生物传感器( Biosensors) 的研发及其 在发酵工业中的应用
1 生物传感器(Biosensors) 的研发及其 在发酵工业中的应用
生物传感器 应用研究概况
2 一、生物传感器 应用研究概况
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。 ASPR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
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
系列化生物传感器 技术研发现状
4 系列化生物传感器 技术研发现状
、生物传感器 的应用
5 二、生物传感器 的应用
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
6 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
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 立量,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
7 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
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
8 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
乳酸传感器的应用现状 ①是体育上耐力项目科学训练的常用设备 ②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 ③是发酵控制的有效新指标 ④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
9 乳酸传感器的应用现状 ①是体育上耐力项目科学训练的常用设备 ②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 ③是发酵控制的有效新指标 ④ 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
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p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 14 12 PH 谷蜒绷 4 0 135791113151719212325
10 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%