; SEC = 0,66; SECV = 0,87
• Cukry (celkem): R2 = 0,981; SEC = 1,09 %; SECV = 1,30 %
• Glukóza: R2 = 0,920; SEC = 0,70 %; SECV = 0,86 %
• Kyselina mléčná: R2 = 0,722; SEC = 0,09 %; SECV = 0,10 %
• pH: R2 = 0,734; SEC = 0,17; SECV = 0,19
• Maltotrioza: R2 = 0,928; SEC = 0,36 %; SECV = 0,42 %
• Dextriny: R2 = 0,964; SEC = 0,60 %; SECV = 0,68 %

Nejlepší predikce byla dosažena pro ethanol a Brix, zatímco nižší přesnost vykázala kyselina mléčná a pH. Celkově všechny modely umožňují analýzu do jedné minuty oproti desítkám minut u referenčních metod.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zkrácení doby analýzy (méně než 1 min)
• Možnost stanovení více parametrů najednou
• Odstranění potřeby více samostatných metod a zařízení
• Úspora nákladů na laboratoř a reagencia
• Online nebo at-line monitoring pro lepší řízení fermentace

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace NIRS přístrojů přímo do výrobních linek pro kontinuální sledování
• Rozšíření kalibrací na další suroviny a produkty biotechnologií
• Využití pokročilých algoritmů strojového učení pro zlepšení přesnosti
• Automatizace vzorkování a vyhodnocování pro plně bezobslužný provoz
• Propojení s výrobním MES/SCADA systémem pro optimalizaci procesů v reálném čase

Závěr

NIR spektroskopie na přístroji DS2500 Solid Analyzer prokázala schopnost rychle a přesně stanovit klíčové parametry fermentace kukuřičné šťávy. Tato technologie představuje efektivní alternativu k tradičním metodám, s potenciálem pro implementaci v přímé výrobě a úsporu času i nákladů.

Reference

Žádné explicitní literární odkazy nebyly v textu uvedeny.