生物传感器的研发及发酵工业应用.ppt

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1、生物传感器生物传感器(Biosensors)(Biosensors)的的研发及其研发及其在发酵工业中的应用在发酵工业中的应用1一、生物传感器一、生物传感器应用研究概况应用研究概况 http:/qq个性头像 2国内外得到应用的生物传感器主要包括：国内外得到应用的生物传感器主要包括：1 1测测定定水水质质的的BODBOD分分析析仪仪、在在市市场场上上有有以以日日本本和和德德国国为为代表产品供应。代表产品供应。采采用用丝丝网网印印刷刷和和微微电电子子技技术术的的手手掌掌型型血血糖糖分分析析器器，已形成规模化生产，年销售量约为十亿美元；已形成规模化生产，年销售量约为十亿美元；固固定定化化酶酶传传感感分

2、分析析仪仪：国国外外以以美美国国的的YSIYSI公公司司和和德德国国BSTBST公公司司为为代代表表，都都有有系系列列分分析析仪仪产产品品，它它们们主主要要用用于于环环境境监监测测和和食食品品分分析析，国国内内到到目目前前为为主主只只有有山山东东省科学院生物研究所的系列化产品在市场得到应用。省科学院生物研究所的系列化产品在市场得到应用。4 4 SPRSPR生生物物传传感感器器，在在日日、美美、德德、瑞瑞典典等等国国得得到到了了开发和初步应用。开发和初步应用。极大多数同类其它研究还都处在探索性阶段，极大多数同类其它研究还都处在探索性阶段，3系列化生物传感器系列化生物传感器技术研发现状技术研发现状

3、4二、生物传感器二、生物传感器的应用的应用51 1、发酵中葡萄糖测定过去用操作繁琐时间长的还原糖方法只能过去用操作繁琐时间长的还原糖方法只能近似地估计葡萄糖的变化。现在提供了快近似地估计葡萄糖的变化。现在提供了快速而准确的固定化酶的测定方法，发酵中速而准确的固定化酶的测定方法，发酵中可根据糖消耗确定微生物的生长速率，观可根据糖消耗确定微生物的生长速率，观察是否染菌，随时与产物的产生一起估算察是否染菌，随时与产物的产生一起估算转化率，确定补料效果和及时判断发酵结转化率，确定补料效果和及时判断发酵结束的时间。发酵过程或设备异常现象通过束的时间。发酵过程或设备异常现象通过葡萄糖分析得到及时预报。葡萄

4、糖分析得到及时预报。62 2、谷氨酸发酵液的分析在谷氨酸发酵中，随时跟踪目标产物的产生。快在谷氨酸发酵中，随时跟踪目标产物的产生。快速获得主控参数的变化信息。速获得主控参数的变化信息。先进的分析方法，使时间缩短了几十倍。先进的分析方法，使时间缩短了几十倍。在发酵前期及时知道产酸出现时间在发酵前期及时知道产酸出现时间在发酵中期可根据谷氨酸产生速率，预知最终的在发酵中期可根据谷氨酸产生速率，预知最终的产量，并获得补氨是否均匀的信息产量，并获得补氨是否均匀的信息在发酵后期，可根据谷氨酸产生速率变慢情况确在发酵后期，可根据谷氨酸产生速率变慢情况确定放罐时间和今后配料的调整定放罐时间和今后配料的调整73

5、 3、乳酸传感器在发酵上的应用乳乳酸酸测测定定是是生生物物传传感感器器出出现现后后新新增增加加的的控控制制参参数数。实实践践中中发发现现它它的的控控制制是是获获得得发发酵酵高高产产的的关关键键。乳乳酸酸是是需需氧氧发发酵酵产产物物转转化化过过程程中中的的中中间间产产物物，是是过过程程控控制制的的敏敏感感参参数数，与与生生物物素素的的加加入入量量、补补糖糖、活活菌菌数数、菌菌活活力力、空空气气补补给给等等控控制制直直接接相相关关。发发酵酵旺旺盛盛期期，乳乳酸酸必必然然产产生生，适适度度的的乳乳酸酸浓浓度度是是高高产产罐罐的的重重要要指指示示。此此时时单单纯纯地地通通过过通通风风是是达达不不到到乳

