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第七章发酵工艺过程控制教学目的：1、熟悉发酵过程的主要控制参数；2、掌握各因素对发酵过程的影响、过程控制方法和原理；3、熟悉几种发酵操作类型。
教学方法：讲授教学手段：使用多媒体课件教学内容：第一节发酵过程中的代谢变化与控制参数一、发酵工艺过程控制的重要性从产物形成来说，代谢变化就是反映发酵中的菌体生长、发酵参数的变化（培养基和培养条件）和产物形成速率这三者之间的关系。
二、发酵过程的代谢变化规律这里介绍分批发酵、补料分批发酵、半连续发酵及连续发酵四种类型的操作方式下的代谢特征。
1、分批发酵指在一个封闭的培养系统内含有初始限制量的基质的发酵方式。
即一次性投料，一次性收获产品的发酵方式。
在分批培养过程中根据产物生成是否与菌体生长同步的关系，将微生物产物形成动力学分为（1）生长关联型产物的生成速率与菌体生长速率成正比。
这种产物通常是微生物分解基质的直接产物，如酒精，但也有某些酶类，如脂肪酶和葡萄糖异构酶对于生长关联型产品，可采用有利于细胞生长的培养条件，延长与产物合成有关的对数生长期。
（2）非生长关联型产物的生成速率与菌体生长速率成无关，而与菌体量的多少有关。
对于非生长关联型产品，则宜缩短菌体的对数生长期，并迅速获得足够量的菌体细胞后，延长稳定期，从而提高产量。
2、补料-分批发酵是指分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法。
与传统的分批发酵相比，优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度。
低基质浓度的优点：（1）可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾；（2）克服养分的不足，避免发酵过早结束。
３、半连续发酵是指在补料－分批发酵的基础上，间歇地放掉部分发酵液的培养方法。
优点：（1）可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾；（2）克服养分的不足，避免发酵过早结束；（3）缓解有害代谢产物的积累。
４、连续发酵又称连续流动培养或开放型培养，即培养基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的发酵液的培养方法。
第七章发酵的中间控制重点温度控制发酵热温度对发酵的影响 pH值的控制pH值对菌生长和代谢产物形成的影响影响pH变化的因素发酵过程中pH的调节及控制泡沫的控制发酵过程中泡沫的变化补料的控制发酵的中间控制的项目包括温度控制pH控制泡沫控制补料控制发酵过程中主要要控制的参数有⑴pH值发酵液的pH值是发酵过程中各种生化反应的综合结果是重要参数之一⑵温度是整个发酵过程或在不同阶段所维持的温度⑶溶解氧浓度溶解氧是需氧菌发酵的必备条件⑷基质含量指发酵液中糖氮磷等重要营养物质的浓度⑸空气流量是指单位时间内每单位体积发酵液通入空气的体积也称通风比⑹压力指发酵过程中发酵罐所维持的压力⑺搅拌转速⑻搅拌功率⑼黏度黏度大小可做为细胞生长或细胞形态的一项指标表示相对菌体丝状菌浓度⑽浊度是能及时反映单细胞生长状况的参数⑾料液流量这是控制流体进料的参数⑿产物的浓度这是发酵产物产量高低或合成代谢正常与否的重要参数也是决定生产周期长短的根据⒀氧化还原电位⒁废气中的氧含量废气中氧含量与产生菌摄氧率和KLa有关⒂废气中的CO2含量废气中的CO2含量就是产生菌呼吸放出的CO2 ⒃菌丝形态丝状菌发酵过程中菌丝形态的改变是生化代谢变化的反映⒄菌体浓度菌体浓度是控制微生物发酵的重要参数之一⒅细胞生物活性的其他参数如NAD-NADH体系ATP-ADP-AMP体系DNARNA及生物合成的关键酶发酵热伴随发酵的进行而产生的热量叫发酵热发酵热的产生引起发酵液温度变化发加热对温度的影响在发酵过程中某些因素导致热量的产生另外一些因素又导致热量散失如果在过程中产生的热量大于散失的热量则有净热量堆积这时发酵液的温度将上升相反产热小于耗热则温度将下降产热的情况生物热有氧呼吸的最高效率贮能转换成ATP高能键约为42％厌氧发酵如同型乳酸发酵约为27％表明菌体分解的基质中的能量大部分是以热能的形式散失到环境中用Q生物表示生物热产生的特征具有强烈的时间性搅拌热通风搅拌过程中发酵液之间发酵液与搅拌器及罐壁之间均有摩擦由此产生的热量称为摩擦热用Q搅拌表示 Q搅拌 P 功率× 3061热功当量散热的情况蒸发热空气经发酵液时发酵液中有部分水汽化变成水蒸气随空气一起排出罐外这部分水汽化时带走的热量用Q蒸发表示假设进出口气体温度相同则由通气带走的热量为Q蒸发qmH出-H进 qm 空气流量kghH气体热焓kJkg 辐射热通过罐体表面向环境中发射红外线而散失的热量热量的大小决定于罐内外温度差大小罐的表面积等发酵过程中发酵液温度变化取决于上面几个因素 Q发酵 Q 生物 Q搅拌 - Q蒸发 - Q辐射二发酵热的测量及计算发酵热的测定可采用以下几种方法①利用热交换原理测量一定时间内冷却水的流量和冷却水进出口温度根据 Q发酵 qvCt2 – t1V 式中qv为冷却水流量Lh c为水的比热t1t2为进出冷却水的温度V发酵液体积m3 ②利用温度变化率u℃h先使罐温恒定再关闭自控装置测量S根据 Q 发酵 M1C1 M2C2u 式中M1M2分别为发酵液和发酵罐的质量kg C1C2分别为发酵液和发酵罐的材料的比热容u为温度上升速率℃h ③热力学方法根据盖斯定律在恒压和恒容条件下一个反应不论是一步完成或几步完成其反应热是相同的这实际上是热力学第一定律的必然推论因为焓H是状态函数过程的焓变与途径无关只决定于过程的始态和终态发酵热可根据标准燃烧热或标准生成热来计算三温度对微生物生长的影响 1任何微生物的生长温度均在一定范围内可用最高温度最适温度和最低生长温度进行描述 2温度对微生物的影响主要从以下几个方面酶活性膜的通透性以及影响细胞内各种反应的速率工业发酵上常采用阶段温度控制来进行发酵不同微生物生长的温度范围宽窄不同同一微生物在其生长和产物积累阶段的温度要求也不同温度对微生物生长的影响在其他条件如pH环境溶液的离子强度变化时变化也较大是他们协同综合作用的结果四温度对发酵的影响既然温度对微生物的生长活动影响很大当然在发酵生产上就成为一个过程控制的参数酶学方面在一定温度范围内温度升高反应速率加大有利于菌体生长和产物积累但菌体的衰退也加快菌体对氧的消耗相应加快而温度升高时氧的溶解度下降所以应综合考虑温度能影响菌体分泌的产物种类及酶系用米曲霉制曲时如温度在低限时得到蛋白酶此时α-淀粉酶的合成受到抑制又如用凝结芽孢杆菌合成α-淀粉酶时发酵温度控制在55℃时合成的α-淀粉