Biocombustíveis – Medição rápida da glicose durante fermentação na produção de Bioetanol

INTRODUÇÃO

Concentrações de glicose em matrizes complexas, como o mosto de milho em fermentação, pode ser medidas em cerca de um minuto, com preparação mínima, usando o analisador bioquímico da série YSI 2900.  O incomparável eletrodo enzimático da YSI fornece medições específicas de glicose em um intervalo de 0,005 a 0,900% p/v. As medidas não são afetadas pela cor, turbidez, densidade, pH ou pela presença de substâncias químicas.

Quando configurado com o buffer YSI 2357 e o kit YSI 2365 (membrana da enzima glucose oxidase), o analisador YSI 2900 mede a glicose após aspiração de apenas 25 microlitros de amostra. Algumas amostras podem precisar de filtração; e para a glicose concentrações que excedam 0,90% p/v (9,00 g/L), se faz necessário a diluição de amostra. A amostra é automaticamente enxaguada na câmara do eletrodo dentro de 30 segundos após o resultado exibido, e o analisador da série YSI 2900 está pronto para medir a próxima amostra. O tempo de retorno é menos de dois minutos.

No estudo descrito, a glicose foi medida em mosto de milho filtrado e diluído de amostras obtidas a partir de duas fermentações de bioetanol em escala de produção; uma em 12 horas e a outra às 24 horas após a adição de levedura. Para demonstrar um desempenho confiável na matriz da amostra, ambas adições de padrões e estudos de precisão foram realizadas com estas amostras. Os resultados são mostrados abaixo. A vantagem desta medição simples e fácil de realizar de glicose é que operadores podem realizar testes em processo e fazer ajustes no processo para maximizar o rendimento do etanol.

MATERIAIS E CONFIGURAÇÃO

Coleta de amostras

Recipiente coletor (frasco de 250 ml)

Whatman #1 papel filtro, funil e frasco coletor de 100 ml

Filtro de seringa de nylon (0,22 mícron); seringa de 3 ml de luer lock

Tubo de coleta (5 ml, 75mm x 100mm - para coletar filtrados)

Instrumento da série 2900 configurado para medição de glicose

Configuração de Instrumentos da Série YSI 2900

Consulte o manual do usuário do instrumento da série YSI 2900 para obter informações gerais

informações sobre configuração e segurança. As informações abaixo descrevem configuração da glicose.

Tamanho da amostra: 25 microlitros

Parâmetros da Sonda A

Composto: Glicose

Unidade % (c/v)

Calibrador 0, 25

Ponto Final 30 Seg

Parâmetros Autocalibração

Temperatura 1°C

Tempo 30 Min

Amostra 5 Amostra

Cal Shift 2%

MÉTODO

A. Calibre o instrumento da série YSI 2900.

B. Todos os dias, antes da execução, realize o teste de membrana FCN usando a solução YSI 2363.

C. Todos os dias, antes da execução, teste a linearidade do sistema com 0,90% p/v de glicose usando YSI 1531 (9,00 g/L glicose) padrão de linearidade.

D. Quando ocioso por mais de 15 minutos durante a amostragem, iniciar uma calibração para garantir a maior precisão possível.

E. Recolher cerca de 100 ml de amostra do tanque de fermentação, garantindo uma amostra representativa.

F. Misture bem as amostras e despeje através de papel filtro para captura de partículas. Retenha o filtrado para extra filtração.

G. Colete cerca de 3 ml de filtrado de F para a seringa, fixar um filtro de 0,22 mícron ao encaixe luer e depois distribuir a solução em um tubo de 5 ml.

H. Diluir o filtrado conforme necessário para trazer a concentração glicose dentro da faixa do método analítico YSI (0 - 9,00 g/L)¹.

I. Apresentar imediatamente a amostra na estação nº 2 do analisador bioquímico da série YSI 2900 para aspiração; e então registrar a concentração de glicose quando ela for exibida.

J. Registrar a concentração, ajustar com cálculos conforme necessário, e comparar com sua faixa de referência valores.

CÁLCULOS

As amostras que foram compensadas pela diluição devem ser recalculadas pelo fator de diluição.

