发酵过程中溶氧的测量、调节和控制

第八章_发酵过程参数的检测及控制

主要参数检测原理及仪器
•液体和气体流量测定
主要参数检测原理及仪器
• 搅拌转速
常用检测方法：磁感应式、光感应式和测速发电机等。
感应片切割磁场或光速。
输出电压与转速成正比。
主要参数检测原理及仪器
• pH的检测
常用pH检定仪为复合pH电极，具有
结构紧凑，可蒸汽加热灭菌的优点。
思考：pH电极如何标定？
③自适应控制：
提取有关输入、输出信息，对模型和
参数不断进行辩识，使模型逐渐完善；同
时自动修改控制器的动作，适应实际过程。——自适应控制系统。
2、发酵自动控制系统的硬件组成
传感器变送器执行机构
电磁阀、气动控制阀、电动调节阀、变速电机、正位移泵、蠕动泵。
转换器过程接口监控计算机
（一）温度的控制
生长阶段
生成阶段
自溶阶段
2、引起pH下降的因素
碳源过量消泡油添加过量生理酸性物质的存在
3、引起pH上升的因素
氮源过多
生理碱性物质的存在中间补料，碱性物质添加过多
4、 pH的控制
调节基础培养基的配方
调节碳氮比（C/N）
添加缓冲剂补料控制 – 直接加酸加碱 – 补加碳源或氮源
1、基本的自动控制系统
②反馈控制反馈控制是自动控制的主要方式
控制器
被控对象
传感器
1、基本的自动控制系统
②反馈控制
开关控制：控制阀门的全开全关；
PID控制：采用比例、积分、微分控制算法；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ串联反馈控制：
两个以上控制器对一变量实施联合控制；
前馈/反馈控制：
前馈控制与反馈控制相结合。

溶氧对发酵的影响及控制

溶氧对发酵的影响及控制总述：溶氧（DO）是需氧微生物生长所必须，发酵过程中有多方面的限制因素，而溶氧往往是最易成为控制因素。

发酵液中的溶氧浓度对微生物的生长和产物形成有着重要的影响，在发酵液中溶氧的高低直接影响菌体的生长和代谢产物的积累，并最终决定着发酵产物产量的高低。

根据对氧的需求，微生物可分为专性好氧微生物、兼性好氧微生物和专性厌氧微生物。

以下则主要针对氧在好养微生物，需要微生物或兼性厌氧型微生物的一些影响。

1.溶氧在好氧微生物发酵过程的影响溶氧是发酵中的营养和环境因素，不同发酵阶段的需氧量通常不同。

根据溶氧调控策略对Alcaligenes.sp.NX-3 产威兰胶的发酵过程的影响（5）溶氧对好氧微生物发酵的影响主要分为两方面：是溶氧浓度影响与呼吸链有关的能量代谢，影响微生物生长代谢。

二是在氧直接参与产物合成，且通过溶氧控制条件对深层灵芝发酵生产灵芝酸产量的影响溶氧是好氧性微生物生长发酵的重要工艺参数，对菌体生长和积累代谢产物都有较大影响，定着代谢产物产量的高低。

溶氧过低，不利于菌体生长和代谢产物的积累，溶氧过高，只利于菌体大量生长，代谢产物的积累受到抑制，好氧微生物生长和代谢均需要氧气，此供氧必须满足微生物在不同阶段的需要，在不同的环境条件下，各种不同的微生物的吸氧量或呼吸强度是不同的。

