RU98190U1 - DEVICE FOR MONITORING THE BIOTECHNOLOGICAL PROCESS OF OBTAINING ACETIC ACID BY MEASURING THE CONTENT OF ETHYL ALCOHOL IN THE FERMENTATION MEDIUM CONTAINING ACETIC ACID - Google Patents

DEVICE FOR MONITORING THE BIOTECHNOLOGICAL PROCESS OF OBTAINING ACETIC ACID BY MEASURING THE CONTENT OF ETHYL ALCOHOL IN THE FERMENTATION MEDIUM CONTAINING ACETIC ACID Download PDF

Info

Publication number
RU98190U1
RU98190U1 RU2010125098/10U RU2010125098U RU98190U1 RU 98190 U1 RU98190 U1 RU 98190U1 RU 2010125098/10 U RU2010125098/10 U RU 2010125098/10U RU 2010125098 U RU2010125098 U RU 2010125098U RU 98190 U1 RU98190 U1 RU 98190U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
acetic acid
ethyl alcohol
biosensor
content
ethanol
Prior art date
Application number
RU2010125098/10U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Николаевич Решетилов
Анна Евгеньевна Китова
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина Российской академии наук filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина Российской академии наук
Priority to RU2010125098/10U priority Critical patent/RU98190U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU98190U1 publication Critical patent/RU98190U1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области биотехнологии и пищевой промышленности, а именно, к биосенсорному аналитическому устройству, которое может быть использовано для определения содержания этилового спирта в процессе ферментационного получения уксусной кислоты. Устройство для определения этилового спирта в присутствии уксусной кислоты содержит измерительную кювету с магнитной мешалкой и биосенсор для определения этанола, включающий электрод Кларка, на котором размещен биорецептор в виде иммобилизованных на носителе клеток штамма бактерий Gluconobacter oxydans BKM В-1280. The utility model relates to the field of biotechnology and the food industry, namely, to a biosensor analytical device that can be used to determine the content of ethyl alcohol in the process of fermentation of obtaining acetic acid. A device for determining ethyl alcohol in the presence of acetic acid contains a measuring cell with a magnetic stirrer and a biosensor for determining ethanol, including a Clark electrode, on which the bioreceptor is placed in the form of cells of the bacterial strain Gluconobacter oxydans BKM B-1280 immobilized on a carrier.

Description

Полезная модель относится к области пищевой биотехнологии, а именно, ферментационному процессу получения уксусной кислоты. Также полезная модель относится к области разработок биосенсоров. В данной полезной модели биосенсор используется для определения содержания этилового спирта в присутствии уксусной кислоты в процессе микробиологического производства уксуса из пищевого сырья.The utility model relates to the field of food biotechnology, namely, the fermentation process for the production of acetic acid. The utility model also relates to the field of biosensor development. In this utility model, a biosensor is used to determine the ethanol content in the presence of acetic acid during the microbiological production of vinegar from food raw materials.

Получение уксуса промышленным микробиологическим способом основано на окислении этилового спирта уксуснокислыми бактериями. В производстве уксусной кислоты для оптимального проведения технологического процесса необходимо иметь информацию о содержании количества наработанной уксусной кислоты; данная информация может быть получена путем измерения содержания этилового спирта. На начальной стадии процесса в ферментере находится его максимальное количество, которое снижается в процессе роста содержания уксусной кислоты. Снижение концентрации этилового спирта до определенного уровня свидетельствует о завершении процесса (Бекер М.Е. Введение в биотехнологию. М.: Пищевая промышленность, 1978. С.143-145). Это дает основание судить о фазе процесса наработки уксусной кислоты по содержанию этилового спирта.The production of vinegar by an industrial microbiological method is based on the oxidation of ethyl alcohol by acetic acid bacteria. In the production of acetic acid for optimal process performance it is necessary to have information on the content of the amount of produced acetic acid; this information can be obtained by measuring the content of ethyl alcohol. At the initial stage of the process in the fermenter is its maximum amount, which decreases in the process of increasing the content of acetic acid. The decrease in the concentration of ethyl alcohol to a certain level indicates the completion of the process (Becker ME Introduction to biotechnology. M .: Food industry, 1978. S.143-145). This gives reason to judge the phase of the process of producing acetic acid by the content of ethyl alcohol.

