CN103698541B - 谷氨酸发酵在线检测系统及采用该系统在线检测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种谷氨酸发酵在线检测系统和采用该系统在线检测的方法，在线检测谷氨酸发酵过程中葡萄糖和谷氨酸浓度，以解决谷氨酸发酵过程中由于生化参数的时变性、相关性、滞后性以及不可避免的人为干预等扰动，及若干关于底物消耗、菌体生长、产物生成的数学模型付诸实施的可靠性较小的问题。本发明的谷氨酸在线检测葡萄糖和谷氨酸浓度的方法完全由程序自动控制完成，不需人工取样，而且本发明方法可同时测得谷氨酸和葡萄糖的浓度并将数据输入计算机保存，根据不同发酵阶段葡萄糖浓度和谷氨酸浓度研究谷氨酸发酵动力学，更好的控制发酵过程。
Description
技术领域
本发明涉及谷氨酸发酵技术领域，特别涉及一种谷氨酸发酵在线检测系统及采用该系统在线检测的方法。本发明的谷氨酸发酵过程生物量在线检测方法，可自动化完成对多种生物参数的检测，避免了人工误差简化了测定工序；并且可以同时检测底物、目标产物。
背景技术
发酵的目的是大量积累人们所需要的微生物代谢产物；代谢的人工控制是人为地打破微生物的代谢控制体系，使代谢朝着人们希望的方向进行。
生物制造是利用细胞或酶的生物催化功能进行大规模的物质加工与转化的先进生产方式，是基于现代生物技术发展的高技术产业，广泛应用于食品、医药、饲料、造纸、皮革、纺织、化工、日化、能源和环保等许多重要领域
发酵动力学是生物反应工程学的理论基础之一，是研究各种环境因素与细胞（微生物）代谢活动之间的相互作用随时间变化规律的科学。具体内容有微生物生长过程中质量的平衡、发酵过程中菌体的生长速率、基质消耗速率和产物生成速率的相互关系、环境因素对三者的影响以及影响反应速率的因素。加强对发酵过程动力学的研究，可为工业发酵的模拟、优化和控制奠定理论基础，对深入认识和掌握发酵过程，改造和提升传统的生产方式，实现大规模发酵生产的高效、低耗，提高产业的国际竞争力具有重要的作用。
近年来，采用计算机控制的分批补料发酵过程的优化已广为人们关注。然而实现发酵过程的在线优化控制难度较大，主要原因在于：（1）发酵过程是动态的非线性过程，（2）缺乏精确的过程模型，（3）模型参数易变，（4）缺乏可靠的生物传感器,使得一些重要的状态变量如菌体浓度、产物浓度、基质浓度无法在线测量。对于表征发酵过程状态的主要生化指标，如糖酸转化率、产酸率、残糖等，基本上由人工在现场采样再到化验室分析，并且一次性只可以分析一种生化参数。模型参数的时变性、相关性、滞后性以及不可避免的人为干预等扰动，使若干关于底物消耗、菌体生长、产物生成的数学模型付诸实施的可靠性较小，导致很多发酵控制模式在实际生产中达不到预期的应用效果。
发酵过程的计算机控制技术是今后发酵行业转变生产方式、提高生产效率的必然途径，实现这一目标的基础就是建立准确的数学模型。根据目前的研究成果，在模型建立方面，缺乏发酵过程生物（生化）参数的在线检测技术和方法，这已成为制约计算机控制技术广泛应用的关键问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种谷氨酸发酵在线检测系统和采用该系统在线检测的方法，以解决谷氨酸发酵过程中由于生化参数的时变性、相关性、滞后性以及不可避免的人为干预等扰动，及若干关于底物消耗、菌体生长、产物生成的数学模型付诸实施的可靠性较小的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种谷氨酸发酵在线检测系统，包括采样泵，所述采样泵入口端通过管道连通有发酵罐，所述采样泵出口端通过管道连通有采样池，所述采样池底部通过管道连通有废液排空泵；
