文档介绍：发酵工程精品课程
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华东理工大学·生物工程学院
第三节微生物培养过程的参数检测
在线检测必须用专门的传感器(也叫电极或探头)放入发酵系统,将发酵的一些信息传递出来,为发酵控制提供依据。
黑箱灰箱
检测仪器:气相色谱、高效液相、离子色谱、
双向电泳、毛细管电泳、红外光谱、基因测序仪等
检测代谢中间物,分析代谢流向、RNA检测
一参数在线检测
发酵过程控制
微生物培养过程的参数检测
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由于微生物培养过程是纯培养过程,无菌要求高,因此对传感器有特殊要求:
插入罐内的传感器必须能经受高压蒸汽灭菌(材料、数据)
传感器结构不能存在灭菌不透的死角,以防染菌(密封性好)
传感器对测量参数要敏感,且能转换成电信号。(响应快、灵敏)
传感器性能要稳定,受气泡影响小。
发酵过程控制
微生物培养过程的参数检测
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带计算机数据采集与控制的生物反应系统
P188
发酵过程控制
微生物培养过程的参数检测
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原理:化学或物理信号电信号
放大记录显示仪
控制器(与设定参数比较)
发出调节信号控制器动作
发酵过程控制
微生物培养过程的参数检测
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介绍几种常用的在线检测的传感器及其工作原理
pH电极
溶氧电极
它们是基础电极,以它们为基础可以制作各种离子电极和酶电极
发酵过程控制
微生物培养过程的参数检测
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(一) pH测量
pH值的测量在生物反应中普遍进行,对于生物过程控制是一个非常重要的参数。
1、pH的定义
影响化学平衡的往往是活度,而不是浓度,但对于稀溶液为了避免在氢离子活度很小时表达方式上的麻烦
引进pH=-lg[H+]
[H+]=
发酵过程控制
微生物培养过程的参数检测
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2、pH测量方法
pH试纸曾经是一种广泛采用的方法
优点:方便,易操作
缺点:它主观性较强
质量差异,不同厂家不同批号的pH试纸测出的pH值会有较大的差别,~1。
对于一些要求较高的场合就适用
pH试纸
pH电极
发酵过程控制
微生物培养过程的参数检测
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(1)pH电极测量原理
pH电极实际上是由参比电极与指示电极组成的一个自发电池,该电池的表达式可写为:
参比电极溶液X 指示电极
该电池的参比电极的输出电位恒定,指示电极的输出电位随被测体系中氢离子活度而变化。因此整个自发电池的电动势就是被测体系中氢离子活度的函数。
E[α]=E0- ln1/ =E0- pH
式中E0对某一给定电极为常数,是温度的函数,因此从电位差计的E值可测出pH值。
发酵过程控制
微生物培养过程的参数检测
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甘汞电极(a)232型(b)217型
1-导线;2-加液口;3-KCl溶液;4-素烧瓷芯;5-铂丝;6-Hg;7-Hg2Cl2
一般的参比电极是甘汞电极。电极的外壳是玻璃管,里面套一根小玻璃管,其顶部伸出电极引线,引线的下端浸没在汞中,汞的下端有糊状甘汞,汞和甘汞用棉花堵住,只有离子才能通过,而汞和甘汞不会漏失,小管和大管之间充满KCl溶液,末端用多孔陶瓷渗入到溶液中,实现电极引线与溶液间的电导通。
参比电极
发酵过程控制
微生物培养过程的参数检测
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