第九章 发酵过程的检测优秀课件.pptVIP

10 发酵过程对传感器的特殊要求 传感器与发酵液直接接触，因而首先面 临灭菌问题。 一般要求传感器能与发酵液同时进行高 压蒸汽灭菌, 这对于大部分物理和物理化学 传感器来说都没有问题, 但有的传感器 如pH 和溶氧 传感器在灭菌后需要重新校准。不能 耐受蒸汽灭菌的传感器可在罐外用其他方法 灭菌后无菌装入。 4、发酵用传感器的分类 （1）按测量方式分为 离线传感器传感器和在线传感器两类 1 离线传感器传感器不安装在发酵罐内, 由人工取样进行手动或自动测量操作,测量数 据通过人机对话输入计算机。这种传感器不能 直接作为控制回路的一部分, 但测量精度一般 较高, 可用来对同类在线传感器进行校准。 2 在线传感器传感器 与自动取样系统相连, 对过程变量连续、 自动测定。 如用于对发酵液成分进行测定的流动注 射分析 FIA 系统和高效液相层析 HPLC 系统； 对尾气成分进行测定的气体分析仪或质谱仪 3 原位传感器 传感器安装在发酵罐内，直接与发酵液接 触，给出连续响应信号，如温度、压力、pH、 溶氧等的测量。 在线传感器和原位传感器统称为在线传 感器，以区别于离线传感器。它们给出的信号 不受操作者干预, 可直接输入计算机，并作为 控制回路的一部分，直接为发酵过程控制服务 五、目前发酵过程所用的主要传感器 1、温度传感器； 2、pH传感器； 3、溶氧探头； 4、溶二氧化碳； 5、氧化还原电位； 6、消泡探头； 7、补料探头。 六、目前发酵过程所用的传感器现状 由于生物反应过程的复杂性，使得发酵 工业生产过程的监控比其它行业落后。其中一 个重要原因是，能有效监测过程状态变量的传 感器不足或质量不过关。有许多重要的物性参 数，如菌体浓度及某些基质浓度至今仍无合适 的传感器可供使用。因此，要使发酵工程现代 化，改进和推广应用现有的传感器，开发新的 可靠、适用的传感器是至关重要的。 七、生物传感器（BIOSENSOR） 1、意义 生物传感器具有选择性高、分析速度快、 操作简易和仪器价格低廉等特点，而且可以进 行在线甚至活体分析，从而为生物医学、环境 监测、食品医药工业及军事医学领域直接带来 新技术革命。20世纪80年代起国际上对生物传 感器进行了广泛研究和探索，近些年来已经研 制出一系列在环境监测、临床检验和生化分析 等方面有实用价值生物传感器。 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 发酵罐 主机 计算机 2、生物传感器的组成与原理 生物传感器一般有两个组成部分：其一是分子识别元件 感受器 ，其二是信号转换器 换能器 。当待测物与分子识别元件特异性地结合后，所产生的复合物 或光、热等 通过信号转换器转变为可以输出的电信号、光信号等，从而达到分析监测的目的。 生物传感器的分子识别元件 感受器 ： 由具有分子识别能力的生物活性物质构 成，可以是生物体成分 酶、抗原、抗体、激 素、DNA 或生物体本身 细胞、细胞器、组织 等，它们能特异地识别各种被测物质并与之发 生特异性的反应； 信号转换器件 换能器 ： 由电化学或光学检测元件构成。主要有 电化学电极、离子敏场效应晶体管、热敏电 阻器、光电管、光纤、压电晶体等其功能为 将敏感元件感知的生物化学信号转变为可测 量的电信号。 3、生物传感器分类 （1）按所用分子识别元件的不同，可分为： 酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细 胞器传感器、免疫传感器等； （2）按信号转换元件的不同，可分为： 电化学生物传感器、半导体生物传感器、测 热型生物传感器、测光型生物传感器、测声 型生物传感器等； 4、常见生物传感器举例 1）酶传感器 其原理是利用酶在生化反应中特殊的催化 作用，将酶参与反应过程中消耗或产生的化学 物质，用转换器将其转变为电信号记录下来。 目前，国际上已经研制成功的酶传感器有 几十种，如测定葡萄糖、乳酸、胆固醇和氨基酸等的传感器。 乳酸传感器的应用 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 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