生物反应器的检测及控制 >生化过程主要参数 >常用检测方法及仪器 主要参数检测原理及仪器 发酵液中营养成分与产物的分析 >生物传感器的研究开发与应用 生物传感器的类型及结构原理
生物反应器的检测及控制 ➢ 生化过程主要参数 ➢ 常用检测方法及仪器 • 主要参数检测原理及仪器 • 发酵液中营养成分与产物的分析 ➢ 生物传感器的研究开发与应用 • 生物传感器的类型及结构原理
生物反应器的检测及控制 生物反应过程及反应器的检测控制中应考虑的问题: (1)进行检测的目的; (2)有多少必须检测的状态参数,参变量能否检测; (3)参数能否在线检测,其响应滞后是否太长; (4)利用检测结果怎样判断生物反应器及生物细胞本身的状态; (5)需控制的主要参变量是哪些
生物反应过程及反应器的检测控制中应考虑的问题： （1）进行检测的目的； （2）有多少必须检测的状态参数，参变量能否检测； （3）参数能否在线检测，其响应滞后是否太长； （4）利用检测结果怎样判断生物反应器及生物细胞本身的状态； （5）需控制的主要参变量是哪些。 生物反应器的检测及控制
生化过程各参数及其测试概况 (a)物理、工程参数 参数名称 测试方法意义、主要作用 温度 传感器 维持生长、合成 罐压 压力表 维持正压、增加DO 空气流量 传感器 供氧、排泄废气、提高Ka 搅拌速率 传感器 物料混合、提高K1a 粘度 粘度计 反映细胞生长、K1a 液面 传感器 反映操作稳定性、生产率 浊度 传感器 反映细胞生长情况 泡沫 传感器 反映发酵代谢、操作稳定性 传质系数 间接计算,在线检测反映供氧效率 加糖速率 传感器 反映耗氧情况 加消泡剂速率传感器 反映泡沫情况 加其它基质速率「传感器 反映基质利用情况
参数名称 测试方法 意义、主要作用 温度 传感器 维持生长、合成 罐压 压力表 维持正压、增加DO 空气流量 传感器 供氧、排泄废气、提高KLa 搅拌速率 传感器 物料混合、提高KLa 粘度 粘度计 反映细胞生长、KLa 液面 传感器 反映操作稳定性、生产率 浊度 传感器 反映细胞生长情况 泡沫 传感器 反映发酵代谢、操作稳定性 传质系数 间接计算，在线检测 反映供氧效率 加糖速率 传感器 反映耗氧情况 加消泡剂速率 传感器 反映泡沫情况 加其它基质速率 传感器 反映基质利用情况 生化过程各参数及其测试概况 （a）物理、工程参数
生化过程各参数及其测试概况 (b)生物、化学参数 参数名称 测试方法 意义、主要作用 细胞浓度 取样 了解生长情况 细胞中ATP、ADP取样 了解细胞的能量代谢活力 细胞中NADH2在线荧光法解细胞的合成能力 溶解氧浓度 传感器 反映供氧情况 排气O2浓度 传感器 了解耗氧情况 溶解CO浓度 传感器 了解CO2对发酵的影响 排气cO浓度传感器(红外吸收)了解细胞的呼吸情况 酸碱度 传感器 反映细胞的代谢途径 产物浓度 取样(传感器 产物合成情况 基质浓度 取样 了解基质的利用情况
参数名称 测试方法 意义、主要作用 细胞浓度 取样 了解生长情况 细胞中ATP、ADP 取样 了解细胞的能量代谢活力 细胞中NADH2 在线荧光法 了解细胞的合成能力 溶解氧浓度 传感器 反映供氧情况 排气O2浓度 传感器 了解耗氧情况 溶解CO2浓度 传感器 了解CO2对发酵的影响 排气CO2浓度 传感器（红外吸收） 了解细胞的呼吸情况 酸碱度 传感器 反映细胞的代谢途径 产物浓度 取样（传感器） 产物合成情况 基质浓度 取样 了解基质的利用情况 生化过程各参数及其测试概况 （b）生物、化学参数
