发酵工程韦革宏杨祥第6章4节

1、第四节第四节 转速流量及其他参数的检测与控制转速流量及其他参数的检测与控制实际发酵生产和研究中主要检测的变量实际发酵生产和研究中主要检测的变量（1）PH（2）DO（3）温度）温度（4）转速）转速（5）残糖）残糖（6）其他）其他（1）流量）流量（2）温度）温度（1）流量）流量（2）温度）温度进罐进罐罐中罐中出罐出罐实际发酵生产和研究中主要的检查项目实际发酵生产和研究中主要的检查项目（1）微生物形态的检查（）微生物形态的检查（2）无菌检查（）无菌检查（3）泡沫检查）泡沫检查一、流量的检测与控制一、流量的检测与控制1、流量检测的必要性、流量检测的必要性任何化工生产检测控制的基本参数。任何化工生产检测

2、控制的基本参数。2、流量的检测方法、流量的检测方法见下页。见下页。流量测量装置流量测量装置体积流量型体积流量型质量流量型质量流量型同心孔板压差式流量计同心孔板压差式流量计转子流量计转子流量计热质量流量计热质量流量计受温度压力受温度压力影响，有流影响，有流体能量损失体能量损失不不受温度压受温度压力影响，力影响，无无流体能量损流体能量损失失3、流量的控制、流量的控制阀门直接控制。阀门直接控制。电磁流量计电磁流量计二、转速的检测与控制二、转速的检测与控制1、转速检测的必要性、转速检测的必要性2、转速的检测方法、转速的检测方法任何化工生产检测控制的基本参数。任何化工生产检测控制的基本参数。见下页。见下

3、页。转速测量装置转速测量装置磁感应式磁感应式测速发电机测速发电机搅拌轴切片切割磁场产生电脉冲搅拌轴切片切割磁场产生电脉冲搅拌轴切片切割特定光线产生光脉搅拌轴切片切割特定光线产生光脉冲，再转变成电信号冲，再转变成电信号搅拌轴带动的小型发电机，其输出电压搅拌轴带动的小型发电机，其输出电压与转速间有良好的线性对应关系与转速间有良好的线性对应关系光感应式光感应式3、转速的控制、转速的控制阀门直接控制。阀门直接控制。三、残糖的检测与控制三、残糖的检测与控制1、残糖检测的必要性、残糖检测的必要性发酵中最重要的营养源，发酵进程和终点的最重要指示参数。发酵中最重要的营养源，发酵进程和终点的最重要指示参数。2、

4、残糖的检测方法、残糖的检测方法斐林滴定法，参考斐林滴定法，参考工业发酵分析工业发酵分析（化学工业出版社）。（化学工业出版社）。3、残糖的控制、残糖的控制升高以补料控制，参见专题升高以补料控制，参见专题1。降糖通过其他环节间接控制，。降糖通过其他环节间接控制，参见专题参见专题3。四、其他参数的检测与控制四、其他参数的检测与控制1、尾气、尾气CO2分析的必要性分析的必要性表征菌体呼吸强度的重要参数。表征菌体呼吸强度的重要参数。2、尾气、尾气CO2分析方法分析方法主要使用红外主要使用红外CO2 测定仪测定仪（IR）检测。）检测。（一）尾气（一）尾气CO2分析分析3、尾气、尾气CO2控制控制主要通过它

5、了解发酵状况，不是控制的对象。主要通过它了解发酵状况，不是控制的对象。参见教材P199（二）尾气（二）尾气O2的检测与控制的检测与控制1、尾气、尾气O2检测的必要性检测的必要性2、尾气、尾气O2的检测方法的检测方法3、尾气、尾气O2控制控制主要通过它了解发酵状况，不是控制的对象。主要通过它了解发酵状况，不是控制的对象。表征菌体呼吸强度的重要参数。表征菌体呼吸强度的重要参数。主要使用氧磁分析仪检测。主要使用氧磁分析仪检测。尾气分析的取样系统尾气分析的取样系统（三）菌体浓度的检测与控制（三）菌体浓度的检测与控制1、菌体浓度检测的必要性、菌体浓度检测的必要性2、菌体浓度的检测方法、菌体浓度的检测方法

