第四章生物反应器的检测及控制-PowerPoint演示
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《生物反应器》课件
。
新药研发中的应用实例
01
药物筛选
利用生物反应器进行药物筛选， 寻找具有药效的化合物或微生物 。
药物合成
02
03
药物改造
通过生物反应器合成药物，如蛋 白质、多糖等，提高药物的生产 效率和纯度。
利用生物反应器对药物进行改造 ，如蛋白质工程、基因工程等， 提高药物的疗效和安全性。
05
生物反应器的发展趋势与挑战
生产成本
生物反应器的生产成本较高，需要采取有效措施降低成本，提高经济 效益。
人才短缺
生物反应器技术的发展需要大量的专业人才和技术工人，但目前市场 上相关人才短缺，制约了产业的发展。
生物反应器的未来展望
广泛应用
随着生物技术的不断发展和 应用领域的扩大，生物反应 器将在医药、食品、化工等 领域得到更广泛的应用。
生物反应器应能高效地进行生物反应，确保 高转化率和产物浓度。
适应性原则
生物反应器应能适应不同的生物反应需求， 具备灵活性和可扩展性。
稳定性原则
生物反应器应具备稳定的操作性能，保证反 应的连续性和可靠性。
易于维护原则
生物反应器应便于清洁、维修和保养，降低 运营成本。
生物反应器的优化目标
提高转化率
通过优化反应条件和操作参数，提高生物反 应的效率。
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01
温度
维持适宜的温度，保证微生物的正 常生长和代谢。
溶解氧
维持适宜的溶解氧浓度，以满足微 生物的需氧需求。
03
02
pH值
维持适宜的pH值，保证微生物的正 常生长和代谢。
底物浓度
控制底物浓度，以调节微生物的生 长和产物生成。
04
生物反应器的效率评估
生物反应器课件RenowedcustomerapplicationApplikon’sBioSeps
参考文献
1. 生物反应器技术及其应用 2. Applikon's BioSep系统的技术手册 3. Renowed Customer Application在生物反应器中的应用研究
Applikon's BioSep系统
系统介绍
ห้องสมุดไป่ตู้
优点
Applikon's BioSep系统是一种 先进的生物反应器分离设备， 用于高效回收和纯化生物产 物。
Applikon's BioSep系统具有高 效分离、智能操作、快速冷 冻等优点，能够提高生物制 造的效率。
组成部分
Applikon's BioSep系统由离心 机、过滤器、分离柱等核心 组件组成，可以快速有效地 分离产物。
介绍生物反应器
定义及作用
生物反应器是一种用于培养活细胞或生物 制造的设备，可以提供理想的生长环境。
基本结构
生物反应器通常由反应容器、搅拌器、气 体供应系统和温度控制系统组成。
分类
生物反应器可以根据不同的参数和系统特 征进行分类，例如按操作方式、搅拌方式 和培养类型分类。
运行参数
生物反应器的运行需要控制pH值、温度、 氧分压、搅拌速度、营养物质浓度等参数。
我们将介绍几个实际案例，如某药 品生产中的优化反应器设计和某食 品工业中的废物利用。
结论
未来发展
生物反应器在生物制造领域将继续发展， 推动创新和可持续发展。
重要性和应用前景
Applikon's BioSep系统和Renowed Customer Application对于提高生物制造效率和产物 质量具有重要应用前景。
生物反应器课件 Renowedcustomerapplicati onApplikon的 BioSepsystem
生物反应器的检测及控制
生物反应器的检测及控制
在微生物发酵以及其他生物反应过程中，为 了使生产稳产高产，降低原材料消耗，节省 能量和劳动力，防止事故发生，实现安全生 产，必须对生物反应过程和反应器系统实行 检测和控制。 生物反应器的检测是利用各种传感器及其 他检测手段对反应器系统中各种参变量进行 测量，并通过光电转换等技术用二次仪表显 示或通过计算机处理。
（2）发酵搅拌功率
生产规模的发酵罐搅拌功率
只是测定驱动电机的电压与 电流，或直接测定电机搅拌 功率。
8. PH的检测
最通用的pH测定仪是复合pH
电极，因其具有结构紧凑，可 蒸汽加热灭菌的优点。
复合PH电极结构
复合PH电极
为了使PH电极适应工业发酵生产的要求， 通常加装不锈钢保护套才能插入发酵罐中 使用。 具有温度补偿系统。 在每批发酵灭菌操作前后进行标定。 通常PH计的测定范围是0～14，精度达 10.05～0.1PH，响应时间数秒至数十秒， 灵敏度为0.1PH。
5．气体流量计
（1）体积流量型气体流量计
原理：根据流动气体动能的转换及流动 类型改变而检测其流量。 实验室小试和中试发酵系统几乎都应用 转子流量计。 同心孔板压差式流量计，可用于工业生 产规模上。
气体流量计
（2）质量流量型气体流量计 检测原理是利用流体的固有性质， 如质量、导电性、电磁感应及导 热等特性而进行设计的。 对气体流量测定，最常用的是利 用其导热性能。
最常用的方法是电极探针测定法：当 泡沫产生增多，其表面上升与电极探 针接触从而产生电信号。 泡沫高度的检测还可应用声波法，即 利用装于罐顶的装置发射声波，检测 此声波经液面反射后返回罐顶所需的 时间，就可推出泡沫表面高度。
在微生物发酵以及其他生物反应过程中，为 了使生产稳产高产，降低原材料消耗，节省 能量和劳动力，防止事故发生，实现安全生 产，必须对生物反应过程和反应器系统实行 检测和控制。 生物反应器的检测是利用各种传感器及其 他检测手段对反应器系统中各种参变量进行 测量，并通过光电转换等技术用二次仪表显 示或通过计算机处理。
（2）发酵搅拌功率
生产规模的发酵罐搅拌功率
只是测定驱动电机的电压与 电流，或直接测定电机搅拌 功率。
8. PH的检测
最通用的pH测定仪是复合pH
电极，因其具有结构紧凑，可 蒸汽加热灭菌的优点。
复合PH电极结构
复合PH电极
为了使PH电极适应工业发酵生产的要求， 通常加装不锈钢保护套才能插入发酵罐中 使用。 具有温度补偿系统。 在每批发酵灭菌操作前后进行标定。 通常PH计的测定范围是0～14，精度达 10.05～0.1PH，响应时间数秒至数十秒， 灵敏度为0.1PH。
5．气体流量计
（1）体积流量型气体流量计
原理：根据流动气体动能的转换及流动 类型改变而检测其流量。 实验室小试和中试发酵系统几乎都应用 转子流量计。 同心孔板压差式流量计，可用于工业生 产规模上。
气体流量计
（2）质量流量型气体流量计 检测原理是利用流体的固有性质， 如质量、导电性、电磁感应及导 热等特性而进行设计的。 对气体流量测定，最常用的是利 用其导热性能。
最常用的方法是电极探针测定法：当 泡沫产生增多，其表面上升与电极探 针接触从而产生电信号。 泡沫高度的检测还可应用声波法，即 利用装于罐顶的装置发射声波，检测 此声波经液面反射后返回罐顶所需的 时间，就可推出泡沫表面高度。
生物反应器实验报告PPT
发酵罐由下列几部分构成：