稀释池，设置在所述采样池右侧并与所述采样池处于同一直线上，作为稀释液和样品的混合池，其底部通过管道连通所述废液排空泵入口端，所述废液排空泵的出口端通过管道连通废液池；
稀释液注入阀，与机械手固定连接，用于向所述稀释池中注入稀释液；
生物传感器反应池，设置在所述稀释池右侧，其底部通过管道连通有反应池清洗泵出口端，所述反应池清洗泵入口端通过管道连通有缓冲液储罐；其底部通过另一管道连通有反应池排空泵的入口端，所述反应池排空泵的出口端通过管道连通所述废液池；所述生物传感器反应池中设置有贴有葡萄糖氧化酶酶膜的第一过氧化氢酶电极、贴有谷氨酸氧化酶酶膜的第二过氧化氢酶电极；所述第一过氧化氢酶电极和第二过氧化氢酶电极电连接有ADS转换系统，所述ADS转换系统连接计算机的控制系统；
标样池，设置在所述稀释池与所述采样池之间，用于盛装标定所述第一过氧化氢酶电极和所述第二过氧化氢酶电极的标准溶液；
采样阀，与所述机械手固定连接，用于抽取所述采样池、稀释池或标样池中的样品至所述生物传感器反应池；
控制系统，电连接所述采样泵，控制所述采样泵的采样间隔、采样量；电连接所述机械手，控制所述机械手的运动方向；电连接所述稀释液注入阀，控制稀释液注入量以及注入位置；电连接所述采样阀，控制所述采样阀的采样位置、采样量以及注入位置；电连接并控制所述采样泵、反应池排空泵、废液排空泵、反应池清洗泵。
优选的，还包括比色稀释池，所述比色稀释池包括盛装样品的池体，所述池体侧壁相对设置光源发射装置和光源吸收装置，所述光源为570nm光源，所述光源经所述池体中的样品后进入光源吸收装置，由光源吸收装置测试样品的OD值并将光吸收信号通过ADS转换器传输并存储至计算机；所述池体底部通过管道连通所述废液排空泵的入口。
进一步的，所述生物传感器反应池侧壁上部连通有液面控制管，所述液面控制管另一端连通所述废液池。
进一步的，所述采样泵、废液排空泵、反应池排空泵和反应池清洗泵均为蠕动泵。
进一步的，所述稀释池、比色稀释池和/或生物传感器反应池底部设置有搅拌机构，所述搅拌机构由所述控制系统控制。
采用所述的谷氨酸发酵在线检测系统在线检测谷氨酸和葡萄糖浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）定标：所述控制系统控制所述采样阀由所述标样池抽取10-60uL标准溶液至所述生物传感器反应池，同时由所述反应池清洗泵向所述生物传感反应池内泵入定量的缓冲溶液，测定所述标准溶液中葡萄糖和谷氨酸的浓度；连续测定至少两次，连续两次测量结果误差小于设定值，定标通过；
2）OD值测试：设置取样间隔为7-255min，所述控制系统根据设置的时间间隔控制所述采样泵抽取所述发酵罐中的发酵液至所述采样池；所述采样阀由所述采样池抽取10-60μL所述发酵液至所述比色稀释池，然后所述稀释液注入阀抽取稀释液至所述比色稀释池对所述发酵液进行定量稀释，所述发酵液OD值直接显示在计算机上；
3）样品测试：所述采样阀由所述比色稀释池抽取10-60μL的样品溶液至所述稀释池；所述控制系统控制所述稀释液注入阀向所述稀释池中注入稀释液，根据预先的稀释倍数进一步对所述比色稀释池中的发酵液定量稀释，所述稀释倍数为0-500倍；稀释完毕后，所述采样阀由所述稀释池抽取稀释后的样品溶液至所述生物传感器反应池，同时由所述反应池清洗泵向所述生物传感器反应池内泵入定量的缓冲溶液，测试葡萄糖和谷氨酸的浓度并存储至计算机；
每次测试完毕，所述废液排空泵和反应池排空泵在所述控制系统的控制下自动启动，将所述采样池、比色稀释池、稀释池和/或生物传感器反应池中的溶液抽至废液池，同时启动所述采样泵将所述采样池中的溶液抽至所述废液池；
