谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)及采用該系統(tǒng)在線檢測(cè)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)和采用該系統(tǒng)在線檢測(cè)的方法，在線檢測(cè)谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中葡萄糖和谷氨酸濃度，以解決谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中由于生化參數(shù)的時(shí)變性、相關(guān)性、滯后性以及不可避免的人為干預(yù)等擾動(dòng)，及若干關(guān)于底物消耗、菌體生長(zhǎng)、產(chǎn)物生成的數(shù)學(xué)模型付諸實(shí)施的可靠性較小的問(wèn)題。本發(fā)明的谷氨酸在線檢測(cè)葡萄糖和谷氨酸濃度的方法完全由程序自動(dòng)控制完成，不需人工取樣，而且本發(fā)明方法可同時(shí)測(cè)得谷氨酸和葡萄糖的濃度并將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)保存，根據(jù)不同發(fā)酵階段葡萄糖濃度和谷氨酸濃度研究谷氨酸發(fā)酵動(dòng)力學(xué)，更好的控制發(fā)酵過(guò)程。
【專利說(shuō)明】谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)及采用該系統(tǒng)在線檢測(cè)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及谷氨酸發(fā)酵【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)及采用該系統(tǒng)在線檢測(cè)的方法。本發(fā)明的谷氨酸發(fā)酵過(guò)程生物量在線檢測(cè)方法，可自動(dòng)化完成對(duì)多種生物參數(shù)的檢測(cè)，避免了人工誤差簡(jiǎn)化了測(cè)定工序；并且可以同時(shí)檢測(cè)底物、目標(biāo)產(chǎn)物。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)酵的目的是大量積累人們所需要的微生物代謝產(chǎn)物；代謝的人工控制是人為地打破微生物的代謝控制體系，使代謝朝著人們希望的方向進(jìn)行。
[0003]生物制造是利用細(xì)胞或酶的生物催化功能進(jìn)行大規(guī)模的物質(zhì)加工與轉(zhuǎn)化的先進(jìn)生產(chǎn)方式，是基于現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、飼料、造紙、皮革、紡織、化工、日化、能源和環(huán)保等許多重要領(lǐng)域
[0004]發(fā)酵動(dòng)力學(xué)是生物反應(yīng)工程學(xué)的理論基礎(chǔ)之一，是研究各種環(huán)境因素與細(xì)胞(微生物)代謝活動(dòng)之間的相互作用隨時(shí)間變化規(guī)律的科學(xué)。具體內(nèi)容有微生物生長(zhǎng)過(guò)程中質(zhì)量的平衡、發(fā)酵過(guò)程中菌體的生長(zhǎng)速率、基質(zhì)消耗速率和產(chǎn)物生成速率的相互關(guān)系、環(huán)境因素對(duì)三者的影響以及影響反應(yīng)速率的因素。加強(qiáng)對(duì)發(fā)酵過(guò)程動(dòng)力學(xué)的研究，可為工業(yè)發(fā)酵的模擬、優(yōu)化和控制奠定理論基礎(chǔ)，對(duì)深入認(rèn)識(shí)和掌握發(fā)酵過(guò)程，改造和提升傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)的高效、低耗，提高產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的作用。
[0005]近年來(lái)，采用計(jì)算機(jī)控制的分批補(bǔ)料發(fā)酵過(guò)程的優(yōu)化已廣為人們關(guān)注。然而實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過(guò)程的在線優(yōu)化控制難度較大，主要原因在于:(1)發(fā)酵過(guò)程是動(dòng)態(tài)的非線性過(guò)程，
(2)缺乏精確的過(guò)程模型，(3)模型參數(shù)易變，(4)缺乏可靠的生物傳感器，使得一些重要的狀態(tài)變量如菌體濃度、產(chǎn)物濃度、基質(zhì)濃度無(wú)法在線測(cè)量。對(duì)于表征發(fā)酵過(guò)程狀態(tài)的主要生化指標(biāo)，如糖酸轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)酸率、殘?zhí)堑?，基本上由人工在現(xiàn)場(chǎng)采樣再到化驗(yàn)室分析，并且一次性只可以分析一種生化參數(shù)。模型參數(shù)的時(shí)變性、相關(guān)性、滯后性以及不可避免的人為干預(yù)等擾動(dòng)，使若干關(guān)于底物消耗、菌體生長(zhǎng)、產(chǎn)物生成的數(shù)學(xué)模型付諸實(shí)施的可靠性較小，導(dǎo)致很多發(fā)酵控制模式在實(shí)際生產(chǎn)中達(dá)不到預(yù)期的應(yīng)用效果。
