基于生物传感器的发酵过程在线分析系统研制

doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2016.05.015

山东科学 ›› 2016, Vol. 29 ›› Issue (5): 90-97.doi: 10.3976/j.issn.1002-4026.2016.05.015

基于生物传感器的发酵过程在线分析系统研制

思荣，周万里，毕春元，张利群，杨艳，张金玲，赵晓华

山东省科学院生物研究所，山东省生物传感器重点实验室，山东济南 250014

收稿日期:2016-07-29 出版日期:2016-10-20 发布日期:2016-10-20
作者简介:朱思荣（1963—）男，硕士，研究员，研究方向为生物传感器研究和产品开发。Email:yanzhi@sdas.org
基金资助:
国家高技术研究发展计划（863计划）（2015AA021005）

Development of biosensors based online analysis system for fermentation process

ZHU Sirong, ZHOU Wanli, BI Chunyuan, ZHANG Liqun, YANG Yan, ZHANG Jinling,ZHAO Xiaohua

Shandong Provincial Key Laboratory of Biosensors, Institute of Biology, Shandong Academy of Sciences, Jinan 250014,China

Received:2016-07-29 Online:2016-10-20 Published:2016-10-20

摘要/Abstract

摘要：

基于发酵过程自动优化控制的需求，研制了发酵过程生物传感器在线自动取样分析系统。给出了在线分析系统的分析原理及其结构组成，详细介绍了自动取样、样品稀释及生物传感器信号处理的方法。系统可以实现对葡萄糖、乳酸和谷氨酸等重要生化参数的自动取样分析，并把分析结果通过485接口或4~20 mA模拟接口发送到发酵控制器，为发酵控制提供生化分析数据。用葡萄糖标准样品作为发酵液对实验样机进行了测试，结果表明在线分析系统具有较高的分析精度，可以满足发酵过程分析的需求。

关键词: 在线分析, 葡萄糖分析, 发酵罐自动取样, 生物传感器, 自动分析仪, 乳酸分析

Abstract:

We developed a biosensors based online automatic sampling and analysis system in fermentation process for the requirements of automatic optimization control in fermentation process. We presented its analytical principle and structure components and detailed its automatic sampling, sample dilution and biosensor signal processing. It can automatically analyze such important biochemical parameters as glucose, lactic acid and glutamic acid, and send analytical results to fermentation controller through a 485 interface or a 4~20 mA analog interface. It can therefore provide biochemical analytical data for fermentation control. We further tested experiment prototype with glucose standard sample as fermentation broth. Results show that it has higher analytical accuracy and can satisfy the requirements of fermentation process analysis.

Key words: biosensor, automatic analyzer, glucose analysis, lactic acid analysis, automatic sampling from fermentation tank, online analysis

中图分类号:

Q815

思荣，周万里，毕春元，张利群，杨艳，张金玲，赵晓华. 基于生物传感器的发酵过程在线分析系统研制[J]. 山东科学, 2016, 29(5): 90-97.

ZHU Sirong, ZHOU Wanli, BI Chunyuan, ZHANG Liqun, YANG Yan, ZHANG Jinling,ZHAO Xiaohua. Development of biosensors based online analysis system for fermentation process[J]. SHANDONG SCIENCE, 2016, 29(5): 90-97.

参考文献

［1］张先恩. 生物传感器［M］. 北京: 化学工业出版社,2006: 325-334.
［2］HANSEN K F,LAURITSEN F R,DEGN H. An online sampling system for fermentation monitoring using membrane inlet mass spectrometry(MIMS): Application to phenoxyacetic acid monitoring in penicillin fermentation［J］. Biotechnology and Bioengineering, 1994, 44(3):347-353.
［3］BUTTLER T,GORTON L,JARSKOG H,et al. Monitoring of ethanol during fermentation of lignocellulose hydrolysate by online microdialysis sampling, column liquid chromatography， and an alcohol biosensor［J］. Biotechnology and Bioengineering, 1994, 44(3):322-328.
［4］ SHU H C,HKANSON H,MATTIASSON B. Online monitoring of Dlactic acid during a fermentation process using immobilized Dlactate dehydrogenase in a sequential injection analysis system［J］. Analytica Chimica Acta, 1995, 300(1/2/3):277-285.
［5］ LIDN H, BUTTLER T, JEPPSSON H, et al. Online monitoring of monosaccharides and ethanol during a fermentation by microdialysis sampling, liquid chromatography and two amperometric biosensors［J］. Chromatographia, 1998, 47(9):501-508.
［6］冯德荣,朱思荣,周万里,等. SBA60型四电极生物传感分析系统的研制［J］. 山东科学, 1998, 11(2): 32-36.

