發(fā)酵工程第8講

1、 第十章第十章 微生物培養(yǎng)過(guò)程的參數(shù)檢測(cè)微生物培養(yǎng)過(guò)程的參數(shù)檢測(cè) 化學(xué)參數(shù)的測(cè)定化學(xué)參數(shù)的測(cè)定 生物參數(shù)的測(cè)定生物參數(shù)的測(cè)定 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述物理參數(shù)物理參數(shù)：溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、空氣壓力、空氣流量、：溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、空氣壓力、空氣流量、表觀粘度、濁度、罐壓、泡沫等。表觀粘度、濁度、罐壓、泡沫等?；瘜W(xué)參數(shù)化學(xué)參數(shù)：基質(zhì)濃度（包括糖、氮、磷等）、：基質(zhì)濃度（包括糖、氮、磷等）、pHpH、產(chǎn)、產(chǎn)物濃度、溶氧濃度、物濃度、溶氧濃度、 COCO2 2濃度、核酸量等濃度、核酸量等生物參數(shù)生物參數(shù)：菌絲形態(tài)、菌濃度、菌體比生長(zhǎng)速率、呼：菌絲形態(tài)、菌濃度、菌體比生長(zhǎng)速率、呼吸強(qiáng)度、基質(zhì)消耗速率、關(guān)鍵酶活力

2、等吸強(qiáng)度、基質(zhì)消耗速率、關(guān)鍵酶活力等 三大參數(shù)從三大參數(shù)從檢測(cè)手段檢測(cè)手段分可分為：分可分為：直接參數(shù)、間接參數(shù)直接參數(shù)、間接參數(shù)1、直接（狀態(tài)）參數(shù)、直接（狀態(tài)）參數(shù)：通過(guò)儀器或其它分析手段可以測(cè)得的參數(shù)，如溫度、通過(guò)儀器或其它分析手段可以測(cè)得的參數(shù)，如溫度、pH、殘?zhí)堑?。、殘?zhí)堑取Ｖ苯訁?shù)直接參數(shù)在線檢測(cè)參數(shù)和離線檢測(cè)參數(shù)在線檢測(cè)參數(shù)和離線檢測(cè)參數(shù)1.1 在線檢測(cè)參數(shù)在線檢測(cè)參數(shù)指不經(jīng)取樣直接從發(fā)酵罐上安裝的儀表上得到的參數(shù)，指不經(jīng)取樣直接從發(fā)酵罐上安裝的儀表上得到的參數(shù)，如溫度、如溫度、pH、攪拌轉(zhuǎn)速、溶氧等。、攪拌轉(zhuǎn)速、溶氧等。在線檢測(cè)必須用專(zhuān)門(mén)的在線檢測(cè)必須用專(zhuān)門(mén)的傳感器傳感器（也叫

3、電極或探頭）放入（也叫電極或探頭）放入發(fā)酵系統(tǒng)，將發(fā)酵的一些信息傳遞出來(lái)，為發(fā)酵控制提發(fā)酵系統(tǒng)，將發(fā)酵的一些信息傳遞出來(lái)，為發(fā)酵控制提供依據(jù)。供依據(jù)。由于微生物培養(yǎng)過(guò)程是純培養(yǎng)過(guò)程，無(wú)菌要求高，因此由于微生物培養(yǎng)過(guò)程是純培養(yǎng)過(guò)程，無(wú)菌要求高，因此對(duì)傳感器有特殊要求：對(duì)傳感器有特殊要求：l 插入罐內(nèi)的傳感器必須能經(jīng)受高壓蒸汽滅菌（材料、插入罐內(nèi)的傳感器必須能經(jīng)受高壓蒸汽滅菌（材料、數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)）l 傳感器結(jié)構(gòu)不能存在滅菌不透的死角，以防染菌（密傳感器結(jié)構(gòu)不能存在滅菌不透的死角，以防染菌（密封性好）封性好）l 傳感器對(duì)測(cè)量參數(shù)要敏感，且能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。（響傳感器對(duì)測(cè)量參數(shù)要敏感，且能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。（

4、響應(yīng)快、靈敏）應(yīng)快、靈敏）l 傳感器性能要穩(wěn)定，受氣泡影響小。傳感器性能要穩(wěn)定，受氣泡影響小。 在線檢測(cè)在線檢測(cè)原理：原理：化學(xué)或物理信號(hào)化學(xué)或物理信號(hào) 電信號(hào)電信號(hào) 放大放大 記錄顯示儀（半自動(dòng)）記錄顯示儀（半自動(dòng)） 控制器（與設(shè)定參數(shù)比較）控制器（與設(shè)定參數(shù)比較） 發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào) 控制器動(dòng)作（全自動(dòng)）控制器動(dòng)作（全自動(dòng)）第三節(jié)第三節(jié) 化學(xué)參數(shù)的測(cè)定化學(xué)參數(shù)的測(cè)定 1 pH測(cè)量測(cè)量pHpH測(cè)量方法測(cè)量方法 pH試紙?jiān)?jīng)是一種廣泛采用的方法試紙?jiān)?jīng)是一種廣泛采用的方法優(yōu)點(diǎn)：方便，易操作優(yōu)點(diǎn)：方便，易操作缺點(diǎn)：它主觀性較強(qiáng)缺點(diǎn)：它主觀性較強(qiáng) 質(zhì)量差異，不同廠家不同批號(hào)的質(zhì)量差異，不同廠