[0006]發(fā)酵過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是今后發(fā)酵行業(yè)轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式、提高生產(chǎn)效率的必然途徑，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的基礎(chǔ)就是建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)目前的研究成果，在模型建立方面，缺乏發(fā)酵過(guò)程生物(生化)參數(shù)的在線檢測(cè)技術(shù)和方法，這已成為制約計(jì)算機(jī)控制技術(shù)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)和采用該系統(tǒng)在線檢測(cè)的方法，以解決谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中由于生化參數(shù)的時(shí)變性、相關(guān)性、滯后性以及不可避免的人為干預(yù)等擾動(dòng)，及若干關(guān)于底物消耗、菌體生長(zhǎng)、產(chǎn)物生成的數(shù)學(xué)模型付諸實(shí)施的可靠性較小的問(wèn)題。[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)，包括采樣泵，所述采樣泵入口端通過(guò)管道連通有發(fā)酵罐，所述采樣泵出口端通過(guò)管道連通有采樣池，所述采樣池底部通過(guò)管道連通有廢液排空泵；
[0010]稀釋池，設(shè)置在所述采樣池右側(cè)并與所述采樣池處于同一直線上，作為稀釋液和樣品的混合池，其底部通過(guò)管道連通所述廢液排空泵入口端，所述廢液排空泵的出口端通過(guò)管道連通廢液池；
[0011]稀釋液注入閥，與機(jī)械手固定連接，用于向所述稀釋池中注入稀釋液；
[0012]生物傳感器反應(yīng)池，設(shè)置在所述稀釋池右側(cè)，其底部通過(guò)管道連通有反應(yīng)池清洗泵出口端，所述反應(yīng)池清洗泵入口端通過(guò)管道連通有緩沖液儲(chǔ)罐；其底部通過(guò)另一管道連通有反應(yīng)池排空泵的入口端，所述反應(yīng)池排空泵的出口端通過(guò)管道連通所述廢液池；所述生物傳感器反應(yīng)池中設(shè)置有貼有葡萄糖氧化酶酶膜的第一過(guò)氧化氫酶電極、貼有谷氨酸氧化酶酶膜的第二過(guò)氧化氫酶電極；所述第一過(guò)氧化氫酶電極和第二過(guò)氧化氫酶電極電連接有ADS轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述ADS轉(zhuǎn)換系統(tǒng)連接計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)；
[0013]標(biāo)樣池，設(shè)置在所述稀釋池與所述采樣池之間，用于盛裝標(biāo)定所述第一過(guò)氧化氫酶電極和所述第二過(guò)氧化氫酶電極的標(biāo)準(zhǔn)溶液；
[0014]采樣閥，與所述機(jī)械手固定連接，用于抽取所述采樣池、稀釋池或標(biāo)樣池中的樣品至所述生物傳感器反應(yīng)池；
[0015]控制系統(tǒng)，電連接所述采樣泵，控制所述采樣泵的采樣間隔、采樣量；電連接所述機(jī)械手，控制所述機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)方向；電連接所述稀釋液注入閥，控制稀釋液注入量以及注入位置；電連接所述采樣閥，控制所述采樣閥的采樣位置、采樣量以及注入位置；電連接并控制所述采樣泵、反應(yīng)池排空泵、廢液排空泵、反應(yīng)池清洗泵。
[0016]優(yōu)選的，還包括比色稀釋池，所述比色稀釋池包括盛裝樣品的池體，所述池體側(cè)壁相對(duì)設(shè)置光源發(fā)射裝置和光源吸收裝置，所述光源為570nm光源，所述光源經(jīng)所述池體中的樣品后進(jìn)入光源吸收裝置，由光源吸收裝置測(cè)試樣品的OD值并將光吸收信號(hào)通過(guò)ADS轉(zhuǎn)換器傳輸并存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)；所述池體底部通過(guò)管道連通所述廢液排空泵的入口。
[0017]進(jìn)一步的，所述生物傳感器反應(yīng)池側(cè)壁上部連通有液面控制管，所述液面控制管另一端連通所述廢液池。
[0018]進(jìn)一步的，所述采樣泵、廢液排空泵、反應(yīng)池排空泵和反應(yīng)池清洗泵均為蠕動(dòng)泵。
[0019]進(jìn)一步的，所述稀釋池、比色稀釋池和/或生物傳感器反應(yīng)池底部設(shè)置有攪拌機(jī)構(gòu)，所述攪拌機(jī)構(gòu)由所述控制系統(tǒng)控制。