因此，对于好氧性微生物发酵，溶氧参数的控制尤为重要。

而好氧微生物发酵过程中溶氧检测值受多种参数的影响，包括生物代谢过程本身，也包括外部补料、风量、搅拌转速、发酵罐温度、压力等。

可以针对不同的影响因素对发酵过程进行控制与调节。

2.溶氧在需氧菌或兼性厌氧菌微生物发酵过程的影响需氧发酵并不是溶氧愈大愈好，溶氧高虽然有利于菌体生长和产物合成，但溶氧太大有时反而抑制产物的形成。

因此，发酵处于限氧条件下，需要考查每一种发酵产物的临界氧浓度和最适氧浓度，并使发酵过程保持在最适浓度。

根据溶氧对氨基酸发酵的影响及控制（2）中可知发酵液中的氧（溶解氧）是菌体生长与代谢的必需品。

发酵的影响因素-溶氧

式中： r --- 微生物耗氧速率[molO2/（m3·s）]；
Qo2---菌体呼吸强度（比耗氧速率）， molO2/（kg干细胞·s ）；
X ---发酵液中菌体浓度，（kg/m3）；
1.溶氧对发酵过程的影响
溶氧对菌体生长和产物形成的影响：
一般对于微生物：临界溶氧浓度: ＝1～15%饱和溶氧浓度例：酵母 4.6*10-3 mmol.L-1, 1.8% 产黄青霉 2.2*10-2 mmol.L-1, 8.8%
影响供氧的因素：影响发酵罐中Kla的因素
搅拌：效果明显空气流速罐压
空气分布器温度空气中含氧量
发酵液物理性质
控制溶氧的工艺手段主要是从供氧和需氧两方面来考虑。
思考题
1 摄氧率如何计算？ 2 生产上，如何增加供氧量？
谢谢观看
生长产物
头孢菌素
卷须霉素
5% (相对于饱和浓度） 13%
>13%
>8%
2. 发酵过程对溶氧的控制
2.发酵过程对溶氧的控制
影响需氧的因素：
菌体浓度
r= QO2 .X
QO2
➢ 遗传因素 ➢ 菌龄 ➢ 营养的成分与浓度 ➢ 有害物质的积累 ➢ 培养条件
2.发酵过程对溶氧的控制
影响供氧的因素：
Nv Kla(c * c)
所以对于微生物生长，只要控制发酵过程中氧浓度要大于临界溶氧浓度.
1.溶氧对发酵过程的影响
问题：一般微生物的临界溶氧浓度很小，是不是发酵过程中氧很容易满足。
例：以微生物的摄氧率0.052 mmol O2·L-1·S-1 计，
0.25/0.052=4.8秒
注意：由于产物的形成和菌体最适的生长条件，常常不一样：

发酵工程发酵过程控制

发酵工程发酵过程控制1. 引言发酵工程是利用微生物的生理代谢过程来生产有机化合物的一种工程技术。

而发酵过程控制则是在发酵工程中对发酵过程进行调控和监控，以确保发酵过程能够稳定进行，并获得高产率和良好的产品质量。

发酵过程控制通过对微生物与培养基、发酵设备和操作条件等方面进行控制，研究微生物的生长规律和代谢产物的生成规律，实现对发酵过程的调控，以实现最佳的发酵效果。

本文将介绍发酵工程发酵过程控制的主要内容和方法。

2. 发酵过程控制的目标发酵过程控制的主要目标是实现以下几个方面的调控：1.生物量的控制：调控微生物的生长速率和生物量，使其在适宜的培养基和环境条件下获得最佳生长，提高产酶或产物的产量；2.代谢产物的控制：调控微生物代谢过程中的关键反应步骤，实现选择性产物的生成，并提高产量；3.溶氧的控制：调控发酵过程中的溶氧浓度，提高氧传递效率，防止氧的限制性产物的堆积；4.pH的控制：调控发酵过程中的pH值，维持合适的酸碱环境，促进微生物的生长和代谢；5.温度的控制：调控发酵过程中的温度，提供适宜的环境条件，促进微生物的生长和代谢。

3. 发酵过程控制的方法发酵过程控制主要采用以下几种方法：3.1 反馈控制反馈控制是一种基于对发酵过程变量的测量和反馈，通过调节控制器输出量，实现对发酵过程的调控。

常见的反馈控制方法包括：•温度控制：通过测量发酵容器内的温度，控制加热或降温设备的输出，以维持适宜的温度；•pH控制：通过测量发酵液的pH值，控制酸碱调节器的输出，以维持适宜的酸碱环境；•溶氧控制：通过测量发酵液中的溶氧浓度，控制气体供应设备的输出，以维持适宜的溶氧浓度。

3.2 前馈控制前馈控制是一种基于对发酵过程中外部输入变量的预测，通过调节控制器输出量，实现对发酵过程的调控。

常见的前馈控制方法包括：•溶氧前馈控制：根据发酵微生物对溶氧需求的特性，通过对气体供应设备输出的调节，提前调整溶氧浓度，以满足微生物的需求；•pH前馈控制：根据发酵产物对酸碱环境的敏感性，通过对酸碱调节器输出的调节，提前调整pH值，以维持合适的酸碱环境。

溶氧(DO)对发酵的影响及控制

▪ 不同种类的微生物的需氧量不同，一般为25～100 mmolO2/（L·h），同一种微生物的需氧量，随菌龄和培养条件不同而异。菌体生长和形成代谢产物时的耗氧量也往往不同。
微生物菌体在不同时期不同阶段的耗氧速度[ mmolO2/（L·h）]
生长
产α-淀粉酶
种子培养 7h
发酵13h
黑曲霉 50～55
250ml 15-25 ml
500ml
30 ml
750ml
80 ml
例： 500 ml 摇瓶中生产蛋白酶，考察装液量对酶活的影响
装液量酶活力
30 ml 60ml 90ml 120ml
713 734 253
92
（2）发酵罐中影响KLa的因素
①搅拌作用：打散气泡，增大气液接触面；
形成涡流，延长气泡在液体中停留时间；形成湍流，减小气泡外的液膜阻力；避免菌丝结团，减少菌丝团阻力；
（1）影响推动力(c*－cL)的因素
①温度：温度升高，氧的溶解度降低可在不影响菌体生长和产物合成情况下，
采取降低温度的措施。
②pH：氧在酸性溶液中的溶解度一般表现为酸的强度大、浓度高，则氧溶解度低。
③电解质浓度：电解质浓度大，氧的溶解度低
④溶剂：氧在有机溶剂中的溶解度比水中大。实际发酵过程中也可通过合理添加有机溶剂来降低水的极性从而增加氧的溶解度。
③ 空气分布器发酵罐中装有多孔分布器和单孔分布器，
在气流ห้องสมุดไป่ตู้度很低时，多孔分布器有较高的通气效率。但两者的区别随着气流速度的增加而逐渐减少。
可能是低气流时多孔分布器可形成更大的传递面积，而当通气量增大时，单孔分布器能更大的增加发酵液的湍动程度。
④发酵液的性质