酶较耐高温在90℃60min条件下其活性丧失仅10％左右而发酵温度控制在35℃时合成的α-淀粉酶在相同条件下丧失90％菌体特性方面同种菌体在生长和产物积累阶段所要求的温度往往有差别多数情况下是最适生长温度比产物积累的最适温度要略高些温度冠毒素发酵发酵的影响六最适温度的控制由于微生物在生长和发酵过程中对温度有以上要求在生产上为获得较高的生产率针对所用菌种的特性在发酵周期的各阶段需要进行温度控制提供该阶段微生物活动的最适温度如用产黄青霉进行青霉素的发酵过程中根据不同生理代谢过程的温度特点而采用四段控制其发酵温度30℃起始发酵5h→25℃40h→20℃125h→25℃165h→放罐该法其青霉素产量比自始至终进行30℃恒温发酵培养的对照组提高了147％发掘罐中温度的控制措施温度的检测温度计温度的控制①温度过高用冷水②温度过低用热水第二节 pH值的控制一pH值对菌体生长和代谢产物形成的影响 1pH值的意义pH表示溶液氢离子浓度的负对数纯水的[H]浓度是10-7molL因此pH为7pH＞7呈碱性pH＜7呈酸性pH值差1时其[H]浓度就相差10倍 2微生物生长的pH范围微生物生长的pH范围很广大多数在pH5～9之间与温度对微生物的影响相似微生物活动的pH范围也存在最高最适最低三基点微生物活动的pH范围也存在最高最适最低三基点常见微生物的最适pH值根据不同微生物生长的最适pH不同可将微生物分为嗜酸性嗜碱性嗜中性微生物即使在产物积累阶段由于pH值不同也可能会得到不同的发酵产物如黑曲霉在酸性pH2～3时进行柠檬酸发酵而在接近中性时则进行草酸发酵二影响PH值变化的因素在发酵过程中PH值的变化取决于下列因素冠毒素发酵过程中pH变化一发酵过程中pH值得检测一发酵过程中pH值的检测方法及设备常见的pH值计和在线检测电极 pH值计和在线检测电极使用方法pH值计和在线检测电极的校正使用前 pH值计和在线检测电极的校正方法常采用两点法采用的标准pH值缓冲液com校正25℃发酵过程中最适pH值的确定⑴单因素实验法如图所示⑵多因素实验法如正交实验法L9⑶3二次旋转正交实验法均匀设计等三最适pH与微生物生长和产物形成的相互关系在发酵过程中实验所得的最适pH在各种微生物生长和产物形成中3个参数的相互关系①菌体的必生长速率μ和Qp产物比生产速率的最适pH值都在一个相似较宽的适宜范围内这种发酵过程易控制②第二种是μ或Qp 的最适pH值范围很窄而μ的范围较宽③第三种是μ和Qp对pH值都很敏感它们的最适pH值又是相同的第二第三模式的发酵pH值应严格控制④第四种更复杂μ和Qp有各自的最适pH值应分别严格控制各自的最适pH值才能优化发酵过程三发酵过程中pH值的调节及控制在发酵过程中发酵液的pH随着微生物活动而不断变化为提供菌体适宜的生长或产物积累的pH值需要对发酵生产过程各阶段的pH值实施控监控实际生产中从以下几个方面进行一调整培养基组分适当调整CN比使盐类与碳源配比平衡一般情况CN高时真菌培养基pH降低CN低时一般细菌经过发酵后pH上升根据发酵液pH值的变化进行相应控制如过酸时可加入NaOHNa2CO3等碱性物质进行中和或流加尿素蛋白质提高通风量等过碱时加H2SO4HCl或流加糖类乳酸降低通风量等措施在生产上主要的过程控制方法有①添加CaCO3当用NH4盐作为氮源时可在培养基中加入CaCO3用于中和NH4被吸收后剩余的酸②氨水流加法氨水作为一种碱可以中和