生化工程用传感器应具有的要求 (1)传感器能经受高压蒸汽灭菌; (2)传感器及其二次仪表具有长期稳定性; (3)最好能在过程中随时校正; (4)探头材料不易老化,使用寿命长; (5)探头安装使用和维修方便; (6)解决探头敏感部位被物料(反应液)粘住、堵塞问题; (7)价格合理,便于推广使用
生化工程用传感器应具有的要求： （1）传感器能经受高压蒸汽灭菌； （2）传感器及其二次仪表具有长期稳定性； （3）最好能在过程中随时校正； （4）探头材料不易老化，使用寿命长； （5）探头安装使用和维修方便； （6）解决探头敏感部位被物料（反应液）粘住、堵塞问题； （7）价格合理，便于推广使用
生化过程常用检测方法及仪器 ◇主要参数检测原理及仪器 取样系统 反应器壁 反应器壁 微孔陶瓷管 透析膜 取样 透析液 流出 洗净 流入 内侧 (2) 发酵罐内无菌取样系统 (1)悶瓷微孔膜取样系统(2)渗透膜取样系统 情性气体 挥发组分 微孔果氡乙烯管 管壁膜表面的 电子显微镜照片
生化过程常用检测方法及仪器 ❖ 主要参数检测原理及仪器 ▪ 取样系统
生化过程常用检测方法及仪器 ◇主要参数检测原理及仪器 温度的测定 检测仪表有:热电阻检测器( resistance thermal detector,RTD) 半导体热敏电阻、热电偶、玻璃温度计
生化过程常用检测方法及仪器 ❖ 主要参数检测原理及仪器 ▪ 温度的测定 检测仪表有：热电阻检测器（resistance thermal detector，RTD）、 半导体热敏电阻、热电偶、玻璃温度计
生化过程常用检测方法及仪器 ◇主要参数检测原理及仪器 热量的测定 热交换器发酵热测量 微热量测量装置:绝热式微量热计、热流量热计、流通式量热计。 量热计 计算器记录器 标定|反应 平衡 反 零检测器 不平衡信号 不平衡 热交换器发酵热测量 信号 绝热式微量热计原理图
生化过程常用检测方法及仪器 ❖ 主要参数检测原理及仪器 ▪ 热量的测定 热交换器发酵热测量 微热量测量装置：绝热式微量热计、热流量热计、流通式量热计。 热交换器发酵热测量 量热计 反应 平衡 零检测器 不平衡信号 计算器 记录器 不平衡 信号 标定 t反 t平 绝热式微量热计原理图
生化过程常用检测方法及仪器 ◇主要参数检测原理及仪器 热量的测定 热流量热计 流通式量热计 A发酵理 空气恒湿0-b0℃ 电引线 到发酵罐 外热交换器 塞头 热电锅 反应器 内部热交换器 Calvet微量热器 流通式量热计
生化过程常用检测方法及仪器 ❖ 主要参数检测原理及仪器 ▪ 热量的测定 热流量热计 流通式量热计 Calvet微量热器 流通式量热计
生化过程常用检测方法及仪器 ◇主要参数检测原理及仪器 罐压检测: 隔膜式压力表; 压力信号转换器:电阻式、电感式、电容式和半导体式等 测压点和控制点的选择应考虑的因素: 1)防止染菌,避免死角,防止固形物的堆积 2)注意气源波动对压力的影响
生化过程常用检测方法及仪器 ❖ 主要参数检测原理及仪器 ▪ 罐压检测： 隔膜式压力表； 压力信号转换器：电阻式、电感式、电容式和半导体式等。 测压点和控制点的选择应考虑的因素： 1）防止染菌，避免死角，防止固形物的堆积； 2）注意气源波动对压力的影响