ปรับปรุงไบโอเซนเซอร์ด้วยโลหะออกไซด์และทองอนุภาคนาโนสำหรับติดตามเอทานอลและกลูโคสในขบวนการหมักไวน์

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ได้แบ่งส่วนการวิจัยออกเป็น 2 ส่วน คือ ส่วนที่ 1 การพัฒนากลูโคสไบโอเซนเซอร์และส่วนที่ 2 การพัฒนาเอทานอลไบโอเซนเซอร์ รายละเอียดดังนี้ ส่วนที่ 1 ศึกษาการพัฒนากลูโคสไบโอเซนเซอร์และติดตามปริมาณกลูโคสในกระบวนการหมักไวน์ โดยปรับปรุงขั้วไฟฟ้าคาร์บอนเพสที่มี 5 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักแมงกานีสไดออกไซด์ ด้วยอนุภาคคอร์เซลล์ Fe3O4@Au และเอนไซม์กลูโคสออกซิเดส ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมต่อการทำงานของไบโอเซนเซอร์ พบว่า ศักย์ไฟฟ้ากระตุ้นที่เหมาะสมต่อการวิเคราะห์คือ +0.44 โวลต์ เทียบกับขั้วไฟฟ้าอ้างอิงซิลเวอร์-ซิลเวอร์คลอไรด์ ความเป็นกรดเบสของสารละลายอิเล็กโตรไลต์เกื้อหนุนฟอสเฟตบัฟเฟอร์ pH 7.0 ช่วงความเป็นเส้นตรงที่วิเคราะห์กลูโคส 60 - 1,400 มิลลิกรัมต่อลิตร ด้วยค่าสัมประสิทธ์สหสัมพัทธ์ (r2) เท่ากับ 0.994 ความแม่นยำในการวิเคราะห์ของขั้วไฟฟ้า (3 ขั้วไฟฟ้า) และความแม่นยำของการตรวจวิเคราะห์ (5 ซ้ำ) เท่ากับ 4.00 และ 2.50 เปอร์เซ็นต์ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ ตามลำดับ ประเมินการทำงานของกลูโคสไบโอเซนเซอร์ โดยติดตามกลูโคสในกระบวนการหมักไวน์น้ำผึ้งซึ่งหมักด้วยไวน์ยีสต์ แซ็คซาโรมายซิส ซีรีวีซีอี เป็นเวลา 27 วัน (วันที่ 0 - 26) ระหว่างกระบวนการหมักทำการติดตามความเป็นกรดเบสและอุณหภูมิของน้ำหมัก ผลการทดลองพบว่า ความเป็นกรดเบสเฉลี่ยที่ 3.78 และ อุณหภูมิเฉลี่ยที่ 26.7 องศาเซลเซียส ตามลำดับ ผลการติดตามปริมาณกลูโคสที่วิเคราะห์ด้วยกลูโคสไบโอเซนเซอร์และกลูโคสมิเตอร์ ในน้ำหมักวันเริ่มต้นที่ 6.53 ? 0.74 และ 6.52 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักต่อปริมาตร ตามลำดับ ยิ่งไปกว่านั้นงานวิจัยได้เปรียบเทียบผลการวิเคราะห์กลูโคสจากทั้งสองวิธีและทดสอบผลการวิเคราะห์ด้วยสถิติค่า t พบว่า t จากการคำนวณ เท่ากับ 1.56 มีค่าน้อยกว่าค่า t จากตาราง เท่ากับ 2.06 ที่ระดับความเชื่อมั่น 95 เปอร์เซ็นต์ ยอมรับได้ว่าวิธีวิเคราะห์ปริมาณกลูโคสในกระบวนการหมักไวน์ด้วยกลูโคสไบโอเซนเซอร์ที่พัฒนาขึ้นกับกลูโคสมิเตอร์ไม่มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ส่วนที่ 2 การพัฒนาเอทานอลไบโอเซนเซอร์และติดตามปริมาณเอทานอลในกระบวนการหมักไวน์ โดยปรับปรุงขั้วไฟฟ้าคาร์บอนเพสที่มี 5 % โดยน้ำหนักของแมงกานีสออกไซด์ ด้วย 8 x 1015 อนุภาคคอร์เซลล์ Fe3O4@Au และ 1.20 ยูนิตเอนไซม์แอลกอฮอล์ดีไฮโดรจีเนส ต่อตารางมิลลิเมตรของผิวหน้าขั้วไฟฟ้า และ 1.25 ไมโครโมล โคเอนไซม์ NAD+ ทำการศึกษาสภาวะที่เหมาะสมต่อการทำงานของไบโอเซนเซอร์ ผลการศึกษาพบว่า ศักย์กระตุ้นที่เหมาะสมต่อการวิเคราะห์ คือ +0.1 โวลต์เทียบกับขั้วไฟฟ้าอ้างอิงซิลเวอร์ - ซิลเวอร์คลอไรด์ ความเป็นกรดเบสของสารละลายฟอตเฟสบัฟเฟอร์ pH 6.8 ช่วงความเป็นเส้นตรงการวิเคราะห์เอทานอลที่ 0.2 - 1.30 โมลาร์ ด้วยค่าสัมประสิทธ์สหสัมพัทธ์ (r2) เท่ากับ 0.992 ขีดความสามารถในการตรวจวัดที่ 0.13 โมลาร์ ความแม่นยำของขั้วไฟฟ้าให้เปอร์เซ็นต์ของค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์เท่ากับ 3.51 เปอร์เซ็นต์ (ขั้วไฟฟ้า 3 ขั้ว) ความแม่นยำของการตรวจวัดให้เปอร์เซ็นต์ของค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ เท่ากับ 2.36 เปอร์เซ็นต์ (วัด 3 ครั้ง) ประเมินการทำงานของเอทานอลไบโอเซนเซอร์ โดยติดตามเอทานอลในกระบวนการหมักไวน์น้ำผึ้งซึ่งหมักด้วยไวน์ยีสต์ (แซ็คซาโรมายซิส ซีรีวีซีอี) เพื่อเปลี่ยนน้ำตาลให้เป็นเอทานอล และในระหว่างกระบวนการหมักทำการติดตาม ความเป็นกรดเบสและอุณหภูมิของน้ำหมัก ผลการทดลองพบว่า ความเป็นกรดเบสเฉลี่ยที่ 3.79 และอุณหภูมิเฉลี่ยที่ 26.5 องศาเซลเซียส ตามลำดับ ผลการติดตามปริมาณเอทานอลที่วิเคราะห์ด้วยเอทานอลไบโอเซนเซอร์และเทคนิคมาตรฐานแก๊สโครมาโทกราฟี ตรวจพบปริมาณเอทานอลเมื่อสิ้นสุดการหมักได้ 8.93 ? 0.31 และ 8.63 ? 0.27 เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร ตามลำดับ เปรียบเทียบผลการวิเคราะห์ปริมาณเอทานอลจากไบโอเซนเซอร์และแก๊สโครมาโทกราฟีในตัวอย่างน้ำหมัก 24 ตัวอย่าง ทดสอบผลการเปรียบเทียบด้วยสถิติค่า t พบว่า t จากการคำนวณ เท่ากับ 3.45 ซึ่งมีค่าน้อยกว่า t จากตาราง เท่ากับ 3.77 สรุปได้ว่าผลการวิเคราะห์เอทานอลจากทั้งสองวิธี ไม่มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญที่ระดับความเชื่อมั่นที่ 99.9 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นเอทานอลไบโอเซนเซอร์สามารถนำไปประยุกต์วิเคราะห์ปริมาณเอทานอลในตัวอย่างจริงได้

คำสำคัญ