[發(fā)明專利]發(fā)酵罐尾氣在線分析儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710054885.7
• 申請(qǐng)日: 2017-01-24
• 公開（公告）號(hào): CN106769978B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李潮舟;李浪;周平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州良源分析儀器有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/3504
• 分類號(hào): G01N21/3504;G01N27/26;G01N27/00
• 代理公司: 鄭州中原專利事務(wù)所有限公司 41109
• 代理人: 張春;胡世輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種自動(dòng)發(fā)酵設(shè)備及工藝控制在線檢測(cè)裝置，具體來說涉及一種發(fā)酵罐尾氣在線分析儀。

背景技術(shù)

代謝（metalsolism）是細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)的總稱，由分解代謝(catabolism)和合成代謝(anabolism)兩個(gè)過程組成。分解代謝是指細(xì)胞將大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì)，并在這個(gè)過程中產(chǎn)生能量的過程。合成代謝是指細(xì)胞利用簡單的小分子物質(zhì)合成復(fù)雜大分子的過程，在這個(gè)過程中要消耗能量。無論是分解代謝還是合成代謝，代謝途徑都是由一系列連續(xù)的酶促反應(yīng)構(gòu)成的，無論是好氧微生物還是厭氧微生物都會(huì)產(chǎn)生CO₂，所以微生物呼出氣體中CO₂ 含量的改變可反映菌體代謝的變化，在發(fā)酵代謝調(diào)控中有著非常重要的意義。除此之外，好氧微生物對(duì)底物的同化作用可以通過其呼吸活性進(jìn)行測(cè)定。用氧電極可以直接測(cè)量微生物的呼吸活性。測(cè)量的原理基本上都是用適合的微生物電極與氧電極組成，利用微生物的同化作用耗氧，通過測(cè)量氧電極電流的變化量來測(cè)量氧氣的減少量，從而達(dá)到測(cè)量底物濃度的目的。

微生物在生長代謝過程中，O₂的消耗、CO₂的產(chǎn)生可以比較容易檢測(cè)，但大多數(shù)微生物發(fā)酵后產(chǎn)生有臭味的氣體，這些帶臭味的氣體大多數(shù)是一些揮發(fā)性的醛類、酸類、醇類、酯類、胺類、硫醇類、酚類、噻唑、吲哚和呋喃類雜環(huán)化合物類等。一般簡單的發(fā)酵氣味由幾十種上述化合物組成，復(fù)雜的發(fā)酵氣味由幾百種上述化合物組成。濃度不同呈現(xiàn)的主體氣味不同，比如低濃度的吲哚呈現(xiàn)出香氣，高濃度的吲哚呈現(xiàn)出糞便的臭氣。用目前市場(chǎng)上用的環(huán)境氣體分析儀（一般只能測(cè)定氧氣、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫、甲醛、二氧化硫等8~10種）或汽車尾氣分析儀（測(cè)排氣中一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸衔锍煞荩┦菬o法進(jìn)行檢測(cè)的。

實(shí)驗(yàn)室研究用的發(fā)酵罐有用氣質(zhì)聯(lián)用儀（GC-MS）測(cè)定發(fā)酵尾氣成分的報(bào)導(dǎo)，但氣質(zhì)聯(lián)用儀價(jià)格昂貴，且需要專門的進(jìn)樣裝置，其檢測(cè)過程復(fù)雜、時(shí)間較長，不能用于工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)在線檢測(cè)中。目前，發(fā)酵工業(yè)自動(dòng)控制水平低，例如谷氨酸發(fā)酵，多數(shù)生產(chǎn)廠基本的檢測(cè)控制參數(shù)有：在線檢測(cè)發(fā)酵液溫度、罐內(nèi)壓力、通風(fēng)量、排氣流量、連續(xù)流加氨水流量等。離線檢測(cè)發(fā)酵液的酸度、菌體濃度、糖濃度、谷氨酸濃度。根據(jù)這些參數(shù)值進(jìn)行人工控制，可以生產(chǎn)，但是過程不穩(wěn)定，情況不太明又不及時(shí)，生產(chǎn)只是一般水平。有些廠自動(dòng)控制發(fā)酵液溫度、罐內(nèi)壓力、進(jìn)罐空氣流量，使這些參數(shù)穩(wěn)定，提高了生產(chǎn)水平。有些廠增加在線檢測(cè)參數(shù)，應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)，都取得可喜的成果，但要實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制還有一段距離。微生物發(fā)酵生成產(chǎn)物的同時(shí)都要產(chǎn)生CO₂和揮發(fā)性氣味成分，產(chǎn)生CO₂的量和揮發(fā)性氣味成分的量與細(xì)胞代謝密切相關(guān)，因此，在線連續(xù)檢測(cè)記錄發(fā)酵排氣中的成分及濃度是很重要和很有意義的。通過檢測(cè)可以對(duì)發(fā)酵過程進(jìn)行代謝調(diào)控，做到對(duì)發(fā)酵過程“情況明、過程穩(wěn)、生產(chǎn)優(yōu)”。

近年來，電子鼻技術(shù)逐漸應(yīng)用到發(fā)酵過程的快速檢測(cè)上。電子鼻技術(shù)有快速、無損的優(yōu)點(diǎn)，但研究多局限于利用金屬氧化物傳感器等傳統(tǒng)傳感器檢測(cè)發(fā)酵，難以區(qū)分相似物質(zhì)，且對(duì)環(huán)境中濕度的變化敏感，容易引起檢測(cè)結(jié)果的偏差，對(duì)硫醇、胺等氣體靈敏度低，而這些氣體往往是發(fā)酵腐敗的特征氣體，金屬氧化物氣體傳感器與反應(yīng)物之間主要是依靠范德華吸引力，這種分子作用力是分子間的極弱作用力，靈敏度較差，而且金屬氧化物氣體傳感器在溫度高，長時(shí)間工作后，響應(yīng)基準(zhǔn)值容易發(fā)生偏移。

紅外線傳感器和新型氣敏材料制成的氣體傳感陣列監(jiān)測(cè)技術(shù)不但利用了分子間的范德華力等弱力，而且引入了金屬鍵、極性鍵，具有較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)，而且受空氣濕度的影響小。新型氣敏材料制成的氣體傳感陣列監(jiān)測(cè)中使用的氣敏材料具有分子識(shí)別性功能，這種方法靈敏度高，可以區(qū)分化學(xué)性質(zhì)極其相似的物質(zhì)，克服了常見傳感器難區(qū)分相似物質(zhì)的缺點(diǎn)，能檢測(cè)出發(fā)酵過程中氣體的微量變化，從而比較準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)發(fā)酵過程中狀態(tài)和內(nèi)部成分的變化。通過尾氣數(shù)據(jù)獲取的微生物生理代謝參數(shù)，對(duì)發(fā)酵過程進(jìn)行了工藝優(yōu)化。

微生物發(fā)酵從形態(tài)上分液體發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵，液體發(fā)酵絕大多數(shù)為單菌種純種發(fā)酵，固態(tài)發(fā)酵既可以是單菌種純種發(fā)酵，又可以是多菌種混合發(fā)酵。其發(fā)酵尾氣特點(diǎn)有所不同，固態(tài)發(fā)酵尾氣濕度大，尾氣中可能帶有粉塵、菌體孢子等固態(tài)微粒；液體發(fā)酵尾氣濕度也大，但尾氣中不會(huì)有固態(tài)微粒。

發(fā)明內(nèi)容