发酵中产生的酸且NH4可作为氮源供给菌体营养③尿素流加法味精厂多采用此法以尿素作为菌体氮源时尿素首先被菌体尿酶分解成氨氨进入发酵液使pH上升当NH4被菌体作为氮源消耗并形成有机酸时发酵液pH下降这时随着尿素的补加氨进入发酵液又使发酵液pH上升及补充氮源如此循环致至发酵液中碳源耗尽完成发酵一泡沫的产生性质及变化性质泡沫实际上是气溶胶构成的胶体系统其分散相是空气和代谢气连续相是发酵液泡沫间隔着一层液膜而被彼此分开不相连通泡沫的分类⑴存在于发酵液的也液面上泡沫气相比例大⑵存在于发酵液中分散得很细很均匀较稳定①外界引入在通气过程中伴随机械搅拌空气被分成细小的气泡从溶氧的角度讲气泡越细越好使空气中的氧和发酵液中的CO2能充分的进行交换这些气泡升到发酵液面形成泡沫②微生物产生发酵活动时产生一些气体如CO2这些代谢气体凝结形成气泡冒出到发酵液面成为发酵泡沫菌体代谢越旺盛这部分泡沫的产生量越多二发酵过程泡沫的变化一形成泡沫的多少的原因⑴与通风搅拌的剧烈程度有关搅拌影响更大⑵与培养基的原材料的性质有关蛋白质是主要因素⑶其他因素胶体物质多多糖水解灭菌等二好气性发酵过程中泡沫的形成的规律产生过多持久的泡沫会给发酵带来很多不利①减少发酵的有效容积若不加控制过多的泡沫通过排气管溢出造成发酵液流失②过多的泡沫可能从罐顶的轴封渗出罐外这就增加了染菌的机会③使部分菌体粘附在罐盖或罐壁上而失去作用④泡沫严重时影响通气搅拌的正常进行妨碍代谢气的排出对菌体呼吸造成影响甚至使菌体代谢异常影响生产率泡沫控制的目的在于打碎泡沫液膜使气相和液相分离化学方法降低泡沫液膜的表面张力使泡沫破灭物理方法使泡沫液膜的某些部分局部受力打破液膜原来的受力平衡而破裂微生物工业消泡常用的方法一化学消泡 1化学消泡是一种使用化学消泡剂的消泡法 2消泡剂选用依据①表面活性剂具有较低的表面张力内聚力弱消泡效果明显②对气-液界面的散布系数必须足够大才能迅速消泡③无毒害性且不影响发酵菌体④不干扰各种测量仪表的使用⑤在水中的溶解度较小以保持持久的消泡性能⑥来源方便使用成本低①天然油脂②高碳醇脂肪酸和酯类③聚醚类④硅酮类 2应用在消泡剂的使用时主要是让其有足够的分散性能除用机械方式协助其扩散外还用载体以助其分散具体使用有以下几种形式①消泡剂载体聚氧丙烯甘油用豆油作载体115的效果明显②复合消泡剂05-3硅酮20-30植物油等与水组成消泡剂可增强消泡作用③消泡剂乳化剂聚氧丙烯甘油用土温-80为乳化剂1-2倍⑴机械消泡是一种物理作用靠机械强烈振动压力变化促使气泡破裂或借机械力将排出气体中的液体加以分离回收⑵化学和机械消泡的优缺点化学消泡最显著的优点效果好作用迅速可靠用量少可自动控制缺点是影响氧气的溶解使其减少15～13 这对微生物供氧极为不利机械消泡能克服这一缺点但其应用效果不如化学消泡迅速可靠不能从根本上消除引起稳定泡沫的因素①动力小②结构简单③易清洁④运行可靠⑤维护费用低 2机械消泡方式⑴罐内消泡①耙式消泡桨的机械消泡②旋转圆盘板式的机械消泡③流体吹入管内吸引消泡④超声波消泡等①流体吹入式消泡②气体吹入管内吸引消泡③冲击反射板消泡④超声波消泡⑤碟片式消泡器的机械消泡⑵罐外消泡①旋转叶片罐外消泡②喷雾消泡③离心力消泡等①旋转叶片罐外消泡②喷雾消泡③离心力消泡④旋风分离器消泡⑤转向板消泡第四节补料的控制一补料的意义内容原则意义补充菌体营养延长发酵期推迟自溶期提高发酵产量内容补充C源N源无机盐诱导酶的底物原则根据菌体生长代谢规律生产需要二补料操作时间为达到生产目的在需要时加入方式以不引起发酵液成分剧烈波动为前提补量加入与消耗平衡一补料的作用 