（1）参数输入及显示装置：用 以输入控制发酵条件的各种参数 及显示发酵过程中罐内培养液的 温度、PH、DO（溶氧）的测定 数值。 （2）电极校正装置：用以校正 PH电极和DO电极等。 （3）酸、碱泵：用以向发酵罐 加入酸液，以调节培养液中的PH。
（4）消泡剂加入泵：用以向发酵罐加入消泡剂， 以消除发酵过程中产生过多的泡沫。 （5）报警灯及蜂音器按钮：当发酵罐过程中，电 路发生故障，则报警红灯亮并发出“嘀、嘀…..”声。 按此钮则“嘀嘀”声可消除，但只有当故障排除， 红灯才熄灭。 （6）自动或人工控制按钮：用以决定本控制器是 处在自动控制或人工控制状态。 （7）电极连接导线：有三条连接导线，分别与pH、 DO和AF（消泡）电极连接。
三足式离心机的转鼓直 径一般很大，转速不高 （<2000r/min），过滤 面积约为0.6~2.7m2。
它与其他型式的离心机相比，具有构造简单， 运转周期可灵活掌握等优点，一般可用于间 隙生产过程中的小批量物料的处理，尤其适 用于各种盐类结晶的过滤和脱水，晶体较少 受到破损。它的缺点是卸料时的劳动条件较 差，转动部位位于机座下部，检修不方便。
滤框和滤板的一个对角上分 别开有圆孔，若干个滤框和 滤板的圆孔重叠组成两个通 道，其中一个是悬浮通道， 另一个是滤液通道。滤框内 侧上角设计有暗道与圆孔相 通，滤板下角开设的暗道与 板面排液沟槽相通，当板和 框装合时在滤框两侧覆盖滤 布，形成了可容纳悬浮液及 滤渣的滤室。为了防止泄露， 常在滤板和滤框间用橡胶密 封圈密封。
发酵的附属仪器储气罐
发酵的附属仪器空气压缩机
空气压缩机：排气量0.05m∧3/min，0.7Mpa， 0.55kw/220v。
蒸气发生器
Байду номын сангаас 谢谢观赏！
《生物反应器》PPT课件
酒精发酵罐的洗涤：喷射洗涤装置 酒精发酵罐的计算：
发酵罐结构尺寸：V体积=V发酵液量/φ(0.850.9)
发酵罐罐数确定：N=(nt/24)+1(个) n----每天加料的罐数,t---一次发酵周期所需
时间 发酵罐冷却面积计算：A=Q/K△Tm (m2 )
完整版课件ppt
8
第二节 啤酒发酵设备
1、前发酵设备 传统的前发酵槽均置于发酵室内， 发酵槽大部分为开口式。 前发酵槽可由钢板或钢筋混凝土 制成，形式以长方形或方形为主。 了防止啤酒中有机酸对各种材质 的腐蚀，前发酵槽内均要涂布一 层特殊涂料作为保护层。
(5)厌氧发酵的培养基应先通过加热或喷入无
氧气体来预还原。完整版课件ppt
5
第一节 酒精发酵设备
酒精发酵罐的结构必须首先满足 工艺要求。此外，从结构上还应考 虑有利于发酵液的排出、设备的清 洗、维修以及设备制造安装方便等 问题。
完整版课件ppt
6
1.冷却水入口 2.取样口
酒精发酵罐
3.压力表
生物反应器的设计
生物反应器设计的重要方面包 括改善生物催化剂，更好的进行过 程控制，有更好的无菌条件以及能 克服速度限制因素（特别是热量和 质量传递）等。
微生物反应器设计的基本要求
（1）避免将需蒸汽灭菌的部件与其
它部件连接，因为即使阀门关闭，细
菌也可在阀门内生长；
完整版课件ppt
1
（2）尽量减少法兰连接，因为设备震动和 热膨胀会引起连接处的移位，导致染菌。如 有可能，应采用全部焊接结构，焊接部位一 定要确实磨光，以消除积蓄耐灭菌的固体物 质的场所；
(2)罐内的发酵液应尽量装满，以便减少上层 气相的影响。
(3)使用大剂量接种（一般接种量为总操作体 积的10～20％），使培养物迅速生长，减少
发酵罐结构尺寸：V体积=V发酵液量/φ(0.850.9)
发酵罐罐数确定：N=(nt/24)+1(个) n----每天加料的罐数,t---一次发酵周期所需
时间 发酵罐冷却面积计算：A=Q/K△Tm (m2 )
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8
第二节 啤酒发酵设备
1、前发酵设备 传统的前发酵槽均置于发酵室内， 发酵槽大部分为开口式。 前发酵槽可由钢板或钢筋混凝土 制成，形式以长方形或方形为主。 了防止啤酒中有机酸对各种材质 的腐蚀，前发酵槽内均要涂布一 层特殊涂料作为保护层。
(5)厌氧发酵的培养基应先通过加热或喷入无
氧气体来预还原。完整版课件ppt
5
第一节 酒精发酵设备
酒精发酵罐的结构必须首先满足 工艺要求。此外，从结构上还应考 虑有利于发酵液的排出、设备的清 洗、维修以及设备制造安装方便等 问题。
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6
1.冷却水入口 2.取样口
酒精发酵罐
3.压力表
生物反应器的设计
生物反应器设计的重要方面包 括改善生物催化剂，更好的进行过 程控制，有更好的无菌条件以及能 克服速度限制因素（特别是热量和 质量传递）等。
微生物反应器设计的基本要求
（1）避免将需蒸汽灭菌的部件与其
它部件连接，因为即使阀门关闭，细
菌也可在阀门内生长；
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1
（2）尽量减少法兰连接，因为设备震动和 热膨胀会引起连接处的移位，导致染菌。如 有可能，应采用全部焊接结构，焊接部位一 定要确实磨光，以消除积蓄耐灭菌的固体物 质的场所；
(2)罐内的发酵液应尽量装满，以便减少上层 气相的影响。
(3)使用大剂量接种（一般接种量为总操作体 积的10～20％），使培养物迅速生长，减少
《生物反应器》课件
《生物反应器》PPT课件
通过本课件，我们将深入探讨生物反应器的全貌。从定义，分类，结构和原 理，应用领域，优点和挑战，以及未来的发展趋势，让我们一起探索这个令 人着迷的领域。
什么是生物反应器？
生物反应器是一种用于控制和维持特定生物反应过程的装置。它提供了理想的环境条件，以促进 生物反应的进行。
1 定义
生物制药
环境修复
生物反应器在生产生物药物和医 疗相关产品方面发挥着重要作用。
通过利用生物反应器来处理和净 化废水和废气等环境污染物。
生物燃料
生物反应器可用于生产可再生能 源，如生物柴油和生物乙醇。
生物反应器的优点和挑战
优点
生物反应器具有高效、环保、可控性强等优点， 适用于多种生物反应过程。
挑战
生物反应器的设计和操作需要专业知识和精细 调控，同时面临成本和规模扩展的挑战。
生物反应器是指能够维持生物反应过程的操作设备。
2 分类
根据反应器操作方式和反应类型，生物反应器可以分为不同的类别。
生物反应器的结构和原理
结构
生物反应器通常由反应容器、搅拌装置、进出料口 和传感器等组成。
原理
生物反应器的原理基于对生物过程中必要因素的控 制，如温度、氧气供应、营养物质和pH值。
生物反应器的应用领域
生物反应器的发展趋势
1
自动化与智能化
生物反应器将趋向自动化操作，并结合人工智能技术实现更智能的反应器将更加注重资源的有效利用和环境的可持续性。
3
多功能和定制化
生物反应器将能够满足不同反应过程的需求，实现定制化设计。
总结和展望
生物反应器作为一种核心技术，将不断推动生物科学和工程的进步。我们期 待未来的创新和发展，以应对全球的挑战。
