第四章生物反應(yīng)器的檢測(cè)及控制

第四章生物反響器的檢測(cè)及控制生化過(guò)程主要檢測(cè)參變量生化過(guò)程常用檢測(cè)方法及儀器第一節(jié)生物加工過(guò)程的參數(shù)要對(duì)生化過(guò)程進(jìn)展有效的操作和控制，首先要了解生化過(guò)程的形狀變化，也就是要了解生化過(guò)程的各種信息。這些信息可以分為物理變量信息、化學(xué)變量信息、以及生物變量信息。一、設(shè)定參數(shù)1．壓強(qiáng)對(duì)通氣生物發(fā)酵反響，必需往反響器中通入無(wú)菌的干凈空氣，一是供應(yīng)生物細(xì)胞呼吸代謝所必需的氧，二是強(qiáng)化培育液的混合與傳質(zhì)，三是維持反響器有適宜的表壓，以防止外界雜菌進(jìn)入發(fā)酵系統(tǒng)。對(duì)氣升式反響器，通氣壓強(qiáng)的適度控制是高效溶氧傳質(zhì)及能量耗費(fèi)的關(guān)鍵要素之一。2．溫度不同的生物細(xì)胞，均有最正確的生長(zhǎng)溫度或產(chǎn)物生成溫度，而酶也有最適的催化溫度，所以必需使反響體系控制在最正確的發(fā)酵反響溫度范圍。3．通氣量不論是液體深層發(fā)酵或是固體通風(fēng)發(fā)酵，均要延續(xù)〔或間歇〕往反響器中通入大量的無(wú)菌空氣。為到達(dá)預(yù)期的混合效果和溶氧速率，以及在固體發(fā)酵中控制發(fā)酵溫度，必需控制工藝規(guī)定的通氣量。過(guò)高的通氣量會(huì)引起泡沫增多，水分損失太大以及通風(fēng)耗能上升等不良影響。4．液面液面的高低決議了反響器裝液系數(shù)即影響消費(fèi)效率；對(duì)通風(fēng)液體深層發(fā)酵，初裝液量的多少即液面的高低需按工藝規(guī)定確定，否那么通入空氣后發(fā)酵液的含氣率達(dá)一定值，液面就升高，加之泡沫的構(gòu)成，故必需嚴(yán)厲控制培育基液面。對(duì)氣升內(nèi)環(huán)流式反響器，由于導(dǎo)流筒應(yīng)比液面低一適當(dāng)高度才干實(shí)現(xiàn)最正確的環(huán)流混合與氣液傳質(zhì)，但在通氣發(fā)酵過(guò)程中，排氣會(huì)帶出一定水分，故反響器內(nèi)培育液會(huì)蒸發(fā)減少，因此液面的檢測(cè)監(jiān)控更重要，必要時(shí)需補(bǔ)加新穎培育基或無(wú)菌水，以維持最正確液位。同理，延續(xù)發(fā)酵過(guò)程液位必需維持恒定，液面的檢測(cè)控制也非常重要。5．?dāng)嚢柁D(zhuǎn)速與攪拌功率攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)發(fā)酵液的混合形狀、溶氧速率、物質(zhì)傳送等有重要影響，同時(shí)影響生物細(xì)胞的生長(zhǎng)、產(chǎn)物的生成、攪拌功率耗費(fèi)等。對(duì)某一確定的發(fā)酵反響器，當(dāng)通氣量一定時(shí)，攪拌轉(zhuǎn)速升高，其溶氧速率增大，耗費(fèi)的攪拌功率也越大。在完全湍流的條件下，攪拌功率與攪拌轉(zhuǎn)速的三次方成正比。某些生物細(xì)胞如動(dòng)植物細(xì)胞、絲狀菌等，對(duì)攪拌剪切敏感，故攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌葉尖線速度有其臨界上限范圍。攪拌功率與攪拌轉(zhuǎn)速的關(guān)系，是機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐的比較放大基準(zhǔn)。