6、重要的生物学参数，很多间接参数计算的基础。重要的生物学参数，很多间接参数计算的基础。见下页。见下页。3、菌体浓度的控制、菌体浓度的控制菌体浓度测量菌体浓度测量方法方法重量法重量法体积法体积法测干重或湿重，与菌体浓度建立线性关系测干重或湿重，与菌体浓度建立线性关系测黏度、浊度细胞中某些物质含量，测黏度、浊度细胞中某些物质含量，与菌体浓度建立线性关系与菌体浓度建立线性关系测过滤滤饼的体积，或离心后测压缩细测过滤滤饼的体积，或离心后测压缩细胞体积，与菌体浓度建立线性关系胞体积，与菌体浓度建立线性关系比例法比例法其他方法其他方法荧光法、电容法等荧光法、电容法等参见教材P198通过其他环节间接控制，参见

7、专题通过其他环节间接控制，参见专题3。（四）发酵中间（四）发酵中间 (终终) 产物的检测与控制产物的检测与控制1、发酵中间、发酵中间 (终终) 产物检测的必要性产物检测的必要性2、发酵中间、发酵中间 (终终) 产物的检测方法产物的检测方法发酵的特殊要求；发酵结果的衡量。发酵的特殊要求；发酵结果的衡量。见下页。见下页。3、发酵中间、发酵中间 (终终) 产物的控制产物的控制主要通过它了解发酵状况，一般不是直接控制的对象。主要通过它了解发酵状况，一般不是直接控制的对象。发酵中间发酵中间 (终终) 产物的检测方产物的检测方法法高压液相色谱高压液相色谱（HPLC）生物传感器生物传感器气象色谱质谱联用气象

8、色谱质谱联用（GC - MS）其他方法其他方法参见教材P196参见工业发酵分析（化学工业出版社）示例图片示例图片同心孔板压差式流量计同心孔板压差式流量计原理：由节流产生压差，用压差变送器进行检测，再转换成电信号显示。原理：由节流产生压差，用压差变送器进行检测，再转换成电信号显示。使用：主要用于大型发酵生产的管道流量的测量。使用：主要用于大型发酵生产的管道流量的测量。 （25mm）截流孔板导压管检压计转子流量计转子流量计原理：作用在转子上的冲力与流速呈正比，而平衡时冲力等于转子重量。原理：作用在转子上的冲力与流速呈正比，而平衡时冲力等于转子重量。使用：主要用于小型发酵生产、中试或实验室的管道流量

9、的测量。使用：主要用于小型发酵生产、中试或实验室的管道流量的测量。 （25mm）热质量流量计热质量流量计原理：流体流动引起热量传导和温度的变化，再转变成电信号。原理：流体流动引起热量传导和温度的变化，再转变成电信号。使用：范围较广，但结构复杂造价高使用：范围较广，但结构复杂造价高热质量流量计的温度分布变化曲线热质量流量计的温度分布变化曲线电磁流量计电磁流量计原理：流体切割磁力线产生感应电动势。原理：流体切割磁力线产生感应电动势。使用：不可使用于非导电流体的测量，快速灵敏但结构复杂造价高。使用：不可使用于非导电流体的测量，快速灵敏但结构复杂造价高。红外红外CO2 测定仪（测定仪（IR）原理：除了