通过本课件，我们将深入探讨生物反应器的全貌。从定义，分类，结构和原 理，应用领域，优点和挑战，以及未来的发展趋势，让我们一起探索这个令 人着迷的领域。
什么是生物反应器？
生物反应器是一种用于控制和维持特定生物反应过程的装置。它提供了理想的环境条件，以促进 生物反应的进行。
1 定义
生物制药
环境修复
生物反应器在生产生物药物和医 疗相关产品方面发挥着重要作用。
通过利用生物反应器来处理和净 化废水和废气等环境污染物。
生物燃料
生物反应器可用于生产可再生能 源，如生物柴油和生物乙醇。
生物反应器的优点和挑战
优点
生物反应器具有高效、环保、可控性强等优点， 适用于多种生物反应过程。
挑战
生物反应器的设计和操作需要专业知识和精细 调控，同时面临成本和规模扩展的挑战。
生物反应器是指能够维持生物反应过程的操作设备。
2 分类
根据反应器操作方式和反应类型，生物反应器可以分为不同的类别。
生物反应器的结构和原理
结构
生物反应器通常由反应容器、搅拌装置、进出料口 和传感器等组成。
原理
生物反应器的原理基于对生物过程中必要因素的控 制，如温度、氧气供应、营养物质和pH值。
生物反应器的应用领域
生物反应器的发展趋势
1
自动化与智能化
生物反应器将趋向自动化操作，并结合人工智能技术实现更智能的反应器将更加注重资源的有效利用和环境的可持续性。
3
多功能和定制化
生物反应器将能够满足不同反应过程的需求，实现定制化设计。
总结和展望
生物反应器作为一种核心技术，将不断推动生物科学和工程的进步。我们期 待未来的创新和发展，以应对全球的挑战。
微生物反应器操作-生物反应工程完整-04-共8讲ppt课件
CO ： 2
C Q E c 2 X o R V F P a lP l o P 2 c o 2 o o u P u c t2 t o o u P a t lP l o P 2 c i 2 o i n n P c 2 o i n
可编辑课件
13
上式中，
F为惰性气体流速， V为反应液总容积， Pall为气体总压力， (Po2)out为排气中氧的分压， (Po2)in为进气体中氧的分压， (Pco2)in为进气体中C02的分压， (Pco2)out为排气中CO2的分压。
1 Xi
Xf
产物浓度的衡算为
P iV P fV P fV P fV
由上式，滤液取出率为
1Pi Xi Pi
Pf Xf Pf
可编辑课件
19
产物的生产能力
PRB PftR P Bi tR B Pf
由上式可知，为提高产物生产能力，可采取提 高或减少tRB。
可编辑课件
20
4.3 流加操作
流加操作的优点是能够任意控制反应液中 基质浓度。
可编辑课件
8
连续式操作是指在分批式操作进行到一定 阶段，一方面将基质连续不断地加入反应器内， 另一方面又把反应物料连续不断的取出，使反 应条件（如反应液体积等）不随时间变化的操 作方式。活性污泥法处理废水、固定化微生物 反应等多采用连续式操作。连续培养过程中基 质体积变化曲线如图4-1e 所示。
可编辑课件
第四章 微生物反应器操作
可编辑课件
1
主要内容 1、微生物反应器操作基础 2、分批操作 3、流加操作 4、连续操作
可编辑课件
2
4.1 微生物反应器操作基础
微生物培养过程根据是否要求供氧，分为 厌氧和好氧培养 。
生物反应器设计基础PPT课件
第5页/共35页
2、判断生物反应器好坏的唯一标准是：该装置能否适合 工艺要求以取得最大的生产效率。
3、生物反应器设计的重要方面包括： 生物反应器设计的主要目标：使产品的质量高、成本低。 生物反应器处于生物过程的中心，是影响整个过程的经 济效益的一个重要方面，其中生物反应器的节能是设计 的一个重要因素。
基质的细胞得率Yx/s与比生长速率的关系
•比生长速率μ：生长速度大小的参数。
•维持的定义：
r x d X d C t μ X C 2 . 3
YX 1/S＝ Y1xm /sa x m s (2.4)
式中YXS－细胞对基质的得率；Y
m x/
as x－最大得率；ms
－维持系数；
μ－比生长速率。
化合物中任何元素的还原度等于该化合物的化合价。例如：NH3中氮、氢 的还原度为: N = 3, H = 1
细 基
胞： b 4p2n3q 质： s 4m2l (2.2)
产物： p 4r2s3t
根据细胞、基质和产物的1Ybb Ypp 4a s s s
1b p
maK x SCSCS2.11
式中μ为比生长速率;μmax为最大比生长速率;CS为限制性基质浓度;K S为饱和常数, 当μ ＝μmax/2时的限制性基质浓度。 Monod方程是典型的均衡生长模型，其基本假设为： (1) 细胞的生长为均衡式生长； (2) 培养基中只有一种基质是生长限制性基质，而其他组分为过量，不影响细胞的生长； (3) 细胞的生长视为简单的单一反应，细胞得率为一常数。
细胞比生长速率μ为： kCxs ,而 maxkCx总
∵
C x 总 C X C X SC X2S K C S C SX SC X SC X K C IS S
2、判断生物反应器好坏的唯一标准是：该装置能否适合 工艺要求以取得最大的生产效率。
3、生物反应器设计的重要方面包括： 生物反应器设计的主要目标：使产品的质量高、成本低。 生物反应器处于生物过程的中心，是影响整个过程的经 济效益的一个重要方面，其中生物反应器的节能是设计 的一个重要因素。
基质的细胞得率Yx/s与比生长速率的关系
•比生长速率μ：生长速度大小的参数。
•维持的定义：
r x d X d C t μ X C 2 . 3
YX 1/S＝ Y1xm /sa x m s (2.4)
式中YXS－细胞对基质的得率；Y
m x/
as x－最大得率；ms
－维持系数；
μ－比生长速率。
化合物中任何元素的还原度等于该化合物的化合价。例如：NH3中氮、氢 的还原度为: N = 3, H = 1
细 基
胞： b 4p2n3q 质： s 4m2l (2.2)
产物： p 4r2s3t
根据细胞、基质和产物的1Ybb Ypp 4a s s s
1b p
maK x SCSCS2.11
式中μ为比生长速率;μmax为最大比生长速率;CS为限制性基质浓度;K S为饱和常数, 当μ ＝μmax/2时的限制性基质浓度。 Monod方程是典型的均衡生长模型，其基本假设为： (1) 细胞的生长为均衡式生长； (2) 培养基中只有一种基质是生长限制性基质，而其他组分为过量，不影响细胞的生长； (3) 细胞的生长视为简单的单一反应，细胞得率为一常数。
细胞比生长速率μ为： kCxs ,而 maxkCx总
∵
C x 总 C X C X SC X2S K C S C SX SC X SC X K C IS S
《生物反应器》PPT课件 (2)
精选PPT
40
（1E-1）
(1) 菌体均衡生长，用单一参数生物量 来描述菌体生长。
(2) 发酵中菌体呈丝状，浓度较大，最 高达40g/L，因此采用contois方程来关 联比生长速率，即:
（1E-1）
精选PPT
41
(3) 在发酵过程中菌丝缠绕成球，菌球 直径为50一300µm，球内基质浓度受到 扩散阻碍，因此用基质的有效浓度来代替
一是全混式，即反应器内各点浓度及其它条件均一；
