生物传感器的研究及其在发酵工业中的应用.ppt
1,生物传感器(Biosensors)的研发及其在发酵工业中的应用,2,一、生物传感器应用研究概况,3,国内外得到应用的生物传感器主要包括：1测定水质的BOD分析仪、在市场上有以日本和德国为代表产品供应。采用丝网印刷和微电子技术的手掌型血糖分析器，已形成规模化生产，年销售量约为十亿美元；固定化酶传感分析仪：国外以美国的YSI公司和德国BST公司为代表，都有系列分析仪产品，它们主要用于环境监测和食品分析，国内到目前为主只有山东省科学院生物研究所的系列化产品在市场得到应用。4 SPR生物传感器，在日、美、德、瑞典等国得到了开发和初步应用。极大多数同类其它研究还都处在探索性阶段，,4,德国研发的环境废水BOD分析仪,5,手掌型葡萄糖(glucose)分析仪,6,系列化生物传感器技术研发现状,7,SBA-50型单电极生物传感分析仪，是SBA-30型乳酸分析仪的更新换代产品,SBA-40C生物传感分析仪能分析仪,9,实验室制造的生物传感分析仪,发酵罐,主机,计算机,SBA-60型生物传感在线分析系统，为发酵自动控制提供了新的基础平台,11,SBA-70型血糖乳酸自动分析仪,12,二、生物传感器的应用,13,东北46,华北93,华东148,华南31,华中58,西部25,生物传感器在全国应用数量和地理分布,台湾2,14,1、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葡萄糖分析得到及时预报。,15,2、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。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定放罐时间和今后配料的调整,16,在我国发酵工厂普及应用的SBA-40型谷氨酸-葡萄糖双功能分析仪,工厂发酵车间化验员正在分析样品,17,3、乳酸传感器在发酵上的应用,乳酸测定是生物传感器出现后新增加的控制参数。实践中发现它的控制是获得发酵高产的关键。乳酸是需氧发酵产物转化过程中的中间产物，是过程控制的敏感参数，与生物素的加入量、补糖、活菌数、菌活力、空气补给等控制直接相关。发酵旺盛期，乳酸必然产生，适度的乳酸浓度是高产罐的重要指示。此时单纯地通过通风是达不到乳酸下降的目的，反而引起能源的浪费及减产。发酵后期、放罐前应控制乳酸下降，才能达到高产。,18,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，简化了分析化验工作量 是发酵控制的有效新指标 是新型可降解塑料聚 L-乳酸前体生产过程控制的主控参数,19,4、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%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pH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30-50%,20,5、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；对后提取也带来很多麻烦；并将增加污水排放的BOD量。,21,6、酶活力的快速测定,(1)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。可以在SBA分析仪通过预设定的快速分析程序，在三分钟得到结果(2)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产生的葡萄糖来快速分析。,22,7、极低浓度产品的纯度检验,在木糖醇产品纯度检验中，可检测残留不到1%的葡萄糖量，在99%以上的木糖醇产品中方便地检测葡萄糖的含量。使产品符合出口要求。在BOD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。,23,8、蛋白酶活性的快速测定,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，所产生的谷氨酸量程序：用本仪器主机提供的标准程序，设定标准值=1000酶膜：谷氨酸氧化酶酶膜操作方法举例(略),24,9、麦芽糖快速测定,测定原理：,方法:在一定浓度的麦芽糖溶液中加入葡萄糖糖化酶（u/mL底物），然后在pH、的条件下保温 min，取水解液L，水解注入型葡萄糖生物传感分析仪中，s即可得到结果。麦芽糖的测定范围为mg/dL，测定回收率平均为.。在葡萄糖存在时需要先测定葡萄糖含量,25,10、在线过程分析系统,至今在占我国新型发酵60%以上产值的谷氨酸发酵中还没有实质性地应用好自动控制系统，生物传感在线分析可能是这一领域技术改造和进步的标志。,26,谢谢各位欢迎交流,
