發(fā)酵工程第8講

1、 第十章第十章 微生物培養(yǎng)過程的參數(shù)檢測微生物培養(yǎng)過程的參數(shù)檢測 化學(xué)參數(shù)的測定化學(xué)參數(shù)的測定 生物參數(shù)的測定生物參數(shù)的測定 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、菌體比生長速率、呼：菌絲形態(tài)、菌濃度、菌體比生長速率、呼吸強度、基質(zhì)消耗速率、關(guān)鍵酶活力

2、等吸強度、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)從檢測手段檢測手段分可分為：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)：通過儀器或其它分析手段可以測得的參數(shù)，如溫度、通過儀器或其它分析手段可以測得的參數(shù)，如溫度、pH、殘?zhí)堑?。、殘?zhí)堑?。直接參?shù)直接參數(shù)在線檢測參數(shù)和離線檢測參數(shù)在線檢測參數(shù)和離線檢測參數(shù)1.1 在線檢測參數(shù)在線檢測參數(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。在線檢測必須用專門的在線檢測必須用專門的傳感器傳感器（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，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，為發(fā)酵控制提供依據(jù)。供依據(jù)。由于微生物培養(yǎng)過程是純培養(yǎng)過程，無菌要求高，因此由于微生物培養(yǎng)過程是純培養(yǎng)過程，無菌要求高，因此對傳感器有特殊要求：對傳感器有特殊要求：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 傳感器對測量參數(shù)要敏感，且能轉(zhuǎn)換成電信號。（響傳感器對測量參數(shù)要敏感，且能轉(zhuǎn)換成電信號。（

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。 在線檢測在線檢測原理：原理：化學(xué)或物理信號化學(xué)或物理信號 電信號電信號 放大放大 記錄顯示儀（半自動）記錄顯示儀（半自動） 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)信號發(fā)出調(diào)節(jié)信號 控制器動作（全自動）控制器動作（全自動）第三節(jié)第三節(jié) 化學(xué)參數(shù)的測定化學(xué)參數(shù)的測定 1 pH測量測量pHpH測量方法測量方法 pH試紙曾經(jīng)是一種廣泛采用的方法試紙曾經(jīng)是一種廣泛采用的方法優(yōu)點：方便，易操作優(yōu)點：方便，易操作缺點：它主觀性較強缺點：它主觀性較強 質(zhì)量差異，不同廠家不同批號的質(zhì)量差異，不同廠

5、家不同批號的pH試紙測出的試紙測出的pH值會有較大的差別，有時甚至達值會有較大的差別，有時甚至達0.51。pH試紙試紙pH電極電極2 溶氧的測定（相對溶氧，絕對溶氧用碘量法）溶氧的測定（相對溶氧，絕對溶氧用碘量法） 對于好氧微生物來說氧的供應(yīng)十分重要，了解對于好氧微生物來說氧的供應(yīng)十分重要，了解發(fā)酵過程中溶氧情況是發(fā)酵控制的關(guān)鍵方面。發(fā)酵過程中溶氧情況是發(fā)酵控制的關(guān)鍵方面?，F(xiàn)在國現(xiàn)在國內(nèi)外測定溶液中的溶解氧基本上用內(nèi)外測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兩部分組成，所有的薄膜要求能透

6、過氧分子，但不能透過電解質(zhì)和水，同時要能耐高溫。氧分子，但不能透過電解質(zhì)和水，同時要能耐高溫。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，氧可以透過半透膜達到透過半透膜達到陰極上進行電極陰極上進行電極反應(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極、陰極、電解液陽極、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。陽極由鉛、錫、鋁等組成陽極由鉛、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，此時的電極電流為飽和電液中氧含量成正比時，此時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-陽極上的反應(yīng)是：陽極上的反應(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，將氧的信號轉(zhuǎn)變成電信于是在二電極之間形成電流，將氧的信號轉(zhuǎn)變成電信 號。氧濃度越高，電流越大。號。氧濃度越高，電流越大?；瘜W(xué)信號轉(zhuǎn)變成電信號化學(xué)信號轉(zhuǎn)變成電信號2.3 電極的標(biāo)定電極的標(biāo)定一般測定中應(yīng)進行以下二點標(biāo)定一般測定中應(yīng)進行以下二點標(biāo)定（1）零點標(biāo)定）零點標(biāo)定用飽和用飽和Na2SO3作無氧狀態(tài)的溶液，將氧電極放入作無氧狀態(tài)的溶液，將氧電極放入該溶液中，顯示儀表上可見溶氧濃度下降，待下降該溶液中，顯示儀表上可見溶氧濃度下降，待下降穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)零點旋鈕顯示零值。穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)零點旋鈕顯示零值。 （2）飽和校正（滿刻度）飽和校正（滿刻度） 進行簡便測定時，可以采取空氣飽和