二是活塞流式，即反应器内物质沿一定方向流动，完全 没有反向混合。讨论反应动力学时常常假定生物反应 是在全混的状态下进行的。而实际反应装置因其流动 特点常常介于上述两种理想流动之间，讨论及计算比 较复杂。
精选PPT
14
生物反应过程的核心问题是细胞的生长
细胞的生长(繁殖)、代谢是一个复杂的 生物化学过程，既包括有各种细胞内的生 化反应、胞内与胞外的物质交换，也包含 有胞外的物质传递及生化反应。与一般化 学工程不同，这个反应体系的特点是多相、 多组分、非线性的体系。多相指的是体系 内常含有气相、液相以及菌体(固)相，而 各相状态及物理性质不同，相内的反应及 传递各有特点，相间还有复杂的相互作用。
发酵液中浓度，即：
s＝S－KixΒιβλιοθήκη (1E一2)精选PPT
42
(4) 青霉素的合成受到糖的非竞争性抑制 作用。
(5) 在合适的条件下氮源、溶氧均不是限 制性基质。
基于上述假设(亦即物理模型)可以建立数 学模型。
(1E－3)
精选PPT
43
上式中V表示发酵的体积，因此各式中最后一项表示由 于流加物料导致体积变化而引起的各组分的“稀释”作
上述3种模型在实际过程分析中应用较少， 本章不作详细讨论。
第四章生物反应器(2)
生物工程设备课件
（三）酒精发酵罐的计算
1．结构尺寸的确定 2．发酵罐罐数的确定 3．发酵罐冷却面积计算
生物工程设备课件
1．结构尺寸的确定
全容积：
V＝V0/φ， m3
V0-进入发酵罐的发酵液量，m3；
φ -装液系数，0.85~0.90
有锥形底、盖的圆柱形发酵罐的全体积
V D2 H h1 h2
2．主要结构参数 ：反应器高径比H/D 、导流 筒径与罐径比DE/D 、空气喷嘴直径与反应器 直径之比等
3．操作参数 ：液面高度、操作气速 、溶液的 性质 等
生物工程设备课件
气升式反应器的设计
1．液体喷射循环反应器基本设计参数 2．液体喷射循环反应器的循环阻力 3．液体喷射循环反应器中驱动循环的功率和
8-冷却水出口 9-温度计 10-喷淋水收集槽 11-喷淋水出口 12-发酵液及污水排出口
生物工程设备课件
2．换热装置
中小型发酵罐多采用罐顶喷水淋于罐外壁面进 行膜状冷却；大型发酵罐罐内装有冷却蛇管， 和罐外壁喷洒联合冷却装置
3．洗涤装置
水力喷射洗涤装置
洗涤水入口
图4-48 发酵罐水力洗涤器
生物工程设备课件
生物工程设备课件
生物工程设备课件
生物工程设备课件
山东中德设备有限公司
生物工程设备课件
自动清洗系统（CIP）
生物工程设备课件
CO2 排出口
洗涤液进口 1
2 3 4
2．大直径露天贮酒 罐
为柱体形罐，略带 浅锥形底，内设自 动清洗装置，罐底 部有CO2喷射环外， 部是保温材料，厚 度达100-200毫米。
部封头设有人孔、视镜、安 全阀、压力表、二氧化碳排 出口；采用自动清洗系统 （CIP）
生物反应器课件PATIntroduction 23页
Tools: NIR
• Full Spectrum Near Infrared
– Vibrational spectroscopy (800 – 2500nm) – Non-invasive optical sensing
• NIR has widespread acceptance in pharmaceutical manufacturing
• In addition, large datasets make model building difficult
Results: Calibration sensor
• One CHO run (10 days) New Castle Univerity (UK)
– 1 Spectra every 2 min – 5500 Spectra – 2000 Abs reading per spectra – 10-15 runs for each calibrations
• Broad survey of 104 Pharma companies.
• Limited IT support for transition from bench through process dev to commercialisation
• Unstructured information collection, storage & retrieval results in more time searching for data
• 5hr per week on average looking for data
• Can’t find data 25 % of time leading to repeating 8% of experiments and increased R&D costs
1绪论及生物反应器 PPT课件PPT19页
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
1绪论及生物反应器 PPT课件
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
生物反应器课件DifferentcellpropertiesSelectcellculturemethod
Cooling System: • remove 50 to 100 Watts/Liter of Volume.
•Serum composition is poorly defined and the batches vary.
•Expensive
Growth curves in yeasts and mammalian cells are different
10.0 1.0
Stationary
0.1 0.01 0.001
Animal cells vs. microbial cells
• PROTEINS - Post translational modifications
• Glycosylation, phosphorylation etc. • Proper folding environment • Efficient secretion
• Ammonia from catabolism of glutamate and amino acids
Type of cultivation
• BATCH FERMENTATION.
• Duration: 0.5-1 weeks • Cell density 4*106 c/ml • Finish: no more nutrients
And 5 - 6 m/s for microbial cultures.
Bioreactor design considerations
• Shape
– ASME Bottoms – Hemispherical Bottoms
• Jacket Design
– Conventional – Dimpled – Half Pipe
•Serum composition is poorly defined and the batches vary.
