实验室发酵罐运作原理之pH调控

 
在我们进行发酵的过程里,发酵液中pH值是发酵工艺的重要参数之一。因为pH值对微生物细胞的繁殖生长和产物(副产物)的产生都有所影响。
为了使微生物能在最适合的ph值范围内繁育生长,最终合成目标代谢产物,需要严格把控发酵中的ph数值。因此,快速准确的在线监测数值变化,和及时调控pH值成为了发酵最终成败的关键因素之一。
 
那么如何在发酵过程中,调控实验室发酵罐的pH数值呢?



​pH电极工作原理
 
 
 

首先在发酵过程中的pH电极会不断测量,以确定发酵液中的pH值。
pH测量属于原电池系统,它的存在是为了使化学能转变成电能,电池正负极的电压被叫做电极电位。而电极电位则是由测量电极(也可称指示电极)和参比电极这两个半电池组成(具体见下图)。

pH电极是基于能斯特方程原理来测量酸碱度。pH值与电极的电动势一般是呈直线关系,通常用标准缓冲液和被测溶液来进行标定。
而pH的slope,即电极响应斜率,是指pH电极把电极的毫伏(mV)信号转换为pH值。由于参比电极电势稳定,所以该电动势是与被测溶液的氢离子活度有关,最终通过对比标准溶液测量的电压差值,除以标准缓冲液差值所得pH值。


 


 

发酵罐的pH调节
 
 
 

以霍尔斯(HOLVES)实验室发酵罐为例,pH电极测定完数值后,结果会直接反馈给HF-Control V2.2控制系统,系统则会根据原先设定数值进行调节补料等操作,将罐内pH值控制在最佳范围内。
pH控制主要依靠ACID泵BASE泵来进行加酸加碱的工作操作。
对于蠕动泵由PID控制:
①在pH值高于所设定值的情况下,系统会自动启动ACID泵加酸,直到达到设定值;

②反之,在pH值小于所设定值时,则会启动BASE泵进行加碱调整

以上过程可能会因为部分因素影响,而导致迟延,故数值越接近设定值时,泵速越需要减缓,直至调节死区,死区意味着可自由调节数值。

③此外某些情况下还会通过补料的方式进行调节,当发酵罐内的ph值超过了最适值,就意味菌群状况表现为饥饿,这时可以启动FEED泵进行补料调节。

以上就是实验室发酵罐在发酵过程中针对pH值的调控,下一篇会为大家继续讲解关于溶氧的控制。
 


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