第十章发酵过程的参数检测.pptVIP

六、发酵液黏度测量 ? 发酵液通常属非牛顿流体，不能采用一般的工业黏度计或油品黏度计测量。 ? 可测量发酵液黏度的黏度计： 毛细管黏度计 回转式黏度计 涡轮旋转黏度计 旋转黏度计 毛细管黏度计 ● 恒温 ● 毛细管半径和长度要精确计算 ● 被测置于贮筒，在恒定压差△P下从毛细管排出 第二节 化 学 参 数 测 量 一、pH测量 1、取样罐外测量 试纸法 （精密级） 酸度计法 罐外取样测量不利于实现自动化管理 2、在线测量 发酵用复合pH电极 + pH显示仪表 pH测量原理图 发酵用复合pH电极 ? 过高的温度将对玻璃膜材质和参比电极性质产生影响，造成不可逆转的破坏。 ? 外加不锈钢护套后安装于罐内 pH显示仪表 应具有较高的输入阻抗（1011-1012 ?） 并具有自动或手动的温度补偿功能 二、溶解氧（DO) 的测量 电极法 ◇ 电解型（极谱型）电极 如阴极和阳极都用银制成，参比电解液用KCl溶液 ◇ 原电池型 如阴极用银，阳极用铅 ◇ 当把电极放在一被测溶液中时，就在阴极表面发生了电极反应，使距表面越近的溶液中的氧被还原了；此时，电极表面的氧浓度与液流主体中的氧浓度就形成了一个梯度，这时电极反应速度是受氧扩散控制的。 ◇ 由于这个氧浓度梯度随时间而减小，且易受到搅拌程度等物理因素的影响，造成电极输出信号不稳定，使整个电极测量难以进行。 ◇ 因此，一个基本的DO电极测量系统不仅要具备指示电极和参比电极之间形成的电位差，使此时只有氧在电极上发生反应，而且要使电极表面与液流主体之间有一个稳定的氧扩散梯度。 复膜氧电极： 电极的阴极、阳极和电解质被一层聚分子膜（如聚四氟乙烯）与被测溶液隔开；该膜能透过氧分子，但不能透过溶液中的其它离子或分子。 复 膜 氧 电 极 溶氧电极 三、溶解CO2测量 ◇ 在NaHCO3溶液中： pH = 常数 - lg PCO2 ◇ 使用特殊的气体渗透膜（如玻璃膜），能够使 CO2扩散到NaHCO3溶液中； ◇ 溶液中的pH变化就是CO2实际压力的测量值。 CO2电极 第三节 间 接 参 数 的 获 得 1、离线取样分析 一、菌 量 测 量 称重法 离心叠集法 光学（浊度）法 细胞蛋白测定法 核酸测定法 ATP测定法 显微镜直接计数法 平板培养法 2、在线测量 1）浊度法 常用流通式浊度计 原理： 使发酵液进入一流通式薄层比色杯，用500～600 nm波长的光束测定发酵液的光密度（消光系数）；然后发酵液再返回到发酵罐中。 流通式浊度计 适用： 流通式浊度计适用于无固体培养基的单细胞微生物浓度的测量 注意： ◇ 壁生长 （可提高发酵液通过比色杯表面的速度；或将壁生长考虑在内的光电补偿） ◇ 气泡对浊度的影响 （可使用气液分离器，使除气后的发酵液进入比色杯） 2）荧光探测法 ◇ NADH受一定波长的光激发后可发出荧光 ◇ 在微生物培养过程的一定时期内，产生的NADH的量是不变的，例如，在对数生长时，NADH浓度与活性生物量成线性关系。 NDAH 检测器 滤光片 低压水银 蒸汽灯 光纤 荧光探测法示意图 二、体积氧传递系数KL a的测定 以前介绍了亚硫酸盐氧化法 此处介绍采用复膜氧电极进行测量的动态法 4）以溶解氧浓度为纵坐标，以测定时间为横坐标绘制曲线 方法： 1）在发酵过程中突然停气，保持搅拌； 2）立即用氮气将发酵罐上部空气驱出； 随着微生物细胞的呼吸作用，使发酵液中溶解氧浓度迅速下降，一定时间后，溶解氧浓度下降速度减慢 3） 待溶解氧浓度达到一个较低点时，再恢复通气； 当溶解氧降至b点以下，因溶解氧浓度过低，对细胞的呼吸产生了抑制作用，因此b点的溶解氧浓度可认为是微生物呼吸所需的临界氧浓度 ab段表明在停气后，由于微生物的呼吸作用使发酵液中溶解氧浓度迅速下降； 溶解氧浓度与通气变化的关系 停气后，发酵液中溶解氧浓度的变化率可表示为: dCL/dt = KLa(C* －CL) － QO2·X CL = – ( + QO2·X) + C* 1 dCL KLa dt 以CL为纵坐标，以(dCL/dt + QO2·X)为横坐标作图 dCL/dt + QO2·X CL a b 斜率 = －1/KLa C* 第 四 节 生 物 传 感 器 生物传感器的工作原理 生物体功能材料 被测物 换能器件 电信号 * 第十章 发酵过程的参数检测 直接参数 间接参数 物理参数 （温度、压力、搅拌速度、