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微生物的生長代謝過程是動態(tài)變化的，細胞不停地在于外界環(huán)境進行著物質(zhì)交換浸剩。發(fā)酵參數(shù)可以正確地反映發(fā)酵條件和微生物代謝的變化钾军。根據(jù)參數(shù)的性質(zhì)特點，可分為三類绢要，即物理參數(shù)吏恭、化學參數(shù)及生物學參數(shù)。

一重罪、物理參數(shù)

1樱哼、溫度

   對于所有生物細胞的生物反應，溫度都是很重要的影響因素剿配。不同生物細胞搅幅、不同發(fā)酵階段阅束、不同產(chǎn)物，所需的溫度范圍并不一致茄唐，將溫度控制在其理想范圍內(nèi)伴严，有利于生物細胞的生長繁殖和產(chǎn)物合成。除此之外辐芍，溫度還與溶解氧濃度密切相關贡垃。溫度檢測儀表有熱電阻檢測器、半導體熱敏電阻橡周、熱電偶和玻璃溫度計等碗昭。保興賽斯發(fā)酵罐使用進口Pt100電極檢測溫度。

圖1 溫度電極

2膊向、壓力

發(fā)酵過程中維持罐內(nèi)正壓体笨，是防止雜菌污染的重要措施。同時罐壓與培養(yǎng)液中O₂和CO₂的溶解度有關糙娃，間接影響菌體的生長代謝烧啊。常用的壓強檢測儀是壓力表，一般安裝在發(fā)酵罐或空氣過濾器頂部憎抡，通過手動調(diào)節(jié)進氣和出氣閥門改變罐內(nèi)壓力端杂。為便于觀測和控制，保興賽斯配有罐壓自控系統(tǒng)的設備性湿，可將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號與儀表聯(lián)接纬傲，再反饋控制閥門開關，自動調(diào)節(jié)壓力肤频。

圖2 保興賽斯發(fā)酵設備壓力表應用示例

3叹括、通氣流量

對于好氧生物發(fā)酵，必須向發(fā)酵罐內(nèi)通入無菌空氣宵荒，一是供應生物細胞生長代謝所必須的氧汁雷，二是增加培養(yǎng)液的混合與傳質(zhì)，三是維持罐內(nèi)正壓環(huán)境报咳。通氣量的大小直接影響發(fā)酵液中氧的傳遞侠讯。

測量氣體流量的裝置分為體積流量型和質(zhì)量流量型。體積流量型氣體流量計包括轉(zhuǎn)子流量計和同心孔板壓差式流量計暑刃，實驗室小試和中試發(fā)酵系統(tǒng)常應用轉(zhuǎn)子流量計厢漩，同心孔板壓差式流量計一般用于工業(yè)生產(chǎn)的大罐。質(zhì)量流量計測量精度比轉(zhuǎn)子流量計更高岩臣。保興賽斯發(fā)酵罐配有空氣流量自動控制系統(tǒng)溜嗜，帶質(zhì)量流量計，可與溶氧進行關聯(lián)控制现辰。

圖3 保興賽斯發(fā)酵設備質(zhì)量流量計應用實例

4盔雷、攪拌轉(zhuǎn)速

攪拌轉(zhuǎn)速對發(fā)酵液的混合狀態(tài)牺闪、溶解速率、物質(zhì)傳遞等有重要影響篱汤，同時影響生物細胞的生長扼漓、產(chǎn)物合成、攪拌功率消耗等铃越。當通氣量一定時醒屠，攪拌轉(zhuǎn)速升高，其溶氧速率增大切锈，消耗的攪拌功率也越大橘谐。攪拌轉(zhuǎn)速的檢測常用方法有磁感應式、光感應式和測速發(fā)電機等三種尿旅。

5陋疑、液位

液位檢測的主要方法有壓差法、電容法捕阅、電導法等泉钮。壓差法是利用發(fā)酵罐內(nèi)上下兩點或三點間的不同壓強，計算料液量和液面高度秃臣。除此之外涧衙，保興賽斯發(fā)酵罐帶有大視鏡，直接觀察液位和發(fā)酵狀態(tài)奥此，還可選配罐體稱重系統(tǒng)弧哎，直接測量裝液量，大罐（≥500L）可選配壓差液位計檢測裝液量稚虎。

6撤嫩、泡沫

   發(fā)酵液面上的泡沫層，如果控制不好祥绞，會降低發(fā)酵罐裝液系數(shù)非洲，減少設備利用率鸭限，甚至出現(xiàn)“逃液”現(xiàn)象蜕径，造成浪費和污染。保興賽斯發(fā)酵設備配消泡電極败京，自動檢測泡沫兜喻，控制界面選擇設定蠕動泵功能，可按照時間比例自動添加消泡劑冒侧。

