工业发酵葡萄糖检测：在线生物传感分析仪与离线方法差别在哪

  发酵车间里，操作人员每隔几小时取一次样，送到实验室稀释、加热、比色或上机分析，等结果出来再决定要不要补料——这套流程在许多工厂已经运行了很多年。但随着发酵工艺对过程控制的要求越来越高，这种“先取样、后检测、再调整”的模式开始暴露出一些不太容易忽视的问题。离线检测与在线监测之间，到底差在哪里?

  DNS法：操作不复杂，但步骤多、耗时久

  DNS法(二硝基水杨酸法)是目前实验室常用的还原糖测定方法之一。原理上，还原糖在碱性条件下将DNS试剂还原为棕红色氨基化合物，在540

nm波长下测定吸光度，通过标准曲线计算糖含量。

  实际操作中，操作人员需要先配制梯度浓度的葡萄糖标准液，分别加入DNS试剂后沸水浴加热显色，冷却后再测定吸光度绘制标准曲线。样品测定时同样需要稀释、加试剂、沸水浴、冷却、比色等步骤。从取样到得出结果，一个批次通常需要30分钟以上。此外，发酵液中的氨基酸、糠醛等物质可能对DNS反应产生干扰，测定前往往需要额外的样品处理。

  HPLC法：数据可靠，但前处理繁琐、单样时间长

  高效液相色谱法是发酵行业葡萄糖定量分析中认可度较高的参考方法。以反相HPLC为例，采用示差折光检测器检测葡萄糖，每个样品的分析过程可以控制在10分钟以内。

  不过HPLC的“10分钟”指的是仪器运行时间，并不包括样品前处理。发酵液中含有菌体、蛋白质、色素等复杂基质，上机前通常需要离心、稀释、过滤等步骤。样品数量多的时候，前处理耗费的时间会明显拉长。仪器本身也有开机平衡、色谱柱冲洗等准备环节。从取样到拿到检测结果，实际耗时通常在1小时以上。

  在线生物传感分析仪：改变的是整个检测节奏

  与上述两种离线方式不同，在线生物传感分析仪将检测环节直接嵌入发酵过程。上海希诺尔智能装备有限公司推出的S1系列在线生物传感分析仪，搭载了完全自主研发的超灵敏纳米晶传感芯片。设备通过陶瓷膜取样器(平均孔径200

nm)从发酵罐中自动取样，样品经过传感芯片完成检测，数据自动记录。该系列产品可检测葡萄糖、甘油、甲醇、L-乳酸、谷氨酸、赖氨酸、乙醇、过氧化氢等多种组分，单次检测时间在1分钟以内。更重要的是，这个时间是全自动完成的——不需要人工取样、不需要样品送到实验室、不需要手动操作仪器。

  从操作流程来看，差别更为明显：

  1、取样方式不同。离线检测需要操作人员定时到发酵罐旁取样，存在取样时间间隔;S1系列在线生物传感分析仪通过自动取样器按设定频率自动完成取样，无需人工介入。

  2、样品处理不同。DNS法需要稀释、加试剂、加热、冷却、比色;HPLC法需要离心、稀释、过滤后才能上机;在线生物传感分析仪配备陶瓷膜取样器，直接在发酵罐内完成固液分离，样品无需额外处理即可检测。

  3、数据获取方式不同。离线检测得到的是离散时间点的数据，两次取样之间的浓度变化是未知的;在线监测按设定频率连续检测，数据自动存储，可以呈现完整的浓度变化曲线。

  从数据连续性来看，这个差异对发酵过程控制影响比较大。离线检测的数据是“点状”的——早上8点测一次、中午12点测一次、下午4点测一次，中间发生了什么只能靠推测。在线监测的数据是“线状”的——浓度怎么变化、什么时候开始下降、下降速度如何，都能实时反映。基于连续数据，补料系统可以根据底物浓度的实时变化自动调节补料速率，实现动态控制。

  不同场景下的选择

  DNS法和HPLC法作为实验室检测手段，在工艺开发阶段的批次样品分析中仍然有不可替代的作用。但在工业化生产场景下，当发酵周期长达数天、补料策略需要根据葡萄糖浓度动态调整时，离线检测的滞后性就会成为限制因素。上海希诺尔智能装备有限公司的产品体系中，除了S1系列在线监测系统，还有便携式生物传感分析仪SS-M-20可供实验室和小试场景使用。SS-M-20支持样品随到随测，离心后无需稀释即可直接检测，单个样品检测时间少于1分钟，系统误差低于3%，数据存储容量4000组，支持USB导出。

  对于已经配备了在线监测系统的发酵产线，操作人员不再需要守在罐旁定时取样，数据自动采集、自动记录，检测频率可以根据工艺需求灵活设定。这种变化带来的不是单一指标的改善，而是整个操作流程的重构。