生物发酵过程的在线检测及控制的技术分析

生物发酵过程的在线检测及控制的技术分析

摘要：本文章主要对生物发酵过程的在线检测及控制的技术进行研究，并对目前的技术进展情况进行了阐述，希望通过此次研究，能够为以后的生物发酵技术的应用提供一些参考和建议。

关键词：生物发酵；在线检测；控制技术

在对生物发酵技术进行研究时，需要对在线检测技术进行较好的使用，在线检测技术中包含了很多重点技术和控制要素，所以，必须对在线检测技术有全面的掌握，对其引起足够的重视，以便我们更好的开展生物发酵工作。

1.生物发酵技术概述

一般的发酵工程程序上由于想让发酵生产率有所升高，在发酵时，会对凿种的筛选工作引起足够的重视。由于生物科学技术方面不断的进步，基因工程也得到了相应的发展，运用基因重组技术，对于菌株的产量来说，有着重要的意义，不过只能应用发酵过程的优化控制，才可以有效的实现产品质量达到最优、生产力最高、成本耗费最低的生产程序，所以对微生物发酵过程的优化控制，是工作者需要着重去关注的地方。优化控制工作可以分为两部分内容，一部分为过程模型，另外一部分为控制策略。发酵过程建模，所取得的发展也是比较快的，比如机理分析建模、黑箱建模等等，都有着较好的发展。但是在优化控制策略上的研究发现和成果有：基于线性化相似的经典优化控制、基于非线性系统理论的优化控制等。

2.生物发酵过程的在线检测与控制技术进展分析

微生物发酵过程是属于一个生化反应过程，其主要是想要提高最终产物的利用率，保证微生物生长环境的舒适程度。在舒适、温暖的环境当中生长。它对于生长代谢来说，有着一定的帮助，并能够做好相应的控制和检测工作，以此可以提高微生物发酵产品的利用率，让其发挥出最大的作用。

（1）对发酵温度产生影响的因素有很多，其中包括电机搅拌热、冷却水温度等等，此外，随着发酵罐的体积的不同，发酵温度也会出现变化。当体积处于比较大的状态时时，主要使用的控制方法为冷却水，或者发酵温度为主回路的串级控制方式；当体积处于比较小的状态时，主要使用的控制方法为冷却水流量、发酵温度为主的简单回路控制方式。

（2）微生物在进行发酵的过程当中，会受到溶解氧浓度的影响，但是目前我国对于这方面的研究是比较少的，能够参考的资料也没有很多，大多资料阐述的是对溶解氧浓度产生作用的因素。通过查找资料得出，对溶解氧浓度产生作用的因素包括很多，比如供给的空气量、发酵罐本身的压力等等。

（3）微生物在进行发酵的过程当中，也会受到PH酸碱度值的影响，这一方面对在线检测来说，有着重要的影响。当PH酸碱度值处于比较高或者比较低的情况时，微生物的生成情况会出现异常现象，所以，对于PH酸碱度值的处理是非常重要的，必须保持其数值与实际情况相符合。当发酵液的酸碱度处于强酸性的状态时，可以加入相应的氧水，让酸性得到相应的减弱；当发酵液的酸碱度处于强碱性的状态时，可以加入相应的糖，对酸碱度进行合理的调整，直到数值处于正常状态。

（4）消泡控制也属于比较重要的一个因素，在进行发酵工作之前，微生物的生长状态处于比较旺盛的情况，在这时，加入适量的液料，对搅拌桨马达的速度进行相应的调整，状态为最大时，将空气通入量也调整为最大的情况，发酵液在

这时就会出现变化，很容易出现上浮的情况，这就会导致逃液的出现。如果发现

这种情况时，主要采用的方式为双位式控制方法，取得的效果也是比较好的。

（5）微生物在进行发酵的过程当中，也会受到补料控制的影响，在发酵时，发酵过程会呈现半连续式的情况，这时，微生物生成代谢也会随之出现变化。因此，在这样的形式下，生物需要足够的营养，所以需要对其进行营养的注入，保

证其可以正常生长，对微生物代谢产物的产量起到一定的推动作用。

3.生物化学技术

3.1PCR技术

PCR技术的原理为，体外酶促反应能够将特异性DNA片段进行合成，对扩增

物进行识别之后，就可以将菌群检测出来。PCR技术自身具有很多优势，比如，

它在灵敏度方面是比较高的，甚至可以将细菌的拷贝基因检测出来，所以，在进

行检测的过程当中，并不需要对菌群数量进行增加处理，直接使用PCR技术，做

相应的筛选工作，就能够将筛选效率进行相应的提升。但是PCR技术自身也存在

一些不足之处，有很多成分对Tap酶有着抑制的作用，比如食物成分、增菌培养

基成分等等，这些成分的出现，会让检测结果出现不准确的现象。PCR的操作步

骤是比较严格的，即使外源性DNA的量是比较小的，但是也会对结果产生影响。基于此，PCR技术的高要求，也是相关单位排斥其使用的重要一个因素，并且这

一技术所带来的效益是比较慢的，这对在相关部门的使用造成了一定的影响。

3.2基因探针技术

基因探索技术的作用原理主要是同源序列的核酸链可以在一定的情况下形成

固定的互补DNA、RNA或者DNA链条，与此同时，能够使用具有高度特异性片

段造成的基因探针，做好识别工作。基因片段长度的多态性会对分析条带数造成

一定的影响，使之出现在增多的现象，而基因探针会对这一现象进行减少处理，

比如法国生物-—梅里埃公司的CEN、PROBE基因探针检测系统，对于特定的菌落

进行分离并且对其进行准确的试验只要三十分钟，这项技术自身存在着一些不足

之处，在检测时只能对目标菌做检测工作，但其他的细菌没有办法对其进行识别。

3.3选择、鉴定用培养基法

这种方法的原理就是通过在培养集中介入特异性的生化反应底物、抗体、荧

光暗影第五、酶反应底物等，能够对目标培养菌做好相应的分离工作，比如，生

物一梅里埃公司的BP＋RPF培养基，在对金黄色葡萄球菌进行选择和检测时，需

要花费的时间不会超过二十个小时。在Merk公司的chro-mocultColformAgar培养基中，大肠杆菌的颜色会出现过渡的现象，主要是从墨绿色开始过渡，成为紫色，沙门菌的颜色也会出现过渡的现象，从淡绿色开始过渡，成为蓝绿色，还有一部

分肠道菌会呈现无色的状态。此方法对于相关工作者的要求很低，使用者仅仅需

要短时间的专业培训就能够上岗进行工作，并且发展前景非常好，可以提高经济

效益与社会效益。

总结

在生物进行发酵的过程当中，做好检测与控制工作，其目的主要为了使得原

料的使用程度达到最小状态，产物呈现最大化的状态。在线检测的水平对于生产

能力来说有着重要的意义，对于下游处理难易程度来说也有着重要的作用，这一

技术起着承上启下的作用。所以，在发酵过程中，工作者需要注意对发酵过程的

线检测和控制，尽量使发酵环境或者工作条件控制在于一个比较好的状态，对发

酵环境进行合理的控制，从而促进生产水平有所提升。

在使用生物发酵技术的程序当中，每一个步骤都需要应用良好的的检测技术，