4）清洗：测试完毕后，所述反应池清洗泵抽取缓冲液至所述生物传感器反应池，以清洗所述生物传感器反应池，清洗完毕后由所述反应池排空泵将所述缓冲液抽至所述废液池。
优选的，所述稀释液为苯甲酸钠和EDTA二钠的混合水溶液，所述苯甲酸钠的质量浓度为2%，所述EDTA二钠的质量浓度为1%。
优选的，所述缓冲溶液为磷酸缓冲溶液。
优选的，步骤1）中，所述两次测量结果误差设定值范围为0.1-4%。
优选的，步骤2）中，所述的发酵液的定量稀释为对发酵液稀释10倍。
向所述生物传感器反应池泵入缓冲液，一方面用于调节生物传感器反应池中的pH值，使生物传感器反应池中的pH维持在葡萄糖氧化酶和谷氨酸氧化酶最适宜的pH附近；另一方面，缓冲液起到介质作用，由于采样阀仅抽取10-60μL样品溶液至所述生物传感器反应池中进行测试，这么少的溶液接触不到所述第一过氧化氢酶电极和第二过氧化氢酶电极，无法测试，采用缓冲溶液作为介质，使得所述第一过氧化氢酶电极和第二过氧化氢酶电极被溶液浸没，便于测试。
采用第一过氧化氢酶电极和第二过氧化氢酶电极测试葡萄糖浓度和谷氨酸浓度的原理在于：发酵液中的底物与相应酶发生生化反应，酶反应放出的H2O2透过酶膜的内层在铂金电极表面失去电子还原成H2O，铂金电极得失电子产生电流信号，该电流信号与H2O2的浓度成比例，而H2O2浓度与底物浓度成线性比例关系，通过比较被测物和标准样品产生的电信号的大小，就可计算出被测样品中底物的含量，然后经ADS转换系统，将该信息存入计算机储存。
本发明的有益效果为：
本发明的谷氨酸在线检测系统结构简单，本发明的使用该检测系统在线检测谷氨酸发酵过程中葡萄糖和谷氨酸浓度的方法完全由程序自动控制完成，不需人工取样，而且本发明方法可同时测得谷氨酸和葡萄糖的浓度并将数据输入计算机保存，根据不同发酵阶段葡萄糖浓度和谷氨酸浓度研究谷氨酸发酵动力学，更好的控制发酵过程。
附图说明
图1为本发明的谷氨酸发酵在线检测系统的结构示意图；
图2为本发明的谷氨酸在线检测系统中控制系统与各部件连接关系框图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种谷氨酸发酵在线检测系统，包括由左至右依次呈直线排布的采样池4、比色稀释池5、标样池6、稀释池7和生物传感器反应池8。在采样池4、比色稀释池5、标样池6、稀释池7和生物传感器反应池8的上部空间设置机械手1，机械手上固定连接稀释液注入阀2和采样阀3。稀释液注入阀2在机械手1的带动下将抽取的稀释液注入比色稀释池5或稀释池7。采样阀3在机械手的带动下抽取采样池4、比色稀释池5、标样池6或稀释池7中的样品至生物传感器反应池8。
稀释池7、比色稀释池5和生物传感器反应池8底部分别设置第一搅拌机11、第二搅拌机12、第三搅拌机13。
该谷氨酸发酵在线检测系统，通过采样泵14由发酵罐中取样，采样泵14入口端通过管道连通发酵罐，采样泵14出口端通过管道连通有采样池4，采样池4底部通过管道连通有废液排空泵15。
比色稀释池5包括盛装样品的池体，池体侧壁相对设置光源发射装置20和光源吸收装置21，光源为570nm光源，光源经池体中的样品后进入光源吸收装置21，由光源吸收装置21测试样品的OD值并将光吸收信号通过ADS转换器传输并存储至计算机；池体底部通过管道连通废液排空泵15的入口。
在样品浓度较大时，需要对样品进行稀释，稀释池7作为稀释液和样品的混合池。稀释池7底部通过管道连通废液排空泵15入口端，废液排空泵15的出口端通过管道连通废液池19。
稀释液注入阀2在机械手1的带动下由稀释液储罐抽取稀释液并注入稀释池7或比色稀释池5。
