在線濃度檢測在生物量培養(yǎng)過程中應(yīng)用

1、在線菌體濃度檢測在生物量培養(yǎng)過程中的應(yīng)用姚輝璐姚輝璐 南寧市安勝達(dá)科技有限公司南寧市安勝達(dá)科技有限公司2011年年6月月菌體濃度檢測的意義 隨著微生物在生產(chǎn)上大規(guī)模的利用，出現(xiàn)了發(fā)酵工業(yè)。微生物的生長包括四個生長期:延遲期、指數(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期。在發(fā)酵過程中必須清楚處于哪個時期，才能對發(fā)酵進(jìn)行更好的控制，所以在發(fā)酵生產(chǎn)和研究中基本都要繪制生長曲線。目前一般都采用離線測量后繪制，尋找一種可靠的價格可以接受的自動化測量儀器，一直是發(fā)酵界的目標(biāo)。發(fā)酵過程在線監(jiān)測與控制的任務(wù) 發(fā)酵過程控制應(yīng)包含兩個控制：一是如何改變細(xì)胞的遺傳組成和細(xì)胞的代射生理特性，即所謂細(xì)胞的“內(nèi)部控制”，如高產(chǎn)菌株的篩選或構(gòu)建

2、;另一是“外部控制”，即對包括營養(yǎng)成份、細(xì)胞體及代謝產(chǎn)物在內(nèi)的細(xì)胞生長和產(chǎn)物形成的物理和化學(xué)條件的控制，達(dá)到過程最優(yōu)化，其表現(xiàn)在生產(chǎn)上，就是過程放大和優(yōu)化。過程控制己在化工、機(jī)械和電子等領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，但由于發(fā)酵過程中的反應(yīng)體系十分復(fù)雜，造成了發(fā)酵工業(yè)中的過程優(yōu)化控制和放大仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他工業(yè)。生物量濃度在線測量的現(xiàn)狀 常用的菌體濃度（生物量）的檢測方法： a、光密度OD d、相干檢測技術(shù)：電極電容傳感器，主要作用是把生物量參數(shù)信號（菌體細(xì)胞濃度）轉(zhuǎn)換為電容量信號，其依據(jù)是：在一定測量頻率下，生物發(fā)酵液的介電常數(shù)增量是菌體細(xì)胞濃度的函數(shù)。而發(fā)酵液中介電常數(shù)增量可以通過測量電容的變化來確定

3、，經(jīng)過標(biāo)定后最終用來指示菌體細(xì)胞濃度。光學(xué)法主要原理 比爾朗伯定律數(shù)學(xué)表達(dá)式 A=lg(1/T)=Kbc A為吸光度,T為透射比,是透射光強(qiáng)度比入射光強(qiáng)度 c為吸光物質(zhì)的濃度， b為吸收層厚度 物理意義是當(dāng)一束平行單色光垂直通過某一均勻非散射的吸光物質(zhì)時,與其吸光度A與吸光物質(zhì)的濃度c及吸收層厚度b成正比. 測量原理樣品：含顆粒的液體光源OD 測量生物量濃度在線檢測儀安勝達(dá)產(chǎn)品特點(diǎn)（一）1.可高壓高溫蒸汽滅菌;2.實(shí)時測量和記錄所有的生長情況，監(jiān)控細(xì)胞培養(yǎng)液中的細(xì)胞密度，不用人工取樣，能杜絕取樣過程的污染風(fēng)險，降低高強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)室分析需求(可以避免人為錯誤出現(xiàn));3.可以達(dá)到一秒一個數(shù)據(jù)，取樣頻