Для контроля ферментационного процесса получения уксусной кислоты используют такие параметры как концентрация уксусной кислоты и этилового спирта (Hekmat D., Vortmeyer D. Measurement, control, and modeling of submerged acetic acid fermentation // Journal of fermentation and bioengineering. 1992. V. 73. №1. P. 26-30).To control the fermentation process of obtaining acetic acid, parameters such as the concentration of acetic acid and ethyl alcohol are used (Hekmat D., Vortmeyer D. Measurement, control, and modeling of submerged acetic acid fermentation // Journal of fermentation and bioengineering. 1992. V. 73. No. 1. P. 26-30).

Для определения алифатических спиртов применяют в основном методы газовой (Clarkson S.P., Onnrod I.H.L., Sharpe F.R. Determination of ethanol in beer by direct injection gas chromatography. A comparison of 6 identical systems // J. Inst. Brew. 1995. V. 101. P. 191-193) и высокоэффективной жидкостной хроматографии (Liden H., Vijayakumar A.R., Gorton L., Marko Varga G. Rapid alcohol determination in plasma and urine by column liquid chromatography with biosensor detection // J. Pharm. Biomed. Anal. 1998. V. 17. P. 1111-1128); используют также методы спектрофотометрии (Wilson Scoggins M. Determination of trace quantities of alcohols by ultraviolet spectrophotometry of alkyl nitrobenzoates // Anal. Chem. 1964. V. 36. №6. P. 1152 - 1154), рефрактометрии (Williams S. Official Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists, 15th ed. Inc. Washington DC: Association of Official Analytical Chemists. 1990. P. 702). Однако, несмотря на низкие пределы обнаружения спиртов, общими недостатками этих методов являются сложность применяемого оборудования, в некоторых случаях - пробоподготовки, а также длительность анализа. На результаты рефрактометрического определения оказывают влияние цвет и неоднородность раствора (Wagner К., Bilitewski U., Schmid R.D. Flow injection analysis of wine - accomplishments and needs // Microchemical Journal. 1992. V. 45. P. 114-120).To determine aliphatic alcohols, gas methods are mainly used (Clarkson SP, Onnrod IHL, Sharpe FR Determination of ethanol in beer by direct injection gas chromatography. A comparison of 6 identical systems // J. Inst. Brew. 1995. V. 101. P 191-193) and high performance liquid chromatography (Liden H., Vijayakumar AR, Gorton L., Marko Varga G. Rapid alcohol determination in plasma and urine by column liquid chromatography with biosensor detection // J. Pharm. Biomed. Anal. 1998 . V. 17. P. 1111-1128); spectrophotometry methods are also used (Wilson Scoggins M. Determination of trace quantities of alcohols by ultraviolet spectrophotometry of alkyl nitrobenzoates // Anal. Chem. 1964. V. 36. No. 6. P. 1152 - 1154), refractometry (Williams S. Official Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists, 15th ed. Inc. Washington DC: Association of Official Analytical Chemists. 1990. P. 702). However, despite the low detection limits of alcohols, the common disadvantages of these methods are the complexity of the equipment used, in some cases, sample preparation, as well as the duration of the analysis. The results of refractometric determination are influenced by the color and heterogeneity of the solution (Wagner K., Bilitewski U., Schmid R. D. Flow injection analysis of wine - accomplishments and needs // Microchemical Journal. 1992. V. 45. P. 114-120).

Содержание уксусной кислоты определяют методом газовой хроматографии (Brett J. Savary, Alberto Nuñez. Gas chromatography-mass spectrometry method for determining the methanol and acetic acid contents of pectin using headspace solid-phase microextraction and stable isotope dilution. Journal of Chromatography A. 2003. V. 1017. №1-2. P. 151-159). Данный метод является довольно длительным и сложным для мониторинга ферментационного процесса в режиме реального времени.Acetic acid content was determined by gas chromatography (Brett J. Savary, Alberto Nuñez. Gas chromatography-mass spectrometry method for determining the methanol and acetic acid contents of pectin using headspace solid-phase microextraction and stable isotope dilution. Journal of Chromatography A. 2003. V. 1017. No. 1-2. P. 151-159). This method is quite lengthy and difficult to monitor the fermentation process in real time.

