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在我們進(jìn)行發(fā)酵的過(guò)程里,發(fā)酵液中pH值是發(fā)酵工藝的重要參數(shù)之一。因?yàn)閜H值對(duì)微生物細(xì)胞的繁殖生長(zhǎng)和產(chǎn)物(副產(chǎn)物)的產(chǎn)生都有所影響。
為了使微生物能在更適合的pH值范圍內(nèi)繁育生長(zhǎng),合成目標(biāo)代謝產(chǎn)物,需要嚴(yán)格把控發(fā)酵中的pH數(shù)值。因此,快速準(zhǔn)確的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)值變化,和及時(shí)調(diào)控pH值成為了發(fā)酵成敗的關(guān)鍵因素之一。
那么如何在發(fā)酵過(guò)程中,調(diào)控實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐的pH數(shù)值呢?
pH電極工作原理
首先發(fā)酵過(guò)程中的pH電極會(huì)連續(xù)測(cè)量,以確定發(fā)酵液中的pH值。
pH測(cè)量屬于原電池系統(tǒng),它的存在是為了使化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽姵氐恼?fù)極之間的電壓被叫做電極電位。而電極電位則是由測(cè)量電極(也可稱(chēng)指示電極)和參比電極這兩個(gè)半電池組成。
pH電極是基于能斯特方程原理來(lái)測(cè)量酸堿度。pH值與電極的電動(dòng)勢(shì)一般是呈直線(xiàn)關(guān)系,通常用標(biāo)準(zhǔn)緩沖液或被測(cè)溶液來(lái)進(jìn)行標(biāo)定。
而pH的slope,即電極響應(yīng)斜率,是指pH電極把電極的毫伏(mV)信號(hào)轉(zhuǎn)換為pH值。由于參比電極電勢(shì)穩(wěn)定,所以該電動(dòng)勢(shì)是與被測(cè)溶液的氫離子活度有關(guān),通過(guò)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)量的電壓差值,除以標(biāo)準(zhǔn)緩沖液差值所得pH值。
發(fā)酵罐pH調(diào)節(jié)
以貝朗生工實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐為例,pH電極測(cè)定完數(shù)值后,結(jié)果會(huì)直接反饋給控制系統(tǒng),系統(tǒng)則會(huì)根據(jù)原先設(shè)定數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)補(bǔ)料等操作,將罐內(nèi)pH值控制在較好范圍內(nèi)。
pH控制主要依靠酸泵和堿泵進(jìn)行加酸加堿的工作操作。
蠕動(dòng)泵是由PID控制:
① 在pH值高于所設(shè)定值的情況下,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)酸泵加酸,直到達(dá)到設(shè)定值;
② 反之,在pH值小于所設(shè)定值時(shí),則會(huì)啟動(dòng)堿泵進(jìn)行加堿調(diào)整。
這個(gè)過(guò)程可能會(huì)因?yàn)椴糠忠蛩赜绊?,而?dǎo)致遲延,故數(shù)值越接近設(shè)定值時(shí),泵速越需要減緩,直至調(diào)節(jié)死區(qū),死區(qū)意味著可自由調(diào)節(jié)數(shù)值。
③ 此外某些情況下還會(huì)通過(guò)補(bǔ)料的方式進(jìn)行調(diào)節(jié),當(dāng)發(fā)酵罐內(nèi)的pH值超過(guò)了適值,就意味菌群狀況表現(xiàn)為饑餓,這時(shí)可以啟動(dòng)補(bǔ)料泵進(jìn)行補(bǔ)料調(diào)節(jié)。
以上就是實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐在發(fā)酵過(guò)程中針對(duì)pH值的調(diào)控。
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