Биосенсорные анализаторы для экспресс-анализа глюкозы, крахмала, редуцирующих сахаров и этилового спирта

Биосенсорные анализаторы  для экспресс-анализа глюкозы, крахмала, редуцирующих сахаров и этилового  спирта

Краткое описание представляемого  проекта

Описание товара, технологии, продукта, услуги (далее - продукт)

Цель проекта. Разработка и промышленный выпуск биосенсорных анализаторов для экспресс-анализа крахмала, глюкозы, этанола. Долгосрочный выпуск и продажа анализаторов в России, за рубежом.

Проблема. В настоящее время  в мире, в России широко используются разнообразные биотехнологические процессы. Один из наиболее широко распространенных – бродильное производство безалкогольных (квас), слабоалкогольных (пиво) напитков и этилового спирта. Проблема состоит в том, что как правило все процедуры этого процесса производятся по ЗАРАНЕЕ РАЗРАБОТАННЫМ МЕТОДИКАМ (РЕЦЕПТАМ), вслепую, без непосредственного оперативного контроля параметров. Назовем основные точки контроля (на примере получения этилового спирта): (1) определение содержания крахмала в помоле зерна, (2) оценка активности первого фермента обработки – глюкоамилазы, (3) определение содержания глюкозы в гидролизате крахмальной среды, (4) оценка сбраживающей способности дрожжевой массы (оценка качества дрожжей), (5) определение содержания этанола в барде и оценка его остаточного содержания в барде после окончания процесса брожения. Выполнив анализ существующей ситуации в России и мире, авторы проекта не нашли примеров контроля указанных параметров (за исключением пункта (5).

Содержание.

Будет разработано семейство аналитических  приборов нового поколения – биосенсорных анализаторов, предназначенных для выполнения экспресс-анализа содержания компонентов пищевых продуктов и сырья биотехнологических производств, а именно, крахмала, сахаров (глюкозы), этилового спирта (этанола). Биологическим материалом биосенсоров будут являться ферменты и высокоселективные клетки микроорганизмов. Созданные биосенсорные системы будут являться базовыми и могут быть настроены на анализ широкого спектра сахаров и алифатических спиртов (сахарозы, ксилозы, арабинозы, метилового, изопропилового спиртов и т.д.), оценки качества применяемых ферментов, оценки качества дрожжевой массы.

Преимущества.

Созданные анализаторы будут иметь  ряд важных преимуществ. К таковым  в первую очередь относится высокая  специфичность и чувствительность анализа, простота его аппаратурной реализации, выполнение анализа без привлечения высококвалифицированного персонала, возможность его автоматизации и выполнения в режиме реального времени.

Оценка существующей ситуации в  пищевой промышленности, в отраслях биотехнологического производства свидетельствует о том, что традиционные приборы физико-химического анализа спиртов, углеводов (сахариметры, спиртометры) не удовлетворяют требованиям практики – являются низкоселективными, требуют применения дорогостоящей аппаратуры, выполняются высокооплачиваемым персоналом; одним из наиболее существенных недостатков известных методов является их длительность и высокая стоимость. В результате существующие методы не нашли широкого применения на практике и используются преимущественно на крупномасштабных предприятиях. Проведение же технологических процессов на большинстве предприятий без надлежащего контроля качества компонентов и исходного сырья приводит к значительным экономическим потерям.

В проекте предполагается создать семейство биосенсорных анализаторов. В зависимости от решаемой практической задачи пользователю будет предоставлен выбор применения либо одиночного биосенсора, либо комплексная биосенсорная система для анализа углеводов и этанола. Предусмотрена разработка серии анализаторов, варьирующих по сложности от простейшего и наиболее дешевого (стоимость 3000 – 5000 руб.), до полностью автоматизированных систем сбора данных, интегрированных в биотехнологическую аппаратуру по производству спирта, пива или продуктов, содержащих данные компоненты (стоимость в зависимости от комплектации от 30000 до 50000 руб.). В последнем случае предполагается автоматизированное выполнение самой процедуры анализа/

Потенциальные области и отрасли  для применения создаваемой аппаратуры.

Биотехнология. В анализаторах данного  типа нуждаются ферментационные  производства для контроля содержания наиболее важных компонентов бродильного  производства – крахмала, глюкозы; оценки активности гидролитических  ферментов (амилаз) и оценки содержания конечных продуктов ферментации. Аппаратура может быть эффективно применена при производстве безалкогольных или слабоалкогольных напитков (кваса, пива), при производстве этилового спирта. По предварительным оценкам, повышение выхода конечной продукции за счет эффективного контроля технологического процесса составит не менее 10−15%.

Сельское хозяйство, пищевая промышленность. Качество сельхозпродукции определяется содержанием крахмала и сахаров. Не существует повсеместно используемых приборов для экспресс-оценки их содержания. Это затрудняет стандартизацию, делает неопределенными сроки сбора урожая, приводит к потерям при хранении. Анализаторы могут успешно применяться для решения указанных задач. Уровень ожидаемой экономии составит не менее 10%. В пищевой промышленности приборы найдут применение для оценки содержания алкоголя в напитках, глюкозы крахмала в продуктах питания.

Наряду с указанными выше основными  областями применения не менее важными  потребителями/областями являются

— Медицина: выполнение анализов по содержанию глюкозы в крови.

— Криминалистическая медицина: оценка уровня алкоголя в крови человека неинвазивным способом, путем анализа  проб выдыхаемого воздуха и/или  слюны.

— Предприятия системы Министерства внутренних дел Российской Федерации: использование полностью автоматизированных портативных биосенсорных систем оперативного контроля для установления факта употребления алкоголя водителями (служба ДПС/ГАИ).