實驗室發(fā)酵罐運作原理之pH調(diào)控

在我們進行發(fā)酵的過程中，發(fā)酵液中pH值是發(fā)酵工藝的重要參數(shù)之一。由于pH值對微生物細胞的繁殖生長和產(chǎn)物（副產(chǎn)物）的產(chǎn)生都有所影響。
為了能使微生物在最適的ph值范圍內(nèi)繁育生長，最終合成目標的代謝產(chǎn)物，就需要嚴格把控發(fā)酵中的ph值。因此，快速準確的線監(jiān)測數(shù)值變化，和及時調(diào)控pH值成為了發(fā)酵最終成敗的關鍵因素之一。
那么如何在發(fā)酵過程中，調(diào)控實驗室發(fā)酵罐的pH數(shù)值呢？
 

 
首先在發(fā)酵過程中的pH電極會不斷測量，以確定發(fā)酵液中的pH值。
‍‍pH測量屬于原電池系統(tǒng)，它的存在是為了使化學能轉(zhuǎn)變成電能，電池正負極的電壓被叫做電極電位。而電極電位則是由測量電極（也可稱指示電極）和參比電極這兩個半電池組成（具體見下圖）。‍‍

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pH電極是基于能斯特方程原理來測量酸堿度。pH值與電極的電動勢一般是呈直線關系，通常用標準緩沖液和被測溶液來進行標定。
pH的slope，也就是電極響應斜率，是指pH電極把電極的毫伏（mV）信號轉(zhuǎn)換為pH值。由于參比電極電勢穩(wěn)定，所以該電動勢是與被測溶液的氫離子活度有關，最終通過對比標準溶液測量的電壓差值，除以標準緩沖液差值所得pH值。

 

 
​以霍爾斯（HOLVES）實驗室發(fā)酵罐為例，pH電極測定完數(shù)值后，結(jié)果會直接反饋給HF-Control V2.2控制系統(tǒng)，系統(tǒng)則會根據(jù)原先設定數(shù)值進行調(diào)節(jié)補料等操作，將罐內(nèi)pH值控制在最佳范圍內(nèi)。
pH控制主要依靠ACID泵和BASE泵來進行加酸加堿的工作操作。
對于蠕動泵由PID控制：
①在pH值高于所設定值的情況下，系統(tǒng)會自動啟動ACID泵加酸，直到達到設定值；‍‍

②反之，在pH值小于所設定值時，則會啟動BASE泵進行加堿調(diào)整‍‍‍‍

‍‍‍‍以上過程可能會因為部分因素影響，而導致遲延，故數(shù)值越接近設定值時，泵速越需要減緩，直至調(diào)節(jié)死區(qū)，死區(qū)意味著可自由調(diào)節(jié)數(shù)值。
③此外某些情況下還會通過補料的方式進行調(diào)節(jié)，當發(fā)酵罐內(nèi)的ph值超過了最適值，就意味菌群狀況表現(xiàn)為饑餓，這時可以啟動FEED泵進行補料調(diào)節(jié)。‍‍‍‍

以上就是實驗室發(fā)酵罐在發(fā)酵過程中針對pH值的調(diào)控，持續(xù)關注，下一篇會為大家繼續(xù)講解關于溶氧的控制。

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