[0020]采用所述的谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)在線檢測(cè)谷氨酸和葡萄糖濃度的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0021]I)定標(biāo):所述控制系統(tǒng)控制所述采樣閥由所述標(biāo)樣池抽取10-60UL標(biāo)準(zhǔn)溶液至所述生物傳感器反應(yīng)池，同時(shí)由所述反應(yīng)池清洗泵向所述生物傳感反應(yīng)池內(nèi)泵入定量的緩沖溶液，測(cè)定所述標(biāo)準(zhǔn)溶液中葡萄糖和谷氨酸的濃度；連續(xù)測(cè)定至少兩次，連續(xù)兩次測(cè)量結(jié)果誤差小于設(shè)定值，定標(biāo)通過(guò)；
[0022]2)0D值測(cè)試:設(shè)置取樣間隔為7_255min，所述控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的時(shí)間間隔控制所述采樣泵抽取所述發(fā)酵罐中的發(fā)酵液至所述采樣池；所述采樣閥由所述采樣池抽取10-60 μ L所述發(fā)酵液至所述比色稀釋池，然后所述稀釋液注入閥抽取稀釋液至所述比色稀釋池對(duì)所述發(fā)酵液進(jìn)行定量稀釋，所述發(fā)酵液OD值直接顯示在計(jì)算機(jī)上；
[0023]3)樣品測(cè)試:所述采樣閥由所述比色稀釋池抽取10-60 μ L的樣品溶液至所述稀釋池；所述控制系統(tǒng)控制所述稀釋液注入閥向所述稀釋池中注入稀釋液，根據(jù)預(yù)先的稀釋倍數(shù)進(jìn)一步對(duì)所述比色稀釋池中的發(fā)酵液定量稀釋，所述稀釋倍數(shù)為0-500倍；稀釋完畢后，所述采樣閥由所述稀釋池抽取稀釋后的樣品溶液至所述生物傳感器反應(yīng)池，同時(shí)由所述反應(yīng)池清洗泵向所述生物傳感器反應(yīng)池內(nèi)泵入定量的緩沖溶液，測(cè)試葡萄糖和谷氨酸的濃度并存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)；
[0024]每次測(cè)試完畢，所述廢液排空泵和反應(yīng)池排空泵在所述控制系統(tǒng)的控制下自動(dòng)啟動(dòng)，將所述采樣池、比色稀釋池、稀釋池和/或生物傳感器反應(yīng)池中的溶液抽至廢液池，同時(shí)啟動(dòng)所述采樣泵將所述采樣池中的溶液抽至所述廢液池；
[0025]4)清洗:測(cè)試完畢后，所述反應(yīng)池清洗泵抽取緩沖液至所述生物傳感器反應(yīng)池，以清洗所述生物傳感器反應(yīng)池，清洗完畢后由所述反應(yīng)池排空泵將所述緩沖液抽至所述廢液池。
[0026]優(yōu)選的，所述稀釋液為苯甲酸鈉和EDTA 二鈉的混合水溶液，所述苯甲酸鈉的質(zhì)量濃度為2%，所述EDTA 二鈉的質(zhì)量濃度為1%。
[0027]優(yōu)選的，所述緩沖溶液為磷酸緩沖溶液。
[0028]優(yōu)選的，步驟I)中，所述兩次測(cè)量結(jié)果誤差設(shè)定值范圍為0.1_4%。
[0029]優(yōu)選的，步驟2)中，所述的發(fā)酵液的定量稀釋為對(duì)發(fā)酵液稀釋10倍。
[0030]向所述生物傳感器反應(yīng)池泵入緩沖液，一方面用于調(diào)節(jié)生物傳感器反應(yīng)池中的pH值，使生物傳感器反應(yīng)池中的PH維持在葡萄糖氧化酶和谷氨酸氧化酶最適宜的pH附近；另一方面，緩沖液起到介質(zhì)作用，由于采樣閥僅抽取10-60 μ L樣品溶液至所述生物傳感器反應(yīng)池中進(jìn)行測(cè)試，這么少的溶液接觸不到所述第一過(guò)氧化氫酶電極和第二過(guò)氧化氫酶電極，無(wú)法測(cè)試，采用緩沖溶液作為介質(zhì)，使得所述第一過(guò)氧化氫酶電極和第二過(guò)氧化氫酶電極被溶液浸沒(méi)，便于測(cè)試。
[0031]采用第一過(guò)氧化氫酶電極和第二過(guò)氧化氫酶電極測(cè)試葡萄糖濃度和谷氨酸濃度的原理在于:發(fā)酵液中的底物與相應(yīng)酶發(fā)生生化反應(yīng)，酶反應(yīng)放出的H2O2透過(guò)酶膜的內(nèi)層在鉬金電極表面失去電子還原成H2O,鉬金電極得失電子產(chǎn)生電流信號(hào),該電流信號(hào)與H2O2的濃度成比例，而H2O2濃度與底物濃度成線性比例關(guān)系，通過(guò)比較被測(cè)物和標(biāo)準(zhǔn)樣品產(chǎn)生的電信號(hào)的大小，就可計(jì)算出被測(cè)樣品中底物的含量，然后經(jīng)ADS轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，將該信息存入計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存。
[0032]本發(fā)明的有益效果為:
[0033]本發(fā)明的谷氨酸在線檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本發(fā)明的使用該檢測(cè)系統(tǒng)在線檢測(cè)谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中葡萄糖和谷氨酸濃度的方法完全由程序自動(dòng)控制完成，不需人工取樣，而且本發(fā)明方法可同時(shí)測(cè)得谷氨酸和葡萄糖的濃度并將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)保存，根據(jù)不同發(fā)酵階段葡萄糖濃度和谷氨酸濃度研究谷氨酸發(fā)酵動(dòng)力學(xué)，更好的控制發(fā)酵過(guò)程。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為本發(fā)明的谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；[0035]圖2為本發(fā)明的谷氨酸在線檢測(cè)系統(tǒng)中控制系統(tǒng)與各部件連接關(guān)系框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0037]如圖1所示，一種谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)，包括由左至右依次呈直線排布的采樣池4、比色稀釋池5、標(biāo)樣池6、稀釋池7和生物傳感器反應(yīng)池8。在采樣池4、比色稀釋池
