《《微生物与发酵工程》第6章发酵过程的检测与控制4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4节（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四节 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,（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、流量的检测与控制,1、流量检测的必要性,任何化工生产检测控制的基本参数。,2、流量的检测方法,见下页。,流量测量装置,体积流量型,质量流量型,同心孔板压差式流量计,转子流量计,热质量流量计,受温度压力影响，有流体能量损失,不受温度压力影响，无流体能量损失,3、流量的控制,阀门直接控制。,电磁流
2、量计,二、转速的检测与控制,1、转速检测的必要性,2、转速的检测方法,任何化工生产检测控制的基本参数。,见下页。,转速测量装置,磁感应式,测速发电机,搅拌轴切片切割磁场产生电脉冲,搅拌轴切片切割特定光线产生光脉冲，再转变成电信号,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,光感应式,3、转速的控制,阀门直接控制。,三、残糖的检测与控制,1、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。,2、残糖的检测方法,斐林滴定法，参考工业发酵分析（化学工业出版社）。,3、残糖的控制,升高以补料控制，参见专题1。降糖通过其他环节间接控制，参见专题3。,四、其他参
3、数的检测与控制,1、尾气CO2分析的必要性,表征菌体呼吸强度的重要参数。,2、尾气CO2分析方法,主要使用红外CO2 测定仪（IR）检测。,（一）尾气CO2分析,3、尾气CO2控制,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O2的检测与控制,1、尾气O2检测的必要性,2、尾气O2的检测方法,3、尾气O2控制,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。,主要使用氧磁分析仪检测。,尾气分析的取样系统,（三）菌体浓度的检测与控制,1、菌体浓度检测的必要性,2、菌体浓度的检测方法,重要的生物学参数，很多间接参数计算的基础。,见下页。,3、菌体浓度
4、的控制,菌体浓度测量方法,重量法,体积法,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，与菌体浓度建立线性关系,测过滤滤饼的体积，或离心后测压缩细胞体积，与菌体浓度建立线性关系,比例法,其他方法,荧光法、电容法等,参见教材P198,通过其他环节间接控制，参见专题3。,（四）发酵中间 (终) 产物的检测与控制,1、发酵中间 (终) 产物检测的必要性,2、发酵中间 (终) 产物的检测方法,发酵的特殊要求；发酵结果的衡量。,见下页。,3、发酵中间 (终) 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。,发酵中间 (终) 产物的检测方法,高压液相色谱 （HPLC）
5、,生物传感器,气象色谱质谱联用 （GC - MS）,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,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。,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,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的测量。 （25mm）,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。,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,电磁流量计
6、,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。,红外CO2 测定仪（IR）,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红外吸收谱。CO2在2.62.9 m和4.14.5 m有两个吸收峰。IR也可以分析其他气体。,其分析部分结构简图见下页。,分类：按三个不同标准分成8类。,a. 分光（色散）或不分光（非色散）,b. 单光束或双光束,c. 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
7、,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,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。,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,原理：氧是顺磁性的，由于它的磁化率较大，在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。,几种气体的相对磁性,种类：a. 顺磁式氧分析仪,参见教材P199,b. 磁风式氧分析仪,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薄层比色杯，用500600nm波长的光束测定其光密度（或称吸光度O.D.值），然后再返回
8、发酵罐中。,优点：在线检测,缺点：比色杯贴壁生长问题,气泡有影响,无菌问题,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,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NADH。,优点：简便、灵敏、耐高温。,缺点：易受环境影响，不够稳定。,气象色谱质谱联用（GC - MS）,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,扇形质谱结构原理,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，是一种流动相为液体的快速分离分析技术。,0.5
9、,0.5,0.25,0.25,0.25,0.125,0.125,0.25,0.25,0.25,0.125,0.125,0.5,0.25,0.125,0.25,0.25,0.18,0.125,0.18,0.18,0.15,高压：载液压可达1535MPa,高速：分析时间一般小于1h,高效：理论塔板数达几万到几十万个/米以上,高灵敏度：达到纳克级,缺点：需要复杂的配套自动取样系统。,参见教材P200,优点：HPLC虽然基本结构原理同气象色谱，但由于采用液体流动相和高压操作，使其具有几个突出的优点。,尾气分析的取样系统,同心孔板压差式流量计,转子流量计,各种热质量流量计,各种电磁流量计,红外CO2 测定仪,磁风式氧分析仪,顺磁式氧分析仪,气象色谱仪,工业质谱仪,HPLC,