4、率高，可以更精確的觀察到細(xì)胞生長拐點(diǎn)的出現(xiàn)，在生產(chǎn)中可以節(jié)約更多的能源和時間；4.即插即用，使用、操作和維護(hù)相當(dāng)快捷；安勝達(dá)產(chǎn)品特點(diǎn)（二）4.過程控制可通過計算機(jī)讀取數(shù)據(jù)和顯示處理數(shù)據(jù)5.在機(jī)器的顯示屏上可以顯示測試總的時間，還可以繪出OD曲線，變化過程一目了然；6.可同時測量和記錄溫度；7.可根據(jù)客戶需要定制需要的波長；8.提供485和420ma輸出，方便結(jié)合到現(xiàn)有的控制系統(tǒng)中；安勝達(dá)產(chǎn)品特點(diǎn)（三）9.探頭保存溫度：-25 to 125；10.探頭工作溫度：-10 to 10011.測量范圍：OD：06，5擋，自動換擋；儀器面板程序界面方便的集成到現(xiàn)有的系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)情況與發(fā)酵罐連接發(fā)酵過程中可

5、能對測量影響的因素 1、氣泡 2、攪拌 3、加料測量過程中氣泡影響的消除 在發(fā)酵過程中，存在著鼓氣、發(fā)酵產(chǎn)生各種氣體等各種復(fù)雜的情況，氣泡對基于光密度的OD測量影響是較大的，如何去除這個影響，一直是困擾在基于OD的生物量測量的一個比較重要的問題。一般在手工測量的情況下，是等氣泡消除后再測量，但是對于在線檢測，是沒有辦法和不可能這樣做的，必須使用合適的方法來盡可能的消除這一類的影響，我們采用了軟件濾波的方法，對于有可能是氣泡等引起的數(shù)據(jù)激烈變化的數(shù)據(jù)去掉，這樣實(shí)踐證明效果還是蠻好的，以下兩張圖可以說明問題：氣泡影響的消除攪拌的影響 經(jīng)過我們不同發(fā)酵介質(zhì)和多次的實(shí)驗(yàn)表明，攪拌速度的變化，對測量結(jié)果

6、基本沒有太大的影響。加料一些典型應(yīng)用 一、在培養(yǎng)瓶中的應(yīng)用 二、糖蜜發(fā)酵酒精中的應(yīng)用 三、木薯淀粉發(fā)酵L乳酸 四、藻類培養(yǎng)在搖床中的應(yīng)用-酵母利用葡萄糖培養(yǎng)基發(fā)酵的酒精三種方法的比較三種方法的比較 所對應(yīng)的細(xì)胞計數(shù)和手工OD值得數(shù)據(jù)對比：糖蜜發(fā)酵酒精 在利用糖蜜發(fā)酵酒精過程中，利用1020度的糖蜜，如果不稀釋的話，用一般的分光光度計是無法測量的。利用我們的系統(tǒng)可以很好的把生物量濃度測量出來，而且和細(xì)胞計數(shù)很好的對應(yīng)起來：糖蜜樣本糖蜜樣本糖蜜發(fā)酵酒精的應(yīng)用平滑后曲線發(fā)酵后取出的探頭 L乳酸發(fā)酵過程中的測量 測試的對象：培養(yǎng)基，30%的木薯粗淀粉，如圖:應(yīng)用案例應(yīng)用案例（三）（三）L乳酸發(fā)酵過程中的測量 用在線測試系統(tǒng)測出的od曲線：藻類培養(yǎng)中的應(yīng)用 在藻類培養(yǎng)中的應(yīng)用小結(jié) 我們開發(fā)的基于嵌入式系統(tǒng)的生物量濃度檢測系統(tǒng)，成功的應(yīng)用在多個方面，實(shí)踐證明我們開發(fā)的系統(tǒng)是穩(wěn)定的，功能是完善的，可以滿足發(fā)酵工業(yè)或其他生物培養(yǎng)的生物量濃度在線檢測需要。 在線旋光儀 旋光儀是測定物質(zhì)旋光度的儀器。通過對樣品旋光度的測量，可以分析確定物質(zhì)的濃度、含量及純度等。廣泛應(yīng)用于制藥、藥檢、制糖、食品、化驗(yàn)分析或過程質(zhì)量控制。安勝達(dá)在線旋光儀特點(diǎn) 1、可檢測