5、標(biāo)樣池6、稀釋池7和生物傳感器反應(yīng)池8的上部空間設(shè)置機(jī)械手1，機(jī)械手上固定連接稀釋液注入閥2和采樣閥3。稀釋液注入閥2在機(jī)械手I的帶動(dòng)下將抽取的稀釋液注入比色稀釋池5或稀釋池7。采樣閥3在機(jī)械手的帶動(dòng)下抽取采樣池4、比色稀釋池5、標(biāo)樣池6或稀釋池7中的樣品至生物傳感器反應(yīng)池8。
[0038]稀釋池7、比色稀釋池5和生物傳感器反應(yīng)池8底部分別設(shè)置第一攪拌機(jī)11、第二攪拌機(jī)12、第三攪拌機(jī)13。
[0039]該谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)采樣泵14由發(fā)酵罐中取樣，采樣泵14入口端通過(guò)管道連通發(fā)酵罐，采樣泵14出口端通過(guò)管道連通有采樣池4，采樣池4底部通過(guò)管道連通有廢液排空泵15。
[0040]比色稀釋池5包括盛裝樣品的池體，池體側(cè)壁相對(duì)設(shè)置光源發(fā)射裝置20和光源吸收裝置21，光源為570nm光源，光源經(jīng)池體中的樣品后進(jìn)入光源吸收裝置21，由光源吸收裝置21測(cè)試樣品的OD值并將光吸收信號(hào)通過(guò)ADS轉(zhuǎn)換器傳輸并存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)；池體底部通過(guò)管道連通廢液排空泵15的入口。
[0041]在樣品濃度較大時(shí)，需要對(duì)樣品進(jìn)行稀釋，稀釋池7作為稀釋液和樣品的混合池。稀釋池7底部通過(guò)管道連通廢液排空泵15入口端，廢液排空泵15的出口端通過(guò)管道連通廢液池19。
[0042]稀釋液注入閥2在機(jī)械手I的帶動(dòng)下由稀釋液儲(chǔ)罐抽取稀釋液并注入稀釋池7或比色稀釋池5。
[0043]生物傳感器反應(yīng)池8的底部通過(guò)管道連通有反應(yīng)池清洗泵17的出口端，反應(yīng)池清洗泵17入口端通過(guò)管道連通有緩沖液儲(chǔ)罐18 ;生物傳感器反應(yīng)池8底部通過(guò)另一管道連通有反應(yīng)池排空泵16的入口端，反應(yīng)池排空泵16的出口端通過(guò)管道連通廢液池；生物傳感器反應(yīng)池8中設(shè)置有貼有葡萄糖氧化酶酶膜的第一過(guò)氧化氫酶電極9、貼有谷氨酸氧化酶酶膜的第二過(guò)氧化氫酶電極10 ;第一過(guò)氧化氫酶電極9和第二過(guò)氧化氫酶電極10電連接有ADS轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，ADS轉(zhuǎn)換系統(tǒng)連接計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)。另外，生物傳感器反應(yīng)池8側(cè)壁上部連通液面控制管22，液面控制管22另一端連通廢液池19。
[0044]標(biāo)樣池6，用于盛裝標(biāo)定第一過(guò)氧化氫酶電極9和第二過(guò)氧化氫酶電極10的標(biāo)準(zhǔn)溶液；
[0045]采樣閥3，用于抽取采樣池4、比色稀釋池5、稀釋池7或標(biāo)樣池6中的樣品至生物傳感器反應(yīng)池8。
[0046]采樣泵14、廢液排空泵15、反應(yīng)池排空泵16、反應(yīng)池清洗泵17均為蠕動(dòng)泵。[0047]如圖2所示，本發(fā)明的谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)，電連接采樣泵14，控制采樣泵14的采樣間隔、采樣量；電連接機(jī)械手I，控制機(jī)械手I的運(yùn)動(dòng)方向；電連接稀釋液注入閥2，控制稀釋液注入量以及注入位置；電連接采樣閥3，控制采樣閥的采樣位置、采樣量以及注入位置；電連接并控制第一攪拌機(jī)11、第二攪拌機(jī)12、第三攪拌機(jī)13 ;電連接并控制反應(yīng)池排空泵16、廢液排空泵15、反應(yīng)池清洗泵17的啟動(dòng)與關(guān)閉。
[0048]下面以具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明:
[0049]實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備:
[0050]1、種子培養(yǎng):配制種子培養(yǎng)基(糖0.25%，磷酸氫二鉀0.02%，硫酸鎂0.01%，尿素
0.05%，玉米漿0.03%),在高壓蒸汽滅菌鍋(1200C，20min)中滅菌，冷卻好接入活化的谷氨酸棒狀桿菌屬，放在搖床上培養(yǎng)8h ；