溶氧对发酵的影响及控制

溶氧对发酵的影响及控制溶氧是微生物发酵过程中的重要因素之一，它对微生物的生长和代谢有着直接的影响。

本文将从溶氧对发酵的影响、溶氧的控制及其方法等方面进行探讨。

一、溶氧对发酵的影响1. 溶氧影响微生物生长速度和代谢产物微生物在发酵过程中需要通过呼吸作用来产生能量，而呼吸作用需要氧气参与。

当溶氧充足时，微生物的生长速度和代谢产物的产量都会增加。

但当溶氧不足时，微生物会采用厌氧代谢途径，此时代谢产物的种类和产量都会发生改变。

2. 溶氧影响微生物的代谢途径微生物在不同的溶氧条件下，会采用不同的代谢途径，从而影响代谢产物的种类和产量。

当溶氧充足时，微生物会采用呼吸代谢途径，产生的代谢产物主要是二氧化碳和水。

当溶氧不足时，微生物会采用厌氧代谢途径，产生的代谢产物主要是乳酸、酒精等。

3. 溶氧影响微生物的生理状态溶氧对微生物的生理状态也有着直接的影响。

当溶氧充足时，微生物的细胞膜通透性和细胞内酶的活性都会增强，从而提高微生物的生理状态。

当溶氧不足时，微生物的生理状态会下降，从而影响微生物的生长和代谢。

二、溶氧的控制及其方法1. 气体控制法气体控制法是一种常用的溶氧控制方法。

通过控制氧气的流量和进气口的大小，来调节溶氧的浓度。

这种方法适用于规模较大的发酵过程。

2. 搅拌控制法搅拌控制法是一种通过搅拌来增加氧气传递的方法。

通过调节搅拌的强度和速度，来增加氧气的传递速率，从而提高溶氧浓度。

这种方法适用于规模较小的发酵过程。

3. 降低发酵液的粘度发酵液的粘度越高，氧气传递速率就越慢。

因此，通过降低发酵液的粘度，来增加氧气的传递速率，从而提高溶氧浓度。

4. 控制发酵液的温度发酵液的温度也会影响溶氧浓度。

当温度升高时，溶氧浓度会下降。

因此，通过控制发酵液的温度，来调节溶氧浓度。

5. 使用溶氧控制仪溶氧控制仪是一种通过测量发酵液中的溶氧浓度，来控制氧气的流量和进气口的大小，从而调节溶氧浓度的设备。

这种方法适用于规模较大的发酵过程。

好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略

好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略作者：***单位：河北天俱时自动化科技有限公司2009年4月10日好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略刘伟河北天俱时自动化科技有限公司摘要：好氧发酵过程中溶氧检测值受多种参数的影响，包括生物代谢过程本身，也包括外部补料、通风量等，为了保证发酵过程中合适的溶解氧含量，对溶氧值进行控制，本文分析了溶氧检测值的影响因素，并指出溶氧控制的一般性控制策略。

关键词：好氧发酵，溶氧调节一、引言好氧发酵过程溶氧浓度（DO）是一个非常重要的发酵参数，它既影响细胞的生长，又影响产物的生成。

控制发酵液溶氧值一方面可以改善微生物的生长代谢环境，有效促进发酵单位的提高，另一方面还可以起到节能降耗的作用，对企业生产意义重大。

二、影响因素通常情况下，对发酵液溶氧参数影响较大的几个物理参数包括：通风量、搅拌转速、发酵罐温度、压力等。

通风量的影响通风量的影响是最直观的，溶氧值大小的影响最主要的是进入发酵罐的氧的量，因为在好氧发酵过程中，如果截断进风的补给发酵液中的氧很快将被微生物消耗掉，通常在进风管道上安装调节阀门进行进风流量的调节。