Существуют различные биосенсорные подходы для детекции этилового спирта и уксусной кислоты, основанные на использовании ферментов или клеток микроорганизмов. Один из принципов анализа основан на детекции кислорода, являющегося косубстратом реакции окисления этанола, уксусной кислоты. Скорость поглощения кислорода рецепторным элементом биосенсора пропорциональна концентрации уксусной кислоты (Hikuma M., Kubo Т., Yasuda Т., Karube I., Suzuki S. Amperometric determination of acetic acid with immobilized Trichosporon brassicae // Analytica Chimica Acta. 1979. V. 109. P. 33-38) или этанола (Hikuma M. Microbial electrode sensor for alcohols // Biotechnol. Bioeng. 1979. V. 21. №10. P. 1845-1853).There are various biosensor approaches for the detection of ethyl alcohol and acetic acid, based on the use of enzymes or microorganism cells. One of the principles of analysis is based on the detection of oxygen, which is a cosubstrate of the oxidation reaction of ethanol, acetic acid. The rate of oxygen absorption by the receptor element of the biosensor is proportional to the concentration of acetic acid (Hikuma M., Kubo T., Yasuda T., Karube I., Suzuki S. Amperometric determination of acetic acid with immobilized Trichosporon brassicae // Analytica Chimica Acta. 1979. V. 109. . P. 33-38) or ethanol (Hikuma M. Microbial electrode sensor for alcohols // Biotechnol. Bioeng. 1979. V. 21. No. 10. P. 1845-1853).

Ниже перечислены аналоги предлагаемого микробного сенсора для контроля концентрации этилового спирта. Так, описаны биосенсоры на основе клеток микроорганизмов и кислородного электрода для детекции этилового спирта. Один из первых промышленно выпускаемых этанольных сенсоров включал иммобилизованные клетки Trichosporon brassicae и кислородный электрод (Hikuma M. Microbial electrode sensor for alcohols // Biotechnol. Bioeng. 1979. V. 21. №10. P. 1845-1853). Время отклика сенсора составляло 6 мин. Линейная зависимость между уменьшением тока и концентрацией этанола наблюдалась в диапазоне концентраций от 2 до 22.5 мг/л. Разностный токовый сигнал был воспроизводим с относительной погрешностью 6%. Стабильность сенсора составляла 3 недели. Сенсор был покрыт газопроницаемой мембраной и не проявлял чувствительности к таким летучим соединениям как метанол, муравьиная, уксусная и пропионовая кислоты, а также к нелетучим веществам (углеводам и аминокислотам).The following are analogues of the proposed microbial sensor for monitoring the concentration of ethyl alcohol. So, biosensors based on cells of microorganisms and an oxygen electrode for the detection of ethyl alcohol are described. One of the first commercially available ethanol sensors included immobilized Trichosporon brassicae cells and an oxygen electrode (Hikuma M. Microbial electrode sensor for alcohols // Biotechnol. Bioeng. 1979. V. 21. No. 10. P. 1845-1853). The response time of the sensor was 6 minutes. A linear relationship between the decrease in current and the concentration of ethanol was observed in the concentration range from 2 to 22.5 mg / L. The difference current signal was reproducible with a relative error of 6%. The stability of the sensor was 3 weeks. The sensor was coated with a gas-permeable membrane and was not sensitive to volatile compounds such as methanol, formic, acetic and propionic acids, as well as to non-volatile substances (carbohydrates and amino acids).

Разработаны два типа электрохимических биосенсоров для детекции спиртов на основе мутантных клеток метилотрофных дрожжей Hansenula polymorpha (Gonchar M.V., Maidan M.M., Moroz O.M., Woodward J.R. Sibirny A.A. Microbial О2- and H2O2-electrode sensors for alcohol assays based on the use of permeabilized mutant yeast cells as the sensitive bioelements // Biosens. Bioelectron 1998. V. 13. P. 945-952.). Клетки были иммобилизованы в кальций-альгинатный гель и помещены на поверхность O2 или Н2О2-электрода. Биосенсор на основе O2-электрода содержал мутантные клетки с повышенной алкогольоксидазной активностью. Биосенсор, использующий в качестве преобразователя Н2O2-электрод, содержал мутантные клетки, дефицитные по каталазе, которые продуцировали Н2О2 при окислении спирта. Оба штамма были обработаны дигитонином, что позволяло значительно снизить чувствительность к глюкозе и глицерину и повысить селективность биосенсоров. Линейные диапазоны определения этанола и метанола для биосенсора на основе кислородного электрода составляли 0.2-1.2 и 0.4-4.0 мМ, соответственно. Биосенсор, основанный на детекции пероксида водорода, позволял определять этанол и метанол в диапазонах 0.03-0.35 мМ и 0.05-1.2 мМ, соответственно.Two types of electrochemical biosensors have been developed for the detection of alcohols based on mutant cells of Hansenula polymorpha methylotrophic yeast (Gonchar MV, Maidan MM, Moroz OM, Woodward JR Sibirny AA Microbial O 2 - and H 2 O 2 -electrode sensors for alcohol assays based on the use of permeabilized mutant yeast cells as the sensitive bioelements // Biosens. Bioelectron 1998. V. 13. P. 945-952.). Cells were immobilized in a calcium alginate gel and placed on the surface of an O 2 or H 2 O 2 electrode. The biosensor based on the O 2 electrode contained mutant cells with increased alcohol oxidase activity. The biosensor using an H 2 O 2 electrode as a transducer contained catalase deficient mutant cells that produced H 2 O 2 during the oxidation of alcohol. Both strains were treated with digitonin, which allowed to significantly reduce sensitivity to glucose and glycerin and increase the selectivity of biosensors. The linear ranges for the determination of ethanol and methanol for a biosensor based on an oxygen electrode were 0.2–1.2 and 0.4–4.0 mM, respectively. A biosensor based on the detection of hydrogen peroxide made it possible to determine ethanol and methanol in the ranges 0.03–0.35 mM and 0.05–1.2 mM, respectively.

