流量計在生物發(fā)酵連續(xù)補料中的應用

生物發(fā)酵工程是生物工程的重要組成部分，采用工程技術(shù)手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的離體酶的某些功能，為人類生產(chǎn)有用的生物產(chǎn)品，或直接用微生物參與控制某些工業(yè)生產(chǎn)過程的一種技術(shù)。主要產(chǎn)品有：食品類、酒精、抗生素類、維生素類、氨基酸類、酶制劑類、生物農(nóng)藥以及醇類等。

發(fā)酵工程從工程學的角度把實現(xiàn)發(fā)酵工藝的發(fā)酵工業(yè)過程分為菌種、發(fā)酵和提煉等三個階段，這三個階段都有各自的工程學問題，一般分別把它們稱為發(fā)酵工程的上游、中游和下游工程。

發(fā)酵工程中的中游工程發(fā)酵是其最重要的部分，發(fā)酵生產(chǎn)過程機理十分復雜，要實現(xiàn)低投入高產(chǎn)出的目的，必須有效控制維持罐內(nèi)的物理、化學條件，使微生物細胞呈現(xiàn)出最佳的性能，生成和積累大量產(chǎn)物。所以就需要連續(xù)補料控制、加酸、加堿調(diào)節(jié)維持微生物的最佳性能，需要流量計滿足滅菌要求、耐酸堿腐蝕、連續(xù)補料準確等性能。

以抗生素為例，抗生素是微生物次級代謝的產(chǎn)物，而發(fā)酵中期則是菌絲代謝和分泌抗生素的旺盛期。到了發(fā)酵中后期，部分營養(yǎng)物消耗接近完畢，發(fā)酵液中的廢料越來越多，菌體逐漸趨向衰老并自溶。通過補料措施，能夠適當控制和掌握發(fā)酵條件使生產(chǎn)菌在分泌階段有足夠而不過剩的養(yǎng)料，維持其正常的代謝活動和大量地分泌代謝產(chǎn)品。一般根據(jù)補充料的性質(zhì)不同可分為補充碳元、氮元、無機鹽、水、前體等。

目前國外發(fā)酵生產(chǎn)過程連續(xù)補料有采用流量計。電磁流量計和質(zhì)量流量計，質(zhì)量流量計計量，使用流量計計量可以測量物質(zhì)的密度，更好的評估補料后的效果，然后通過小型電動或者氣動隔膜調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)連續(xù)補料的控制。

由于微生物在發(fā)酵周期中對各種補充物的需求量并不是線形或階段添加的，所以在補料分批（fed - batch culture 簡稱FBC）培養(yǎng)過程中，間歇或連續(xù)地補加一種或多種成分的新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法是優(yōu)于傳統(tǒng)的分批集中補料培養(yǎng)的。這樣我們可以優(yōu)化罐內(nèi)產(chǎn)物小環(huán)境，調(diào)配罐內(nèi)的PH、DO 以及尾氣等相關(guān)化學量。而且可以實現(xiàn)放料和補料同步，放出發(fā)酵后期的發(fā)酵液，補充一部分新鮮的營養(yǎng)液，有利于提高產(chǎn)物產(chǎn)量，降低成本，使發(fā)酵指數(shù)大幅提高。

以下為某產(chǎn)物的對比數(shù)據(jù)（可以看到連續(xù)補料明顯好于分批集中補料）：

表1.某產(chǎn)物發(fā)酵生產(chǎn)CPC 的性能比較

為了優(yōu)化發(fā)酵罐內(nèi)的小環(huán)境，我們需要監(jiān)控許多參數(shù)。通過各種計量儀表，跟蹤相關(guān)參數(shù)，然后根據(jù)自己對產(chǎn)物需要參數(shù)的經(jīng)驗，調(diào)整優(yōu)先順序，不斷優(yōu)化工藝流程?？坡ROHNE 解決方案包括以下。

電磁流量計：測量循環(huán)水流量及控制PH 值的酸堿液流量。

質(zhì)量流量計：測量營養(yǎng)物、阻沫劑、積液等電導率低或精度要求較高的介質(zhì)。

雷達液位計：測量發(fā)酵罐內(nèi)液面高度。

渦街、轉(zhuǎn)子流量計：二氧化碳、氮氣、氧氣等進出發(fā)酵罐的氣體的測量。

其 他：溫度、壓力、PH、溶氧等。

1電磁流量計OPTIFLUX 系列

多種襯里、電極材質(zhì)及電極形式選擇，滿足各種腐蝕性及耐磨損要求，獨有的低噪聲電極適用于各種漿料及纖維介質(zhì)。提供種類全面的電磁流量計：非滿管、低電導率、插入式、高壓型、電池供電等。工廠擁有大口徑高達DN3000 的水流量標定裝置，確保測量的準確性。

2 質(zhì)量流量計OPTIMASS 系列

針對不同工況提供多種形式的質(zhì)量流量計：直管質(zhì)量流量計無阻流部件，可以提供多種測量管材質(zhì)、耐磨損、壓損小、自排空技術(shù)易于排污、清洗，滿足衛(wèi)生等級要求并且可以提供衛(wèi)生認證。彎管質(zhì)量流量計提供更寬的溫度壓力范圍?？梢灾苯訙y量質(zhì)量流量、密度和溫度，也可以間接計算體積流量和濃度、糖度。專利的自適應傳感技術(shù)（AST）避免工藝管道震動對儀表的影響。

3雷達液位計

OPTIFLEX 系列導波雷，達測量天線接觸介質(zhì)，信號通過天線傳到液面，實現(xiàn)可靠測量，可以測量電導率較低的介質(zhì)，且測量不受霧氣、泡沫等的影響。OPTIWAVE 系列非接觸雷達，測量天線不與測量介質(zhì)接觸，不受攪拌等特殊工況的影響。調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）方式連續(xù)不間斷的監(jiān)測儲罐，高頻雷達測量范圍較大。

如今，連續(xù)補料控制技術(shù)在國外的運用日臻成熟，而且國內(nèi)一些新建項目以及菌種對生長環(huán)境有挑剔要求的場合也已經(jīng)開始在使用，相信隨著國內(nèi)廠家對產(chǎn)品品質(zhì)的要求不斷提高，以及工業(yè)自動化意識的加強，生物行業(yè)會越來越多地將連續(xù)補料控制方式運用到生產(chǎn)之中。