微生物发酵过程还原糖光度传感器的研究

论文摘要

我国发酵工业是一个品种繁多，门类齐全，具有相当规模的独立工业体系。产品包括酒类、有机酸、抗生素、酶制剂、淀粉糖、氨基酸、核苷酸、维生素、有机溶剂、微生物杀虫剂、植物激素、单细胞蛋白等。应用领域涉及医药、卫生、轻工、化工、农业、能源、环保等诸多行业；其中，味精、柠檬酸、酶制剂、酵母产量居世界前列。发酵工业已成为国民经济的重要支柱产业之一。 发酵过程的在线检测和自动控制是发酵工业技术进步的重要发展方向。传感器技术作为发酵过程信息的发生源，对实现发酵过程的在线检测和自动控制起到关键作用。然而，目前我国发酵生产上发酵过程自动化控制程度不高，落后于其他领域。用于发酵生产中的传感器主要是进行罐内物化参数的测定。此类传感器的性能较稳定，应用也较为普遍，实现了部分参数的在线监控。但与发酵最优化的自动控制目标相去甚远，即难以成功建立对培养过程进行系统的反馈性控制。因为发酵过程是一个非性线、多变量和随机性的动态过程，发酵体系是一个复杂的被控对象。温度、溶氧、pH、培养基成分、细胞形态、细胞浓度、产物组成及含量等均是发酵过程的重要控制参数。随着计算机及控制技术的突飞猛进，生物传感器技术的发展，发酵动力学模型研究的完善，发酵过程控制系统愈来愈多，应用范围亦越来越广。但是，工业上实现发酵过程最优化自动控制的实例却不多，仍以人工控制和半自动控制为主。其发展滞后的重要原因之一就是基于细胞代谢的生化参数信息的缺乏。 葡萄糖(还原糖)作为微生物的主要碳源和能源，是发酵过程中重要的生化控制参数，它在培养基中的含量及在发酵过程中的浓度变化直接影响发酵产品的质量、收率和生产成本。目前实际生产过程中常采用传统的手工滴定法或比色法进行还原糖的测定，这些方法操作繁琐、人为误差大，给企业生产管理带来很多麻烦，也严重阻碍了发酵过程在线检测和自动控制技术的应用。解决还原糖测定的传感器技术成为发酵工业迫切需要解决的技术难题