Амперометрический биосенсор на основе клеток Candida tropicalis, содержащих АО, представлен в работе (Akyilmaz E., Dinçkaуa E. A new enzyme electrode based on ascorbate oxidase immobilized in gelatin for specific determination of L-ascorbic acid // Talanta. 1999. V. 50. P. 87-93). Клетки иммобилизовали в желатине с добавлением глутарового альдегида. Детекция этанола была основана на регистрации дыхательной активности клеток с помощью кислородного датчика. Ответ микробного сенсора линейно зависел от концентрации этанола в диапазоне 0.5-7.5 мМ, время ответа составляло при этом 2 мин.An amperometric biosensor based on Candida tropicalis cells containing AOs is presented in (Akyilmaz E., Dinçkaуa E. A new enzyme electrode based on ascorbate oxidase immobilized in gelatin for specific determination of L-ascorbic acid // Talanta. 1999. V. 50 P. 87-93). Cells were immobilized in gelatin with the addition of glutaraldehyde. Ethanol detection was based on recording the respiratory activity of cells using an oxygen sensor. The response of the microbial sensor linearly depended on the ethanol concentration in the range 0.5–7.5 mM; the response time was 2 min.

В качестве прототипа использован амперометрический биосенсор на основе клеток Gluconobacter suboxydans, разработанный Karube с соавт.(Kitagawa Y., Ameyama M., Nakashima К., Tamiya E. and Karube I.. Amperometric Alcohol Sensor Based on an Immobilised Bacteria Cell Membrane // Analyst. 1987. V. 112. P. 1747). Диапазон детекции этилового спирта составлял 5-25 мг/л. Сенсор был чувствителен также к пропанол-1 и бутанол-1 и нечувствителен к глюкозе. Стабильность сенсора составила 15 дней при падении активности за указанное время на 70%.An amperometric biosensor based on Gluconobacter suboxydans cells developed by Karube et al. (Kitagawa Y., Ameyama M., Nakashima K., Tamiya E. and Karube I. Amperometric Alcohol Sensor Based on an Immobilised Bacteria Cell Membrane // Analyst. 1987. V. 112. P. 1747). The detection range of ethyl alcohol was 5-25 mg / L. The sensor was also sensitive to propanol-1 and butanol-1 and insensitive to glucose. The stability of the sensor was 15 days with a drop in activity over the specified time by 70%.