搅拌的影响由于溶氧电极在工作中存在明显的电流，自身消耗大量的氧。

电极的信号与氧向电极表面传递的速率成比例，而氧的传递速率则受氧跨膜扩散速率控制。

这一速率与发酵液的浓度成比例，其比值（以及电极的校准）取决于总的传质过程。

电极的一般工作条件是，氧向膜外表面的传递速率很快且不受限制。

因此整个过程受跨膜传递的限制，比例常数（传质系数）较易维持恒定。

发酵实验时搅拌操作可以获得满意的跨膜传递速率。

需要指出，在对电极进行最初校准的过程中，必须对发酵罐进行搅拌。

温度的影响溶氧电极的信号随温度的升高而显著增强，这主要是因为温度影响氧的扩散速率。

发酵实验过程中需控制发酵罐的温度，因为即使0.5℃左右的温度变化，也会使电极信号发生显著变化（超过1%）。

溶氧读数的周期性变化（每隔若干分钟观察1次）显示了温度波动的影响，而且较大的温度变化能引起校准的较大漂移。

发酵过程中工艺参数的检测和控制

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。

生物发酵制药工艺过程中的控制策略分析

生物发酵制药工艺过程中的控制策略分析一、引言生物发酵制药是一种利用微生物代谢产生的药物或药物前体的制药技术，是现代制药工业的重要组成部分。

随着生物制药在医疗领域的广泛应用，对生物发酵制药工艺的控制和优化要求也越来越高。

因此，本文旨在对生物发酵制药工艺中的控制策略进行详细分析，以期提高制药过程的产量和质量。

二、生物发酵制药工艺中的控制策略1. 溶氧控制溶氧是微生物发酵过程中重要的物理化学参数之一，它影响酵母细胞的生长和代谢产物的合成。

如果溶氧不足，则会由于缺氧等原因使酵母细胞无法正常繁殖，同时也影响酵母的新陈代谢，导致产物的产量降低。

为了保证发酵过程中的溶氧浓度，需要控制通气速率和气体流量。

此外，还可以通过加压酵母罐，以提高罐内压强，从而增加氧气的溶解度，保持发酵过程中的溶氧浓度。

2. pH控制pH值是影响微生物代谢的另一个重要因素。

在生物发酵过程中，pH值的变化直接影响微生物生长速率、代谢产物的生成和酸碱度的平衡。

因此，pH值的控制在生物发酵制药过程中也非常重要。

为了保证适宜的pH值，需要根据不同微生物的酸碱度特征，通过控制发酵液中的酸碱度进行调节。

如果pH值偏高，可以添加稀硫酸或磷酸以降低pH值，否则可以加入氢氧化钠或碳酸钠等碱性物质来升高pH值。

3. 温度控制微生物代谢与生成产物的速率都受到环境温度的影响，因此温度的控制也是生物发酵制药的关键之一。

通常来说，细菌和酵母生长的最适温度在30℃左右，而放线菌等细菌的最适生长温度较高，一般在35～40℃。

因此，在发酵过程中需要对温度进行精确控制。

控制方法主要包括使发酵罐内温度保持在所需的温度范围内，并进行温度梯度分布分析。

可以通过传感器和调节器控制加热、降温和保温等附加设备来实现精确控制。

4. 细胞浓度控制细胞浓度是影响微生物代谢和产物合成的重要因素。

在生物发酵制药过程中，因为发酵溶液复杂成分，若无控制，可能出现不适当细胞浓度的情况，影响生产效果。

溶氧对发酵的影响及控制

溶氧对发酵的影响及控制引言：发酵是一种广泛应用于食品和生物工程领域的生物过程。

溶氧是发酵过程中必不可少的因素之一，对发酵的效率和产物品质有着重要的影响。

本文将探讨溶氧对发酵的影响及其控制方法。

一、溶氧对发酵的影响1. 溶氧影响生物代谢：生物发酵过程中需要大量的氧气参与代谢反应，例如呼吸作用和产物合成。

充足的溶氧可提供细胞所需的氧气，加速代谢反应进行，从而提高发酵效率和产物质量。

2. 溶氧影响菌群生长：某些微生物在缺氧环境下更适合生长，而另一些微生物则需要较高的溶氧浓度。

适宜的溶氧浓度能够选择性地促进或抑制特定微生物的生长，从而调控发酵过程中菌群的种类和数量。

3. 溶氧影响发酵产物：溶氧水平的变化会导致发酵微生物的代谢途径发生改变，从而影响产物的种类和数量。

例如，在酿造啤酒的过程中，高溶氧浓度会促使酵母细胞产生醋酸，而低溶氧浓度则有利于乙醇的产生。

二、控制溶氧浓度的方法1. 气体供应控制：通过调节气体供应速率和流量，可以控制发酵罐中的氧气浓度。

例如，增加通气速率可以提高溶氧浓度，而减少通气速率则可以降低溶氧浓度。

2. 搅拌控制：搅拌发酵罐中的培养基可以增加气液传质速率，促进氧气的溶解和分配。

合理的搅拌速度可以保持溶氧浓度的稳定，避免过高或过低的溶氧浓度对发酵过程的不利影响。

3. 温度控制：适宜的温度可以影响氧气在液体中的溶解度。

根据不同微生物的需求，可以通过调节发酵罐的温度，来控制溶氧浓度的变化。

4. 添加表面活性剂：表面活性剂的添加可以降低氧气的表面张力，促进氧气的溶解和分散。

这种方法可以提高溶氧浓度，特别适用于高粘度的发酵培养基。

5. 使用溶氧传感器：通过安装溶氧传感器，可以实时监测发酵罐中的溶氧浓度，并根据需求进行及时调整。