生物传感器反应池8的底部通过管道连通有反应池清洗泵17的出口端，反应池清洗泵17入口端通过管道连通有缓冲液储罐18；生物传感器反应池8底部通过另一管道连通有反应池排空泵16的入口端，反应池排空泵16的出口端通过管道连通废液池；生物传感器反应池8中设置有贴有葡萄糖氧化酶酶膜的第一过氧化氢酶电极9、贴有谷氨酸氧化酶酶膜的第二过氧化氢酶电极10；第一过氧化氢酶电极9和第二过氧化氢酶电极10电连接有ADS转换系统，ADS转换系统连接计算机的控制系统。另外，生物传感器反应池8侧壁上部连通液面控制管22，液面控制管22另一端连通废液池19。
标样池6，用于盛装标定第一过氧化氢酶电极9和第二过氧化氢酶电极10的标准溶液；
采样阀3，用于抽取采样池4、比色稀释池5、稀释池7或标样池6中的样品至生物传感器反应池8。
采样泵14、废液排空泵15、反应池排空泵16、反应池清洗泵17均为蠕动泵。
如图2所示，本发明的谷氨酸发酵在线检测系统中的控制系统，电连接采样泵14，控制采样泵14的采样间隔、采样量；电连接机械手1，控制机械手1的运动方向；电连接稀释液注入阀2，控制稀释液注入量以及注入位置；电连接采样阀3，控制采样阀的采样位置、采样量以及注入位置；电连接并控制第一搅拌机11、第二搅拌机12、第三搅拌机13；电连接并控制反应池排空泵16、废液排空泵15、反应池清洗泵17的启动与关闭。
下面以具体实施例进一步说明本发明：
实验准备：
1、种子培养：配制种子培养基（糖0.25%，磷酸氢二钾0.02%，硫酸镁0.01%，尿素0.05%，玉米浆0.03%），在高压蒸汽灭菌锅（120℃，20min）中灭菌，冷却好接入活化的谷氨酸棒状杆菌属，放在摇床上培养8h；
2、扩大培养：在发酵罐中配好发酵培养基（糖0.55%，磷酸氢二钾0.02%，硫酸镁0.01%，尿素0.05%，玉米浆0.05%），向并向发酵培养基中插入pH电极和溶氧电极，校正ph电极后，将发酵罐所有的管道出口都扎好，在高压灭菌锅（120℃，20min）中灭菌，冷却后通气通水（通气是往发酵罐里通气，保证发酵罐内有压力，防止染菌；通水是在发酵罐底部的循环水，因为发酵要控制温度，当温度过高时，循环水自动接通，用来冷却），校正溶氧电极，然后进行无菌操作，将摇瓶内培养的种子接入发酵罐，扩大培养。其中发酵温度32℃、溶氧大于15%、pH7.2、发酵罐的搅拌速度250r/min，这些参数也可由计算机控制系统控制。
采用的谷氨酸发酵在线检测系统在线检测谷氨酸和葡萄糖浓度的方法，包括以下步骤：
1）定标：控制系统控制采样阀由标样池抽取10-60uL标准溶液至生物传感器反应池，同时由反应池清洗泵向生物传感反应池内泵入定量的缓冲溶液，测定标准溶液中葡萄糖和谷氨酸的浓度；连续测定至少两次，连续两次测量结果误差小于设定值，定标通过；
2）OD值测试：设置取样间隔为7-255min，控制系统根据设置的时间间隔控制采样泵抽取发酵罐中的发酵液至采样池；采样阀由采样池抽取10-60μL发酵液至比色稀释池，然后稀释液注入阀抽取稀释液至比色稀释池对发酵液进行定量稀释，发酵液OD值直接显示在计算机上；
3）样品测试：采样阀由比色稀释池抽取10-60μL的样品溶液至稀释池；控制系统控制稀释液注入阀向稀释池中注入稀释液，根据预先的稀释倍数进一步对比色稀释池中的发酵液定量稀释，稀释倍数为0-500倍；稀释完毕后，采样阀由稀释池抽取稀释后的样品溶液至生物传感器反应池，同时由反应池清洗泵向生物传感器反应池内泵入定量的缓冲溶液，测试葡萄糖和谷氨酸的浓度并存储至计算机；
每次测试完毕，废液排空泵和反应池排空泵在控制系统的控制下自动启动，将采样池、比色稀释池、稀释池和/或生物传感器反应池中的溶液抽至废液池，同时启动采样泵将采样池中的溶液抽至废液池；
4）清洗：测试完毕后，反应池清洗泵抽取缓冲液至生物传感器反应池，以清洗生物传感器反应池，清洗完毕后由反应池排空泵将缓冲液抽至废液池。
