《《微生物与发酵工程》第6章发酵过程的检测与控制2节》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《微生物与发酵工程》第6章发酵过程的检测与控制2节（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二节 PH 的检测与控制,实际发酵生产和研究中主要检测的变量,（1）PH （2）DO （3）温度 （4）转速 （5）残糖 （6）其他,（1）流量 （2）温度,（1）流量 （2）温度,进罐,罐中,出罐,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（2）无菌检查（3）泡沫检查,一、PH 检测控制的必要性,1、PH 与微生物,2、PH 对发酵的影响的机制,2.1、对微生物的影响,2.2、对产物的影响,主要有两个方面的影响： 一是影响产物的稳定性， 二是影响产物的溶解度、旋光性、构象等物理化学性质。,3、PH 对发酵的影响的特点,特点：一是影响力很大，二是影响途径多样。 更重要的是，P
2、H 在发酵过程中是在不断变化的。 因此随时随地对发酵液的PH 进行全程的检测和控制就显的非常重要了。,二、PH 的检测方法,（一）PH 电极的构造和测量原理,PH 检测在发酵的生产和科研上主要有两种方法， 一是使用PH 试纸， 二是使用PH 电极。 其中使用PH 电极是生产上广泛采用的方法。,1、PH 电极的构造,2、PH 电极的测量原理各电势分析,2.1、参比电极电势,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；6Hg；7Hg2Cl2,由此可见，甘汞电极是由金属汞及其难溶盐氯化亚汞以及含氯离子的电解质溶液组成。这种半电池可表示为Hg(L) Hg
3、2Cl2(S) Cl-(L) 电极电位产生于汞和甘汞的界面，其电极反应为：,Hg2Cl2+2e- 2Cl-+2Hg由能斯特方程式，其电极电位为：,由此可见甘汞电极的电极电位只与氯化钾的浓度有关而不受被测溶液的酸碱度影响,其中敏感性膜部分随组成材料的不同而各有特色。测定pH值的玻璃电极的敏感膜是厚度为101103mm的玻璃薄膜，其电阻为50500兆。,2.2、测量电极电势,（1）内参比电极电势,只与内参比溶液参与电极反应的离子浓度有关，是常数。,（2）跨膜浓差电势,H+,H+,H+,H+,H+,H+,HCl溶液,待测溶液,玻璃敏感膜,其电势与膜两侧离子浓度有关，可由电化学势平衡推倒出来：,水合硅
4、胶层的形成：,SiO-Na+H+ SiO-H+Na+,使膜表面形成以 SiO-H+为主要成分的水合硅胶层，厚度约为10-410-5mm,试 液,水合硅胶层,干 玻 璃 层,水合硅胶层,内参比溶液,1 1 2 2,1-2,经水浸泡后的玻璃膜截面成为三层结构，如图。,外侧: 1=,内侧：2=,膜=2+1=,由于a1a2，所以：,但实际上玻璃膜内外侧表面性状总有微小差别，即使1=2时，膜0，这差别所产生的电位叫不对称电位（不对称），这样整个玻璃电极（指示电极）的电位应是内参比电位、膜电位与不对称电位之和。,所以测量电极的电势为：,3、液体接界电势,由于不同离子迁移速率不同造成的电势。,所以PH电极的
5、总的电势为：,其中常数5由参比电极电势、液体接界电势、内参比电极电势、玻璃膜不对称电势以及内参比溶液氢离子浓度共同决定，是PH 电极的一个固有参数。温度对其有一定影响。,（二） PH电极的使用,温度对PH 测量的影响PH 测量的标定PH 测量的误差PH 计的信号转换部分PH 测量在实际中遇到的问题及解决的办法,专题讲解,三、PH 的控制方法,1、对PH 检测数据的解读,对发酵过程PH 检测数据的解读就是要了解PH 对发酵影响的规律，制订PH 控制的目标。,1.1、PH 对发酵影响的规律,（1）不同的微生物在其生长的不同阶段有不同的最适PH。,（2）不同的微生物在其生长的不同阶段对PH 的敏感性
6、不同。,参见P141图8-6,1.2、如何确定PH 控制的目标,通过实验确定，关键是目标参数的选定。,2、PH 控制的具体方法,PH 调节,直接调节 （流加）,快速,慢速,直接流加强酸碱性物质,流加生理酸碱性物质,间接调节,在培养基中预先加入备用碱或是有缓冲作用的成分,通过其他环节的控制改变菌体代谢，利用微生物对PH 的反作用,3、PH 控制的仪器设备,主要是补料流加及其与检测系统构成的自动控制回路。,详 本章最后一节,流加生理酸碱性物质对发酵产量的效果,例：青霉素发酵补料工艺,参见P141图8-6,能斯特(Nernst)方程式,表达某电化学反应产生的电势差与反应平衡时各物质浓度（活度）的关系。,(伏特) c(a)（mol / L）,该反应电势差与电功关系,电功与反应的吉布斯自由能变化的关系,吉布斯自由能变化与平衡时物系组成关系,电势差与物系组成的关系,