结论：溶氧是发酵过程中不可忽视的重要因素，它对发酵效率和产物品质有着显著的影响。

合理控制溶氧浓度可以优化发酵过程，提高产物的质量和产量。

通过调节气体供应、搅拌、温度和添加表面活性剂等方法，可以有效地控制溶氧浓度，实现理想的发酵效果。

沼气发酵过程用控制条件的常用参数

沼气发酵过程用控制条件的常用参数沼气发酵是一种将有机废弃物通过微生物代谢转化为沼气的生物过程。

控制条件是指在沼气发酵过程中，通过调节一系列参数来优化产气效果。

以下是沼气发酵过程中常用的控制条件参数：1.温度：沼气发酵需要适宜的温度条件。

通常，沼气发酵的最适温度范围在25℃-40℃之间。

过低的温度会影响微生物活性，减少产气量，而过高的温度则会导致微生物死亡，影响发酵效果。

2.pH值：沼气发酵过程中的pH值也是一个重要的控制条件。

沼气发酵的最适pH范围在6-8之间。

酸性环境会抑制产气细菌的生长，碱性环境则会抑制甲烷菌的活性，因此需要保持适当的pH值来促进产气过程。

3.颗粒度：废弃物的颗粒度对沼气发酵过程也有影响。

碎颗粒化的废弃物表面积更大，微生物更容易附着并进行生化反应，利于产生沼气。

因此废弃物的颗粒度应控制在一定范围内。

4.助发酵剂：在沼气发酵过程中添加助发酵剂可以提高产气效果。

常用的助发酵剂有菌种、复合微生物菌剂、活性填料等。

这些助发酵剂可以增加沼气菌群，优化发酵环境，促进废弃物的降解和产气过程。

5.溶解氧：沼气发酵过程应保持适当的溶解氧水平。

过高的溶解氧会抑制产气细菌的生长，而适量的溶解氧有助于微生物的呼吸代谢，促进产气过程。

6.厌氧反应器类型：沼气发酵过程中使用的厌氧反应器类型也是一个重要的控制条件。

常见的厌氧反应器有连续搅拌反应器（CSTR）、上升式流化床反应器（UASB）、固定床反应器等。

不同类型的反应器在废弃物降解效率、产气速率等方面具有差异。

7.饲料比：沼气发酵过程中的饲料比也是一个重要的控制条件。

饲料比是指废弃物与水的比例。

适当的饲料比可以提供碳源和营养物质，促进微生物的生长和产气过程。

8.负荷：沼气发酵过程中的负荷也需要进行适当的控制。

负荷是指单位时间内进入反应器的废弃物量。

过高的负荷会导致反应器漂浮或堵塞，影响发酵效果，而过低的负荷则会导致反应器闲置浪费，影响产气效果。

总之，通过控制温度、pH值、颗粒度、助发酵剂、溶解氧、厌氧反应器类型、饲料比和负荷等参数，可以优化沼气发酵过程，提高产气效果，实现高效能源回收和废弃物处理的目标。

发酵过程中的溶氧

发酵过程中的溶氧发酵是一种通过微生物代谢产生能量的过程，广泛应用于食品、饮料、药品等多个领域。

而在发酵过程中，溶氧的存在与否对整个发酵过程起着至关重要的作用。

溶氧是指溶解在液体中的氧气分子，它在发酵过程中的含量会影响微生物的生长和代谢。

微生物在发酵过程中需要能量，而氧气正是提供能量的重要来源之一。

然而，在发酵过程中，微生物会消耗氧气，使溶液中的溶氧含量下降。

这就需要通过一系列措施来维持溶液中的溶氧含量，以保证发酵过程的顺利进行。

控制发酵容器中的通气量是维持溶氧含量的重要手段之一。

通过调整通气量，可以控制氧气的进入速率，从而调节溶液中的溶氧含量。

一般来说，较高的通气量会使溶液中的溶氧含量增加，有利于微生物的生长和代谢。

而较低的通气量则能够减缓氧气的进入速率，有利于产生一些需要低氧环境的产物。

控制发酵容器的搅拌速度也是维持溶氧含量的重要手段之一。

通过适当的搅拌，可以增加氧气与溶液的接触面积，有利于氧气分子的溶解和微生物的利用。

然而，过快的搅拌速度会产生大量的气泡，使氧气很快逸出溶液，降低溶氧含量。

因此，在发酵过程中需要根据具体情况调整搅拌速度，以保证溶氧含量的稳定。

控制发酵温度也与溶氧含量有着密切的关系。

温度的升高会使溶液的溶氧含量降低，因为氧气在高温下的溶解度较低。

因此，在发酵过程中需要根据微生物的需氧性和耐热性来选择合适的发酵温度，以保持溶氧含量的稳定。

除了控制发酵条件，还可以通过添加氧气的方式来增加溶液中的溶氧含量。

这种方法被称为曝气，通过将氧气通入溶液中，可以提供充足的氧气供微生物利用。

然而，曝气也需要根据具体情况进行控制，以避免氧气过剩而导致微生物的氧中毒。

发酵过程中的溶氧对微生物的生长和代谢起着重要的影响。

通过控制通气量、搅拌速度、温度等发酵条件，并可以通过曝气的方式来调节溶液中的溶氧含量。

合理维持溶氧含量的稳定，有助于提高发酵过程的效率和产物的质量。

因此，在进行发酵过程中，需要对溶氧进行有效的控制和管理。

好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略

好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略好氧发酵是指在氧气的存在下，通过微生物来进行发酵过程。