圖4 保興賽斯發(fā)酵設備消泡電極應用實例

7硫缓、黏度

培養(yǎng)基的黏度主要受培養(yǎng)液的成分及濃度、細胞濃度阿赞、溫度恭隧、代謝產(chǎn)物等影響祈哆。而發(fā)酵液的黏度（或表觀黏度）對溶液的攪拌與混合、溶氧速率啃极、物質(zhì)傳遞等有重要影響帆速，同時對攪拌功率消耗及發(fā)酵產(chǎn)物的分離純化均起著重要作用。發(fā)酵工業(yè)上常用的黏度測定儀有振動式黏度傳感儀粘榕、毛細管黏度計互愚、回轉(zhuǎn)式黏度計和渦輪旋轉(zhuǎn)粘度計等。

二伴零、化學參數(shù)

1千覆、pH

   發(fā)酵液的pH是發(fā)酵過程中各種生化反應的綜合結(jié)果，是細胞生長和產(chǎn)物生成的重要指示感桌。通常用的pH測定儀是pH玻璃電極姑裂，其結(jié)構(gòu)緊湊、可高溫滅菌男旗。

圖5 pH電極

2炭分、DO

溶解氧濃度直接影響微生物的代謝，它的大小與氧的傳遞速率剑肯、微生物的攝氧率等有關捧毛。此外，發(fā)酵過程溶解氧還可以作為判斷發(fā)酵是否有雜菌或噬菌體污染的間接參數(shù)让网，若溶氧濃度變化異常呀忧，則提示發(fā)酵系統(tǒng)出現(xiàn)雜菌污染或其他問題。故對培養(yǎng)液中的溶氧濃度必須測定和控制溃睹。

在發(fā)酵過程中而账，常用的溶氧電極有極譜溶氧電極和光學溶氧電極兩種。但在某些限氧條件下進行的發(fā)酵反應因篇，如厭氧發(fā)酵泞辐，溶氧電極無法精確測定溶氧值，檢測氧化還原電位參數(shù)更為理想竞滓。

圖6 DO電極

3咐吼、溶解CO₂濃度

通氣發(fā)酵過程中，由于生物細胞的呼吸和生物合成瞧佃，培養(yǎng)液中的氧會被部分消耗搔献，而CO₂的含量會升高。對大部分的好氧發(fā)酵袭甲，當發(fā)酵液中溶解CO₂濃度增至某值時榛瞪，就會使細胞生長和產(chǎn)物合成速率下降。溶解CO₂濃度可用CO₂電極測定赊蚁。

圖7 CO₂電極

4窟诈、尾氣

   通過發(fā)酵尾氣中CO_2几馁、O₂在線檢測分析和裝液量、進氣量等數(shù)據(jù)掏手，可以計算獲取發(fā)酵過程重要的呼吸代謝參數(shù)契畔，如CO₂釋放速率（CER）、攝氧率（OUR）碌掩、呼吸商（RQ）等课丢。這些參數(shù)反映了微生物的代謝狀況，尤其能提供從生長向生產(chǎn)過渡或主要基質(zhì)間的代謝過渡指標步氏。尾氣的檢測可直接使用尾氣分析儀响禽，在線監(jiān)測尾氣中CO₂和O₂氣體濃度。

圖8 保興賽斯尾氣分析儀應用實例

5荚醒、產(chǎn)物濃度

檢測產(chǎn)物濃度可以了解發(fā)酵的進程以及決定發(fā)酵是否正秤罄啵或是否結(jié)束發(fā)酵。生物傳感器是由固定化的生物材料和適當?shù)男盘栟D(zhuǎn)換器相結(jié)合而成的檢測器件界阁，目前已有用于葡萄糖檢測的葡萄糖酶電極傳感器和用于酒精侯繁、乳酸等測定的微生物傳感器。但仍有一些其他物質(zhì)缺乏相應的傳感器泡躯，需要采用離線檢測贮竟。保興賽斯發(fā)酵設備可選配在線生化分析儀和生化分析儀兩種。

     
圖9a 自動取樣器                                                                                        圖9b 保興賽斯自動取樣器應用實例                                                                                                 圖9c 在線生化分析儀

三较剃、生物學參數(shù)

1咕别、菌體形態(tài)

觀察種子階段菌體的生長情況，可選擇種齡最合適的種子写穴。在發(fā)酵過程中惰拱，定時鏡檢，有利于發(fā)現(xiàn)生長異常的菌體或雜菌污染星肤，及時采取措施控制情況搜栽。

2、菌體濃度

在發(fā)酵過程中溢牡，生物細胞濃度是發(fā)酵生產(chǎn)速率和效率關鍵的影響因素贱供。生物細胞濃度的測定有全細胞濃度和活細胞濃度之分。全細胞濃度測定方法分為濕重法钥忌、干重法虏淤、濁度法纹茫、濕細胞體積等虏爸。其中，流通式濁度計可在線檢測全細胞濃度自古〗茄牛活細胞濃度的測定原理是利用活細胞催化的反應或活細胞本身有的物質(zhì)如ATP饶几，使用生物發(fā)光或化學發(fā)光法測定。

參考資料：

[1]朱明軍.生物工程設備[M].北京：中國輕工業(yè)出版社,2021.12