6．泡沫高度發(fā)酵液泡沫產(chǎn)生的緣由是多方面的，最主要的是培育基中所固有的或是發(fā)酵過(guò)程中生成的蛋白質(zhì)、菌體、糖類以及其他穩(wěn)定泡沫的外表活性物質(zhì)，加上通氣發(fā)酵過(guò)程大量的空氣泡以及厭氣發(fā)酵過(guò)程中生成的CO2氣泡，都會(huì)導(dǎo)致生物發(fā)酵液面上生成不同程度的泡沫層。7．培育基流加速度對(duì)生物發(fā)酵的延續(xù)操作或流加操作過(guò)程，均需延續(xù)或間歇往反響器中參與新穎培育基，且要控制參與量和參與速度，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的延續(xù)發(fā)酵或流加操作，獲得最大的發(fā)酵速率和消費(fèi)效率。8．冷卻介質(zhì)流量與速度為堅(jiān)持反響器系統(tǒng)的溫度在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)，必需用水等冷卻介質(zhì)經(jīng)過(guò)熱交換器把發(fā)酵熱移走。根據(jù)生化反響器的熱量平衡算式：

9．培育基質(zhì)濃度和產(chǎn)物濃度培育液基質(zhì)濃度那么是發(fā)酵轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)物得率的重要衡量。掌握了發(fā)酵液中的產(chǎn)物濃度，就可確定發(fā)酵的進(jìn)程以及決議發(fā)酵能否正常及能否需求終了發(fā)酵。基質(zhì)與產(chǎn)物濃度的檢測(cè)、控制對(duì)各種發(fā)酵均是必要的。二、形狀參數(shù)1．黏度〔或表觀黏度〕培育基的黏度主要受培育基的成分及濃度、細(xì)胞濃度、溫度、代謝產(chǎn)物等影響。而發(fā)酵液的黏度〔或表觀黏度〕對(duì)溶液的攪拌與混合、溶氧速率、物質(zhì)傳送等有重要影響，同時(shí)對(duì)攪拌功率耗費(fèi)及發(fā)酵產(chǎn)物的分別純化均起著重要作用。2．pH每一種生物細(xì)胞均有最正確的生長(zhǎng)增殖pH值，細(xì)胞及酶的生物催化反響也有相應(yīng)的最正確pH范圍。而在培育基制備及產(chǎn)物提取、純化過(guò)程也必需控制適當(dāng)?shù)膒H。因此生物反響消費(fèi)對(duì)pH的檢測(cè)控制極為重要。3．溶氧濃度和氧化復(fù)原電位好氣性發(fā)酵過(guò)程中，液體培育基中均需維持一定程度的溶解氧，以滿足生物細(xì)胞呼吸、生長(zhǎng)及代謝需求。溶解氧程度和溶氧效率往往是發(fā)酵消費(fèi)程度和技術(shù)經(jīng)濟(jì)目的的重要影響要素。對(duì)一些亞好氧的生物發(fā)酵反響如某些氨基酸發(fā)酵消費(fèi)，在產(chǎn)物積累時(shí)，只需很低的溶解氧程度。這樣低的溶解氧濃度運(yùn)用氧化復(fù)原電極電位計(jì)〔ORP儀〕來(lái)測(cè)定微小的溶氧值。4．發(fā)酵液中溶解CO2濃度對(duì)通氣發(fā)酵消費(fèi)，由于生物細(xì)胞的呼吸和生物合成，培育液中的氧會(huì)被部分耗費(fèi)，而溶解的CO2含量會(huì)升高。對(duì)大部分的好氧發(fā)酵，當(dāng)發(fā)酵液中溶解CO2濃度增至某值時(shí)，就會(huì)使細(xì)胞生長(zhǎng)和產(chǎn)物生成速率下降。5．細(xì)胞濃度及酶活特性菌體的濃度與酶的活動(dòng)中心親密相關(guān)。