生物發(fā)酵過(guò)程的在線檢測(cè)及控制的技術(shù)進(jìn)展

摘要：生物發(fā)酵工程是指在合適的PH酸堿度值、陽(yáng)光照射度、培養(yǎng)基、通氣量、攪拌等條件下，對(duì)生物進(jìn)行培養(yǎng)發(fā)酵，利用微生物的一些特點(diǎn)，使用現(xiàn)代的工程技術(shù)對(duì)微生物進(jìn)行生產(chǎn)，培育出對(duì)人類有用的物質(zhì)，也可以將微生物適用于工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)體系。這種生物發(fā)酵工程的主要內(nèi)容是工業(yè)生產(chǎn)菌株的選育、最佳發(fā)酵條件的選擇與控制、生化反應(yīng)器（發(fā)酵罐）的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的分離、提取和精制等過(guò)程。生物發(fā)酵工程是生物及化學(xué)相結(jié)合的反應(yīng)過(guò)程，要對(duì)這種反應(yīng)進(jìn)行合理的在線檢測(cè)以及控制，才可以認(rèn)識(shí)生物發(fā)酵的全過(guò)程，這對(duì)于研究生物的新陳代謝有著重要的意義。本文對(duì)生物發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行在線檢測(cè)及控制，探究生物發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展過(guò)程。

關(guān)鍵詞：生物發(fā)酵過(guò)程 在線檢測(cè) 控制 技術(shù)進(jìn)展

中圖分類號(hào)： TQ920 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)1672-3791（2015）05（a）-0000-00

生物發(fā)酵的技術(shù)與我們平時(shí)的生活息息相關(guān)，我們?nèi)粘５纳钪忻繒r(shí)每刻都有發(fā)酵技術(shù)的存在，比如我們喝的啤酒、用的味精、抗生素、加酶洗滌劑等等，這些物品的產(chǎn)生都離不開發(fā)酵技術(shù)。隨著近幾十年來(lái)生物技術(shù)的蓬勃發(fā)展，為人類利用和改造生命活動(dòng)提供了新手段，為更好地解決當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所面臨的人口健康、糧食安全、能源安全、資源與環(huán)境安全等重大問(wèn)題提供了新的途徑。

生化工業(yè)的發(fā)展，不斷引起各國(guó)領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)注，生化反應(yīng)器的體積也隨之不斷發(fā)生變化，帶動(dòng)了藥物的生產(chǎn)、酶制劑、污水處理以及飼料添加劑等各方面的不斷發(fā)展。生化工業(yè)的發(fā)展，影響了發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展，從而產(chǎn)生了許多問(wèn)題，例如對(duì)于生化工程的在線檢測(cè)、自動(dòng)化控制方式、監(jiān)督檢測(cè)等等，這些問(wèn)題如今成為了生化工業(yè)在發(fā)展過(guò)程中所要面對(duì)的重要問(wèn)題。與目前國(guó)外其他的先進(jìn)現(xiàn)代技術(shù)相比，我國(guó)的生物發(fā)酵技術(shù)還處在一個(gè)低級(jí)的水平，例如在生物發(fā)酵的自動(dòng)化控制技術(shù)、發(fā)酵工藝方面等等都落后于國(guó)外的生物發(fā)酵技術(shù)。因此，我國(guó)要加強(qiáng)生物發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展，提高生化技術(shù)的控制力度。

1現(xiàn)代意義上的生物發(fā)酵過(guò)程

生物發(fā)酵過(guò)程有許多不同的概念，而現(xiàn)代意義上的生物發(fā)酵過(guò)程是指在合適的陽(yáng)光照射度、PH酸堿度值、培養(yǎng)基等條件下對(duì)生物進(jìn)行培養(yǎng)發(fā)酵，利用微生物的一些特點(diǎn)，使用現(xiàn)代的工程技術(shù)對(duì)微生物進(jìn)行生產(chǎn)，培育出對(duì)人類有用的物質(zhì)，也可以將微生物適用于工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)體系。生物發(fā)酵過(guò)程面臨著自動(dòng)化控制的難題，為了解決這個(gè)難題，首先我們就要了解那些微生物所擁有的不同特點(diǎn)。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們對(duì)微生物的了解過(guò)程已經(jīng)發(fā)生了變化，不再是憑借微生物形態(tài)來(lái)進(jìn)行的表面認(rèn)識(shí)，而是隨著生化工程的發(fā)展，已經(jīng)著重研究復(fù)雜的生物學(xué)和微生物細(xì)胞的調(diào)節(jié)方面。而微生物細(xì)胞具有復(fù)雜性的特點(diǎn)，因此，生物發(fā)酵工程是一類高度非線性、慢時(shí)變、重復(fù)性較差的復(fù)雜生化過(guò)程，我們?cè)谘芯繒r(shí)就不能只是從表面分析生物發(fā)酵過(guò)程，而是要檢測(cè)的過(guò)程參數(shù)來(lái)詳細(xì)分析生物發(fā)酵過(guò)程。檢測(cè)的過(guò)程參數(shù)主要有三種分類，一種是物理參數(shù)，一種是化學(xué)參數(shù)，還有一種是生物參數(shù)。