В отличие от вышеуказанного прототипа в предлагаемой модели используется штамм Gluconobacter oxydans BKM В-1280, принадлежащий Всероссийской коллекции микроорганизмов (ИБФМ РАН). Другим отличием является использование натрий-фосфатного буферного раствора (в прототипе модели используется ацетатный буфер). Штамм, используемый при создании полезной модели, нечувствителен к высоким концентрациям уксусной кислоты (400 мМ (2.4%) в измеряемой пробе, которая разбавляется до 20 мМ (0.12%) в измеряемой кювете; изменение рН измеряемой среды при этом составляет ~1 рН). Штамм G. oxydans BKM В-1280 обладает способностью окислять ряд сахаров, в т.ч. глюкозу. В прототипе не представлены такие характеристики как чувствительность биосенсора в отношении детекции этанола при изменении рН среды, вызванное уксусной кислотой. В отношении данного биосенсора можно отметить, что его чувствительность в отношении этанола составляет 2.2 (нА/с)/мМ, а низший предел детекции составляет 12.5 мкМ. Оба данных параметра статистически достоверно не изменяются при измерениях в среде, содержащей указанную концентрацию уксусной кислоты.In contrast to the above prototype, the proposed model uses the Gluconobacter oxydans BKM B-1280 strain belonging to the All-Russian Collection of Microorganisms (IBPM RAS). Another difference is the use of sodium phosphate buffer solution (acetate buffer is used in the prototype model). The strain used to create the utility model is insensitive to high concentrations of acetic acid (400 mM (2.4%) in the measured sample, which is diluted to 20 mM (0.12%) in the measured cuvette; in this case, the change in pH of the measured medium is ~ 1 pH). Strain G. oxydans BKM B-1280 has the ability to oxidize a number of sugars, including glucose. The prototype does not present such characteristics as the sensitivity of the biosensor in relation to the detection of ethanol when changing the pH of the medium caused by acetic acid. With respect to this biosensor, it can be noted that its sensitivity to ethanol is 2.2 (nA / s) / mM, and the lower detection limit is 12.5 μM. Both of these parameters are not statistically significantly changed when measured in a medium containing the indicated concentration of acetic acid.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель состоит в создании устройства для определения содержания этилового спирта в присутствие высоких концентрация уксусной кислоты.The problem to which the claimed utility model is directed is to create a device for determining the content of ethyl alcohol in the presence of a high concentration of acetic acid.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в том, что предлагаемый биосенсор обладает устойчивостью к пробам, содержащим уксусную кислоту и высокой чувствительностью к этиловому спирту.The technical result that can be obtained using the proposed utility model is that the proposed biosensor is resistant to samples containing acetic acid and high sensitivity to ethyl alcohol.

Сущность полезной модели заключается в том, что биосенсор для определения этилового спирта включает электрод Кларка, сопряженный с биорецептором, содержащим иммобилизованные на носителе клетки штамма бактерий G. oxydans BKM В-1280. Штамм чувствителен к наличию этилового спирта и нечувствителен к уксусной кислоте (Луста К., Решетилов А.Н. Физиолого-биохимические особенности Gluconobacter oxydans и перспективы использования в биотехнологии и биосенсорных системах // Прикл. биохимия и микробиология. 1998. V. 34. Р. 339-353.)The essence of the utility model is that the biosensor for determining ethyl alcohol includes a Clark electrode coupled to a bioreceptor containing cells of the bacterial strain G. oxydans BKM B-1280 immobilized on a carrier. The strain is sensitive to the presence of ethyl alcohol and insensitive to acetic acid (Lusta K., Reshetilov A.N. Physiological and biochemical features of Gluconobacter oxydans and prospects for use in biotechnology and biosensor systems // Prikl. Biochemistry and microbiology. 1998. V. 34. P . 339-353.)

На фиг.1 представлена схема устройства для определения этилового спирта в присутствии уксусной кислоты. Предлагаемое устройство включает следующие элементы: биосенсор, состоящий из преобразователя - электрода Кларка (1), на котором размещен биорецептор (2), представляющий собой иммобилизованные на носителе клетки штамма бактерий G. oxydans ВКМ В-1280, а также измерительную кювету (3) и магнитную мешалку (4).Figure 1 presents a diagram of a device for determining ethyl alcohol in the presence of acetic acid. The proposed device includes the following elements: a biosensor, consisting of a transducer - Clark electrode (1), on which a bioreceptor (2) is placed, which is a cell of the bacteria strain G. oxydans VKM B-1280 immobilized on a carrier, as well as a measuring cell (3) and magnetic stirrer (4).

Основным аналитическим параметром биосенсора является градуировочная зависимость. Для ее построения в измерительную кювету вносили различные концентрации этилового спирта. На фиг.2 представлена градуировочная зависимость сенсора на основе клеток штамма G. oxydans ВКМ В-1280 Диапазон определяемых концентраций этилового спирта составил 0.0125-2.00 мМ. Отклики сенсора были сняты в 30 мМ натрий-фосфатном буферном растворе с рН 6.6. Чувствительность в области линейного диапазона составила 2.2 (нА/с)/мМ.The main analytical parameter of the biosensor is the calibration dependence. For its construction, various concentrations of ethyl alcohol were added to the measuring cell. Figure 2 presents the calibration dependence of the sensor based on the cells of the strain G. oxydans VKM B-1280 The range of determined concentrations of ethyl alcohol was 0.0125-2.00 mm. Sensor responses were recorded in 30 mM sodium phosphate buffer solution at pH 6.6. The sensitivity in the linear range was 2.2 (nA / s) / mM.