經(jīng)過(guò)菌體干重的測(cè)定，可以了解生物的生長(zhǎng)形狀，從而控制和改動(dòng)消費(fèi)工藝或補(bǔ)料和供氧，保證到達(dá)較好的消費(fèi)程度。酶做催化劑的生化反響，那么酶濃度〔活度〕是必需檢測(cè)監(jiān)控的參變量。6．菌體形狀菌體形狀的變化也是反響它的代謝變化的重要特征?？梢愿鶕?jù)菌體的形狀不同，區(qū)分出不同的發(fā)酵階段和菌體的質(zhì)量。三、間接參數(shù)1．呼吸代謝參數(shù)微生物的氧利用速率，二氧化碳釋放速率，和呼吸熵。假設(shè)流出反響器的氣體流量與空氣流入量相等，空氣中氧濃度為21%，二氧化碳的濃度為零，丈量到排出氣體的氧濃度為，二氧化碳的濃度為，那么由氣相物料平衡計(jì)算可得：氧利用速率〔OUR〕二氧化碳釋放速率〔CER〕呼吸熵〔〕2．菌體比生長(zhǎng)速率每小時(shí)每單位分量的菌體所添加的菌體量稱為菌體的比生長(zhǎng)速率，單位為1/h。菌體的比生長(zhǎng)速率與生物的代謝有關(guān)。3．氧比耗費(fèi)速率〔rO2〕氧比耗費(fèi)速率稱為菌體的呼吸強(qiáng)度，即每小時(shí)每單位分量的菌體所耗費(fèi)的氧的數(shù)量，其單位為毫克分子氧/克干菌體小時(shí)。第二節(jié)檢測(cè)方法與儀器研討微生物生長(zhǎng)過(guò)程所需求的檢測(cè)參數(shù)大多是經(jīng)過(guò)在反響器中配置各種傳感器和自動(dòng)分析儀來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些安裝能把非電量參數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)適當(dāng)處置后，可用于監(jiān)測(cè)發(fā)酵的形狀、直接作發(fā)酵閉環(huán)控制和計(jì)算間接參數(shù)。在線檢測(cè)離線檢測(cè)

發(fā)酵過(guò)程對(duì)傳感器的要求：1.發(fā)酵過(guò)程對(duì)傳感器的常規(guī)要求為準(zhǔn)確性、準(zhǔn)確度、靈敏度、分辨才干要高，呼應(yīng)時(shí)間滯后要小，可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定任務(wù)，可靠性好，具有可維修性。2.必需思索衛(wèi)生要求，發(fā)酵過(guò)程中不允許有其他雜菌污染。3.普通要求傳感器能與發(fā)酵液同時(shí)進(jìn)展高壓蒸汽滅菌，不耐受蒸汽滅菌的傳感器可在罐外用其他方法滅菌后無(wú)菌裝入。4.要求傳感器與外界大氣隔絕，采用的方法有蒸汽汽封、O形圈密封、套管隔斷等。5.應(yīng)選用不易污染的資料如不銹鋼，防止微生物附著及干擾，便于清洗，不允許走漏。6.傳感器只與被測(cè)變量有關(guān)而不受過(guò)程中其他變量和周?chē)h(huán)境條件變化影響的才干，如抗氣泡及泡沫干擾等。一、主要參數(shù)檢測(cè)原理及運(yùn)用1．溫度的丈量常用的溫度檢測(cè)儀表有熱電阻檢測(cè)器〔RTD〕、半導(dǎo)體熱敏電阻、熱電偶和玻璃溫度計(jì)等。其中熱電阻是中低溫區(qū)最常用的溫度檢測(cè)元件，具有性能穩(wěn)定、丈量精度高、在中低溫區(qū)輸出信號(hào)大、信號(hào)可以遠(yuǎn)傳等優(yōu)點(diǎn)。2．