[0051]2、擴(kuò)大培養(yǎng):在發(fā)酵罐中配好發(fā)酵培養(yǎng)基(糖0.55%，磷酸氫二鉀0.02%，硫酸鎂
0.01%，尿素0.05%，玉米漿0.05%),向并向發(fā)酵培養(yǎng)基中插入pH電極和溶氧電極，校正ph電極后，將發(fā)酵罐所有的管道出口都扎好，在高壓滅菌鍋(120°C，20min)中滅菌，冷卻后通氣通水(通氣是往發(fā)酵罐里通氣，保證發(fā)酵罐內(nèi)有壓力，防止染菌；通水是在發(fā)酵罐底部的循環(huán)水，因?yàn)榘l(fā)酵要控制溫度，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，循環(huán)水自動(dòng)接通，用來(lái)冷卻)，校正溶氧電極，然后進(jìn)行無(wú)菌操作，將搖瓶?jī)?nèi)培養(yǎng)的種子接入發(fā)酵罐，擴(kuò)大培養(yǎng)。其中發(fā)酵溫度32°C、溶氧大于15%、pH7.2、發(fā)酵罐的攪拌速度250r/min，這些參數(shù)也可由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制。
[0052]采用的谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)在線檢測(cè)谷氨酸和葡萄糖濃度的方法，包括以下步驟:
[0053]I)定標(biāo):控制系統(tǒng)控制采樣閥由標(biāo)樣池抽取10-60UL標(biāo)準(zhǔn)溶液至生物傳感器反應(yīng)池，同時(shí)由反應(yīng)池清洗泵向生物傳感反應(yīng)池內(nèi)泵入定量的緩沖溶液，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液中葡萄糖和谷氨酸的濃度；連續(xù)測(cè)定至少兩次，連續(xù)兩次測(cè)量結(jié)果誤差小于設(shè)定值，定標(biāo)通過(guò)；
[0054]2)0D值測(cè)試:設(shè)置取樣間隔為7_255min，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的時(shí)間間隔控制采樣泵抽取發(fā)酵罐中的發(fā)酵液至采樣池；采樣閥由采樣池抽取10-60 μ L發(fā)酵液至比色稀釋池，然后稀釋液注入閥抽取稀釋液至比色稀釋池對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行定量稀釋，發(fā)酵液OD值直接顯示在計(jì)算機(jī)上；
[0055]3)樣品測(cè)試:采樣閥由比色稀釋池抽取10-60 μ L的樣品溶液至稀釋池；控制系統(tǒng)控制稀釋液注入閥向稀釋池中注入稀釋液，根據(jù)預(yù)先的稀釋倍數(shù)進(jìn)一步對(duì)比色稀釋池中的發(fā)酵液定量稀釋，稀釋倍數(shù)為0-500倍；稀釋完畢后，采樣閥由稀釋池抽取稀釋后的樣品溶液至生物傳感器反應(yīng)池，同時(shí)由反應(yīng)池清洗泵向生物傳感器反應(yīng)池內(nèi)泵入定量的緩沖溶液，測(cè)試葡萄糖和谷氨酸的濃度并存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)；
[0056]每次測(cè)試完畢，廢液排空泵和反應(yīng)池排空泵在控制系統(tǒng)的控制下自動(dòng)啟動(dòng)，將采樣池、比色稀釋池、稀釋池和/或生物傳感器反應(yīng)池中的溶液抽至廢液池，同時(shí)啟動(dòng)采樣泵將采樣池中的溶液抽至廢液池；
[0057]4)清洗:測(cè)試完畢后，反應(yīng)池清洗泵抽取緩沖液至生物傳感器反應(yīng)池，以清洗生物傳感器反應(yīng)池，清洗完畢后由反應(yīng)池排空泵將緩沖液抽至廢液池。
[0058]作為優(yōu)選實(shí)施方式，稀釋液為苯甲酸鈉和EDTA 二鈉的混合水溶液，苯甲酸鈉的質(zhì)量濃度為2%，EDTA 二鈉的質(zhì)量濃度為1%。
[0059]作為優(yōu)選實(shí)施方式，緩沖溶液為磷酸緩沖溶液。[0060]作為優(yōu)選實(shí)施方式，步驟I)中，兩次測(cè)量結(jié)果誤差設(shè)定值范圍為0.1-4%。
[0061]作為優(yōu)選實(shí)施方式，步驟2)中，的發(fā)酵液的定量稀釋為對(duì)發(fā)酵液稀釋10倍。
[0062]實(shí)施例1:
[0063]選用2012年12月轉(zhuǎn)接的菌種為種子，采用該谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)在線檢測(cè)谷氨酸和葡萄糖濃度的方法，包括以下步驟:
[0064]I)定標(biāo):系統(tǒng)控制采樣閥3由標(biāo)樣池4抽取40uL標(biāo)準(zhǔn)溶液至生物傳感器反應(yīng)池8，同時(shí)由反應(yīng)池清洗泵17向生物傳感反應(yīng)池8內(nèi)泵入20mL的緩沖溶液，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液中葡萄糖和谷氨酸的濃度；連續(xù)測(cè)定兩次，兩次測(cè)量結(jié)果誤差小于4%(設(shè)定值)，系統(tǒng)顯示定標(biāo)通過(guò)；