1可以控制抑制性底物的浓度高浓度底物对微生物生长不利的影响为①使渗透压过高细胞脱水死亡②使微生物细胞热致死如乙醇浓度10使酵母细胞热致死③某些基质对代谢关键酶或细胞组分产生抑制④高浓度基质还会改变菌体的生化代谢而影响生长等例如苯乙酸丙醇分别是青霉素和红霉素的前体物质浓度过大就会使抗生素产量减少 2可以解除或减弱分解代谢物的阻遏 3可以使发酵过程最佳化二补料的内容补料的内容大致可分为以下四个方面⑴补充能源和碳源⑵补充菌体所需要的氮源⑶加入某些微量元素或无机盐⑷对于某些产诱导酶的微生物常补加该酶的作用底物提高酶产量三补料的原则补料的原则就在于控制微生物的中间代谢使之向着有利于产物积累的方向发展四补糖的控制五补充氮源及无机盐在工业发酵中中间常添加某些具有调节生长代谢作用的物料如磷酸盐尿素硝酸盐Na2SO4 酵母粉或玉米浆等如土霉素发酵中前期补加2-3次酵母粉结果产量比对照的高出约1500umL青霉素发酵不正常时菌体成葫芦状菌丝展不开糖不被利用这时添加尿素水溶液有一定的作用补加料是注意的问题①料液配比要合适②注意无菌控制③应考虑经济核算节约粮食第五节菌体浓度与基质对发酵的影响一菌体浓度对发酵的影响一菌体浓度cell concentration 菌体浓度指单位体积中菌体的含量不仅代表菌体数量的多少还反映菌体细胞生理特性不完全分化阶段常用在动力学研究如计算比生长速率和比生产速率等二影响菌体浓度的因素菌体浓度的大小对发酵产物得率会产生重要的影响四发酵过程中菌体浓度的控制发酵过程中菌体浓度的控制发酵过程应设法控制菌体浓度在合适的范围内二基质对发酵的影响及控制一基质基质即培养微生物的营养物质是生产菌代谢的物质基础二碳源对发酵的影响 1碳源的分类 2特点⑴速效碳源菌体利用较快但对产物的合成可能产生阻遏作用⑵缓效碳源多为聚合物菌体利用缓慢有利于延长代谢产物的合成选择最适碳源对提高代谢产物的产量非常重要 2氮源的种类和浓度对发酵的影响和控制⑴氮源的分类⑵氮源对发酵的影响例1在谷氨酸发酵中①当NH4不足形成酮戊二酸②当NH4过量时形成谷氨酰胺③只有控制适量的NH4浓度才合成谷氨酸不同氮源的作用⑴速效氮源菌体容易利用促进菌体生长但对某些代谢产物抗生素的合成产生调节而影响产量⑵缓效氮源菌体利用较缓慢能延长抗生素的分泌提高产物的产量但一次性投入容易促进菌体生长和养分过早耗尽导致菌体过早衰老而自溶从而缩短产物分泌期例如链霉菌的竹桃霉素发酵中采用铵盐作氮源能促进菌丝生长但抗生素的产量下降发酵培养基中常用混合氮源例如氨基酸发酵用铵盐和麸皮水解液玉米浆作氮源链霉素发酵采用硫酸铵和黄豆饼粉作氮源生产上常采用的不料控制氮源浓度的方法⑴补加有机氮源如酵母粉玉米浆尿素等土霉素发酵中补加酵母粉青霉素发酵补加尿素⑵补加无机氮源如氨水或硫酸铵等抗生素发酵工业中常补加氨水 3磷酸盐对发酵的影响及控制磷是微生物生长所必需的成分也是合成代谢产物所必需的生长所需磷酸盐浓度为032-300mmolL 次级代谢产物合成良好所需磷酸盐浓度为平均为10mmolL提高到10mmolL则抑制磷酸盐浓度的控制⑴一般在基础培养基中采用适当的浓度如抗生素发酵采用生长亚适量⑵在代谢缓慢情况下可补加磷酸盐如在四环素发酵中间歇添加微量KH2PO4有利提高产量第六节二氧化碳和呼吸商二氧化碳的来源及作用⑴来源微生物的代谢产物和空气中含有的⑵作用是细胞代谢的重要指标也是生物合成的必要物质一CO2对菌体生长和产物合成的影响 