壓強(qiáng)的檢測(cè)壓力、壓差傳感器的丈量原理〔1〕壓力與彈性體的變形應(yīng)力相平衡，并轉(zhuǎn)換成彈性體的位移；〔2〕壓力與別的流體壓力或電磁力等相平衡，并將其變換成力或電流，這種原理多用于工業(yè)消費(fèi)過(guò)程壓力丈量變送傳感器；〔3〕壓力與流體的分量相平衡，由對(duì)應(yīng)的液體量求得壓力，如U形管壓力計(jì)；〔4〕壓力與固體的分量相平衡，由對(duì)應(yīng)的固體分量求得壓力，多用來(lái)標(biāo)定壓力計(jì)。3．液位和泡沫高度的檢測(cè)導(dǎo)電電極法。該丈量方法可由一支或兩支電極所組成，假設(shè)罐體是金屬資料制成的，可只用一支電極。當(dāng)液面或泡沫到達(dá)不絕緣的金屬棒的端點(diǎn)時(shí)，就會(huì)有電流信號(hào)產(chǎn)生，指示出液體或泡沫的存在。這種液位電極傳感器所施加的電壓普通不超越24V，電流大約為15mA。比較平安可靠的電壓為交流10V。采用交流的目的是防止被測(cè)液體的極化。電阻式泡沫電極:當(dāng)電極垂直安裝在罐體上時(shí)，其電極電流正比于不絕緣電極棒浸沒(méi)入液體的長(zhǎng)度，由此來(lái)丈量泡沫液位高度。4．流量丈量:容積式、速度式和質(zhì)量式流量計(jì)容積式流量計(jì):以單位時(shí)間內(nèi)所排出流體的固定容積數(shù)目作為丈量根據(jù)來(lái)計(jì)算流量.〔1〕差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì)也叫節(jié)流式流量計(jì)，是流量丈量中最成熟、最常用的一種流量計(jì)，它根據(jù)流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流安裝時(shí)產(chǎn)生的壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)流量丈量，其壓力差與流體流量成對(duì)應(yīng)關(guān)系。轉(zhuǎn)子流量計(jì)由一根上粗下細(xì)的錐形管和一個(gè)能在其內(nèi)上下浮動(dòng)的轉(zhuǎn)子所組成。被測(cè)流體自下而上從轉(zhuǎn)子和錐形管內(nèi)壁之間的環(huán)隙中經(jīng)過(guò)，由于流體經(jīng)過(guò)環(huán)隙時(shí)被忽然收縮，在轉(zhuǎn)子上下兩側(cè)就產(chǎn)生了壓差，使轉(zhuǎn)子遭到一個(gè)向上的沖力而浮起。當(dāng)這個(gè)力正好等于浸沒(méi)在流體中的轉(zhuǎn)子的分量時(shí)，那么作用在轉(zhuǎn)子上的上、下兩個(gè)作用力到達(dá)平衡，轉(zhuǎn)子就停留在某一高度上。根據(jù)轉(zhuǎn)子平衡位置的高低，就可得知流量的大小。〔2〕轉(zhuǎn)子流量計(jì)〔3〕電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)由檢測(cè)和轉(zhuǎn)換兩部分組成，前者將被測(cè)介質(zhì)流量轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電勢(shì)，然后由后者轉(zhuǎn)換成4~20mA直流電流作為輸出，在一段非導(dǎo)磁資料制成的管道外面，安裝有一對(duì)磁極N和S，用以產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)導(dǎo)電液體流過(guò)管道時(shí)，因流體在磁場(chǎng)中作垂直方向流動(dòng)而切割磁力線。5．發(fā)酵液黏度的丈量發(fā)酵上常用的黏度測(cè)定儀毛細(xì)管黏度計(jì)、回轉(zhuǎn)式黏度計(jì)和渦輪黏度計(jì)等。