1
生物传感器 (Biosensors)
的研发及其
在发酵工业中的应用
2
一、生物传感器
应用研究概况
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,
4
德国研发的环境废水 BOD分析仪
5
手掌型葡萄糖 (glucose)分析仪
6
系列化生物传感器
技术研发现状
7
SBA-50型单电极生物传感分析仪，是 SBA-
30型乳酸分析仪的更新换代产品
SBA-40C生物传感分析仪能分析仪
9
实验室制造的生物传感分析仪
发酵罐
主机
计算机
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
11
SBA-70型血糖乳酸自动分析仪
12
二、生物传感器
的应用
13
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东北
46
华北
93
华东
148 华南
31
华中
58
西部
25
生物传感器在全国应用数量和地理分布
台湾
2
14
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。
15
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
16
在我国发酵工厂普及应用的 SBA-40型
谷氨酸 -葡萄糖双功能分析仪
工厂发酵车间化验
员正在分析样品
17
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 。
18
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
19
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%
20
5、监控淀粉糖的水解
在淀粉糖的水解中，葡萄糖与还原糖的
比值可衡量糖质量。发酵中糖液质量
是至关重要的，糖化不好时不仅浪费
了粮食而且会造成发酵中泡沫增多，
通气不良，乳酸增高；对后提取也带
来很多麻烦；并将增加污水排放的 BOD
量。
21
6、酶活力的快速测定
(1) 糖化酶活力的快速测定可正确控制
糖水解时的加酶量，提高糖液的质量。
可以在 SBA分析仪通过预设定的快速分
析程序，在三分钟得到结果
(2) 辨别纯生啤酒的真假；比较不同厂
家产品的质量：通过检测蔗糖水解酶水解
产生的葡萄糖来快速分析。
22
7、极低浓度产品的纯度检验
在木糖醇产品纯度检验中，可检测残
留不到 1%的葡萄糖量，在 99%以上的木
糖醇产品中方便地检测葡萄糖的含量。
使产品符合出口要求。
在 BOD标准液的检验中准确得到低浓
度的葡萄糖和谷氨酸标准的变化情况。
23
8、蛋白酶活性的快速测定
? 测定原理：酪蛋白在蛋白酶作用下产生谷氨
酸，测定经一定反应时间后，所产生的谷氨
酸量
? 程序：用本仪器主机提供的标准程序，设定
标准值 =1000
? 酶膜：谷氨酸氧化酶酶膜
? 操作方法举例 ( 略 )
24
9、麦芽糖快速测定
测定原理,
?方法,在一定浓度的麦芽糖溶液中加入葡萄糖糖化酶
（３００ u/mL底物）,然后在 pH＝４．５、６０ ℃ 的条
件下保温 ５ min，取水解液２５ μ L，水解注入型葡萄糖
生物传感分析仪中，２０ s即可得到结果。
麦芽糖的测定范围为０～２００ mg/dL，测定回收率平均
为９９,６９％。
?在葡萄糖存在时需要先测定葡萄糖含量
25
10、在线过程分析系统
至今在占我国新型发酵 60%以上产值
的谷氨酸发酵中还没有实质性地应用
好自动控制系统, 生物传感在线分析
可能是这一领域技术改造和进步的标
志 。
26
谢谢各位
欢迎交流
生物传感器 (Biosensors)
的研发及其
在发酵工业中的应用
2
一、生物传感器
应用研究概况
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,
4
德国研发的环境废水 BOD分析仪
5
手掌型葡萄糖 (glucose)分析仪
6
系列化生物传感器
技术研发现状
7
SBA-50型单电极生物传感分析仪，是 SBA-
30型乳酸分析仪的更新换代产品
SBA-40C生物传感分析仪能分析仪
9
实验室制造的生物传感分析仪
发酵罐
主机
计算机
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
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SBA-70型血糖乳酸自动分析仪
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二、生物传感器
的应用
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148 华南
31
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58
西部
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生物传感器在全国应用数量和地理分布
台湾
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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。
15
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
16
在我国发酵工厂普及应用的 SBA-40型
谷氨酸 -葡萄糖双功能分析仪
工厂发酵车间化验
员正在分析样品
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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 。
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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
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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%
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5、监控淀粉糖的水解
在淀粉糖的水解中，葡萄糖与还原糖的
比值可衡量糖质量。发酵中糖液质量
是至关重要的，糖化不好时不仅浪费
了粮食而且会造成发酵中泡沫增多，
通气不良，乳酸增高；对后提取也带
来很多麻烦；并将增加污水排放的 BOD
量。
21
6、酶活力的快速测定
(1) 糖化酶活力的快速测定可正确控制
糖水解时的加酶量，提高糖液的质量。
可以在 SBA分析仪通过预设定的快速分
析程序，在三分钟得到结果
(2) 辨别纯生啤酒的真假；比较不同厂
家产品的质量：通过检测蔗糖水解酶水解
产生的葡萄糖来快速分析。
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7、极低浓度产品的纯度检验
在木糖醇产品纯度检验中，可检测残
留不到 1%的葡萄糖量，在 99%以上的木
糖醇产品中方便地检测葡萄糖的含量。
使产品符合出口要求。
在 BOD标准液的检验中准确得到低浓
度的葡萄糖和谷氨酸标准的变化情况。
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8、蛋白酶活性的快速测定
? 测定原理：酪蛋白在蛋白酶作用下产生谷氨
酸，测定经一定反应时间后，所产生的谷氨
酸量
? 程序：用本仪器主机提供的标准程序，设定
标准值 =1000
? 酶膜：谷氨酸氧化酶酶膜
? 操作方法举例 ( 略 )
24
9、麦芽糖快速测定
测定原理,
?方法,在一定浓度的麦芽糖溶液中加入葡萄糖糖化酶
（３００ u/mL底物）,然后在 pH＝４．５、６０ ℃ 的条
件下保温 ５ min，取水解液２５ μ L，水解注入型葡萄糖
生物传感分析仪中，２０ s即可得到结果。
麦芽糖的测定范围为０～２００ mg/dL，测定回收率平均
为９９,６９％。
?在葡萄糖存在时需要先测定葡萄糖含量
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10、在线过程分析系统
至今在占我国新型发酵 60%以上产值
的谷氨酸发酵中还没有实质性地应用
好自动控制系统, 生物传感在线分析
可能是这一领域技术改造和进步的标
志 。
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谢谢各位
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