Для этилового спирта (концентрация в пробе составляла 0.025%) исследованы рН - зависимости для различных буферных растворов (фиг.3). При использовании натрий-фосфатного буфера биорецептор стабилен в диапазоне значений рН 5-7 при анализе проб этилового спирта (кривая 2а). При анализе проб, содержащих этиловый спирт (0.025%) и уксусную кислоту (2.4%) (кривая 2б) ответы сенсора были стабильны в диапазоне рН 6-6.6.For ethanol (the concentration in the sample was 0.025%), the pH dependences for various buffer solutions were studied (Fig. 3). When using sodium phosphate buffer, the bioreceptor is stable in the pH range of 5-7 when analyzing ethyl alcohol samples (curve 2a). When analyzing samples containing ethyl alcohol (0.025%) and acetic acid (2.4%) (curve 2b), the sensor responses were stable in the pH range of 6–6.6.

Диапазон исследованных значений рН для цитратного буферного раствора (по Макилвэйну) составлял 3.2-7. Как видно из фиг.3 биорецептор без потери активности позволял выполнять измерения в диапазоне рН от 3.2 до 6.4. При рН 7 ошибка измерения превышала 10%.The range of investigated pH values for citrate buffer solution (according to McIlvane) was 3.2-7. As can be seen from figure 3, the bioreceptor without loss of activity allowed measurements in the pH range from 3.2 to 6.4. At pH 7, the measurement error exceeded 10%.

При использовании буферного раствора, содержащего трис-малеат, диапазон исследованных значений рН составлял 5-6.1. Оптимальным рН для этого буферного раствора является рН 5, при остальных определяемых рН наблюдали заметное снижение ответов сенсора.When using a buffer solution containing Tris-maleate, the range of the studied pH values was 5-6.1. The optimal pH for this buffer solution is pH 5, with the remaining pH being determined, a noticeable decrease in sensor responses was observed.

Тип буферного раствора оказывал влияние на абсолютную величину ответа сенсора. Так, при использовании цитратного буферного раствора получена наибольшая величина ответа сенсора. Однако при исследовании стабильности сенсора в нитратном буфере в течение 6 ч наблюдали снижение ответов сенсора. Таким образом, в качестве оптимального базового раствора был выбран натрий-фосфатный буферный раствор.The type of buffer solution affected the absolute value of the sensor response. So, when using a citrate buffer solution, the highest sensor response value was obtained. However, when studying the stability of the sensor in nitrate buffer for 6 h, a decrease in sensor responses was observed. Thus, sodium phosphate buffer solution was chosen as the optimal base solution.

В производстве уксусной кислоты для оптимального проведения технологического процесса необходимо иметь информацию о содержании этилового спирта, поскольку его снижение до определенного конечного уровня (0.1%) свидетельствует о завершении процесса.In the production of acetic acid for optimal process performance, it is necessary to have information on the content of ethyl alcohol, since its decrease to a certain final level (0.1%) indicates the completion of the process.

Был проведен анализ проб, моделирующих получение уксусной кислоты на различных этапах технологического процесса. Зависимость откликов сенсора от содержания этилового спирта в пробе уксусной кислоты представлена в Таблице 1. При анализе пробы, содержащей 9% уксусной кислоты (концентрация в измерительной кювете 0.11%) и 0.1% этилового спирта (0.00125% в кювете) рН буферного раствора снижался на единицу. Для анализа последующих проб разбавление составляло 800 и более раз, что практически не оказывало влияния на рН буферного раствора.An analysis of samples simulating the production of acetic acid at various stages of the process was carried out. The dependence of the sensor responses on the ethyl alcohol content in the acetic acid sample is presented in Table 1. When analyzing the sample containing 9% acetic acid (concentration in the measuring cell 0.11%) and 0.1% ethyl alcohol (0.00125% in the cell), the pH of the buffer solution decreased by one . For the analysis of subsequent samples, the dilution was 800 or more times, which practically had no effect on the pH of the buffer solution.