5、家不同批號(hào)的pH試紙測(cè)出的試紙測(cè)出的pH值會(huì)有較大的差別，有時(shí)甚至達(dá)值會(huì)有較大的差別，有時(shí)甚至達(dá)0.51。pH試紙?jiān)嚰坧H電極電極2 溶氧的測(cè)定（相對(duì)溶氧，絕對(duì)溶氧用碘量法）溶氧的測(cè)定（相對(duì)溶氧，絕對(duì)溶氧用碘量法） 對(duì)于好氧微生物來(lái)說(shuō)氧的供應(yīng)十分重要，了解對(duì)于好氧微生物來(lái)說(shuō)氧的供應(yīng)十分重要，了解發(fā)酵過(guò)程中溶氧情況是發(fā)酵控制的關(guān)鍵方面。發(fā)酵過(guò)程中溶氧情況是發(fā)酵控制的關(guān)鍵方面?，F(xiàn)在國(guó)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外測(cè)定溶液中的溶解氧基本上用內(nèi)外測(cè)定溶液中的溶解氧基本上用復(fù)膜溶氧電極復(fù)膜溶氧電極。2.12.1電極的構(gòu)造：電極的構(gòu)造：由由半透膜和電極半透膜和電極兩部分組成，所有的薄膜要求能透過(guò)兩部分組成，所有的薄膜要求能透

6、過(guò)氧分子，但不能透過(guò)電解質(zhì)和水，同時(shí)要能耐高溫。氧分子，但不能透過(guò)電解質(zhì)和水，同時(shí)要能耐高溫。一般使用聚四氟乙烯、氟化乙烯一般使用聚四氟乙烯、氟化乙烯-丙烯共聚物或聚丙丙烯共聚物或聚丙烯薄膜，也可用硅橡膠膜。烯薄膜，也可用硅橡膠膜。復(fù)膜氧電極的結(jié)構(gòu)復(fù)膜氧電極的結(jié)構(gòu)在陰極銀（鉑）在陰極銀（鉑）片的前面包一張片的前面包一張半透膜，氧可以半透膜，氧可以透過(guò)半透膜達(dá)到透過(guò)半透膜達(dá)到陰極上進(jìn)行電極陰極上進(jìn)行電極反應(yīng)。該半透膜反應(yīng)。該半透膜固定在陰極表面。固定在陰極表面。2.2 復(fù)膜氧電極的工作原理復(fù)膜氧電極的工作原理電極部分包括電極部分包括陽(yáng)極、陰極、電解液陽(yáng)極、陰極、電解液，陰極由鉑、陰極由鉑、銀、金

7、等貴金屬組成，用于還原氧分子，銀、金等貴金屬組成，用于還原氧分子，貴金屬貴金屬起傳遞電子的作用。起傳遞電子的作用。陽(yáng)極由鉛、錫、鋁等組成陽(yáng)極由鉛、錫、鋁等組成 。溶液中的氧就在陰極被還原。當(dāng)產(chǎn)生的電流與溶溶液中的氧就在陰極被還原。當(dāng)產(chǎn)生的電流與溶液中氧含量成正比時(shí)，此時(shí)的電極電流為飽和電液中氧含量成正比時(shí)，此時(shí)的電極電流為飽和電流。流。氧濃度與飽和電流成正比關(guān)系。氧濃度與飽和電流成正比關(guān)系。在陰極表面發(fā)生的電極反應(yīng)：在陰極表面發(fā)生的電極反應(yīng)：O2+2H2O+4e- 4OH-陽(yáng)極上的反應(yīng)是：陽(yáng)極上的反應(yīng)是： Pb Pb2+ +2e- 電極反應(yīng)：電極反應(yīng)： Pb+O2+2H2O 2 Pb(OH)2

8、 于是在二電極之間形成電流，將氧的信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信于是在二電極之間形成電流，將氧的信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信 號(hào)。氧濃度越高，電流越大。號(hào)。氧濃度越高，電流越大?；瘜W(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)2.3 電極的標(biāo)定電極的標(biāo)定一般測(cè)定中應(yīng)進(jìn)行以下二點(diǎn)標(biāo)定一般測(cè)定中應(yīng)進(jìn)行以下二點(diǎn)標(biāo)定（1）零點(diǎn)標(biāo)定）零點(diǎn)標(biāo)定用飽和用飽和Na2SO3作無(wú)氧狀態(tài)的溶液，將氧電極放入作無(wú)氧狀態(tài)的溶液，將氧電極放入該溶液中，顯示儀表上可見(jiàn)溶氧濃度下降，待下降該溶液中，顯示儀表上可見(jiàn)溶氧濃度下降，待下降穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)零點(diǎn)旋鈕顯示零值。穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)零點(diǎn)旋鈕顯示零值。 （2）飽和校正（滿刻度）飽和校正（滿刻度） 進(jìn)行簡(jiǎn)便測(cè)定時(shí)，可以采取空氣飽和