在我們進(jìn)行發(fā)酵的過程里，發(fā)酵液中pH值是發(fā)酵工藝的重要參數(shù)之一。因?yàn)閜H值對微生物細(xì)胞的繁殖生長和產(chǎn)物（副產(chǎn)物）的產(chǎn)生都有所影響。

為了使微生物能在更適合的pH值范圍內(nèi)繁育生長，合成目標(biāo)代謝產(chǎn)物，需要嚴(yán)格把控發(fā)酵中的pH數(shù)值。因此，快速準(zhǔn)確的在線監(jiān)測數(shù)值變化，和及時調(diào)控pH值成為了發(fā)酵成敗的關(guān)鍵因素之一。

那么如何在發(fā)酵過程中，調(diào)控實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐的pH數(shù)值呢？

pH電極工作原理

首先發(fā)酵過程中的pH電極會連續(xù)測量，以確定發(fā)酵液中的pH值。

pH測量屬于原電池系統(tǒng)，它的存在是為了使化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽姵氐恼?fù)極之間的電壓被叫做電極電位。而電極電位則是由測量電極（也可稱指示電極）和參比電極這兩個半電池組成。

pH電極是基于能斯特方程原理來測量酸堿度。pH值與電極的電動勢一般是呈直線關(guān)系，通常用標(biāo)準(zhǔn)緩沖液或被測溶液來進(jìn)行標(biāo)定。

而pH的slope，即電極響應(yīng)斜率，是指pH電極把電極的毫伏（mV）信號轉(zhuǎn)換為pH值。由于參比電極電勢穩(wěn)定，所以該電動勢是與被測溶液的氫離子活度有關(guān)，通過對比標(biāo)準(zhǔn)溶液測量的電壓差值，除以標(biāo)準(zhǔn)緩沖液差值所得pH值。

發(fā)酵罐pH調(diào)節(jié)

以貝朗生工實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐為例，pH電極測定完數(shù)值后，結(jié)果會直接反饋給控制系統(tǒng)，系統(tǒng)則會根據(jù)原先設(shè)定數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)補(bǔ)料等操作，將罐內(nèi)pH值控制在較好范圍內(nèi)。

pH控制主要依靠酸泵和堿泵進(jìn)行加酸加堿的工作操作。

蠕動泵是由PID控制：

① 在pH值高于所設(shè)定值的情況下，系統(tǒng)會自動啟動酸泵加酸，直到達(dá)到設(shè)定值；

② 反之，在pH值小于所設(shè)定值時，則會啟動堿泵進(jìn)行加堿調(diào)整。

這個過程可能會因?yàn)椴糠忠蛩赜绊懀鴮?dǎo)致遲延，故數(shù)值越接近設(shè)定值時，泵速越需要減緩，直至調(diào)節(jié)死區(qū)，死區(qū)意味著可自由調(diào)節(jié)數(shù)值。

③ 此外某些情況下還會通過補(bǔ)料的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)發(fā)酵罐內(nèi)的pH值超過了適值，就意味菌群狀況表現(xiàn)為饑餓，這時可以啟動補(bǔ)料泵進(jìn)行補(bǔ)料調(diào)節(jié)。

以上就是實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐在發(fā)酵過程中針對pH值的調(diào)控。