•Expensive
Growth curves in yeasts and mammalian cells are different
10.0 1.0
Stationary
0.1 0.01 0.001
Animal cells vs. microbial cells
• PROTEINS - Post translational modifications
• Glycosylation, phosphorylation etc. • Proper folding environment • Efficient secretion
• Ammonia from catabolism of glutamate and amino acids
Type of cultivation
• BATCH FERMENTATION.
• Duration: 0.5-1 weeks • Cell density 4*106 c/ml • Finish: no more nutrients
And 5 - 6 m/s for microbial cultures.
Bioreactor design considerations
• Shape
– ASME Bottoms – Hemispherical Bottoms
• Jacket Design
– Conventional – Dimpled – Half Pipe
生物反应器的检测及控制ppt解读
24
（3）电磁流量计
电磁流量计由检测和转换两 部分组成，前者将被测介质 流量转换成感应电势，然后 由后者转换成4~20mA直流 电流作为输出，在一段非导 磁材料制成的管道外面，安 装有一对磁极N和S，用以产 生磁场，当导电液体流过管 道时，因流体在磁场中作垂 直方向流动而切割磁力线。
25
5．发酵液黏度的测量 发酵上常用的黏度测定仪毛细管黏度计、回转 式黏度计和涡轮黏度计等。 6．搅拌转速和搅拌功率 磁感应式、光感应式测速仪:是利用搅拌轴或电 机轴上装设的感应片切割磁场或光束而产生脉 冲信号，此信号即脉冲频率与搅拌转速相同。 而测速发电机是利用在搅拌轴上或电机轴上装 设一小型发电机， 测速发电机:输出电压与搅拌速率成线性关系。 搅拌功率直接影响发酵液的混合与溶氧、细胞 分散及物质传递、热量传递等特性。
30
9．溶解CO2浓度的检测
利用对CO2有特殊选择渗透通过特性的微孔膜，使 扩散通过的CO2进入饱和碳酸氢钠缓冲溶液中，平 衡后显示的pH与溶解的CO2浓度成正比，由此原理 并通过变换就可测出溶解CO2浓度。
10．细胞浓度的测定
全细胞浓度：其测量方法可分为湿重法、干重法、 浊度法、湿细胞体积法等。其中干重法准确度最高。 活细胞浓度的测定：发酵液中活细胞浓度的测定原 理是利用活生物细胞催化的反应或活细胞本身特有 的物质而使用生物发光或化学发光法进行测定。
20
电阻式泡沫电极 :当电极垂直安装在罐体上 时，其电极电流正比于不绝缘电极棒浸没入 液体的长度，由此来测量泡沫液位高度。
21
4．流量测量:容积式、速度式和质量式流量计
容积式流量计:以单位时间内所排出流体的固定容 积数目作为测量依据来计算流量.
22
（1）差压式流量计 差压式流量计也叫节流式流 量计，是流量测量中最成熟、 最常用的一种流量计，它依 据流体流动的节流原理，利 用流体流经节流装置时产生 的压力差来实现流量测量， 其压力差与流体流量成对应 关系。
（3）电磁流量计
电磁流量计由检测和转换两 部分组成，前者将被测介质 流量转换成感应电势，然后 由后者转换成4~20mA直流 电流作为输出，在一段非导 磁材料制成的管道外面，安 装有一对磁极N和S，用以产 生磁场，当导电液体流过管 道时，因流体在磁场中作垂 直方向流动而切割磁力线。
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5．发酵液黏度的测量 发酵上常用的黏度测定仪毛细管黏度计、回转 式黏度计和涡轮黏度计等。 6．搅拌转速和搅拌功率 磁感应式、光感应式测速仪:是利用搅拌轴或电 机轴上装设的感应片切割磁场或光束而产生脉 冲信号，此信号即脉冲频率与搅拌转速相同。 而测速发电机是利用在搅拌轴上或电机轴上装 设一小型发电机， 测速发电机:输出电压与搅拌速率成线性关系。 搅拌功率直接影响发酵液的混合与溶氧、细胞 分散及物质传递、热量传递等特性。
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9．溶解CO2浓度的检测
利用对CO2有特殊选择渗透通过特性的微孔膜，使 扩散通过的CO2进入饱和碳酸氢钠缓冲溶液中，平 衡后显示的pH与溶解的CO2浓度成正比，由此原理 并通过变换就可测出溶解CO2浓度。
10．细胞浓度的测定
全细胞浓度：其测量方法可分为湿重法、干重法、 浊度法、湿细胞体积法等。其中干重法准确度最高。 活细胞浓度的测定：发酵液中活细胞浓度的测定原 理是利用活生物细胞催化的反应或活细胞本身特有 的物质而使用生物发光或化学发光法进行测定。
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电阻式泡沫电极 :当电极垂直安装在罐体上 时，其电极电流正比于不绝缘电极棒浸没入 液体的长度，由此来测量泡沫液位高度。
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4．流量测量:容积式、速度式和质量式流量计
容积式流量计:以单位时间内所排出流体的固定容 积数目作为测量依据来计算流量.