6．?dāng)嚢柁D(zhuǎn)速和攪拌功率磁感應(yīng)式、光感應(yīng)式測(cè)速儀:是利用攪拌軸或電機(jī)軸上裝設(shè)的感應(yīng)片切割磁場(chǎng)或光束而產(chǎn)生脈沖信號(hào)，此信號(hào)即脈沖頻率與攪拌轉(zhuǎn)速一樣。而測(cè)速發(fā)電機(jī)是利用在攪拌軸上或電機(jī)軸上裝設(shè)一小型發(fā)電機(jī)，測(cè)速發(fā)電機(jī):輸出電壓與攪拌速率成線性關(guān)系。攪拌功率直接影響發(fā)酵液的混合與溶氧、細(xì)胞分散及物質(zhì)傳送、熱量傳送等特性。7．pH值的丈量為了丈量pH值，需求一個(gè)丈量電極和一個(gè)參比電極，其任務(wù)原理是利用玻璃電極與參比電極浸泡于某一溶液時(shí)具有一定的電位，其pH可表示為：

pH如今普通采用復(fù)合電極。在復(fù)合電極中，玻璃電極由參比電極包裹著。溫度對(duì)pH值的準(zhǔn)確丈量有很大的影響，為了補(bǔ)償溫度的影響，在pH復(fù)合電極中加一溫度敏感元件，從而構(gòu)成丈量電極、參比電極和溫度傳感元件三位一體的三合一電極，對(duì)環(huán)境溫度有很好的補(bǔ)償作用。

8.溶氧濃度的檢測(cè)①亞硫酸鹽氧化法②極譜法③氧化復(fù)原電極電位儀(亞好氧發(fā)酵過(guò)程)④溶氧電極法測(cè)定的三個(gè)用途1．對(duì)生物反響器的傳氧性能進(jìn)展測(cè)定，以便選擇最正確條件進(jìn)展操作，并對(duì)其進(jìn)展評(píng)價(jià)。2．對(duì)發(fā)酵過(guò)程傳氧性情況進(jìn)展了解，以便判別發(fā)酵過(guò)程的供氧情況。3．為通風(fēng)罐的研討過(guò)程找出設(shè)備參數(shù)〔如〕，操作參數(shù)〔如N－攪拌器轉(zhuǎn)數(shù)Q－通風(fēng)量〕的關(guān)系，以便進(jìn)展發(fā)酵罐的放大和合理設(shè)計(jì)。亞硫酸鹽氧化法用銅離子作為催化劑，溶解在水中的氧能立刻氧化其中的亞硫酸根離子，使之成為硫酸根離子，其氧化反響的速度在較大的范圍內(nèi)與亞硫酸根離子的濃度無(wú)關(guān)。實(shí)踐上是氧分子一經(jīng)溶入液相，立刻就被復(fù)原掉。溶氧電極法

丈量溶氧濃度的原理溶氧電極可以看作是一種電解電池，它有兩只具有不同電性的電極，一只是銀絲做成的陰極，另一只是鉛皮卷成的陽(yáng)極，這對(duì)電極安裝在兩端開(kāi)口的細(xì)的玻璃套管內(nèi)，在靠近的陰極的一端用一種耐熱的，只允許氣體透過(guò)而不透過(guò)水及離子的半浸透塑料膜覆蓋。構(gòu)成一個(gè)有一定容積的電池，在電池中參與數(shù)毫升電解質(zhì)溶液。在兩極之間產(chǎn)生一個(gè)電位，使陽(yáng)極鉛變成鉛離子進(jìn)入電解質(zhì)溶液，同時(shí)放出的電子在陰極上把透過(guò)半透膜進(jìn)入電池的氧立刻復(fù)原成氫氧根離子。用溶氧電極丈量ＫＬa

用溶氧電極與氧氣分析儀相配合，可直接丈量實(shí)踐發(fā)酵液中的體積溶氧系數(shù)Kla

式中Ｃ進(jìn)，Ｃ＊為常量：Ｃ出可用氧氣分析儀自排出氣體測(cè)得，Ｃ為培育液中的溶氧濃度用溶氧電極測(cè)得。

