III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

Среди ключевых параметров технологического процесса производства спирта важное место занимает содержание глюкозы, метилового спирта и крахмала.  Дифференциальная оценка содержания компонентов на различных стадиях позволяет оптимизировать технологический процесс брожения и снизить материальные затраты. Традиционные методы определения метанола и этанола либо недостаточно точны, либо трудоемки, дороги и характеризуются длительным временем анализа, что не позволяет использовать их для мониторинга содержания указанных компонентов. Эти методы могут быть эффективно применены для контроля качества готовой продукции, однако они не могут быть использованы для экспресс-анализа ферментационных сред.

В связи с этим актуальным направлением исследований является разработка метода анализа, который позволил бы упростить и удешевить процедуру определения указанных компонентов без потери точности и специфичности, а так же обеспечить возможность их постоянного мониторинга в реальных объектах. Перспективным подходом является развитие биосенсорных технологий. В последнее время исследования в области биосенсорной детекции открывают широкие возможности для конструирования биоаналитических систем, отличающихся невысокой стоимостью. К преимуществам таких биосенсоров можно отнести короткое время ответа, портативность, удобство в работе, а также отсутствие специальных требований к приготовлению исследуемого образца.

Целью настоящей работы являлось определение содержания этилового спирта, глюкозы и крахмала на различных стадиях процесса брожения с использованием ферментных биосенсоров.

В работе использована биосенсорная установка амперометрического типа, интегрированная с персональным компьютером. Датчиками являются кислородные электроды с иммобилизованными дрожжевыми препаратами алкогольоксидазы и глюкозоксидазы. Применяемая аппаратура позволяет производить высокоточные измерения в наноамперном диапазоне токов и использовать малые количества биоматериала. Обработка сигнала производилась с помощью специализированного программного обеспечения IPC (Кронас, Россия). В качестве референтных методов использованы: метод газовой хроматографии, поляриметрический и титриметрический методы.

В ходе исследования разработаны биосенсорные анализаторы амперометрического типа для анализа содержания этанола, глюкозы и крахмала в полупродуктах брожения, определены их характеристики. Показано, что биосенсор на основе фермента глюкозоксидазы позволяет проводить анализ глюкозы в диапазоне 0,5 - 2,5 мМ, а биосенсор на основе алкогольоксидазы позволяет проводить анализ этанола в диапазоне 0,7 - 12,3 мМ.

Проведен анализ образцов полупродуктов брожения. Показано, что результаты анализа содержания этанола, глюкозы и крахмала в полупродуктах брожения с использованием биосенсора совпадают с результатами, полученными референтными методами (титриметрия, поляриметрия, газовая хроматография).

Показано, что при проведении модельного процесса спиртового брожения  частичный гидролиз остатков крахмала происходит и после завершения процесса осахаривания, а концентрация этилового спирта начинает активно расти после 14 часов от начала брожения. По всей вероятности, это время необходимо дрожжевым клеткам на адаптацию к новым условиям окружающей среды.

Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (2009-2013 г.), госконтракт № 02.740.11.0296 и № П551.