提高發(fā)酵用pH玻璃電極使用周期的方法

（柳州化工股份有限公司，廣西 柳州 545002）

1 前言

在微生物發(fā)酵過程中，發(fā)酵液的 pH 值是影響微生物生長代謝的一個關(guān)鍵參數(shù)。 不同的微生物細(xì)胞生長、代謝有其最適pH值，快速、精準(zhǔn)的pH 值監(jiān)測與控制是發(fā)酵成敗的關(guān)鍵因素之一。[1]因此，實(shí)現(xiàn)pH 值的在線監(jiān)測和控制具有很重要的意義。由于發(fā)酵過程滅菌溫度一般達(dá)到 121℃，持續(xù)30min，而在發(fā)酵時溫度只有10℃～40℃，因此要求pH 電極在常溫下有較高的靈敏度，并能經(jīng)受高溫消毒而不致?lián)p壞。[2]微生物發(fā)酵周期普遍較長，要求電極性能穩(wěn)定，漂移小。這些都給準(zhǔn)確穩(wěn)定地測量發(fā)酵過程的pH 值帶來了困難。

公司使用的國產(chǎn)GKF pH電極[3]是一種耐高溫消毒的玻璃硬膜離子選擇性電極，該電極為復(fù)合式結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用在發(fā)酵工程中反應(yīng)器的在線pH值監(jiān)測。目前普遍的使用方法是采用加壓保護(hù)套將 pH玻璃電極安裝到發(fā)酵罐等反應(yīng)器上與物料一起高溫消毒，然后通過高阻抗電纜傳輸?shù)?mv 信號到記錄儀上實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測pH值，電極經(jīng)過20多次高溫滅菌使用后，會出現(xiàn)老化現(xiàn)象。具體表現(xiàn)為電極玻璃泡內(nèi)電解液減少，電極的檢測頭形成膠質(zhì)層，電極鹽橋堵塞，電極反應(yīng)靈敏度降低、測量誤差大等問題，對發(fā)酵生產(chǎn)極為不利。當(dāng)出現(xiàn)這些問題后一般是直接報廢，更換新的電極，以保證發(fā)酵生產(chǎn)穩(wěn)定進(jìn)行。

2 目的

由于pH玻璃電極使用周期短，更換頻繁，為此生產(chǎn)上必須設(shè)法提高pH玻璃電極的使用周期，以達(dá)到降低發(fā)酵生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的。

3 提高耐高溫消毒pH玻璃電極使用周期的主要措施

3.1 對電極本身進(jìn)行再生恢復(fù)

（1）配置3mol/l的氯化鉀飽和溶液。

（2）將pH玻璃電極玻璃泡（如圖1中的4）內(nèi)殘余少量電解液（如圖1中的3）全部從加液小孔（如圖1中的5）倒掉。

（3）使用6mol/l的鹽酸溶液浸泡清洗pH玻璃電極的檢測頭及電極鹽橋通道1分鐘，清除干凈檢測頭（如圖1中的1）上的膠質(zhì)層及電極鹽橋通道（如圖1中的2）上堵塞的雜質(zhì)（主要為糖類及蛋白質(zhì)）等。

（4）使用蒸餾水清洗干凈pH玻璃電極檢測頭，再從pH玻璃電極加液小孔加入蒸餾水清洗干凈玻璃泡內(nèi)部，然后將蒸餾水全部倒掉。

（5）從pH玻璃電極加液小孔加50ml的3mol/l氯化鉀飽和溶液到玻璃泡內(nèi)。

（6）將pH玻璃電極檢測頭放入蒸餾水內(nèi)浸泡24h，之后再浸泡在3mol/l氯化鉀飽和溶液中保存。

（7）使用pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液重新較準(zhǔn)該pH玻璃電極。

3.2 加強(qiáng)日常的維護(hù)保養(yǎng)

（1）電極每次使用前用pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液進(jìn)行pH值校準(zhǔn)，保證其準(zhǔn)確性。

（2）在使用過程中, 應(yīng)經(jīng)常檢查加壓保護(hù)套的壓力，保證壓力在 0.2～0.4MPa。若壓力不在要求范圍內(nèi)，應(yīng)及時充氣，以保證其與發(fā)酵罐內(nèi)形成正壓以利于測量和防止電極污染。

（3）電極的安裝方法必須正確，取下加液孔小塞子并使加液小孔裝在朝上一面，加壓保護(hù)套筒間隙必須緊密，避免出現(xiàn)漏氣、倒液等現(xiàn)象。如發(fā)現(xiàn)漏氣, 應(yīng)立即找出泄漏點(diǎn)，更換密封圈，以確保無菌良好。

（4）發(fā)酵罐放罐后必須及時取出加壓保護(hù)套筒，泄壓后用清水清洗干凈pH玻璃電極探測頭及電極鹽橋通道。

（5）電極不使用的時候必須浸泡在3mol/l氯化鉀飽和溶液中保存，確保參比電極的電位恒定，以使電極隨時處于備用狀態(tài)，并且獲得最短的響應(yīng)時間。

4 改造后的效益

公司使用本方法對pH玻璃電極進(jìn)行再生改造及維護(hù)后，pH玻璃電極的使用周期可以提高1～2倍，使用次數(shù)從20多次提高到40～60次，保持了電極的靈敏度與準(zhǔn)確度，確保發(fā)酵生產(chǎn)過程中pH值調(diào)節(jié)的快速、準(zhǔn)確，有效減少發(fā)酵生產(chǎn)過程的波動，提高發(fā)酵產(chǎn)率及降低生產(chǎn)成本的作用顯著。

圖1 GKF型pH玻璃電極示意圖

[1]侯新強(qiáng),張慧濤.生物發(fā)酵過程中在線pH電極選用與維護(hù)[J].醫(yī)藥工程設(shè)計,2008,(6):41-43.

[2]杜松.發(fā)酵過程中 pH 電極的維護(hù)[J].天中學(xué)刊,2000,(02):123.

[3]耐高溫消毒pH電極和DO(溶解氧)電極[J].中國生物工程雜志,2003,(11):62.