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（1）差压式流量计 差压式流量计也叫节流式流 量计，是流量测量中最成熟、 最常用的一种流量计，它依 据流体流动的节流原理，利 用流体流经节流装置时产生 的压力差来实现流量测量， 其压力差与流体流量成对应 关系。
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（2）压力与别的流体压力或电磁力等相平衡，并 将其变换成力或电流，这种原理多用于工业生 产过程压力测量变送传感器；
（3）压力与流体的重量相平衡，由对应的液体量 求得压力，如U形管压力计；
（4）压力与固体的重量相平衡，由对应的固体重 量求得压力，多用来标定压力计。
3．液位和泡沫高度的检测
导电电极法。该测量方法可由一支或两支电极所组成，
一、主要参数检测原理及应用
1．温度的测量
常用的温度检测仪表有热电阻检测器 （RTD）、半导体热敏电阻、热电偶和玻璃温 度计等。其中热电阻是中低温区最常用的温度检 测元件，具有性能稳定、测量精度高、在中低温 区输出信号大、信号可以远传等优点。
2．压强的检测
压力、压差传感器的测量原理
（1）压力与弹性体的变形应力相平衡，并转换成 弹性体的位移；
而构成测量电极、参比电
极和温度传感元件三位一
体的三合一电极，对环境 温度有很好的补偿作用。
8.溶氧浓度的检测
①亚硫酸盐氧化法 ②极谱法 ③氧化还原电极电位仪(亚好氧发酵过程 ) ④溶氧电极法
测定的三个用途
1．对生物反应器的传氧性能进行测定，以便选择 最佳条件进行操作，并对其进行评价。
2．对发酵过程传氧性情况进行了解，以便判断发 酵过程的供氧情况。
2．pH 每一种生物细胞均有最佳的生长增殖pH值，细胞 及酶的生物催化反应也有相应的最佳pH范围。而 在培养基制备及产物提取、纯化过程也必须控制适 当的pH。因此生物反应生产对pH的检测控制极为 重要。
3．溶氧浓度和氧化还原电位
好气性发酵过程中，液体培养基中均需维持一定水平 的溶解氧，以满足生物细胞呼吸、生长及代谢需要。 溶解氧水平和溶氧效率往往是发酵生产水平和技术经 济指标的重要影响因素。
3．为通风罐的研究过程找出设备参数（如），操 作参数（如N－搅拌器转数 Q－通风量）的关 系，以便进行发酵罐的放大和合理设计。
9．溶解CO2浓度的检测
利用对CO2有特殊选择渗透通过特性的微孔膜，使 扩散通过的CO2进入饱和碳酸氢钠缓冲溶液中，平 衡后显示的pH与溶解的CO2浓度成正比，由此原理 并通过变换就可测出溶解CO2浓度。
氧比消耗速率称为菌体的呼吸强度，即每小时每 单位重量的菌体所消耗的氧的数量，其单位为毫 克分子氧/克干菌体小时。
第二节 检测方法与仪器
研究微生物生长过程所需要的检 测参数大多是通过在反应器中配置各 种传感器和自动分析仪来实现的。这 些装置能把非电量参数转化为电信号， 这些信号经适当处理后，可用于监测 发酵的状态、直接作发酵闭环控制和 计算间接参数。
若罐体是金属材料制成的，可只用一支电极。当液面或泡沫 达到不绝缘的金属棒的端点时，就会有电流信号产生，指示 出液体或泡沫的存在。这种液位电极传感器所施加的电压一 般不超过24V，电流大约为15mA。比较安全可靠的电压 为交流10V。采用交流的目的是防止被测液体的极化。
电阻式泡沫电极 :当电极垂直安装在罐体上 时，其电极电流正比于不绝缘电极棒浸没入 液体的长度，由此来测量泡沫液位高度。
生化过程主要检测参变量 生化过程常用检测方法及仪器
要对生化过程进行有效的操作和控 制，首先要了解生化过程的状态变化， 也就是要了解生化过程的各种信息。这 些信息可以分为物理变量信息、化学变 量信息、以及生物变量信息。
一、设定参数
1．压强 对通气生物发酵反应，必须往反应器中通入无菌
的洁净空气，一是供应生物细胞呼吸代谢所必须的氧， 二是强化培养液的混合与传质，三是维持反应器有适 宜的表压，以防止外界杂菌进入发酵系统。对气升式 反应器，通气压强的适度控制是高效溶氧传质及能量 消耗的关键因素之一。
5．细胞浓度及酶活特性
菌体的浓度与酶的活动中心密切相关。通过菌体干 重的测定，可以了解生物的生长状态，从而控制和 改变生产工艺或补料和供氧，保证达到较好的生产 水平。
酶做催化剂的生化反应，则酶浓度（活度）是必须 检测监控的参变量。
6．菌体形态
菌体形态的变化也是反应它的代谢变化的重要特征。 可以根据菌体的形态不同，区分出不同的发酵阶段 和菌体的质量。
过高的通气量会引起泡沫增多，水分损失太大 以及通风耗能上升等不良影响。
4．液面
液面的高低决定了反应器装液系数即影响生产 效率；对通风液体深层发酵，初装液量的多少即液面 的高低需按工艺规定确定，否则通入空气后发酵液的 含气率达一定值，液面就升高，加之泡沫的形成，故 必须严格控制培养基液面。对气升内环流式反应器， 由于导流筒应比液面低一适当高度才能实现最佳的环 流混合与气液传质，但在通气发酵过程中，排气会带 出一定水分，故反应器内培养液会蒸发减少，因此液 面的检测监控更重要，必要时需补加新鲜培养基或无 菌水，以维持最佳液位。同理，连续发酵过程液位必 须维持恒定，液面的检测控制也十分重要。
4．流量测量:容积式、速度式和质量式流量计
容积式流量计:以单位时间内所排出流体的固定容 积数目作为测量依据来计算流量.
（1）差压式流量计
差压式流量计也叫节流式流 量计，是流量测量中最成熟、 最常用的一种流量计，它依 据流体流动的节流原理，利 用流体流经节流装置时产生 的压力差来实现流量测量， 其压力差与流体流量成对应 关系。
Q发酵 Q0 Q冷却
Q冷却 FW c(T2 T1 )
9．培养基质浓度和产物浓度
培养液基质浓度则是发酵转化率及产物得率的 重要衡量。
掌握了发酵液中的产物浓度，就可确定发酵的 进程以及决定发酵是否正常及是否需要结束发 酵。
基质与产物浓度的检测、控制对各种发酵均是 必要的。
二、状态参数
1．黏度（或表观黏度） 培养基的黏度主要受培养基的成分及浓度、细胞浓 度、温度、代谢产物等影响。而发酵液的黏度（或 表观黏度）对溶液的搅拌与混合、溶氧速率、物质 传递等有重要影响，同时对搅拌功率消耗及发酵产 物的分离纯化均起着重要作用。
10．细胞浓度的测定
全细胞浓度：其测量方法可分为湿重法、干重法、 浊度法、湿细胞体积法等。其中干重法准确度最高。
活细胞浓度的测定：发酵液中活细胞浓度的测定原 理是利用活生物细胞催化的反应或活细胞本身特有 的物质而使用生物发光或化学发光法进行测定。
11．高压液相分析系统 （HPLC）
利用HPLC在线测量物质浓 度，并配有发酵出口气体 CO2分析仪和pH与氧化还 原电极的发酵系统。产物的
在线检测 离线检测
发酵过程对传感器的要求：
1.发酵过程对传感器的常规要求为准确性、精确度、灵敏度、 分辨能力要高，响应时间滞后要小，能够长时间稳定工作， 可靠性好，具有可维修性。
2. 必须考虑卫生要求，发酵过程中不允许有其他杂菌污染。 3. 一般要求传感器能与发酵液同时进行高压蒸汽灭菌，不耐
（3）电磁流量计
电磁流量计由检测和转换两 部分组成，前者将被测介质 流量转换成感应电势，然后 由后者转换成4~20mA直流 电流作为输出，在一段非导 磁材料制成的管道外面，安 装有一对磁极N和S，用以产 生磁场，当导电液体流过管 道时，因流体在磁场中作垂
直方向流动而切割磁力线。
5．发酵液黏度的测量