Exemplo: Se você tivesse uma solução que você esperava que fosse perto de 12% p/v de glicose com o instrumento da série YSI 2900, você pode considerar uma diluição de 20 vezes (1 ml de amostra; 19 ml de água) para trazer o valor para a faixa relatável. Você esperaria um número próximo a 0,6% p/v (12% ÷ 20). Neste exemplo, vamos assumir que a amostra diluída agora mede 0,62% p/v. Corrigida para diluição, a concentração da amostra não diluída é de 12,4% p/v (20 x 0,62%). Desde 0,62%. c/v está bem dentro da faixa de 0 - 0,90% c/v de glicose, registrar o resultado.

RESULTADOS

Duas amostras de uma fermentação de levedura de 48 horas foram coletadas e filtradas. As amostras foram obtidas nos estágios de 12 horas e 24 horas de fermentação, onde o consumo de glicose estaria bem encaminhado. Para demonstrar o desempenho do método, precisão do instrumento (n=10) e adições padrões (pico e recuperação da adição conhecida de glicose), foram realizadas. Nas amostras de 5 mg e 10 mg de glicose na água foram entregues a cada uma das duas alíquotas filtradas de 10 ml. As concentrações das amostras foram comparadas com os filtrados originais para determinar a porcentagem de recuperação.

DISCUSSÃO

A glicose é o açúcar simples primário que resulta da hidrólise enzimática do amido e, portanto, a principal fonte de carbono para leveduras na produção de etanol em fermentação. Na produção típica de bioetanol de milho, o consumo de glicose durante a fermentação da levedura de 24 a 48 horas é um método comum de monitoramento da eficiência da produção de etanol. Embora a medição de etanol também seja importante, os perfis de concentração de glicose, e às vezes as taxas de consumo de glicose, são frequentemente mais facilmente medidos e são de grande importância no início do processo de fermentação, quando ajustes no processo podem ser feitos. Além disso, uma concentração definida de glicose no final da fermentação é frequentemente o sinal para mover a "cerveja" para a destilação.

HPLC é o método analítico de escolha para medir não apenas glicose, mas também dextrinas, maltose, glicerol, ácido acético, ácido láctico e etanol. Todos têm significado relevante para medir a eficiência do processo de produção de bioetanol. Entretanto, o YSI 2900 provou ser uma ferramenta valiosa no monitoramento da glicose durante fermentação. O sistema baseado em enzimas-eletrodo não fornece apenas medições rápidas e precisas da glicose (às vezes 30 minutos antes de um resultado de HPLC), mas também é simples de usar e fácil de manter. Os resultados estão disponíveis antes do HPLC e permitir que os operadores façam ajustes mais rapidamente.

Nos dados apresentados neste estudo, o desempenho do método indica precisão e exatidão que é comparável ao HPLC. A precisão das amostras estudadas provou ser melhor do que 2%. As recuperações percentuais foram <+/- 1% mostrando que a glicose medida pelo YSI 2900 não foi afetada por subprodutos metabólicos ou pelas concentrações de etanol presentes durante a fermentação. Uma vez filtradas (e diluída conforme necessário), a amostra foi apresentada ao instrumento e os resultados de glicose foram exibidos e impresso em um minuto. O tempo total de retorno foi menor que dois minutos. O instrumento YSI 2900 automaticamente atualiza a calibração em um cronograma definido pelo usuário, ou pode ser iniciado sob o comando do usuário.

Em conclusão, o instrumento YSI 2900 utilizado para monitoramento da glicose, fornece informações valiosas relevantes maximizando a produção de etanol. Os resultados permitem aos operadores a tomarem decisões oportunas, melhorando assim a eficiência da planta e redução de custos.

YSI Life Sciences desenvolve e fabrica equipamentos científicos, sensores e sistemas que servem uma variedade de mercados científicos e industriais em todo o mundo. A YSI tem uma longa história nas ciências da vida e nos mercados bioanalíticos, a maioria principalmente com nossa introdução no mundo do primeiro analisador de glicose no sangue total em 1975. Atualmente, existem mais de 10.000 Instrumentos YSI instalados em todo o mundo, confiáveis em situações para fornecer os dados mais precisos no menor tempo possível.

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