作为优选实施方式，稀释液为苯甲酸钠和EDTA二钠的混合水溶液，苯甲酸钠的质量浓度为2%，EDTA二钠的质量浓度为1%。
作为优选实施方式，缓冲溶液为磷酸缓冲溶液。
作为优选实施方式，步骤1）中，两次测量结果误差设定值范围为0.1-4%。
作为优选实施方式，步骤2）中，的发酵液的定量稀释为对发酵液稀释10倍。
实施例1：
选用2012年12月转接的菌种为种子，采用该谷氨酸发酵在线检测系统在线检测谷氨酸和葡萄糖浓度的方法，包括以下步骤：
1）定标：系统控制采样阀3由标样池4抽取40uL标准溶液至生物传感器反应池8，同时由反应池清洗泵17向生物传感反应池8内泵入20mL的缓冲溶液，测定标准溶液中葡萄糖和谷氨酸的浓度；连续测定两次，两次测量结果误差小于4%（设定值），系统显示定标通过；
2）OD值测试：设置取样间隔为7min，控制系统根据设置的时间间隔控制采样泵14抽取发酵罐中的发酵液至采样池4；采样阀3由采样池4抽取40μL发酵液至比色稀释池5，然后稀释液注入阀2抽取稀释液至比色稀释池5对发酵液进行稀释10倍，发酵液OD值直接显示在计算机上；
3）样品测试：采样阀3由比色稀释池5抽取40μL的样品溶液至稀释池7；系统控制稀释液注入阀2向稀释池7中注入稀释液，系统根据预先的稀释倍数进一步对比色稀释池中的发酵液定量稀释，设置稀释倍数为0倍（不稀释）；采样阀3由稀释池7抽取样品溶液至生物传感器反应池8，同时由反应池清洗泵17向生物传感反应池8内泵入20mL的缓冲溶液，测试葡萄糖和谷氨酸的浓度并存储至计算机；
每次测试完毕，系统自动启动废液排空泵15和反应池排空泵16，将采样池4、比色稀释池5、稀释池7和/或生物传感器反应池8中的溶液抽至废液池，同时启动采样泵14将采样池4中的溶液抽至废液池19；
4）清洗：测试完毕后，反应池清洗泵17抽取缓冲液至生物传感器反应池8，以清洗生物传感器反应池8，清洗完毕后由反应池排空泵16将缓冲液抽至废液池19。
其中，稀释液的组成为：苯甲酸钠和EDTA二钠的混合水溶液，苯甲酸钠的质量浓度为2%，EDTA二钠的质量浓度为1%。
缓冲溶液为磷酸缓冲溶液。
实施例2：
选用2013年2月转接的菌种为种子，采用该谷氨酸发酵在线检测系统在线检测谷氨酸和葡萄糖浓度的方法，包括以下步骤：
1）定标：系统控制采样阀3由标样池4抽取40uL标准溶液至生物传感器反应池8，同时由反应池清洗泵17向生物传感反应池8内泵入20mL的缓冲溶液，测定标准溶液中葡萄糖和谷氨酸的浓度；连续测定三次，连续两次的测量结果误差小于4%（设定值），系统显示定标通过；
2）OD值测试：设置取样间隔为255min，控制系统根据设置的时间间隔控制采样泵14抽取发酵罐中的发酵液至采样池4；采样阀3由采样池4抽取60μL发酵液至比色稀释池5，然后稀释液注入阀2抽取稀释液至比色稀释池5对发酵液进行10倍稀释，发酵液OD值直接显示在计算机上；
3）样品测试：采样阀3由比色稀释池5抽取40μL的样品溶液至稀释池7；系统控制稀释液注入阀2向稀释池7中注入稀释液，系统根据预先的稀释倍数进一步对比色稀释池中的发酵液定量稀释，稀释倍数为500倍；稀释完毕后，采样阀3由稀释池7抽取稀释后的样品溶液至生物传感器反应池8，同时由反应池清洗泵17向生物传感反应池8内泵入定量的缓冲溶液，测试葡萄糖和谷氨酸的浓度并存储至计算机；
每次测试完毕，系统自动启动废液排空泵15和反应池排空泵16，将采样池4、比色稀释池5、稀释池7、和生物传感器反应池8中的溶液抽至废液池，同时启动采样泵14将采样池4中的溶液抽至废液池19；
4）清洗：测试完毕后，反应池清洗泵17抽取缓冲液至生物传感器反应池8，以清洗生物传感器反应池8，清洗完毕后由反应池排空泵16将缓冲液抽至废液池19。