对一些亚好氧的生物发酵反应如某些氨基酸发酵生产， 在产物积累时，只需很低的溶解氧水平。这样低的溶 解氧浓度使用氧化还原电极电位计（ORP仪）来测定 微小的溶氧值。
4．发酵液中溶解CO2浓度
对通气发酵生产，由于生物细胞的呼吸和生物合成， 培养液中的氧会被部分消耗，而溶解的CO2含量会升 高。对大部分的好氧发酵，当发酵液中溶解CO2浓度 增至某值时，就会使细胞生长和产物生成速率下降。
（2）转子流量计
转子流量计由一根上粗下细的锥形管 和一个能在其内上下浮动的转子所组 成。被测流体自下而上从转子和锥形 管内壁之间的环隙中通过，由于流体 通过环隙时被突然收缩，在转子上下 两侧就产生了压差，使转子受到一个 向上的冲力而浮起。当这个力正好等 于浸没在流体中的转子的重量时，则 作用在转子上的上、下两个作用力达 到平衡，转子就停留在某一高度上。 根据转子平衡位置的高低，就可得知 流量的大小。
7．pH值的测量 为了测量pH值，需要一个测量电极和一个 参比电极，其工作原理是利用玻璃电极与参 比电极浸泡于某一溶液时具有一定的电位， 其pH可表示为：
pH 0.43 F (E0 E) RT
现在一般采用复合电极。 在复合电极中，玻璃电极
由参比电极包裹着。温度 对pH值的准确测量有很 大的影响，为了补偿温度 的影响，在pH复合电极 中加一温度敏感元件，从
受蒸汽灭菌的传感器可在罐外用其他方法灭菌后无菌装入。 4. 要求传感器与外界大气隔绝，采用的方法有蒸汽汽封、O形
圈密封、套管隔断等。 5. 应选用不易污染的材料如不锈钢，防止微生物附着及干扰，
便于清洗，不允许泄漏。 6.传感器只与被测变量有关而不受过程中其他变量和周围环境
条件变化影响的能力，如抗气泡及泡沫干扰等。
发酵上常用的黏度测定仪毛细管黏度计、回转 式黏度计和涡轮黏度计等。
6．搅拌转速和搅拌功率
磁感应式、光感应式测速仪:是利用搅拌轴或电 机轴上装设的感应片切割磁场或光束而产生脉 冲信号，此信号即脉冲频率与搅拌转速相同。 而测速发电机是利用在搅拌轴上或电机轴上装 设一小型发电机，
测速发电机:输出电压与搅拌速率成线性关系。 搅拌功率直接影响发酵液的混合与溶氧、细胞 分散及物质传递、热量传递等特性。
7．培养基流加速度
对生物发酵的连续操作或流加操作过程，均需连续或间 歇往反应器中加入新鲜培养基，且要控制加入量和加入速度， 以实现优化的连续发酵或流加操作，获得最大的发酵速率和 生产效率。
8．冷却介质流量与速度
为保持反应器系统的温度在工艺规定的范围 内，必须用水等冷却介质通过热交换器把发酵热 移走。根据生化反应器的热量平衡算式：
二氧化碳释放速率（CER） RCO2 CER CO2出 % FA /V2 RCO2
（21% O2出 %）/ CO2出 %
（3）压力与流体的重量相平衡，由对应的液体量 求得压力，如U形管压力计；
（4）压力与固体的重量相平衡，由对应的固体重 量求得压力，多用来标定压力计。
3．液位和泡沫高度的检测
导电电极法。该测量方法可由一支或两支电极所组成，
一、主要参数检测原理及应用
1．温度的测量
常用的温度检测仪表有热电阻检测器 （RTD）、半导体热敏电阻、热电偶和玻璃温 度计等。其中热电阻是中低温区最常用的温度检 测元件，具有性能稳定、测量精度高、在中低温 区输出信号大、信号可以远传等优点。
2．压强的检测
压力、压差传感器的测量原理
（1）压力与弹性体的变形应力相平衡，并转换成 弹性体的位移；
而构成测量电极、参比电
极和温度传感元件三位一
体的三合一电极，对环境 温度有很好的补偿作用。
8.溶氧浓度的检测
①亚硫酸盐氧化法 ②极谱法 ③氧化还原电极电位仪(亚好氧发酵过程 ) ④溶氧电极法
测定的三个用途
1．对生物反应器的传氧性能进行测定，以便选择 最佳条件进行操作，并对其进行评价。
2．对发酵过程传氧性情况进行了解，以便判断发 酵过程的供氧情况。
2．pH 每一种生物细胞均有最佳的生长增殖pH值，细胞 及酶的生物催化反应也有相应的最佳pH范围。而 在培养基制备及产物提取、纯化过程也必须控制适 当的pH。因此生物反应生产对pH的检测控制极为 重要。
3．溶氧浓度和氧化还原电位
好气性发酵过程中，液体培养基中均需维持一定水平 的溶解氧，以满足生物细胞呼吸、生长及代谢需要。 溶解氧水平和溶氧效率往往是发酵生产水平和技术经 济指标的重要影响因素。
3．为通风罐的研究过程找出设备参数（如），操 作参数（如N－搅拌器转数 Q－通风量）的关 系，以便进行发酵罐的放大和合理设计。
9．溶解CO2浓度的检测
利用对CO2有特殊选择渗透通过特性的微孔膜，使 扩散通过的CO2进入饱和碳酸氢钠缓冲溶液中，平 衡后显示的pH与溶解的CO2浓度成正比，由此原理 并通过变换就可测出溶解CO2浓度。
氧比消耗速率称为菌体的呼吸强度，即每小时每 单位重量的菌体所消耗的氧的数量，其单位为毫 克分子氧/克干菌体小时。
第二节 检测方法与仪器
研究微生物生长过程所需要的检 测参数大多是通过在反应器中配置各 种传感器和自动分析仪来实现的。这 些装置能把非电量参数转化为电信号， 这些信号经适当处理后，可用于监测 发酵的状态、直接作发酵闭环控制和 计算间接参数。
若罐体是金属材料制成的，可只用一支电极。当液面或泡沫 达到不绝缘的金属棒的端点时，就会有电流信号产生，指示 出液体或泡沫的存在。这种液位电极传感器所施加的电压一 般不超过24V，电流大约为15mA。比较安全可靠的电压 为交流10V。采用交流的目的是防止被测液体的极化。
电阻式泡沫电极 :当电极垂直安装在罐体上 时，其电极电流正比于不绝缘电极棒浸没入 液体的长度，由此来测量泡沫液位高度。
生化过程主要检测参变量 生化过程常用检测方法及仪器
要对生化过程进行有效的操作和控 制，首先要了解生化过程的状态变化， 也就是要了解生化过程的各种信息。这 些信息可以分为物理变量信息、化学变 量信息、以及生物变量信息。
一、设定参数
1．压强 对通气生物发酵反应，必须往反应器中通入无菌
的洁净空气，一是供应生物细胞呼吸代谢所必须的氧， 二是强化培养液的混合与传质，三是维持反应器有适 宜的表压，以防止外界杂菌进入发酵系统。对气升式 反应器，通气压强的适度控制是高效溶氧传质及能量 消耗的关键因素之一。
5．细胞浓度及酶活特性
菌体的浓度与酶的活动中心密切相关。通过菌体干 重的测定，可以了解生物的生长状态，从而控制和 改变生产工艺或补料和供氧，保证达到较好的生产 水平。
酶做催化剂的生化反应，则酶浓度（活度）是必须 检测监控的参变量。
6．菌体形态
菌体形态的变化也是反应它的代谢变化的重要特征。 可以根据菌体的形态不同，区分出不同的发酵阶段 和菌体的质量。
过高的通气量会引起泡沫增多，水分损失太大 以及通风耗能上升等不良影响。
4．液面
液面的高低决定了反应器装液系数即影响生产 效率；对通风液体深层发酵，初装液量的多少即液面 的高低需按工艺规定确定，否则通入空气后发酵液的 含气率达一定值，液面就升高，加之泡沫的形成，故 必须严格控制培养基液面。对气升内环流式反应器， 由于导流筒应比液面低一适当高度才能实现最佳的环 流混合与气液传质，但在通气发酵过程中，排气会带 出一定水分，故反应器内培养液会蒸发减少，因此液 面的检测监控更重要，必要时需补加新鲜培养基或无 菌水，以维持最佳液位。同理，连续发酵过程液位必 须维持恒定，液面的检测控制也十分重要。
4．流量测量:容积式、速度式和质量式流量计
容积式流量计:以单位时间内所排出流体的固定容 积数目作为测量依据来计算流量.