溶氧的含量和控制在好氧发酵中起着非常重要的作用。

本文将从溶氧的影响因素和控制策略两个方面对其进行详细阐述。

一、影响因素1.溶氧供应速率：溶解氧的供应速率是影响好氧发酵过程中溶氧含量的关键因素之一、溶氧供应速率过低会导致微生物无法充分利用氧气，影响发酵产物的生成效率。

而供氧速率过高则容易导致增氧设备能耗增加，设备投资成本增加。

2.发酵液的搅拌强度：搅拌强度对于好氧发酵过程中溶氧含量的影响也是十分重要的。

搅拌强度越大，气液传质越充分，溶氧含量越高。

因此，合适的搅拌强度对于保持溶氧含量在适宜范围内非常重要。

3.液体温度：液体温度对微生物的生长和代谢过程有着重要影响。

通常情况下，液体温度越高，微生物的代谢速度越快，溶氧含量也会有所提高。

4.液体的粘度：液体的粘度也会影响溶氧的含量。

当液体粘度较高时，气液传质受到一定程度的限制，溶氧含量可能会下降。

5.液面高度：好氧发酵过程中，液面高度对于溶氧的传输也有一定的影响。

通常情况下，液面越低，气液交换的面积越小，氧气的传输也越有限。

二、控制策略1.调整气体供给：增加气体供给速率是提高好氧发酵中溶氧含量的有效方法之一、可以通过增大气体流量或增加氧气浓度来实现。

2.调节搅拌强度：根据具体情况，合理调节搅拌的转速和时间，以改善气液传质效果，提高溶氧效率。

同时，选择合适的搅拌设备和搅拌方式也是重要的。

3.控制液体温度：通过调节发酵液的温度可以控制微生物的生长速率和代谢过程。

通常情况下，将温度保持在适宜范围内，如30-37摄氏度，可以提高好氧发酵中的溶氧含量。

4.添加表面活性剂：表面活性剂能够降低液体的表面张力，促进气体在液体中的传质。

适量添加表面活性剂可以提高好氧发酵中的溶氧含量。

5.优化好氧反应器的设计：根据不同的发酵工艺和物料特性，对好氧反应器进行合理的设计，包括反应器的体积和形状、进气和搅拌装置等，以提高氧气的传质效果，保持适宜的溶氧含量。

