组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
葡萄糖（glucose, GL）；样品基质：柠檬酸发酵液（repeated fed-batch fermentation broth）
检测原理
该传感器为安培型酶生物传感器。发酵液中的葡萄糖（GL）进入传感器识别层后，被葡萄糖酶催化发生氧化反应，伴随可电化学检测的电子转移或电活性产物生成。电极在恒定电位下对反应产物进行安培检测，输出电流信号。葡萄糖浓度越高，酶催化反应速率和电极电流越大，因此电流与葡萄糖浓度呈正相关。ProcessTRACE 1.21MT 系统连续读取电流并换算为葡萄糖浓度，经串口传输至 MFCS/win2.1 软件，由 P 控制器（P=15）根据设定值 20 g/L 调节 500 g/L 葡萄糖补料液，实现底物浓度闭环控制。
检测灵敏度
测量范围: 0.5–40 g/L；未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率、R^2
效应效果
在10个周期、553 h的重复补料发酵中，酵母产柠檬酸活性总体稳定，但体积产率由1.4 g/(L·h)降至1.1 g/(L·h)，柠檬酸选择性由91%降至88%，产物谱向异柠檬酸偏移。葡萄糖生物传感器完成6227次测量，超过标称5000次，未出现活性或准确性下降。在线控制将发酵液葡萄糖维持在20 g/L，波动±0.38 g/L（1.9%）。与酶法比色分析相比，测量范围内平均偏差5.6 g/L，全程平均偏差6.9 g/L，范围外一致性良好。另3周期重复实验显示柠檬酸终浓度97.7±6.0 g/L、产率1.23±0.16 g/(L·h)、得率0.56±0.08 gCA/gGL、选择性93±1.3%，表明方法重现性良好，适用于长时间发酵过程控制。
传感器的构成
- 换能器/电极：ProcessTRACE 1.21MT 安培型酶生物传感器（amperometric enzyme biosensor），原文未给出电极材料细节。
- 识别元件：葡萄糖酶（glucose enzyme，原文未指明具体酶种），催化葡萄糖发生可电化学检测的氧化反应。
- 信号读出：ProcessTRACE 1.21MT 准在线测量系统（quasi online measuring system），输出葡萄糖浓度信号。
- 控制接口：MFCS/win2.1 软件（Sartorius Stedim Biotech）与 P 控制器（P=15），经串口连接并执行补料控制。
中文摘要
本研究采用葡萄糖生物传感器在线控制底物补料，以葡萄糖为碳源，利用酵母 Yarrowia lipolytica H222 生产柠檬酸。在线葡萄糖生物传感器测量使长时间重复补料发酵和自动化生物过程控制成为可能。为验证微生物产柠檬酸稳定性和葡萄糖生物传感器在长时间实验中的鲁棒性，共进行10个重复补料发酵周期，总时长553 h。结果显示，发酵过程中体积产率由1.4 g/(L·h)轻微下降至1.1 g/(L·h)，柠檬酸选择性由91%降至88%。葡萄糖生物传感器在553 h内提供6227次测量，未出现活性损失，证明其适用于长时间发酵过程的在线监测与补料控制。
英文摘要
Biosensor-controlled substrate feeding was used in a citric acid production process with the yeast strain Yarrowia lipolytica H222 with glucose as the carbon source. The application of an online glucose biosensor measurement facilitated the performance of long-time repeated fed-batch process with automated bioprocess control. Ten cycles of repeated fed-batch fermentation were carried out in order to validate both the stability of the microorganism for citric acid production and the robustness of the glucose biosensor in a long-time experiment. In the course of this fermentation with a duration of 553 h, a slight loss of productivity from 1.4 g/(L×h) to 1.1 g/(L×h) and of selectivity for citric acid from 91% to 88% was observed. The glucose biosensor provided 6,227 measurements without any loss of activity.