6、乳酸酸下下降降的的目目的的，反反而而引引起起能能源源的的浪浪费费及及减减产产。发发酵酵后后期期、放放罐罐前前应应控控制制乳乳酸酸下下降降，才才能能达达到到高高产。产。8乳酸传感器的应用现状乳酸传感器的应用现状是体育上耐力项目科学训练的常用设备是体育上耐力项目科学训练的常用设备已在抗疲劳保健食品检测中普及应用，许多省级卫生防疫站成功已在抗疲劳保健食品检测中普及应用，许多省级卫生防疫站成功地用这项新技术实现了在同一小实验动物体内多次采血检测，简地用这项新技术实现了在同一小实验动物体内多次采血检测，简化了分析化验工作量化了分析化验工作量 是发酵控制的有效新指标是发酵控制的有效新指标 是新型可降解塑料

7、聚是新型可降解塑料聚 L-L-乳酸前体生产过程控制的主控参数乳酸前体生产过程控制的主控参数 94 4、监控离交回收谷氨酸或浓缩物的浓度：谷氨酸传感器可测出0.1%0.1%的谷氨酸浓度变化，而瓦氏法不可能达到这样的精确度。过去离子交换单用pHpH跃变点来控制回收会造成谷氨酸的大量流失。使用谷氨酸传感器可以使离交回收率提高30-30-50%50%105 5、监控淀粉糖的水解在淀粉糖的水解中，葡萄糖与还原糖的在淀粉糖的水解中，葡萄糖与还原糖的比值可衡量糖质量。发酵中糖液质量比值可衡量糖质量。发酵中糖液质量是至关重要的，糖化不好时不仅浪费是至关重要的，糖化不好时不仅浪费了粮食而且会造成发酵中泡沫增多，

8、了粮食而且会造成发酵中泡沫增多，通气不良，乳酸增高；对后提取也带通气不良，乳酸增高；对后提取也带来很多麻烦；并将增加污水排放的来很多麻烦；并将增加污水排放的BODBOD量。量。116 6、酶活力的快速测定(1)(1)糖化酶活力的快速测定可正确控制糖化酶活力的快速测定可正确控制糖水解时的加酶量，提高糖液的质量。糖水解时的加酶量，提高糖液的质量。可以在可以在SBASBA分析仪通过预设定的快速分分析仪通过预设定的快速分析程序，在三分钟得到结果析程序，在三分钟得到结果 (2)(2)辨别纯生啤酒的真假；比较不同厂辨别纯生啤酒的真假；比较不同厂家产品的质量：通过检测蔗糖水解酶水解家产品的质量：通过检测蔗糖

9、水解酶水解产生的葡萄糖来快速分析。产生的葡萄糖来快速分析。127 7、极低浓度产品的纯度检验 在木糖醇产品纯度检验中，可检测残在木糖醇产品纯度检验中，可检测残留不到留不到1%1%的葡萄糖量，在的葡萄糖量，在99%99%以上的木糖以上的木糖醇产品中方便地检测葡萄糖的含量。使醇产品中方便地检测葡萄糖的含量。使产品符合出口要求。产品符合出口要求。在在BODBOD标准液的检验中准确得到低浓标准液的检验中准确得到低浓度的葡萄糖和谷氨酸标准的变化情况。度的葡萄糖和谷氨酸标准的变化情况。138 8、蛋白酶活性的快速测定n测定原理：酪蛋白在蛋白酶作用下产生谷氨酸，测定经一定反应时间后，测定原理：酪蛋白在蛋白酶

10、作用下产生谷氨酸，测定经一定反应时间后，所产生的谷氨酸量所产生的谷氨酸量n程序：用本仪器主机提供的标准程序，设定标准值程序：用本仪器主机提供的标准程序，设定标准值=1000=1000n酶膜：谷氨酸氧化酶酶膜酶膜：谷氨酸氧化酶酶膜n操作方法举例操作方法举例(略略)149 9、麦芽糖快速测定测定原理：方法方法:在一定浓度的麦芽糖溶液中加入葡萄糖糖化酶在一定浓度的麦芽糖溶液中加入葡萄糖糖化酶（u/mLu/mL底物）底物），然后在，然后在pHpH、的条的条件下保温件下保温 minmin，取水解液，取水解液LL，水解注入型葡萄糖，水解注入型葡萄糖生物传感分析仪中，生物传感分析仪中，s s即可得到结果。即可得到结果。麦芽糖的测定范围为麦芽糖的测定范围为mg/dLmg/dL，测定回收率平均，测定回收率平均为为.。在葡萄糖存在时需要先测定葡萄糖含量在葡萄糖存在时需要先测定葡萄糖含量151010、在线过程分析系统 至至今今在在占占我我国国新新型型发发酵酵60%60%以以上上产产值值的的谷谷氨氨酸酸发发酵酵中中还还没没有有实实质质性性地地应应用用好好自自动动控控制制系系统统，生生物物传传感感在在线线分分析析可可能能是是这这一一领领域域技技术术改改造造和和进进步步的的标标志。志。16