发酵过程的现代自动化控制技术

发酵过程的现代自动化控制技术引言发酵是一种生物化学过程，通过微生物的活动将有机物转化为有用的产物。

发酵广泛应用于食品工业、制药工业和生物燃料生产等领域。

随着科技的发展，现代自动化控制技术在发酵过程中得到了广泛应用。

本文将介绍发酵过程的现代自动化控制技术，包括控制方法、监测系统和控制器等方面。

开环控制开环控制是一种最基本的控制方法，通过设置系统的输入信号和操作变量，使得发酵过程达到预期的目标。

在发酵过程中，可以通过调节溶解氧、温度、pH值、浓度等参数来控制微生物的生长和产物生成。

开环控制通常使用事先确定的控制策略，不对实时的系统状态进行监测和反馈调整。

闭环控制是一种更高级的控制方法，通过实时监测系统的反馈信号，对控制器进行调整，以实现对发酵过程的更精确控制。

闭环控制可以根据实时的系统状态调整控制器的输出信号，以确保系统稳定运行并达到预期的控制目标。

常用的闭环控制方法包括比例控制、积分控制和微分控制。

模型预测控制模型预测控制是一种基于系统模型的控制方法，通过建立数学模型来描述发酵过程的动态行为，并根据模型预测的结果对控制器进行调整。

模型预测控制可以在系统出现偏差时及时进行补偿，以实现对发酵过程的优化控制。

模型预测控制需要对系统进行建模，并进行模型辨识和参数估计。

监测系统为了实现对发酵过程的自动化控制，需要使用各种监测系统对系统状态和参数进行实时监测。

下面介绍几种常见的监测系统。

溶解氧监测系统溶解氧是发酵过程中微生物生长和产物生成的重要因素之一。

溶解氧监测系统可以实时测量发酵液中的溶解氧含量，并通过反馈控制调整气体通量和搅拌速度，以保持溶解氧的适宜水平。

pH监测系统pH值是发酵过程中微生物生长和产物生成的另一个关键参数。

pH监测系统可以测量发酵液中的pH值，并通过添加酸碱溶液或自动调节搅拌速度等控制方式，来维持适宜的pH值范围。

温度监测系统在发酵过程中，温度是微生物生长和产物生成的重要影响因素之一。

温度监测系统可以实时测量发酵液的温度，并通过控制加热或冷却设备来维持恒定的温度，以促进发酵过程的进行。

发酵罐的pH值和溶氧测量与控制系统

化碳浓度，以协助判断发酵的过程的正常与否，对发酵动力学及代谢流分析等都很有帮助。有些
公两个人，一条鱼也足够我们吃了。盛情难却
发酵过程是微好氧过程，要求反应体系保持很低
的溶氧值；还有一些高好氧过程的氧消耗速率很快，造成发酵液中的溶解氧浓度很低，这些过低
的溶氧值都可能是溶氧电极无法精确测量的正常与否。
1ck0f7c7f 发酵罐/
细胞生长都有最适 pH 值，因此需要对培养
介质的 pH 进行检测和控制。
pH 控制系统包括 pH 电极、酸及碱储罐、耐
酸或碱的管道和泵及相应的控制系统组成。根据不同生物反应体系的实际需要，可以只加酸或加
公两个人，一条鱼也足够我们吃了。盛情难却
碱系统，也可以两者都具备。在流加培养时，通
过碳源或/和氮源的补料也能起到调节 pH 的作用。
溶氧是好氧发酵体系最重要的参数之一。传
统的工业发酵罐只是简单地通过人工调节空气流量来实现溶氧控制，可灭菌的溶氧电极改变了
公两个人，一条鱼也足够我们吃了。盛情难却
这种情况，使溶解氧浓度也可以实现在线检测和
控制，为及时了解发酵过程的进程及提高产物产量创造了条件。有些先进的发酵罐还配备了发酵
罐尾气分析装置，可在线分析尾气中的氧及二氧

5发酵过程控制(溶氧)

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长江大学生科院生物工程系
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2、影响发酵罐中kLa的因素
（1）设备参数：发酵罐的形状结构、搅拌器（直径d）、挡板、空气分布器等。（2）操作条件：通气量Q、搅拌转速N、搅拌功率PG、罐压、发酵液体积V、液柱高度HL等。（3）发酵液的性质：密度、黏度、表面张力和扩散系数等。（4）氧载体
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引起溶氧异常升高的原因
在供氧条件没有发生变化的情况下，主要是耗氧出现改变，如菌体代谢出现异常，耗氧能力下降，使溶氧上升。特别是污染烈性噬菌体，影响最为明显，产生菌尚未裂解前，呼吸已受到抑制，溶氧有可能上升，直到菌体破裂后，完全失去呼吸能力，溶氧就直线上升。由上可知，从发酵液中的溶氧变化，就可以了解微生物生长代谢是否正常，工艺控制是否合理，设备供氧能力是否充足等问题，帮助我们查找发酵不正常的原因和控制好发酵生产。
（即低于13%时产物的形成会受到抑制）
卷须霉素 CCr 为13% >8%
一般对于微生物： CCr: ＝1～25%饱和浓度表7-5 P107
例：酵母 4.6×10-3 mmol.L-1, 1.8% 产黄青霉 2.2×10-2 mmol.L-1, 8.8%
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三、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响
QO2
当溶解氧浓度高于临界值时，微生物的呼吸强度保持恒定，与培养液中的氧浓度无关；当低于这个临界值时，微生物的呼吸强度受到溶解氧浓度的影响，这时细胞的代谢活动会因溶解氧浓度的限制受到影响。p107
CCr

发酵过程中与微生物相关工艺参数的调控方法资料

9、黏度 10、浊度 11、料液流量 12、产物的浓度 13、氧化还原电位 14、废气中的氧含量 15、废气中的CO 2含量 16、菌丝形态 17、菌体浓度
2.1 pH 值的控制
2.1.1 pH值对发酵的影响
1.影响培养基某些组分和中间产物的离解
2.影响酶的活性
3.影响微生物细胞膜所带电荷的状态，改变细胞膜的通透性
2.1.1 pH值对发酵的影响
4.pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。
例如：黑曲霉在pH2~3时发酵产生柠檬酸，在 pH近中性时，则产生草酸。
2.1.2发酵过程pH值的变化
pH值
培养过程中培养液pH值的大致变化趋势
培养时间
在发酵过程中，随着菌种对培养基种碳、氮源的利用，随着有机酸和氨基酸的积累，会使pH值产生一定的变化。
生物热：产生菌在生长繁殖过程中，释放的大量热量。搅拌热：由于搅拌器的转动引起液体的摩擦产生的热量。蒸发热：发酵液蒸发水分带走的热量。显热：发酵排气散发带走的热量。
辐射热：由于罐内外的温差，辐射带走的热量。
2.2.2影响发酵温度变化的因素
发酵热（Q发酵）是发酵温度变化的主要因素。
Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射－Q显
酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶利用真菌生产青霉素利用微生物发酵生产药品，如人的胰岛素、
干扰素和生长激素
2.发酵工程的主要的控制参数
1、pH值（酸碱度） 2、温度 3、溶解氧浓度 4、基质含量 5、空气流量 6、压力 7、搅拌转速 8、搅拌功率
发酵过程中与微生物相关工艺参数的调控方法
目录
1.发酵工程的定义及应用