Таблица. 1.Table. one. Зависимость откликов сенсора от концентрации этилового спирта в модельной пробе.The dependence of sensor responses on the concentration of ethyl alcohol in the model sample. ПробаTry pH пробsample pH Разбавление проб буферомBuffer Dilution рН проб в измерительной кюветеpH of samples in a measuring cell Начальное значение рН буфераThe initial pH value of the buffer Отклик сенсора, нА/сSensor Response, nA / s 0.1% этанола в 9% уксусной кислоты0.1% ethanol in 9% acetic acid 2.42.4 80 раз80 times 5.55.5 6.66.6 0.2010.201 1% этанола в 9% уксусной кислоты1% ethanol in 9% acetic acid 2.42.4 800 раз800 times 6.66.6 0.2060.206 5% этанола в 5% уксусной кислоты5% ethanol in 5% acetic acid 2.52.5 4000 раз4000 times 6.66.6 0.2000.200 10% этанол10% ethanol 5.05.0 8000 раз8,000 times 6.66.6 0.2170.217

Таким образом, для оценки этилового спирта в анализируемых пробах необходимо их разбавление в 80 (конечное разбавление в кювете) и более раз. При использовании такого разбавления рН базового буферного раствора изменяется незначительно и не приводит к изменению величины ответа биосенсора.Thus, to evaluate ethanol in the analyzed samples, they must be diluted 80 (final dilution in the cuvette) and more than once. When using such a dilution, the pH of the base buffer solution changes slightly and does not lead to a change in the response value of the biosensor.

Проведена оценка остаточного содержания этилового спирта образцах пищевого уксуса, полученного микробиологическим способом (Табл. 2). Коэффициент корреляции данных, полученных при использовании микробного и ферментного на основе алкогольоксидазы сенсоров составил 0.98.The residual ethanol content of samples of food vinegar obtained by the microbiological method was evaluated (Table 2). The correlation coefficient of the data obtained using microbial and enzyme-based alcohol oxidase sensors was 0.98.

Таблица 2.Table 2. Содержание остаточного этилового спирта в яблочном виноградном и виноградном уксусе.The residual ethyl alcohol content in apple grape and grape vinegar. ОбразецSample Этанол, мМEthanol, mm G. oxydansG. oxydans АлкогольоксидазаAlcohol Oxidase Яблочный уксус («Егорье»)Apple Cider Vinegar (Yegorye) 12.0±0.712.0 ± 0.7 11.9±1.111.9 ± 1.1 Яблочный уксус («Абрико»)Apple Cider Vinegar ("Apricot") 10.9±1.010.9 ± 1.0 11.7±0.811.7 ± 0.8 Виноградный уксус («Балтимор»)Grape Vinegar (Baltimore) 16.6±1.216.6 ± 1.2 14.9±1.114.9 ± 1.1

Полученные данные показывают возможность мониторинга процесса уксусной кислоты как микробным, так и ферментным биосенсорами. Ферментный биосенсор, обладающий более высокой субстратной специфичностью по сравнению с микробным, может быть использован в качестве контрольного метода оценки общего содержания спиртов.The data obtained show the possibility of monitoring the process of acetic acid by both microbial and enzymatic biosensors. An enzymatic biosensor with a higher substrate specificity than a microbial one can be used as a control method for assessing the total alcohol content.

Таким образом, показана возможность анализа содержания этилового спирта в пробах с высоким содержанием уксусной кислоты микробным сенсором на основе Gluconobacter oxydans BKM В-1280. Исследован рабочий диапазон рН буферного раствора. Высокая степень разбавления проб не оказывает значительного влияния на рН буфера.Thus, the possibility of analyzing the ethyl alcohol content in samples with a high content of acetic acid by a microbial sensor based on Gluconobacter oxydans BKM B-1280 was shown. The working pH range of the buffer solution was investigated. A high degree of dilution of the samples does not significantly affect the pH of the buffer.

Claims (1)

Устройство для определения содержания этилового спирта на фоне присутствующих высоких концентраций уксусной кислоты, содержащее измерительную кювету с магнитной мешалкой и биосенсор для определения этанола, включающий электрод Кларка, на котором размещен биорецептор в виде иммобилизованных на носителе клеток бактерий Gluconobacter oxydans, отличающееся тем, что биосенсор содержит клетки штамма бактерий Gluconobacter oxydans BKM В-1280.
Figure 00000001
A device for determining the content of ethyl alcohol against the background of high concentrations of acetic acid, containing a measuring cell with a magnetic stirrer and a biosensor for determining ethanol, including a Clark electrode, on which the bioreceptor is placed in the form of Gluconobacter oxydans bacteria cells immobilized on a carrier, characterized in that the biosensor contains cells of the bacterial strain Gluconobacter oxydans BKM B-1280.
Figure 00000001
RU2010125098/10U 2010-06-21 2010-06-21 DEVICE FOR MONITORING THE BIOTECHNOLOGICAL PROCESS OF OBTAINING ACETIC ACID BY MEASURING THE CONTENT OF ETHYL ALCOHOL IN THE FERMENTATION MEDIUM CONTAINING ACETIC ACID RU98190U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010125098/10U RU98190U1 (en) 2010-06-21 2010-06-21 DEVICE FOR MONITORING THE BIOTECHNOLOGICAL PROCESS OF OBTAINING ACETIC ACID BY MEASURING THE CONTENT OF ETHYL ALCOHOL IN THE FERMENTATION MEDIUM CONTAINING ACETIC ACID

