AN-NIR-093
2021-05
Quality Control of fermentation processes
Multiparameter determination within one minute
概要
再生可能な原料からのバイオ燃料の生産は、過去数年間で飛躍的に増加しています。バイオエタノールは、糖分やでんぷんが豊富な原材料から生産できるため、化石燃料に代わる最も興味深い代替手段の一つです。エタノール発酵は、バイオテクノロジー産業で使用される最も古く、最も重要な発酵プロセスの一つです。このプロセスはよく知られているものの、改良の余地が大きくあり、それに比例して生産コストを削減できる可能性があります。原料品質の季節変動により、エタノール生産者は同じ品質の製品を確実に得るために、発酵プロセスを監視する必要があります。
近赤外分光法(NIRS)は、発酵プロセスのどの段階においても、エタノール含有量、糖分、Brix、乳酸、pH、および総固形分を迅速かつ信頼性高く測定可能です。
結果
測定された全206個のVis-NIRスペクトル(図2)を使用して、主要な発酵パラメーターの定量化のための検量線予測モデルを作成しました。検量線予測モデルの精度は相関図を用いて評価され、Vis-NIR予測値と従来分析値との間に非常に高い相関が示されました。それぞれの統計指標(FOM)は、日常分析におけるNIR分析法の期待精度を示しています。
結果 エタノール含有量
| 統計指標 | 値 |
|---|---|
| R2 | 0.998 |
| 検量線標準誤差 | 0.21% |
| 内的交差確認標準誤差 | 0.22% |
結果 固形分含有量
| 統計指標 | 値 |
|---|---|
| R2 | 0.982 |
| 検量線標準誤差 | 0.87% |
| 内的交差確認標準誤差 | 1.06% |
結果 Brix指数
| 統計指標 | 値 |
|---|---|
| R2 | 0.987 |
| 検量線標準誤差 | 0.66 |
| 内的交差確認標準誤差 | 0.87 |
結果 総糖含有量
| 統計指標 | 値 |
|---|---|
| R2 | 0.981 |
| 検量線標準誤差 | 1.09% |
| 内的交差確認標準誤差 | 1.30% |
結果 グルコース含有量
| 統計指標 | 値 |
|---|---|
| R2 | 0.920 |
| 検量線標準誤差 | 0.70% |
| 内的交差確認標準誤差 | 0.86% |
結果 乳酸含有量
| 統計指標 | 値 |
|---|---|
| R2 | 0.722 |
| 検量線標準誤差 | 0.09% |
| 内的交差確認標準誤差 | 0.10% |
結果 pH値
| 統計指標 | 値 |
|---|---|
| R2 | 0.734 |
| 検量線標準誤差 | 0.17 |
| 内的交差確認標準誤差 | 0.19 |
結果 マルトトリオース含有量
| 統計指標 | 値 |
|---|---|
| R2 | 0.928 |
| 検量線標準誤差 | 0.36% |
| 検量線標準誤差 | 0.42% |
結果 デキストリン含有量
| 統計指標 | 値 |
|---|---|
| R2 | 0.964 |
| 検量線標準誤差 | 0.60% |
| 内的交差確認標準誤差 | 0.68% |
まとめ
本アプリケーションノートは、NIR分光法を用いて発酵プロセスの複数の主要パラメーターを決定できることを実証するものです。とうもろこしの発酵は確立されたプロセスであり、通常55~60時間かけて行われます。サンプルは数時間ごとに発酵槽から抽出され、分析測定のためにラボへ送られます。発酵プロセスの主要な品質パラメーターを監視するには、複数の分析方法を使用する必要があります。Vis-NIR分光法は、高い精度を持つ迅速な代替分析を可能にし、そのため発酵プロセスを監視するための適切な分析手法となります。
| パラメータ | 方法 | 結果取得時間 |
|---|---|---|
| エタノール、糖類 | HPLC | ∼30–45 分 |
| Brix 指数 | 屈折計 | ∼3–5 分 |
| pH | pH メーター | ∼3–5 分 |
| 固形分 | LOD バランス | ∼10–15 分 |