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發(fā)酵過程的參數(shù)檢測-發(fā)酵工藝過程控制

發(fā)酵過程參數(shù)的測定是進(jìn)行發(fā)酵過程控制的重要依據(jù)凿食。通過各種參數(shù)的檢測，對生產(chǎn)過程進(jìn)行定性和定量地描述，以期達(dá)到對發(fā)酵過程進(jìn)行有效控制的目的欲主。

發(fā)酵過程參數(shù)的檢測形式分為原位檢測、在線檢測逝嚎、離線檢測三種扁瓢。

原位檢測通過安裝在發(fā)酵罐內(nèi)的原位傳感器直接與發(fā)酵液接觸進(jìn)行測量详恼，對發(fā)酵過程不發(fā)生影響，常用于ph引几、溶解氧昧互、罐壓的測量。

在線檢測是利用連續(xù)的取樣系統(tǒng)與相關(guān)的分析器連接伟桅，取得測量信號的參數(shù)測定方法机凭，常用的分析器有各種傳感器，如ph窖升、溶解氧级衅、溫度、液位呕瞎、泡沫等電鼓笨，尾氣分析儀，流動注射分析系統(tǒng)（FIA）和高效液相色譜（hpLC）系統(tǒng)等劈狼。

離線檢測是指在定的時(shí)間內(nèi)離散取樣锰胀，采用常規(guī)的化學(xué)分析和自動的分析系統(tǒng)，在發(fā)酵罐外進(jìn)行樣品的處理和分析測量艺崔，如分光光度法涣疑、電位分析法、重量法藕壹、氣相色譜（GC）法等诞嗦。目前，除了溫度椿访、壓力乌企、ph、溶解氧成玫、尾氣等參數(shù)可利用自動檢測系統(tǒng)進(jìn)行在線檢測外加酵，多數(shù)化學(xué)和生物參數(shù)仍需通過定時(shí)取樣方法離線檢測，如發(fā)酵液中的基質(zhì)（糖哭当、脂質(zhì)猪腕、鹽等）、前體和代謝產(chǎn)物（抗生素钦勘、酶陋葡、有機(jī)酸和氨基酸等）以及菌量的監(jiān)測主要還是依賴人工取樣，然后在罐外進(jìn)行分析彻采。

發(fā)酵過程中可根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)和可能條件腐缤，有選擇地檢測部分參數(shù)。

在線測量有許多優(yōu)點(diǎn)肛响，主要是及時(shí)岭粤、省力陨溅，且可使操作者從繁瑣操作中解脫出來，便于用計(jì)算機(jī)控制沸根。但其應(yīng)用還受到諸多因素的限制：例如發(fā)酵液的性質(zhì)復(fù)雜和培養(yǎng)過程的嚴(yán)密性要求健十；菌體或培養(yǎng)基等固體物易附著在傳感器表面，從而影響其性能瘟百；罐內(nèi)氣泡對測量的干擾织娶；培養(yǎng)基和有關(guān)設(shè)備需高壓蒸汽滅菌。因此掺变，用于微生物發(fā)酵參數(shù)原位或在線檢測的傳感器除了必須耐高溫高壓蒸汽反復(fù)滅菌外掐赠，還要避免探頭表面被微生物堵塞導(dǎo)致測量失敗的危險(xiǎn)。現(xiàn)已發(fā)明了探頭可伸縮的適合于大規(guī)模生產(chǎn)的裝置帆骗。這樣糯湃，探頭可以隨時(shí)拉出，經(jīng)重新校正和滅菌的席，然后再推進(jìn)去而不會影響發(fā)酵罐的無菌狀況捧擂。比較有價(jià)值的狀態(tài)參數(shù)檢測是尾氣分析和空氣流量的在線測量。

用不分光紅外和熱磁氧分析儀可分別測定尾氣中二氧化碳和氧氣的含量赁至。也可以用種快速艾遗、不連續(xù)、能同時(shí)測定多種組分的質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測瓣俯。尾氣在線分析能及時(shí)反映生產(chǎn)菌的生長及代謝狀況杰标，通過尾氣分析可以判斷菌種發(fā)酵過程，攝氧率（OUR）彩匕、二氧化碳生成率（CER）和呼吸熵（RQ）等參數(shù)的變化都不樣腔剂。以面包酵母補(bǔ)料分批發(fā)酵為例，有兩種主要原因?qū)е乱掖嫉男纬赏找牵磁囵B(yǎng)基中基質(zhì)濃度過高或溶解氧的不足都會形成乙醇掸犬。當(dāng)乙醇產(chǎn)生時(shí)，CER升高谅畅，OUR維持不變登渣，RQ也會增加。因此毡泻，通過應(yīng)用尾氣分析即可控制面包酵母分批發(fā)酵的效果。

直接狀態(tài)參數(shù)能直接反映發(fā)酵過程中微生物生理代謝狀況粘优；間接狀態(tài)參數(shù)更能反映發(fā)酵過程的整體狀況仇味，尤其能提供從生長向生產(chǎn)過渡或主要基質(zhì)間的代謝過渡指標(biāo)。

綜合各種狀態(tài)變量去谈，可以了解過程狀態(tài)区为、反應(yīng)速率喇纬、設(shè)備性能、設(shè)備利用效率等信息嫂衅，以便及時(shí)做出調(diào)整凯书。如ph變化受系統(tǒng)反饋控制，也同時(shí)受到代謝變化及溶解氧控制操作的綜合影響灌龄。又如咬恨，從冷卻水的流量和測得的溫度可以準(zhǔn)確計(jì)算大規(guī)模發(fā)酵時(shí)發(fā)酵罐的總熱負(fù)荷和熱傳質(zhì)系數(shù)，而熱傳質(zhì)系數(shù)的變化能反映黏度增加和積垢問題文鸽。