流量計在生物發(fā)酵連續補料中的應用

生物發(fā)酵工程是生物工程的重要組成部分，上海自動(dòng)化儀表有限公司采用工程技術(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(lèi)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(guò)程的一種技術(shù)。主要產(chǎn)品有：食品類(lèi)、酒精、抗生素類(lèi)、維生素類(lèi)、氨基酸類(lèi)、酶制劑類(lèi)、生物農藥以及醇類(lèi)等。

發(fā)酵工程從工程學(xué)的角度把實(shí)現發(fā)酵工藝的發(fā)酵工業(yè)過(guò)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(wèn)題，一般分別把它們稱(chēng)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)酵是其非常重要的部分，發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程機理十分復雜，要實(shí)現低投入高產(chǎn)出的目的，必須有效控制維持罐內的物理、化學(xué)條件，使微生物細胞呈現出非常佳的性能，生成和積累大量產(chǎn)物。所以就需要連續補料控制、加酸、加堿調節維持微生物的非常佳性能，需要流量計滿(mǎn)足滅菌要求、耐酸堿腐蝕、連續補料準確等性能。

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(yíng)養物消耗接近完畢，發(fā)酵液中的廢料越來(lái)越多，菌體逐漸趨向衰老并自溶。通過(guò)補料措施，能夠適當控制和掌握發(fā)酵條件使生產(chǎn)菌在分泌階段有足夠而不過(guò)剩的養料，維持其正常的代謝活動(dòng)和大量地分泌代謝產(chǎn)品。一般根據補充料的性質(zhì)不同可分為補充碳元、氮元、無(wú)機鹽、水、前體等。

目前國外發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程連續補料有采用流量計。電磁流量計和質(zhì)量流量計，質(zhì)量流量計計量，使用流量計計量可以測量物質(zhì)的密度，更好的評估補料后的效果，然后通過(guò)小型電動(dòng)或者氣動(dòng)隔膜調節閥來(lái)實(shí)現連續補料的控制。由于微生物在發(fā)酵周期中對各種補充物的需求量并不是線(xiàn)形或階段添加的，所以在補料分批（fed – batch culture 簡(jiǎn)稱(chēng) FBC）培養過(guò)程中，間歇或連續地補加一種或多種成分的新鮮培養基的培養方法是優(yōu)于傳統的分批集中補料培養的。這樣我們可以?xún)?yōu)化罐內產(chǎn)物小環(huán)境，調配罐內的 PH、DO 以及尾氣等相關(guān)化學(xué)量。而且可以實(shí)現放料和補料同步，放出發(fā)酵后期的發(fā)酵液，補充一部分新鮮的營(yíng)養液，有利于提高產(chǎn)物產(chǎn)量，降低成本，使發(fā)酵指數大幅提高。

以下為某產(chǎn)物的對比數據（可以看到連續補料明顯好于分批集中補料）：

注：CPC 得率 =（開(kāi)始流加以后）CPC 的增加量 / 某產(chǎn)物流加量為了優(yōu)化發(fā)酵罐內的小環(huán)境，我們需要監控許多參數。通過(guò)各種計量?jì)x表，跟蹤相關(guān)參數，然后根據自己對產(chǎn)物需要參數的經(jīng)驗，調整優(yōu)先順序，不斷優(yōu)化工藝流程。上海自動(dòng)化儀表有限公司解決方案包括以下。

電磁流量計：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：測量營(yíng)養物、阻沫劑、積液等電導率低或精度要求較高的介質(zhì)。

渦街、轉子流量計：二氧化碳、氮氣、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。

電磁流量計SCLDE系列

多種襯里、電極材質(zhì)及電極形式選擇，滿(mǎn)足各種腐蝕性及耐磨損要求，獨有的低噪聲電極適用于各種漿料及纖維介質(zhì)。提供種類(lèi)全面的電磁流量計：非滿(mǎn)管、低電導率、插入式、高壓型、電池供電等。工廠(chǎng)擁有大口徑高達 DN3000 的水流量標定裝置，確保測量的準確性。

質(zhì)量流量計系列

針對不同工況提供多種形式的質(zhì)量流量計：直管質(zhì)量流量計無(wú)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(mǎn)足衛生等級要求并且可以提供衛生認證。彎管質(zhì)量流量計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，也可以間接計算體積流量和濃度、糖度。專(zhuān)利的自適應傳感技術(shù)（AST）避免工藝管道震動(dòng)對儀表的影響。

雷達液位計

SC-LD系列導波雷達液位計，達測量天線(xiàn)接觸介質(zhì)，信號通過(guò)天線(xiàn)傳到液面，實(shí)現可靠測量，可以測量電導率較低的介質(zhì)，且測量不受霧氣、泡沫等的影響。OPTIWAVE 系列非接觸雷達液位計，測量天線(xiàn)不與測量介質(zhì)接觸，不受攪拌等特殊工況的影響。調頻連續波（FMCW）方式連續不間斷的監測儲罐，高頻雷達測量范圍較大。

如今，連續補料控制技術(shù)在國外的運用日臻成熟，而且國內一些新建項目以及菌種對生長(cháng)環(huán)境有挑剔要求的場(chǎng)合也已經(jīng)開(kāi)始在使用，上海自動(dòng)化儀表有限公司相信隨著(zhù)國內廠(chǎng)家對產(chǎn)品品質(zhì)的要求不斷提高，以及工業(yè)自動(dòng)化意識的加強，生物行業(yè)會(huì )越來(lái)越多地將連續補料控制方式運用到生產(chǎn)之中。