流量計(jì)在生物發(fā)酵連續(xù)補(bǔ)料中的應(yīng)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(xué)的角度把實(shí)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(gè)階段，這三個(gè)階段都有各自的工程學(xué)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(jī)理十分復(fù)雜，要實(shí)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(xué)條件，使微生物細(xì)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(bǔ)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(jì)滿足滅菌要求、耐酸堿腐蝕、連續(xù)補(bǔ)料準(zhǔn)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(bǔ)料措施，能夠適當(dāng)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(bǔ)充料的性質(zhì)不同可分為補(bǔ)充碳元、氮元、無機(jī)鹽、水、前體等。

目前國外發(fā)酵生產(chǎn)過程連續(xù)補(bǔ)料有采用流量計(jì)。電磁流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)，質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量，使用流量計(jì)計(jì)量可以測量物質(zhì)的密度，更好的評估補(bǔ)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(shí)現(xiàn)連續(xù)補(bǔ)料的控制。

由于微生物在發(fā)酵周期中對各種補(bǔ)充物的需求量并不是線形或階段添加的，所以在補(bǔ)料分批（fed - batch culture 簡稱FBC）培養(yǎng)過程中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)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(bǔ)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(xué)量。而且可以實(shí)現(xiàn)放料和補(bǔ)料同步，放出發(fā)酵后期的發(fā)酵液，補(bǔ)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(bǔ)料明顯好于分批集中補(bǔ)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(jì)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(yàn)，調(diào)整優(yōu)先順序，不斷優(yōu)化工藝流程。科隆KROHNE 解決方案包括以下。

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

雷達(dá)液位計(jì)：測量發(fā)酵罐內(nèi)液面高度。

渦街、轉(zhuǎn)子流量計(jì)：二氧化碳、氮?dú)?、氧氣等進(jìn)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(jì)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(dú)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(jì)：非滿管、低電導(dǎo)率、插入式、高壓型、電池供電等。工廠擁有大口徑高達(dá)DN3000 的水流量標(biāo)定裝置，確保測量的準(zhǔn)確性。

2 質(zhì)量流量計(jì)OPTIMASS 系列

針對不同工況提供多種形式的質(zhì)量流量計(jì)：直管質(zhì)量流量計(jì)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(rèn)證。彎管質(zhì)量流量計(jì)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(jì)算體積流量和濃度、糖度。專利的自適應(yīng)傳感技術(shù)（AST）避免工藝管道震動對儀表的影響。

3雷達(dá)液位計(jì)

OPTIFLEX 系列導(dǎo)波雷，達(dá)測量天線接觸介質(zhì)，信號通過天線傳到液面，實(shí)現(xiàn)可靠測量，可以測量電導(dǎo)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(dá)，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(dá)測量范圍較大。

如今，連續(xù)補(bǔ)料控制技術(shù)在國外的運(yùn)用日臻成熟，而且國內(nèi)一些新建項(xiàng)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(qiáng)，生物行業(yè)會越來越多地將連續(xù)補(bǔ)料控制方式運(yùn)用到生產(chǎn)之中。