（1）差压式流量计
差压式流量计也叫节流式流 量计，是流量测量中最成熟、 最常用的一种流量计，它依 据流体流动的节流原理，利 用流体流经节流装置时产生 的压力差来实现流量测量， 其压力差与流体流量成对应 关系。
Q发酵 Q0 Q冷却
Q冷却 FW c(T2 T1 )
9．培养基质浓度和产物浓度
培养液基质浓度则是发酵转化率及产物得率的 重要衡量。
掌握了发酵液中的产物浓度，就可确定发酵的 进程以及决定发酵是否正常及是否需要结束发 酵。
基质与产物浓度的检测、控制对各种发酵均是 必要的。
二、状态参数
1．黏度（或表观黏度） 培养基的黏度主要受培养基的成分及浓度、细胞浓 度、温度、代谢产物等影响。而发酵液的黏度（或 表观黏度）对溶液的搅拌与混合、溶氧速率、物质 传递等有重要影响，同时对搅拌功率消耗及发酵产 物的分离纯化均起着重要作用。
10．细胞浓度的测定
全细胞浓度：其测量方法可分为湿重法、干重法、 浊度法、湿细胞体积法等。其中干重法准确度最高。
活细胞浓度的测定：发酵液中活细胞浓度的测定原 理是利用活生物细胞催化的反应或活细胞本身特有 的物质而使用生物发光或化学发光法进行测定。
11．高压液相分析系统 （HPLC）
利用HPLC在线测量物质浓 度，并配有发酵出口气体 CO2分析仪和pH与氧化还 原电极的发酵系统。产物的
在线检测 离线检测
发酵过程对传感器的要求：
1.发酵过程对传感器的常规要求为准确性、精确度、灵敏度、 分辨能力要高，响应时间滞后要小，能够长时间稳定工作， 可靠性好，具有可维修性。
2. 必须考虑卫生要求，发酵过程中不允许有其他杂菌污染。 3. 一般要求传感器能与发酵液同时进行高压蒸汽灭菌，不耐
（3）电磁流量计
电磁流量计由检测和转换两 部分组成，前者将被测介质 流量转换成感应电势，然后 由后者转换成4~20mA直流 电流作为输出，在一段非导 磁材料制成的管道外面，安 装有一对磁极N和S，用以产 生磁场，当导电液体流过管 道时，因流体在磁场中作垂
直方向流动而切割磁力线。
5．发酵液黏度的测量
对一些亚好氧的生物发酵反应如某些氨基酸发酵生产， 在产物积累时，只需很低的溶解氧水平。这样低的溶 解氧浓度使用氧化还原电极电位计（ORP仪）来测定 微小的溶氧值。
4．发酵液中溶解CO2浓度
对通气发酵生产，由于生物细胞的呼吸和生物合成， 培养液中的氧会被部分消耗，而溶解的CO2含量会升 高。对大部分的好氧发酵，当发酵液中溶解CO2浓度 增至某值时，就会使细胞生长和产物生成速率下降。
（2）转子流量计
转子流量计由一根上粗下细的锥形管 和一个能在其内上下浮动的转子所组 成。被测流体自下而上从转子和锥形 管内壁之间的环隙中通过，由于流体 通过环隙时被突然收缩，在转子上下 两侧就产生了压差，使转子受到一个 向上的冲力而浮起。当这个力正好等 于浸没在流体中的转子的重量时，则 作用在转子上的上、下两个作用力达 到平衡，转子就停留在某一高度上。 根据转子平衡位置的高低，就可得知 流量的大小。
7．pH值的测量 为了测量pH值，需要一个测量电极和一个 参比电极，其工作原理是利用玻璃电极与参 比电极浸泡于某一溶液时具有一定的电位， 其pH可表示为：
pH 0.43 F (E0 E) RT
现在一般采用复合电极。 在复合电极中，玻璃电极
由参比电极包裹着。温度 对pH值的准确测量有很 大的影响，为了补偿温度 的影响，在pH复合电极 中加一温度敏感元件，从
受蒸汽灭菌的传感器可在罐外用其他方法灭菌后无菌装入。 4. 要求传感器与外界大气隔绝，采用的方法有蒸汽汽封、O形
圈密封、套管隔断等。 5. 应选用不易污染的材料如不锈钢，防止微生物附着及干扰，
便于清洗，不允许泄漏。 6.传感器只与被测变量有关而不受过程中其他变量和周围环境
条件变化影响的能力，如抗气泡及泡沫干扰等。
发酵上常用的黏度测定仪毛细管黏度计、回转 式黏度计和涡轮黏度计等。
6．搅拌转速和搅拌功率
磁感应式、光感应式测速仪:是利用搅拌轴或电 机轴上装设的感应片切割磁场或光束而产生脉 冲信号，此信号即脉冲频率与搅拌转速相同。 而测速发电机是利用在搅拌轴上或电机轴上装 设一小型发电机，
测速发电机:输出电压与搅拌速率成线性关系。 搅拌功率直接影响发酵液的混合与溶氧、细胞 分散及物质传递、热量传递等特性。
7．培养基流加速度
对生物发酵的连续操作或流加操作过程，均需连续或间 歇往反应器中加入新鲜培养基，且要控制加入量和加入速度， 以实现优化的连续发酵或流加操作，获得最大的发酵速率和 生产效率。
8．冷却介质流量与速度
为保持反应器系统的温度在工艺规定的范围 内，必须用水等冷却介质通过热交换器把发酵热 移走。根据生化反应器的热量平衡算式：
二氧化碳释放速率（CER） RCO2 CER CO2出 % FA /V2 RCO2
（21% O2出 %）/ CO2出 %