[0065]2)0D值測(cè)試:設(shè)置取樣間隔為7min，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的時(shí)間間隔控制采樣泵14抽取發(fā)酵罐中的發(fā)酵液至采樣池4 ;采樣閥3由采樣池4抽取40 μ L發(fā)酵液至比色稀釋池5，然后稀釋液注入閥2抽取稀釋液至比色稀釋池5對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行稀釋10倍，發(fā)酵液OD值直接顯示在計(jì)算機(jī)上；
[0066]3)樣品測(cè)試:采樣閥3由比色稀釋池5抽取40 μ L的樣品溶液至稀釋池7 ;系統(tǒng)控制稀釋液注入閥2向稀釋池7中注入稀釋液，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先的稀釋倍數(shù)進(jìn)一步對(duì)比色稀釋池中的發(fā)酵液定量稀釋，設(shè)置稀釋倍數(shù)為O倍(不稀釋);采樣閥3由稀釋池7抽取樣品溶液至生物傳感器反應(yīng)池8，同時(shí)由反應(yīng)池清洗泵17向生物傳感反應(yīng)池8內(nèi)泵入20mL的緩沖溶液，測(cè)試葡萄糖和谷氨酸的濃度并存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)；
[0067]每次測(cè)試完畢，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)廢液排空泵15和反應(yīng)池排空泵16，將采樣池4、比色稀釋池5、稀釋池7和/或生物傳感器反應(yīng)池8中的溶液抽至廢液池，同時(shí)啟動(dòng)采樣泵14將采樣池4中的溶液抽至廢液池19 ；
[0068]4)清洗:測(cè)試完畢后，反應(yīng)池清洗泵17抽取緩沖液至生物傳感器反應(yīng)池8，以清洗生物傳感器反應(yīng)池8，清洗完畢后由反應(yīng)池排空泵16將緩沖液抽至廢液池19。
[0069]其中，稀釋液的組成為:苯甲酸鈉和EDTA 二鈉的混合水溶液，苯甲酸鈉的質(zhì)量濃度為2%，EDTA 二鈉的質(zhì)量濃度為1%。
[0070]緩沖溶液為磷酸緩沖溶液。
[0071]實(shí)施例2:
[0072]選用2013年2月轉(zhuǎn)接的菌種為種子，采用該谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)在線檢測(cè)谷氨酸和葡萄糖濃度的方法，包括以下步驟:
[0073]I)定標(biāo):系統(tǒng)控制采樣閥3由標(biāo)樣池4抽取40uL標(biāo)準(zhǔn)溶液至生物傳感器反應(yīng)池8，同時(shí)由反應(yīng)池清洗泵17向生物傳感反應(yīng)池8內(nèi)泵入20mL的緩沖溶液，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液中葡萄糖和谷氨酸的濃度；連續(xù)測(cè)定三次，連續(xù)兩次的測(cè)量結(jié)果誤差小于4%(設(shè)定值)，系統(tǒng)顯示定標(biāo)通過(guò)；
[0074]2)0D值測(cè)試:設(shè)置取樣間隔為255min，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的時(shí)間間隔控制采樣泵14抽取發(fā)酵罐中的發(fā)酵液至采樣池4 ;采樣閥3由采樣池4抽取60 μ L發(fā)酵液至比色稀釋池5，然后稀釋液注入閥2抽取稀釋液至比色稀釋池5對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行10倍稀釋，發(fā)酵液OD值直接顯示在計(jì)算機(jī)上；
[0075]3)樣品測(cè)試:采樣閥3由比色稀釋池5抽取40 μ L的樣品溶液至稀釋池7 ;系統(tǒng)控制稀釋液注入閥2向稀釋池7中注入稀釋液，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先的稀釋倍數(shù)進(jìn)一步對(duì)比色稀釋池中的發(fā)酵液定量稀釋，稀釋倍數(shù)為500倍；稀釋完畢后，采樣閥3由稀釋池7抽取稀釋后的樣品溶液至生物傳感器反應(yīng)池8，同時(shí)由反應(yīng)池清洗泵17向生物傳感反應(yīng)池8內(nèi)泵入定量的緩沖溶液，測(cè)試葡萄糖和谷氨酸的濃度并存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)；
[0076]每次測(cè)試完畢，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)廢液排空泵15和反應(yīng)池排空泵16，將采樣池4、比色稀釋池5、稀釋池7、和生物傳感器反應(yīng)池8中的溶液抽至廢液池，同時(shí)啟動(dòng)采樣泵14將采樣池4中的溶液抽至廢液池19 ；
[0077]4)清洗:測(cè)試完畢后，反應(yīng)池清洗泵17抽取緩沖液至生物傳感器反應(yīng)池8，以清洗生物傳感器反應(yīng)池8，清洗完畢后由反應(yīng)池排空泵16將緩沖液抽至廢液池19。
[0078]其中，稀釋液的組成為:苯甲酸鈉和EDTA 二鈉的混合水溶液，苯甲酸鈉的質(zhì)量濃度為2%，EDTA 二鈉的質(zhì)量濃度為1%。緩沖溶液為磷酸緩沖溶液。
[0079]實(shí)施例3:
[0080]選用2013年6月轉(zhuǎn)接的菌種為種子，采用該谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)在線檢測(cè)谷氨酸和葡萄糖濃度的方法，包括以下步驟:
[0081]I)定標(biāo):系統(tǒng)控制采樣閥3由標(biāo)樣池4抽取40uL標(biāo)準(zhǔn)溶液至生物傳感器反應(yīng)池8，同時(shí)由反應(yīng)池清洗泵17向生物傳感反應(yīng)池8內(nèi)泵入20mL的緩沖溶液，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液中葡萄糖和谷氨酸的濃度；連續(xù)測(cè)定兩次，兩次測(cè)量結(jié)果誤差小于4%(設(shè)定值)，系統(tǒng)顯示定標(biāo)通過(guò)；
[0082]2)0D值測(cè)試:設(shè)置取樣間隔為lOOmin，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的時(shí)間間隔控制采樣泵14抽取發(fā)酵罐中的發(fā)酵液至采樣池4 ;采樣閥3由采樣池4抽取40 μ L發(fā)酵液至比色稀釋池5，然后稀釋液注入閥2抽取稀釋液至比色稀釋池5對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行10倍稀釋，發(fā)酵液OD值直接顯示在計(jì)算機(jī)上；
[0083]3)樣品測(cè)試:采樣閥3由比色稀釋池5抽取40 μ L的樣品溶液至稀釋池7 ;系統(tǒng)控制稀釋液注入閥2向稀釋池7中注入稀釋液，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先的稀釋倍數(shù)進(jìn)一步對(duì)比色稀釋池中的發(fā)酵液定量稀釋，稀釋倍數(shù)為20倍；稀釋完畢后，采樣閥3由稀釋池7抽取稀釋后的樣品溶液至生物傳感器反應(yīng)池8，同時(shí)由反應(yīng)池清洗泵17向生物傳感反應(yīng)池8內(nèi)泵入定量的緩沖溶液，測(cè)試葡萄糖和谷氨酸的濃度并存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)；
[0084]每次測(cè)試完畢，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)廢液排空泵15和反應(yīng)池排空泵16，將采樣池4、比色稀釋池5、稀釋池7、和生物傳感器反應(yīng)池8中的溶液抽至廢液池，同時(shí)啟動(dòng)采樣泵14將采樣池4中的溶液抽至廢液池19 ；
[0085]4)清洗:測(cè)試完畢后，反應(yīng)池清洗泵17抽取緩沖液至生物傳感器反應(yīng)池8，以清洗生物傳感器反應(yīng)池8，清洗完畢后由反應(yīng)池排空泵16將緩沖液抽至廢液池19。
[0086]其中，稀釋液的組成為:苯甲酸鈉和EDTA 二鈉的混合水溶液，苯甲酸鈉的質(zhì)量濃度為2%，EDTA 二鈉的質(zhì)量濃度為1%。緩沖溶液為磷酸緩沖溶液。
[0087]以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)，包括采樣泵，所述采樣泵入口端通過(guò)管道連通有發(fā)酵罐，所述采樣泵出口端通過(guò)管道連通有采樣池，所述采樣池底部通過(guò)管道連通有廢液排空泵，其特征在于，還包括: 稀釋池，設(shè)置在所述采樣池右側(cè)并與所述采樣池處于同一直線上，作為稀釋液和樣品的混合池，其底部通過(guò)管道連通所述廢液排空泵入口端，所述廢液排空泵的出口端通過(guò)管道連通廢液池； 稀釋液注入閥，與機(jī)械手固定連接，用于向所述稀釋池中注入稀釋液； 生物傳感器反應(yīng)池，設(shè)置在所述稀釋池右側(cè)，其底部通過(guò)管道連通有反應(yīng)池清洗泵出口端，所述反應(yīng)池清洗泵入口端通過(guò)管道連通有緩沖液儲(chǔ)罐；其底部通過(guò)另一管道連通有反應(yīng)池排空泵的入口端，所述反應(yīng)池排空泵的出口端通過(guò)管道連通所述廢液池；所述生物傳感器反應(yīng)池中設(shè)置有貼有葡萄糖氧化酶酶膜的第一過(guò)氧化氫酶電極、貼有谷氨酸氧化酶酶膜的第二過(guò)氧化氫酶電極；所述第一過(guò)氧化氫酶電極和第二過(guò)氧化氫酶電極電連接有ADS轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述ADS轉(zhuǎn)換系統(tǒng)連接計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)； 標(biāo)樣池，設(shè)置在所述稀釋池與所述采樣池之間，用于盛裝標(biāo)定所述第一過(guò)氧化氫酶電極和所述第二過(guò)氧化氫酶電極的標(biāo)準(zhǔn)溶液； 采樣閥，與所述機(jī)械手固定連接，用于抽取所述采樣池、稀釋池或標(biāo)樣池中的樣品至所述生物傳感器反應(yīng)池； 控制系統(tǒng)，電連接所述采樣泵，控制所述采樣泵的采樣間隔、采樣量；電連接所述機(jī)械手，控制所述機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)方向；電連接所述稀釋液注入閥，控制稀釋液注入量以及注入位置；電連接所述采樣閥，控制所述采樣閥的采樣位置、采樣量以及注入位置；電連接并控制所述采樣泵、反應(yīng)池排空泵、廢液排空泵、反應(yīng)池清洗泵。