1CO2对菌体的生长的直接作用⑴影响碳水化合物的代谢⑵影响微生物的呼吸速率例如 CO2对生产过程具有抑制作用当CO2分压为003105Pa时青霉素合成速度降低40当浓度为16 10-2molL时会严重抑制酵母菌的生长一般以1L L·min 的通气量 CO2的浓度达抑制水平的10 2 CO2对细胞的作用机制 CO2及其产生的HCO3-都会影响细胞膜的结构使细胞处于麻醉状态细胞生长受到抑制形态发生改变二排气中CO2浓度与发酵的关系 1检测菌体的生长分析尾气中CO2的含量用计算机计算的CO2积累量与菌体的干重进行比较得出对数期菌体生长速率与CO2释放率成正比关系 2 CO2的释放率carbon dioxide release ratioCRR CRR QCO2X q进Vψ惰进·ψCO2出 1-ψO2出ψCO2进-ψCO2进 f 式中QCO2为比CO2释放率X为菌体干重q进为进气流量ψ为气体的体积分数V发酵液体积f为系数 3补糖与排气CO2浓度的关系发酵液中补加葡萄糖即增加碳源排气CO2浓度增加pH值下降三呼吸商与发酵的关系 1发酵过程中菌体的耗氧速率oxygen uptake rate简称OUROUR QO2X F进 V ψO2进- 四 CO2浓度的控制 1 CO2浓度的变化规律 CO2浓度的变化没有一定的规律 2影响CO2浓度的变化的因素影响因素较多如菌体的呼吸强度发酵液的特性通气搅拌程度和外界压力大小等因素 3 CO2浓度的控制① CO2对合成起抑制作用应降低其浓度② CO2若有促进作用则应提高其浓度 4 CO2控制的方法通气和搅拌速率的大小可调节CO2的溶解度第七节微生物发酵终点的判断微生物发酵终点的判断对提高产物的生产能力和经济效益很重要生产能力是指单位时间内单位罐体积的产物积累一经济因素发酵时间需要考虑经济因素即以最低的综合成本来获得最大生产能力的时间为最适发酵时间二产品质量因素发酵时间长短对后续工艺和产品质量有很大的影响三特殊因素在个别发酵情况下还要考虑特殊因素如老品种的发酵已掌握了他们的放罐时间在正常情况下可根据作业计划按时放罐合理的放罐时间是由试验确定的⑴当原料成本是整个产品成本的主要部分时所追求的是提高产物得率⑵当生产成本是整个产品成本的主要部分时所追求的是提高生产率和发酵系数⑶当下游技术成本占产品成本的主要部分而产品价格较贵时追求的是高的产物浓度 1会残留过多的养分如糖脂肪可溶解性蛋白对分离纯化不利 2放罐过晚菌体自溶会延长过滤时间还会使产品的数量下降扰乱分离纯化作业计划判断放罐的主要指标①产物浓度②氨基氮③菌体形态④pH值⑤培养液的外观⑥黏度等染菌的防治二发酵染菌对提炼和产品质量的影响 1发酵染菌对过滤的影响染菌的发酵液一般发粘菌体大多数自溶所以在发酵液过滤时不能或很难形成滤饼导致过滤困难即使采取加热冷却添加助滤剂等措施使部分蛋白质凝聚但效果并不理想污染杂菌的种类对过滤的影响程度有差异如污染霉菌时影响较小而污染细菌时很难过滤由于过滤困难过滤时间拉长影响发酵液储罐和过滤设备的周转使用破坏了生产平衡染菌发酵液还会因过滤困难而大幅度降低过滤收率直接影响提炼总收率 