[发明专利]谷氨酸发酵在线检测系统及采用该系统在线检测的方法

说明书

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。