［7］杨海麟,吕霞付,王龙刚, 等. 生物反应过程在线检测系统的研制［J］. 无锡轻工业大学学报,2003,22(1):33-36.
［8］杨海麟,吕霞付,王龙刚, 等. 发酵过程在线检测系统在谷氨酸发酵中的应用研究［J］. 中国调味品,2003(10):16-20.
［9］高学金，刘广生，程丽, 等. 发酵过程葡萄糖在线检测系统的研制［J］. 分析化学, 2012,40(12):1945-1949.
［10］LIU H,CHEN X G,WU L,et al. Development of the online automatic measuring system for total sugar content in chlortetracycline fermenter［J］. Advanced Materials Research , 2013, 760/761/762:1067-1070.
［11］Nova biomedical. BioProfile Automated Chemistry Anallyzers for cell culture and fermentation ［EB/OL］. ［2016-04-01］. http://www.lhybride.info/media/files/NOVABioProfile.pdf.
［12］ YSI incorporated. YSI2700 SELECT Biochemistry Analyzer User’s Manual［EB/OL］. ［2016-03-01］. http://biomed.tamu.edu/BioSyM/2700_select_manual.pdf.
［13］ YSI incorporated. YSI2730 Monitor and Control Accessory User’s Manual［EB/OL］. ［2016-03-01］. http://r.search.yahoo.com/_ylt=AwrSbjZRu7tX0TsABHMj4gt.;_ylu=X3oDMTByb2lvbXVuBGNvbG8DZ3ExBHBvcwMxBHZ0aWQDBHNlYwNzcg/RV=2/RE=1471949778/RO=10/RU=https%3a%2f%2fwww.ysi.com%2fFile%2520Library%2fDocuments%2fManuals%2520for%2520 Discontinued% 2520Products% 2fYSI2730MonitorandControlAccessoryManual. pdf/RK=0/RS =rFu3Q9.37mcfEqqlLpUGUcHpRZ8.
［14］ Flownamics Analytical Instruments, Inc. SegFlow4800 Automated Sampling & Feed Control System［EB/OL］. ［2013-02-01］. http://www.system-cindustrie.com/bioprocess/wp-content/uploads/segflow-sample-module.pdf.
［15］高学金,薛吉星,张鹏,等.在线测量发酵液葡萄糖浓度的过滤取样探头的研制［J］. 分析化学, 2014,42(6):924-928.

[1]	朱思荣, 毕春元, 杜祎, 张金玲, 高广恒, 张利群, 赵晓华, 杨艳. 电流型酶电极生物传感器抗可逆抑制剂干扰的测定方法[J]. 山东科学, 2021, 34(4): 87-94.
[2]	杜祎, 张金玲, 朱思荣, 张利群, 赵晓华, 史建国, 毕春元. 复合酶膜生物传感器差分法检测牛乳中乳糖的含量[J]. 山东科学, 2019, 32(6): 43-48.
[3]	刘庆艾，马恒，马耀宏，杨俊慧，孟庆军，杨艳，史建国. 生物传感器在玉米酶法浸泡工艺中的应用[J]. 山东科学, 2018, 31(1): 55-.
[4]	王春蕾，林猛. 基于多孔普鲁士蓝/金复合材料的酶电化学传感器的研究[J]. 山东科学, 2015, 28(2): 53-57.
[5]	高广恒，毕春元，朱思荣，周万里，赵晓华，张利群，史建国. 基于沉金电极修饰醛氧化酶的甲醛气体传感器[J]. 山东科学, 2015, 28(1): 43-46.
[6]	史建国，李一苇，张先恩. 我国生物传感器研究现状及发展方向[J]. 山东科学, 2015, 28(1): 28-35.
[7]	冯文红, 孟庆军, 张利群, 杨艳, 史建国. 玉米浸泡液成分的快速检测[J]. J4, 2011, 24(4): 45-49.
[8]	朱思荣, 周万里, 刘仲汇, 毕春元, 赵晓华. 基于STC单片机的便携式固定化酶生物传感分析仪[J]. J4, 2010, 23(6): 65-69.
[9]	毕春元, 周万里, 赵晓华, 朱思荣, 史建国, 崔精诚, 陈皓, 郭长苗, 冯凯, 粟兵, 陈晓. 金纳米颗粒修饰的固定化葡萄糖氧化酶酶膜制备[J]. J4, 2010, 23(2): 14-17.

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