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 缩略语词表
• 第一章 绪论
• 1.1 目的意义
• 1.2 国内外还原糖检测技术研究状况
• 1.2.1 国外还原糖检测技术研究状况
• 1.2.1.1 滴定分析
• 1.2.1.2 层析技术
• 1.2.1.3 分光光度法
• 1.2.1.4 生物传感器
• 1.2.1.5 流动注射分析
• 1.2.2 国内还原糖检测及相关技术现状
• 1.2.1.1 滴定分析
• 1.2.2.2 分光光度法
• 1.2.2.3 生物传感器
• 1.2.2.4 其它仪器分析
• 1.2.3 小结
• 1.2.3.1 主要特点
• 1.2.3.2 存在问题
• 1.3 研究内容和方法
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 采用的研究方法
• 第二章 还原糖光度传感器的系统设计
• 2.1 引言
• 2.2 基本原理
• 2.3 还原糖光度传感器电路设计
• 2.3.1 总体设计
• 2.3.2 单片机及其扩展I/O口
• 2.3.2.1 单片机
• 2.3.1.2 程序/数据存储器
• 2.3.1.3 译码器
• 2.3.1.4 地址锁存器
• 2.3.1.5 可编程并行I/O接口器件的扩展
• 2.3.3 A/D转换电路
• 2.3.4 键盘
• 2.3.5 显示
• 2.3.6 微型打印机
• 2.3.7 信号采集、放大电路
• 2.3.8 电机控制
• 2.3.9 系统抗干扰
• 2.4 还原糖光度传感器软件设计
• 2.4.1 总体设计
• 2.4.2 主程序
• 2.4.3 数据采集子程序
• 2.4.4 数据处理程序
• 2.4.5 打印程序
• 2.4.6 键盘程序
• 2.4.7 清洗键程序
• 2.4.8 复位键程序
• 2.4.9 “开/关”键程序
• 2.5 还原糖光度传感器测定系统的构建
• 2.5.1 引言
• 2.5.2 斐林试剂
• 2.5.2.1 斐林试剂的化学反应过程
• 2.5.2.2 斐林试剂的配制
• 2.5.3 还原糖传感系统的结构
• 2.5.4 还原糖传感器应用测试流程
• 2.5.5 操作步骤
• 2.5.6 测定结果计算公式
• 第三章 还原糖光度传感器的结构功能分析
• 3.1 温度传感器
• 3.1.1 温度传感器的基本特征
• 3.1.1.1 铂电阻温度传感器
• 3.1.1.2 半导体集成电路传感器
• 3.1.2 温度传感器的应用性能测试
• 3.1.2.1 材料与方法
• 3.1.2.2 结果与分析
• 3.2 加热方式
• 3.2.1 欧姆加热
• 3.2.2 欧姆加热性能测试
• 3.2.2.1 材料与方法
• 3.2.2.2 结果与分析
• 3.3 光电转换系统
• 3.3.1 半导体发光二极管
• 3.3.2 光敏传感器
• 3.3.3 光电转换系统的结构
• 3.3.4 光电转换系统的性能测试
• 3.3.4.1 材料与方法
• 3.3.4.2 结果与分析
• 3.4 液体系统
• 3.4.1 蠕动泵
• 3.4.2 注射泵
• 3.4.3 单向阀
• 3.4.4 液体泵应用性能试验
• 3.4.4.1 材料和方法
• 3.4.4.2 结果与分析
• 3.5 搅拌系统
• 3.6 微型滴定池
• 3.7 传感器响应曲线
• 3.7.1 响应曲线的基本特征
• 3.7.2 加热气泡对响应曲线的影响
• 3.7.3 样品浊度对响应曲线的影响
• 3.7.4 亚铁氰化钾对响应曲线的影响
• 3.8 传感器性能指标
• 3.8.1 精密度和准确度
• 3.8.1.1 材料与方法
• 3.8.1.2 结果与分析
• 3.8.2 线性测试
• 3.8.2.1 材料与方法
• 3.8.2.2 结果与分析
• 3.9 小结
• 第四章 基于还原糖光度传感器的在线检测系统
• 4.1 引言
• 4.2 淀粉的水解
• 4.3 在线检测系统
• 4.3.1 线检测装置
• 4.3.2 自动控制电路
• 4.3.3 系统程序
• 4.3.4 系统功能
• 4.4 在线检测系统的设定（主程序）
• 4.4.1 电源
• 4.4.2 程序设定
• 4.4.3 开机
• 4.4.4 定标
• 4.4.5 样品取样及稀释
• 4.5 使用方法
• 4.5.1 试剂
• 4.5.2 操作方法
• 4.6 在线检测系统的性能测试
• 4.6.1 试剂与方法
• 4.6.2 结果与分析
• 4.6.2.1 精确度与精密度
• 4.6.2.2 线性试验
• 4.7 淀粉水解过程还原糖在线检测
• 4.7.1 材料与方法
• 4.7.2 结果与分析
• 4.8 小结
• 第五章 还原糖光度传感器的应用研究
• 5.1 谷氨酸发酵样品还原糖测定
• 5.1.1 材料与方法
• 5.1.2 结果与分析
• 5.1.2.1 精密度
• 5.1.2.2 回收率
• 5.1.2.3 测定方法的比较
• 5.2 淀粉制糖过程中还原糖测定
• 5.2.1 材料与方法
• 5.2.2 结果与分析
• 5.2.2.1 淀粉糖化过程的还原糖测定
• 5.2.2.2 淀粉糖化终点样品还原糖的测定
• 5.2.2.3 浓缩淀粉糖样品中还原糖的测定
• 5.3 葡萄酒还原糖的测定
• 5.3.1 材料与方法
• 5.3.2 结果与分析
• 5.3.2.1 精密度
• 5.3.2.2 回收率
• 5.3.2.3 测定方法的比较
• 5.4 淀粉糖生产过程还原糖在线检测
• 5.4.1 材料与方法
• 5.4.2 结果与分析
• 5.5 还原糖和葡萄糖测定与谷氨酸发酵控制
• 5.5.1 淀粉糖液的还原糖和葡萄糖测定
• 5.5.1.1 材料与方法
• 5.5.1.2 结果与分析
• 5.5.2 谷氨酸发酵过程还原糖和葡萄糖的测定
• 5.5.1 材料与方法
• 5.5.2 结果与分析
• 5.6 小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 在读博士期间发表的论文和科研成果