2.如權(quán)利要求1所述的谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:還包括比色稀釋池，所述比色稀釋池包括盛裝樣品的池體，所述池體側(cè)壁相對(duì)設(shè)置光源發(fā)射裝置和光源吸收裝置，所述光源為570nm光源，所述光源經(jīng)所述池體中的樣品后進(jìn)入光源吸收裝置，由光源吸收裝置測(cè)試樣品的OD值并將光吸收信號(hào)通過(guò)ADS轉(zhuǎn)換器傳輸并存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)；所述池體底部通過(guò)管道連通所述廢液排空泵的入口。
3.如權(quán)利要求2所述的谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述生物傳感器反應(yīng)池側(cè)壁上部連通有液面控制管，所述液面控制管另一端連通所述廢液池。
4.如權(quán)利要求3所述的谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述采樣泵、廢液排空泵、反應(yīng)池排空泵和反應(yīng)池清洗泵均為蠕動(dòng)泵。
5.如權(quán)利要求4所述的谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述稀釋池、比色稀釋池和/或生物傳感器反應(yīng)池底部設(shè)置有攪拌機(jī)構(gòu)，所述攪拌機(jī)構(gòu)由所述控制系統(tǒng)控制。
6.采用如權(quán)利要求5所述的谷氨酸發(fā)酵在線檢測(cè)系統(tǒng)在線檢測(cè)谷氨酸和葡萄糖濃度的方法，其特征在于，包括以下步驟: O定標(biāo):所述控制系統(tǒng)控制所述采樣閥由所述標(biāo)樣池抽取10-60UL標(biāo)準(zhǔn)溶液至所述生物傳感器反應(yīng)池，同時(shí)由所述反應(yīng)池清洗泵向所述生物傳感反應(yīng)池內(nèi)泵入定量的緩沖溶液，測(cè)定所述標(biāo)準(zhǔn)溶液中葡萄糖和谷氨酸的濃度；連續(xù)測(cè)定至少兩次，連續(xù)兩次測(cè)量結(jié)果誤差小于設(shè)定值，定標(biāo)通過(guò)； 2)OD值測(cè)試:設(shè)置取樣間隔為7-255min，所述控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的時(shí)間間隔控制所述采樣泵抽取所述發(fā)酵罐中的發(fā)酵液至所述采樣池；所述采樣閥由所述采樣池抽取10-60 μ L所述發(fā)酵液至所述比色稀釋池，然后所述稀釋液注入閥抽取稀釋液至所述比色稀釋池對(duì)所述發(fā)酵液進(jìn)行定量稀釋，所述發(fā)酵液OD值直接顯示在計(jì)算機(jī)上； 3)樣品測(cè)試:所述采樣閥由所述比色稀釋池抽取10-60μ L的樣品溶液至所述稀釋池；所述控制系統(tǒng)控制所述稀釋液注入閥向所述稀釋池中注入稀釋液，根據(jù)預(yù)先的稀釋倍數(shù)進(jìn)一步對(duì)所述比色稀釋池中的發(fā)酵液定量稀釋，所述稀釋倍數(shù)為0-500倍；稀釋完畢后，所述采樣閥由所述稀釋池抽取稀釋后的樣品溶液至所述生物傳感器反應(yīng)池，同時(shí)由所述反應(yīng)池清洗泵向所述生物傳感器反應(yīng)池內(nèi)泵入定量的緩沖溶液，測(cè)試葡萄糖和谷氨酸的濃度并存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)； 每次測(cè)試完畢，所 述廢液排空泵和反應(yīng)池排空泵在所述控制系統(tǒng)的控制下自動(dòng)啟動(dòng)，將所述采樣池、比色稀釋池、稀釋池和/或生物傳感器反應(yīng)池中的溶液抽至廢液池，同時(shí)啟動(dòng)所述采樣泵將所述采樣池中的溶液抽至所述廢液池； 4)清洗:測(cè)試完畢后，所述反應(yīng)池清洗泵抽取緩沖液至所述生物傳感器反應(yīng)池，以清洗所述生物傳感器反應(yīng)池，清洗完畢后由所述反應(yīng)池排空泵將所述緩沖液抽至所述廢液池。
7.如權(quán)利要求6所述的在線檢測(cè)谷氨酸和葡萄糖濃度的方法，其特征在于:所述稀釋液為苯甲酸鈉和EDTA 二鈉的混合水溶液，所述苯甲酸鈉的質(zhì)量濃度為2%，所述EDTA 二鈉的質(zhì)量濃度為1%。
8.如權(quán)利要求6所述的在線檢測(cè)谷氨酸和葡萄糖濃度的方法，其特征在于:所述緩沖溶液為磷酸緩沖溶液。
9.如權(quán)利要求6所述的在線檢測(cè)谷氨酸和葡萄糖濃度的方法，其特征在于:步驟I)中，所述兩次測(cè)量結(jié)果誤差設(shè)定值范圍為0.1-4%。
10.如權(quán)利要求6所述的在線檢測(cè)谷氨酸和葡萄糖濃度的方法，其特征在于:步驟2)中，所述的發(fā)酵液的定量稀釋為對(duì)發(fā)酵液稀釋10倍。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK103698541SQ201310705288
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】畢春元, 朱思榮, 周萬(wàn)里, 趙曉華, 史建國(guó) 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院生物研究所