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010125098/10U RU98190U1 (en) 2010-06-21 2010-06-21 DEVICE FOR MONITORING THE BIOTECHNOLOGICAL PROCESS OF OBTAINING ACETIC ACID BY MEASURING THE CONTENT OF ETHYL ALCOHOL IN THE FERMENTATION MEDIUM CONTAINING ACETIC ACID

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU98190U1 true RU98190U1 (en) 2010-10-10

Family

ID=44025061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010125098/10U RU98190U1 (en) 2010-06-21 2010-06-21 DEVICE FOR MONITORING THE BIOTECHNOLOGICAL PROCESS OF OBTAINING ACETIC ACID BY MEASURING THE CONTENT OF ETHYL ALCOHOL IN THE FERMENTATION MEDIUM CONTAINING ACETIC ACID

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU98190U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Conrath et al. A novel enzyme sensor for the determination of inorganic phosphate
Rotariu et al. New potentiometric microbial biosensor for ethanol determination in alcoholic beverages
Gamella et al. Integrated multienzyme electrochemical biosensors for monitoring malolactic fermentation in wines
Karube et al. Microbial biosensors
Pontius et al. Automated electrochemical glucose biosensor platform as an efficient tool toward on-line fermentation monitoring: novel application approaches and insights
Tothill et al. Monitoring of the glucose concentration during microbial fermentation using a novel mass-producible biosensor suitable for on-line use
Vargas et al. Implementation of a new integrated d-lactic acid biosensor in a semiautomatic FIA system for the simultaneous determination of lactic acid enantiomers. Application to the analysis of beer samples
Reshetilov et al. Characteristics of Gluconobacter oxydans B-1280 and Pichia methanolica MN4 cell based biosensors for detection of ethanol
Akyilmaz et al. Development of a catalase based biosensor for alcohol determination in beer samples
Phillips “Novel” sensors for the monitoring of fermentation processes
CN112525966B (en) Based on H2O2Non-enzyme pyruvic acid sensing detection method
Amárita et al. Hybrid biosensors to estimate lactose in milk
Barthelmebs et al. Biosensors as analytical tools in food fermentation industry
Esti et al. Monitoring alcoholic fermentation of red wine by electrochemical biosensors
RU98190U1 (en) DEVICE FOR MONITORING THE BIOTECHNOLOGICAL PROCESS OF OBTAINING ACETIC ACID BY MEASURING THE CONTENT OF ETHYL ALCOHOL IN THE FERMENTATION MEDIUM CONTAINING ACETIC ACID
Váradi et al. Application of biosensor with amperometric detection for determining ethanol
Mascini et al. Microbial sensor for alcohol
Gilis et al. Electrochemical biosensors for assays of L-malic and D-lactic acids in wines
RU66815U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING OLIGO AND POLYSACCHARIDES
Gibson et al. Continuous, reliable on-line analysis of fermentation media by simple enzymatic/spectrophotometric assays
RU129930U1 (en) BIOSENSOR FOR DETERMINING ORGANIC MATTERS BASED ON ADAPTED CELLS GLUCONOBACTER OXYDANS VKM B-1280 AND OXYGEN ELECTRODE CLARK TYPE
RESHETILOV et al. Determination of ethanol in acetic acid-containing samples by a biosensor based on immobilized Gluconobacter cells
Katrlik et al. Whole cell amperometric biosensor based on Aspergillus niger for determination of glucose with enhanced upper linearity limit
Kriz et al. SIRE-technology. Part I. Amperometric biosensor based on flow injection of the recognition element and differential measurements
Zaitsev et al. Receptor elements for biosensors in two ways of methylotrophic yeast immobilization

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20150622

NF1K Reinstatement of utility model

Effective date: 20161127