9．溶解CO2濃度的檢測(cè)利用對(duì)CO2有特殊選擇浸透經(jīng)過(guò)特性的微孔膜，使分散經(jīng)過(guò)的CO2進(jìn)入飽和碳酸氫鈉緩沖溶液中，平衡后顯示的pH與溶解的CO2濃度成正比，由此原理并經(jīng)過(guò)變換就可測(cè)出溶解CO2濃度。10．細(xì)胞濃度的測(cè)定全細(xì)胞濃度：其丈量方法可分為濕重法、干重法、濁度法、濕細(xì)胞體積法等。其中干重法準(zhǔn)確度最高?；罴?xì)胞濃度的測(cè)定：發(fā)酵液中活細(xì)胞濃度的測(cè)定原理是利用活生物細(xì)胞催化的反響或活細(xì)胞本身特有的物質(zhì)而運(yùn)用生物發(fā)光或化學(xué)發(fā)光法進(jìn)展測(cè)定。11．高壓液相分析系統(tǒng)〔HPLC〕利用HPLC在線丈量物質(zhì)濃度，并配有發(fā)酵出口氣體CO2分析儀和pH與氧化復(fù)原電極的發(fā)酵系統(tǒng)。產(chǎn)物的濃度，如木糖、乙醇和有機(jī)酸等，經(jīng)過(guò)對(duì)發(fā)酵液采樣過(guò)濾后進(jìn)入過(guò)濾取樣模件FAM〔FilterAcquisitionModule〕，再由HPLC系統(tǒng)進(jìn)展分析。12．流動(dòng)注射式分析系統(tǒng)13．映像在線監(jiān)控系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)細(xì)胞數(shù)目、尺寸和形狀的系統(tǒng)，即直接將光學(xué)顯微鏡安裝在反響器中，經(jīng)過(guò)此系統(tǒng)可以察看到細(xì)胞的數(shù)目，單個(gè)細(xì)胞的尺寸和形狀，還可利用熒光顯微鏡同時(shí)估計(jì)細(xì)胞代謝過(guò)程。二、在線發(fā)酵儀器的研討進(jìn)展1．紅外光譜技術(shù)紅外線被吸收的數(shù)量與吸收介質(zhì)的濃度有關(guān)，當(dāng)其經(jīng)過(guò)待測(cè)介質(zhì)后，其強(qiáng)度按指數(shù)規(guī)律減弱，符合朗伯比爾定律。將光源的延續(xù)譜輻射全部投射到被測(cè)樣品上，根據(jù)樣品吸收輻射能的情況來(lái)斷定被測(cè)成分的含量。不斷以來(lái)，原位過(guò)程監(jiān)測(cè)中紅外光的傳送和高性能紅外探頭的研制是難以處理的問(wèn)題。近幾年經(jīng)過(guò)研討獲得了宏大的突破，如借助光路系統(tǒng)或光導(dǎo)纖維來(lái)傳送紅外光，利用衰減全反射(ATR)原理，采用多次反射復(fù)合金剛石、鋯等資料制做的紅外探頭，可適用于包括水溶液或其它強(qiáng)紅外吸收溶劑、固體粉末或紅外強(qiáng)吸收的樣品，紅外光進(jìn)入樣品的光程恒定，樣品只需與全反射晶體資料嚴(yán)密貼合即可。2．熒光檢測(cè)技術(shù)熒光檢測(cè)可分為酶鍵合標(biāo)志法、直接熒光丈量法、熒光試劑丈量法。酶鍵合標(biāo)志法采用專注性強(qiáng)的鍵合劑，根據(jù)標(biāo)志與非標(biāo)志物在鍵合中心的競(jìng)爭(zhēng)性反響，測(cè)定由鍵合劑置換下來(lái)的溶液含量，由此測(cè)知代謝中間物或基質(zhì)的含量。當(dāng)采用熒光標(biāo)志物時(shí)，就可以用熒光分析法進(jìn)展測(cè)定。此種測(cè)定法多用光導(dǎo)纖維探頭。二股光導(dǎo)纖維中的一股用來(lái)傳輸激發(fā)用的紫外光，另一股用來(lái)接納并傳輸測(cè)定室內(nèi)激發(fā)出的熒光，熒光經(jīng)濾光片后由光敏器件接納，根據(jù)光強(qiáng)即可測(cè)知待測(cè)液中代謝物的濃度。3．