其中，稀释液的组成为：苯甲酸钠和EDTA二钠的混合水溶液，苯甲酸钠的质量浓度为2%，EDTA二钠的质量浓度为1%。缓冲溶液为磷酸缓冲溶液。
实施例3：
选用2013年6月转接的菌种为种子，采用该谷氨酸发酵在线检测系统在线检测谷氨酸和葡萄糖浓度的方法，包括以下步骤：
1）定标：系统控制采样阀3由标样池4抽取40uL标准溶液至生物传感器反应池8，同时由反应池清洗泵17向生物传感反应池8内泵入20mL的缓冲溶液，测定标准溶液中葡萄糖和谷氨酸的浓度；连续测定两次，两次测量结果误差小于4%（设定值），系统显示定标通过；
2）OD值测试：设置取样间隔为100min，控制系统根据设置的时间间隔控制采样泵14抽取发酵罐中的发酵液至采样池4；采样阀3由采样池4抽取40μL发酵液至比色稀释池5，然后稀释液注入阀2抽取稀释液至比色稀释池5对发酵液进行10倍稀释，发酵液OD值直接显示在计算机上；
3）样品测试：采样阀3由比色稀释池5抽取40μL的样品溶液至稀释池7；系统控制稀释液注入阀2向稀释池7中注入稀释液，系统根据预先的稀释倍数进一步对比色稀释池中的发酵液定量稀释，稀释倍数为20倍；稀释完毕后，采样阀3由稀释池7抽取稀释后的样品溶液至生物传感器反应池8，同时由反应池清洗泵17向生物传感反应池8内泵入定量的缓冲溶液，测试葡萄糖和谷氨酸的浓度并存储至计算机；
每次测试完毕，系统自动启动废液排空泵15和反应池排空泵16，将采样池4、比色稀释池5、稀释池7、和生物传感器反应池8中的溶液抽至废液池，同时启动采样泵14将采样池4中的溶液抽至废液池19；
4）清洗：测试完毕后，反应池清洗泵17抽取缓冲液至生物传感器反应池8，以清洗生物传感器反应池8，清洗完毕后由反应池排空泵16将缓冲液抽至废液池19。
其中，稀释液的组成为：苯甲酸钠和EDTA二钠的混合水溶液，苯甲酸钠的质量浓度为2%，EDTA二钠的质量浓度为1%。缓冲溶液为磷酸缓冲溶液。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种在线检测谷氨酸和葡萄糖浓度的方法，其特征在于，所述在线检测谷氨酸和葡萄糖浓度的方法采用谷氨酸发酵在线检测系统如下：
一种谷氨酸发酵在线检测系统，包括采样泵，所述采样泵入口端通过管道连通有发酵罐，所述采样泵出口端通过管道连通有采样池，所述采样池底部通过管道连通有废液排空泵，其特征在于，还包括：
稀释池，设置在所述采样池右侧并与所述采样池处于同一直线上，作为稀释液和样品的混合池，其底部通过管道连通所述废液排空泵入口端，所述废液排空泵的出口端通过管道连通废液池；
稀释液注入阀，与机械手固定连接，用于向所述稀释池中注入稀释液；
生物传感器反应池，设置在所述稀释池右侧，其底部通过管道连通有反应池清洗泵出口端，所述反应池清洗泵入口端通过管道连通有缓冲液储罐；其底部通过另一管道连通有反应池排空泵的入口端，所述反应池排空泵的出口端通过管道连通所述废液池；所述生物传感器反应池中设置有贴有葡萄糖氧化酶酶膜的第一过氧化氢酶电极、贴有谷氨酸氧化酶酶膜的第二过氧化氢酶电极；所述第一过氧化氢酶电极和第二过氧化氢酶电极电连接有ADS转换系统，所述ADS转换系统连接计算机的控制系统；
标样池，设置在所述稀释池与所述采样池之间，用于盛装标定所述第一过氧化氢酶电极和所述第二过氧化氢酶电极的标准溶液；
采样阀，与所述机械手固定连接，用于抽取所述采样池、稀释池或标样池中的样品至所述生物传感器反应池；
控制系统，电连接所述采样泵，控制所述采样泵的采样间隔、采样量；电连接所述机械手，控制所述机械手的运动方向；电连接所述稀释液注入阀，控制稀释液注入量以及注入位置；电连接所述采样阀，控制所述采样阀的采样位置、采样量以及注入位置；电连接并控制所述采样泵、反应池排空泵、废液排空泵、反应池清洗泵；