生物发酵中的溶氧度控制

生物发酵中的溶氧度控制生物发酵是利用微生物在一定温度、pH值和溶氧度等条件下，将有机物质转化成有用的产物的一种生产工艺。

在生物发酵过程中，溶氧度是一个非常重要的因素，它直接影响着微生物的生长和代谢活动，进而影响着发酵产物的质量和产量。

因此，对生物发酵中的溶氧度进行控制，具有重要的意义。

一、溶氧度的概念溶氧度是指水或其他液体中氧气分子的含量，它通常用重量百分比（mg/L）或体积百分比（%）来表示。

在水中，氧气的最大溶解量随温度、压力和溶质种类而异，一般而言，水中氧气的溶解度在20℃时是9.1mg/L，而在10℃时是14.6mg/L。

微生物的生长和代谢需要一定的氧气，如果溶氧度太低，微生物将缺乏氧气而不能生长繁殖，如果溶氧度过高，则可能会导致微生物的代谢异常，甚至死亡。

二、生物发酵中溶氧度的影响因素生物发酵涉及很多因素，其中溶氧度是一个非常重要的因素，影响着微生物生长和代谢活动。

1. 发酵容器：发酵容器的形状、大小、搅拌方式等参数都会影响液体中氧气的分布和混合程度，从而影响溶氧度。

2. 发酵液的物理化学性质：发酵液的温度、pH值、盐度、浓度等参数都会影响氧气的溶解度和微生物的生长代谢，从而影响溶氧度。

3. 微生物：不同的微生物对溶氧度有不同的需求，有些微生物需要较高的溶氧度才能生长繁殖，而有些微生物则需要较低的溶氧度，这取决于微生物的生长特性和代谢途径。

三、生物发酵中溶氧度的控制方法为了达到预期的发酵效果，必须对发酵过程中的溶氧度进行合理的控制，通常有以下几种方法：1. 调节通气量：通气量的大小直接影响着溶氧度，通常可以通过调节发酵容器顶部的空气进出口大小、压力等参数来控制通气量，从而控制溶氧度。

2. 调节搅拌速度：搅拌速度可以影响液体中氧气的分布和混合程度，从而影响溶氧度，可以通过调节搅拌速度来控制溶氧度。

3. 添加氧气：如果通气量不足以满足微生物的需求，可以通过加压将氧气直接注入发酵容器中，从而提高溶氧度。

发酵工艺参数的优化与控制方法

发酵工艺参数的优化与控制方法发酵工艺参数的优化与控制方法发酵工艺是一种利用微生物在特定条件下生产有机化合物的生物过程。

发酵工艺参数（如温度、pH值、搅拌速度等）的优化与控制对于提高发酵生产效率和产品质量至关重要。

本文将介绍一些常用的发酵工艺参数优化与控制方法，以帮助提高发酵工艺的效果。

一、温度的优化与控制温度是影响发酵过程的最重要参数之一。

一般来说，微生物的生长速率随温度的升高而增加，但过高的温度可能导致微生物的死亡或产物的变性。

因此，需要对发酵过程中的温度进行优化和控制。

在发酵过程中，通过调节发酵罐中的冷却塞温度来控制温度。

使用前馈控制或反馈控制方法，根据温度传感器和控制器的反馈信号，调节冷却塞的开度，使温度保持在设定的范围内。

此外，还可以使用嵌入式感应器和自动化控制系统来监测和调节传热器和冷却系统的性能，以保持发酵温度的稳定。

在优化发酵温度方面，可以通过实验方法来确定最佳生产温度。

首先，将发酵基质分为若干等温区域，分别在不同温度下进行发酵实验。

然后，通过测量发酵产物的产量和质量，寻找最佳生产温度。

二、pH值的优化与控制pH值是指发酵基质中的酸碱性程度。

微生物的生长和产物合成受到pH值的影响，因此对发酵过程中的pH值进行控制和优化是非常重要的。

在发酵过程中，通过添加酸碱调节剂或纯化酶来控制pH值。

具体来说，可以使用酶法或电极法来测量发酵基质中的氢离子浓度，然后根据测量结果调节酸碱调节剂的加入量，以维持合适的pH值范围。

此外，还可以使用自动化控制系统来监测和调节pH探头和酸碱调节剂的性能，以保持发酵过程中pH值的稳定。

在优化发酵pH值方面，可以通过实验方法来确定最佳生产pH。

首先，在不同pH条件下进行发酵实验，测量产物的产量和质量，然后比较不同pH条件下的发酵效果，找到最佳生产pH条件。

三、搅拌速度的优化与控制搅拌速度是指在发酵过程中搅拌器的转速。

适当的搅拌可以帮助提高溶解氧和基质传质，促进微生物的生长和产物的合成。