10、单原子气体和具有对称结构又无极性的双原子气体，几乎所原理：除了单原子气体和具有对称结构又无极性的双原子气体，几乎所有气体都在近红外波段具有不同的有气体都在近红外波段具有不同的红外吸收谱红外吸收谱。CO2在在2.62.9 m和和4.14.5 m有两个吸收峰。有两个吸收峰。IR也可以分析其他气体。也可以分析其他气体。其分析部分结构简图见下页。其分析部分结构简图见下页。分类：按三个不同标准分成分类：按三个不同标准分成8类。类。a. 分光（色散）或不分光（非色散）分光（色散）或不分光（非色散）b. 单光束或双光束单光束或双光束c. 直读式或补偿式直读式或补偿式参见教材P199工业用直读式双光束不分光红

11、外气体分析仪工业用直读式双光束不分光红外气体分析仪2 灯丝1 灯丝3 同步电机4 切光片5 测量气室6 参比气室7 检测室8 检测室9 定片10 动片11 放大器12 记录仪IR对背景气中的干扰组分的处理对背景气中的干扰组分的处理干扰组分：即背景气中特征吸收波段与待测组分特征吸收波段干扰组分：即背景气中特征吸收波段与待测组分特征吸收波段 互相重叠的部分。互相重叠的部分。处理办法：增加滤波气室，见下页。处理办法：增加滤波气室，见下页。1 测量气室2 滤波气室3 滤波参比气室氧磁分析仪氧磁分析仪原理：氧是原理：氧是顺磁性顺磁性的，由于它的的，由于它的磁化率较大磁化率较大，在所有气体中占有重要位，在

12、所有气体中占有重要位置，大多数气体具有抗磁性，而且有较小的磁化率。置，大多数气体具有抗磁性，而且有较小的磁化率。几种气体的相对磁性几种气体的相对磁性种类：种类：a. 顺磁式氧分析仪顺磁式氧分析仪参见教材P199b. 磁风式氧分析仪磁风式氧分析仪浊度法测量菌体浓度浊度法测量菌体浓度流通式浊度计：使发酵液进入一流通式浊度计：使发酵液进入一流通式薄层比色杯流通式薄层比色杯，用，用500600nm波长的波长的光束测定其光密度（或称吸光度光束测定其光密度（或称吸光度O.D.值），然后再返回发酵罐中。值），然后再返回发酵罐中。优点：在线检测优点：在线检测缺点：比色杯贴壁生长问题缺点：比色杯贴壁生长问题气泡

13、有影响气泡有影响无菌问题无菌问题荧光法测量菌体浓度荧光法测量菌体浓度原理：荧光是某种化学物质在吸收某种波长的光之后原理：荧光是某种化学物质在吸收某种波长的光之后,激发出另一种波长激发出另一种波长的光的特性。而细胞中具有这种特性的物质主要为的光的特性。而细胞中具有这种特性的物质主要为NADH。优点：简便、灵敏、耐高温。优点：简便、灵敏、耐高温。缺点：易受环境影响，不够稳定。缺点：易受环境影响，不够稳定。气象色谱质谱联用（气象色谱质谱联用（GC - MS）气象色谱结构原理气象色谱结构原理1 贮气瓶2 减压阀3 载气净化干燥管4 针型阀5 流量计6 压力表7 进样器8 色谱柱9 检测器10 记录仪扇

14、形质谱结构原理扇形质谱结构原理高压液相色谱（高压液相色谱（HPLC）原理：高压液相色谱又称高效液相色谱或高速液相色谱，是一种流原理：高压液相色谱又称高效液相色谱或高速液相色谱，是一种流动相为液体的快速分离分析技术。动相为液体的快速分离分析技术。0.50.50.250.250.250.1250.1250.250.250.250.1250.1250.50.250.1250.250.250.180.1250.180.180.15高压高压：载液压可达：载液压可达1535MPa高速高速：分析时间一般小于：分析时间一般小于1h高效高效：理论塔板数达几万到几十万个：理论塔板数达几万到几十万个/米以上米以上高灵敏度高灵敏度：达到纳克级：达到纳克级缺点：需要复杂的配套自动取样系统。缺点：需要复杂的配套自动取样系统。参见教材P200优点：优点：HPLC虽然基本