2发酵染菌对提炼的影响染菌发酵液中含有比正常发酵液更多的水溶性蛋白和其它杂质采用有机溶剂萃取的提炼工艺则极易发生乳化很难使水相和溶剂相分离影响进一步提纯采用直接用离子交换树脂的提取工艺如链霉素庆大霉素染菌后大量杂菌黏附在离子交换树脂表面或被离子交换树脂吸附大大降低离子交换树脂的交换容量而且有的杂菌很难用水冲洗干净洗脱时与产物一起进入洗脱液影响进一步提纯二染菌的原因一发酵染菌率计算基准总染菌率指一年发酵染菌的批次数与总投料批次数之比的百分率染菌批次数应包括染菌后培养基经重新灭菌又再次染菌的批次数在内这是习惯的计算方法也是我国的统一计算方法总染菌率二染菌原因成染菌的因素很多但总结几十年的经验对绝大部分罐批染菌的原因是比较清楚的但在实际生产中发酵染菌率仍比较高可以说产生这种现象大多数是由于工作中明知故犯不负责任和侥幸心理所造成的例如灭菌的蒸汽压不足不能灭菌设备有渗漏不能进罐等等都是众所周知的但因为有侥幸心理还是照样灭菌进罐结果以污染杂菌而告终现将我们收集到的国内外几家抗生素工厂发酵染菌原因列于下日本工业技术院发酵研究所多年来抗生素发酵染菌原因分析项目百分率种子带菌或怀疑种子带菌 964 接种时罐压跌零019 培养基灭菌不透 079 总空气系统有菌1996 泡沫冒顶 048 夹套穿孔1236 盘管穿孔 589 接种管穿孔039 阀门渗漏145 搅拌轴密封渗漏209 罐盖漏。
发酵过程中工艺参数的检测和控制引言发酵是许多生物过程中的重要步骤，广泛应用于食品工业、制药工业以及生物燃料生产等领域。
在发酵过程中，工艺参数的检测和控制对于保证产品质量和提高生产效率起着关键作用。
本文将介绍发酵过程中常见的工艺参数，以及如何通过检测和控制这些参数来优化发酵过程。
1. 温度的检测和控制温度是发酵过程中最基本也是最重要的工艺参数之一。
不同的微生物对温度的要求不同，因此在发酵过程中，需要准确地检测和控制温度以满足微生物的生长和代谢需求。
1.1 温度的检测方法常用的温度检测方法包括使用温度计、红外线测温仪以及温度传感器等。
温度计适用于小规模的发酵过程，能够直接测量液体中的温度。
红外线测温仪可以通过测量光谱的方式非接触地测量物体表面的温度，适用于大规模发酵过程中的温度检测。
温度传感器可以安装在发酵罐内，通过测量发酵液的温度来得到准确的温度数据。
1.2 温度的控制方法温度的控制可以通过调节加热或冷却系统来实现。
在小规模的发酵过程中，可以使用加热器和冷却器来控制温度。
温度传感器监测到的温度与设定的目标温度进行比较，然后通过调节加热器或冷却器的电流或气流来调整温度。
在大规模发酵过程中，还可以使用冷却水循环系统或蒸汽加热系统来控制温度。
2. pH值的检测和控制pH值是指溶液酸碱程度的指标，对于许多微生物的生长和代谢过程也起着重要作用。
在发酵过程中，pH值的检测和控制对于调节微生物的生长环境、抑制有害菌的生长以及促进产品产生等方面起着重要作用。
2.1 pH值的检测方法常用的pH值检测方法包括使用酸碱度试纸、玻璃电极pH计以及电化学传感器等。
酸碱度试纸是一种简单易用的检测方法，通过试纸的颜色变化来判断溶液的pH值范围。
玻璃电极pH计可以直接测量溶液的pH值，并给出精确的数值结果。
电化学传感器也可以被用于连续监测pH值的变化。
2.2 pH值的控制方法pH值的控制可以通过添加酸或碱来实现。
根据pH值的变化情况，通过自动控制系统来准确地调节加酸或加碱的量。