2生物發(fā)酵的在線檢測(cè)及控制

微生物的發(fā)酵過(guò)程是一種為了提高最終產(chǎn)物的利用率，保證微生物生長(zhǎng)環(huán)境的舒適度的一種生化反應(yīng)過(guò)程。微生物生長(zhǎng)環(huán)境的舒適度要適宜微生物的生長(zhǎng)代謝，然后對(duì)生物發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行在線檢測(cè)和控制，這樣的作用是可以提高生物發(fā)酵的產(chǎn)品的使用效率，使其作用發(fā)揮到最大化。

1、發(fā)酵溫度的控制，影響發(fā)酵溫度的因素主要有電機(jī)攪拌熱、微生物發(fā)酵熱、冷卻水的溫度的變化等等，同時(shí)，發(fā)酵罐的體積大小也對(duì)發(fā)酵溫度的控制有一定的影響。例如體積大的發(fā)酵罐主要采用發(fā)酵溫度、冷卻水系統(tǒng)為主回路的附屬路徑的串級(jí)控制方式；而小型的發(fā)酵罐由于體積較小，主要采用以發(fā)酵溫度為主，冷卻水流量為控制參數(shù)的簡(jiǎn)單回路的方式。

2、生物在發(fā)酵過(guò)程中，一定要控制PH酸堿度值，使用合適的酸堿度值，否則會(huì)影響微生物的生成和代謝過(guò)程。如果發(fā)現(xiàn)發(fā)酵液的酸堿度偏酸性，可以加氧水來(lái)弱化酸性；如果酸堿度偏堿性，可以加糖來(lái)弱化堿性，使得酸堿度適中。

3、在生物發(fā)酵過(guò)程中，溶解氧濃度控制也影響著生物的發(fā)酵，但是目前國(guó)內(nèi)對(duì)于這方面的研究特別少，只知道影響溶解氧濃度的因素主要有三方面，一種是發(fā)酵罐自身的壓力，一種是供給的空氣量，還有一種是攪拌槳的形狀和轉(zhuǎn)速。

4、在生物發(fā)酵過(guò)程中，消泡控制也是影響因素。在發(fā)酵之前，微生物通常生長(zhǎng)的比較旺盛，這時(shí)加入加入液料滿載，全速啟動(dòng)攪拌槳的馬達(dá)，將空氣通入量開到最大，發(fā)酵液就會(huì)很快上浮，很容易發(fā)生逃液現(xiàn)象。在這種情況下，通常會(huì)采用雙位式的控制方法，目前這一方法是最為有效的。

5、在生物發(fā)酵過(guò)程中，還有一項(xiàng)因素也會(huì)影響發(fā)酵，就是補(bǔ)料控制。隨著發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行，微生物的生成代謝也會(huì)隨著半連續(xù)式發(fā)酵過(guò)程的發(fā)展而發(fā)生變化，因此，在發(fā)酵過(guò)程中要連續(xù)不斷的給生物補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)成分，使得微生物按照優(yōu)化生物的軌跡生長(zhǎng)，來(lái)提高微生物代謝產(chǎn)物的質(zhì)量。

3總結(jié)

為了生物發(fā)酵工藝不斷發(fā)展與完善，與之相關(guān)的系統(tǒng)也在不斷地進(jìn)行著變化，不斷優(yōu)化。生物發(fā)酵控制器從控制系統(tǒng)的硬件方面來(lái)看主要有三種形式：一種是可編程控制器PLC，這種PLC是在1960年后開始應(yīng)用于發(fā)酵工業(yè)中，一經(jīng)應(yīng)用，便使得自動(dòng)化發(fā)酵過(guò)程成為現(xiàn)實(shí)，并且在目前，這種控制器還在廣泛使用；另一種是PC計(jì)算機(jī)，這種計(jì)算機(jī)最早是由德國(guó)貝朗公司在1982年發(fā)現(xiàn)的，最早使用于生物發(fā)酵控制系統(tǒng)；還有一種是傳統(tǒng)單片機(jī)，可以對(duì)發(fā)酵過(guò)程的PH酸堿度值、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)及控制。

作為任何生物工程的核心——生物反應(yīng)器國(guó)內(nèi)起步較晚，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要依賴于經(jīng)驗(yàn)，缺乏系統(tǒng)性的工業(yè)級(jí)研究與設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)大部分市場(chǎng)被國(guó)外公司占領(lǐng)。因此，對(duì)生物發(fā)酵過(guò)程的檢測(cè)技術(shù)和先進(jìn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)，具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)需要。發(fā)酵過(guò)程的研究，是一項(xiàng)工程浩大的工作，正確把握生物發(fā)酵的過(guò)程，記錄控制其發(fā)酵過(guò)程的一點(diǎn)一滴，對(duì)今后與其相關(guān)工作的研究會(huì)提供一定的資料與依據(jù)，使有關(guān)生物方面的研究更深入，為人類的生產(chǎn)生活提供更多的資源，使人類與自然能夠和諧相處，共同發(fā)展、進(jìn)步。

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