離子敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳感技術(shù)是利用離子敏感薄膜或生物活性功能膜替代金屬構(gòu)成的新型有源半導(dǎo)體化學(xué)敏感器件。它與普通的場(chǎng)效晶體管的不同之處在于前者沒(méi)有金屬柵電極，柵極介質(zhì)裸露或在其外表上覆蓋對(duì)不同離子敏感的膜。當(dāng)將器件置于待測(cè)溶液中時(shí)，柵介質(zhì)直接與待測(cè)溶液接觸。傳感器對(duì)離子活度的呼應(yīng)可由柵介質(zhì)與電解液界面處的電化學(xué)勢(shì)對(duì)閾電壓的影響來(lái)闡明.第三節(jié)控制實(shí)際與運(yùn)用一、生物過(guò)程的控制特征發(fā)酵過(guò)程的一些特征使其比化學(xué)反響過(guò)程更易受控制。生物反響器在很大程度上能自我調(diào)理，這是微生物靠長(zhǎng)期進(jìn)化培育出來(lái)的順應(yīng)環(huán)境的才干。故忽然消逝的反響在生物過(guò)程中是不存在的，當(dāng)遇條件不適，反響過(guò)程會(huì)自然衰減。許多生物過(guò)程運(yùn)轉(zhuǎn)并非絕對(duì)依賴過(guò)程的控制，但這并不等于不能經(jīng)過(guò)優(yōu)化控制來(lái)改良生物過(guò)程。例如，調(diào)理得很好的控制回路通?？梢跃S持過(guò)程溫度或pH條件很接近所需值〔如±0.3℃，pH±0.2〕?！惨弧硿囟鹊目刂粕锓错懙淖钫_溫度范圍是比較狹窄的，所以發(fā)酵過(guò)程需把生物反響器的溫度控制在某一定值或區(qū)間內(nèi)。在冷卻水溫度比較穩(wěn)定的情況下，生化反響器的溫度常采用單回路的PID控制。這樣的溫度控制系統(tǒng)由四個(gè)環(huán)節(jié)組成，即溫度丈量元件，通常用鉑熱電阻溫度計(jì)T，控制器，調(diào)理閥和被控過(guò)程的生化反響器〔發(fā)酵罐〕。〔二〕pH的控制pH是發(fā)酵過(guò)程中代謝平衡，特別是碳、氮平衡的反映。系統(tǒng)由pH丈量電極和變送器、pH控制器、空氣開(kāi)關(guān)和氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥組成。氨水不是直接參與反響器，而是經(jīng)過(guò)空氣管道與空氣一同送入反響器，這樣使氨水充分分散于發(fā)酵液中，不會(huì)呵斥部分pH值的偏高或偏低。為了防止調(diào)理閥門(mén)的走漏，調(diào)理閥采用氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥，它由電磁空氣開(kāi)關(guān)來(lái)控制。所以，pH控制系統(tǒng)是一開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)，控制器根據(jù)pH偏向信號(hào)計(jì)算出開(kāi)關(guān)閥門(mén)開(kāi)關(guān)周期和開(kāi)與關(guān)的時(shí)間長(zhǎng)短，來(lái)控制輸入的氨水的量，從而到達(dá)控制pH的目的?！踩橙苎蹩刂朴捎谌苎鯘舛仍獾絺餮跖c耗氧兩方面影響，從耗氧方面思索，溶氧濃度可作為補(bǔ)料控制的根據(jù)。從傳氧方面思索，普統(tǒng)統(tǒng)過(guò)加大攪拌轉(zhuǎn)速、通氣量或罐頂壓力的方法，提高氧傳送速率。溶解氧經(jīng)過(guò)控制發(fā)酵罐壓力和空氣流量的方法來(lái)控制。由于壓力控制系統(tǒng)與空氣流量控制系統(tǒng)相互有影響，即有耦協(xié)