比色稀释池，所述比色稀释池包括盛装样品的池体，所述池体侧壁相对设置光源发射装置和光源吸收装置，所述光源为570nm光源，所述光源经所述池体中的样品后进入光源吸收装置，由光源吸收装置测试样品的OD值并将光吸收信号通过ADS转换器传输并存储至计算机；所述池体底部通过管道连通所述废液排空泵的入口；
所述在线检测谷氨酸和葡萄糖浓度的方法，包括以下步骤：
1)定标：所述控制系统控制所述采样阀由所述标样池抽取10-60uL标准溶液至所述生物传感器反应池，同时由所述反应池清洗泵向所述生物传感器反应池内泵入定量的缓冲溶液，测定所述标准溶液中葡萄糖和谷氨酸的浓度；连续测定至少两次，连续两次测量结果误差小于设定值，定标通过；
2)OD值测试：设置取样间隔为7-255min，所述控制系统根据设置的时间间隔控制所述采样泵抽取所述发酵罐中的发酵液至所述采样池；所述采样阀由所述采样池抽取10-60μL所述发酵液至所述比色稀释池，然后所述稀释液注入阀抽取稀释液至所述比色稀释池对所述发酵液进行定量稀释，所述发酵液OD值直接显示在计算机上；
3)样品测试：所述采样阀由所述比色稀释池抽取10-60μL的样品溶液至所述稀释池；所述控制系统控制所述稀释液注入阀向所述稀释池中注入稀释液，根据预先的稀释倍数进一步对所述比色稀释池中的发酵液定量稀释，所述稀释倍数为0-500倍；稀释完毕后，所述采样阀由所述稀释池抽取稀释后的样品溶液至所述生物传感器反应池，同时由所述反应池清洗泵向所述生物传感器反应池内泵入定量的缓冲溶液，测试葡萄糖和谷氨酸的浓度并存储至计算机；
每次测试完毕，所述废液排空泵和反应池排空泵在所述控制系统的控制下自动启动，将所述采样池、比色稀释池、稀释池和/或生物传感器反应池中的溶液抽至废液池，同时启动所述采样泵将所述采样池中的溶液抽至所述废液池；
4)清洗：测试完毕后，所述反应池清洗泵抽取缓冲液至所述生物传感器反应池，以清洗所述生物传感器反应池，清洗完毕后由所述反应池排空泵将所述缓冲液抽至所述废液池。
2.如权利要求1所述的在线检测谷氨酸和葡萄糖浓度的方法，其特征在于：所述稀释液为苯甲酸钠和EDTA二钠的混合水溶液，所述苯甲酸钠的质量浓度为2％，所述EDTA二钠的质量浓度为1％。
3.如权利要求1所述的在线检测谷氨酸和葡萄糖浓度的方法，其特征在于：所述缓冲溶液为磷酸缓冲溶液。
4.如权利要求1所述的在线检测谷氨酸和葡萄糖浓度的方法，其特征在于：步骤1)中，所述两次测量结果误差设定值范围为0.1-4％。
5.如权利要求1所述的在线检测谷氨酸和葡萄糖浓度的方法，其特征在于：步骤2)中，所述的发酵液的定量稀释为对发酵液稀释10倍。
6.如权利要求1所述的在线检测谷氨酸和葡萄糖浓度的方法，其特征在于：所述生物传感器反应池侧壁上部连通有液面控制管，所述液面控制管另一端连通所述废液池。
7.如权利要求6所述的在线检测谷氨酸和葡萄糖浓度的方法，其特征在于：所述采样泵、废液排空泵、反应池排空泵和反应池清洗泵均为蠕动泵。
8.如权利要求7所述的在线检测谷氨酸和葡萄糖浓度的方法，其特征在于：所述稀释池、比色稀释池和/或生物传感器反应池底部设置有搅拌机构，所述搅拌机构由所述控制系统控制。
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Granted publication date: 20151209 Termination date: 20161219 |
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