為了使微生物能在最適合的ph值范圍內(nèi)繁育生長，最終合成目標(biāo)代謝產(chǎn)物，需要嚴(yán)格把控發(fā)酵中的ph數(shù)值。因此，快速準(zhǔn)確的在線監(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(guān)鍵因素之一。
那么如何在發(fā)酵過程中，調(diào)控實(shí)驗(yàn)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(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，電池正負(fù)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）。
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(guān)系，通常用標(biāo)準(zhǔn)緩沖液和被測溶液來進(jìn)行標(biāo)定。
而pH的slope，即電極響應(yīng)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(guān)，最終通過對比標(biāo)準(zhǔn)溶液測量的電壓差值，除以標(biāo)準(zhǔn)緩沖液差值所得pH值。
以霍爾斯（HOLVES）實(shí)驗(yàn)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(shè)定數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)補(bǔ)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(jìn)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(shè)定值的情況下，系統(tǒng)會自動啟動ACID泵加酸，直到達(dá)到設(shè)定值；
②反之，在pH值小于所設(shè)定值時，則會啟動BASE泵進(jìn)行加堿調(diào)整
以上過程可能會因?yàn)椴糠忠蛩赜绊?，而?dǎo)致遲延，故數(shù)值越接近設(shè)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(bǔ)料的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)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(jìn)行補(bǔ)料調(diào)節(jié)。
以上就是實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐在發(fā)酵過程中針對pH值的調(diào)控，持續(xù)關(guān)注霍爾斯（HOLVES），下一篇會為大家繼續(xù)講解關(guān)于溶氧的控制。
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