第三章-间接参数检测VIP免费

第三章间接参数检测第一节概述在生物反应过程中许多的关键参数，如产物浓度、底物浓度等在工业上还没有在线可检测的传感器，而这些参数在生物反应过程的控制和优化操作中又非常重要。为了获得这些有用的信息，在科学研究上和工业生产上往往用间接测量的方法，即用其他可测量的参数，通过有关模型进行推断估计，这种测量方法有时又称为软测量（模型测量）。因为这种测量方法要用多个参数和模型通过计算才能获得有用的信息。本章将介绍间接参数测量的一些基本方法。参数名称单位测试方法意义、主要作用温度罐压空气流量搅拌转速搅拌功率粘度浊度泡沫体积氧传质系数KLaºCPaV/V.minR/minKWPa.s透光度l/h传感器压力表传感器传感器传感器粘度计传感器传感器间接计算维持生长、合成维持正压、增加溶氧供氧、排泄废气、提高KLa物料混合、提高KLa反映搅拌情况、KLa反映菌的生长、KLa反映菌的生长情况反映发酵代谢情况反映供氧效率物理参数参数名称单位测试方法意义、主要作用pH基质浓度溶解氧浓度氧化还原电位产物浓度尾气氧浓度尾气CO2浓度菌体浓度RNA、DNA含量ATP、ADP、AMNADH含量摄氧率呼吸强度呼吸商比生长速率g/mlppmmVg/mlPa%G(DCW)/mlMg(DCW)/gMg(DCW)/ggO2/L.hgO2/g菌.h1/h传感器取样传感器传感器取样传感器传感器取样取样取样间接计算间接计算间接计算间接计算了解生长和产物合成了解生长和产物合成反映氧供需情况反映菌的代谢情况产物合成情况了解耗氧情况了解菌的呼吸情况了解生长情况了解生长情况了解能量代谢活力了解耗氧速率了解比耗氧速率了解菌的代谢途径了解生长化学、生物参数•目前较常测定的参数有温度、罐压、空气流量、搅拌转速、pH、溶氧、基质浓度、菌体浓度(干重、离心压缩细胞体积%)等。•不常测定的参数有氧化还原电位、粘度、尾气中的O2和CO2含量等。•参数测定方法有：–在线测定–取样测定（离线测定）主要间接参数•根据发酵液的菌体量和单位时间的菌浓、溶氧浓度、基质浓度和产物浓度等参数的变化值，可分别计算出菌体的比生长速率、氧的比消耗速率、基质的比消耗速率和产物比生产速率。1氧利用率(OUR,oxygenutilizationrate)•以单位时间、单位发酵液体积内细胞消耗的氧量表示的氧利用速率，可以根据氧的动态质量平衡进行估算。在发酵过程中氧既连续进入系统，也连续排出系统，因此氧的平衡可以表示为：氧在系统内的变化率，等于氧进入系统的速率减去氧排出系统的速率和氧在系统内的消耗速率。呼吸强度QO2：单位重量的干菌体每小时所消耗的氧量（mmol/g.h）2呼吸强度QO23二氧化碳释放率(CER,carbondioxideevolutionrate)•在单位时间、单位发酵液体积内细胞释放的二氧化碳量，叫二氧化碳释放速率或称二氧化碳生成率，他可以有系统内二氧化碳的动态质量平衡进行估算。这一平衡为二氧化碳在系统内的变化等于在系统内产生的速率加上二氧化碳进入系统的速率减去二氧化碳排出系统的速率。4呼吸商（RQ,respirationquotient)•二氧化碳释放速率除以氧消耗速率所得到的商叫呼吸商。呼吸商是各种碳能源在发酵过程中代谢状况的指示值，在碳能源限制及供氧充分的情况下，各种碳能源都趋向完全氧化。第二节微生物的生长速率一、比生长速率1均衡生长随着细胞质量的增加，细胞内所有可检测的菌体组成物质，如蛋白质、DNA、RNA等以相同比例增加。2非均衡生长类似储存物质的积蓄过程及分批培养初期细胞组成物质的非均衡快速合成情况等则属于非均衡生长。均衡生长类似于一级自催化反应，以菌体干重的增加为基准的生长速率，即单位体积培养液中单位时间内生成菌体的干重与菌体浓度成正比。rx=X=rx/X或式中的比例系数称为比生长速率——相对单位质量干菌体单位时间内增加的干菌体质量；（g/g·h）（1）生物种的遗传基因是决定比生长速率大小的决定因素。细胞包含的遗传信息越复杂，细胞越大，即越是高等生物，越小。（2）越大，说明这种微生物生长得越快。3特点：（4）在分批培养的对数生长期，一般为常数。（3）一般情况下微生物的并非常数。因菌体所处的环境条件如温度、pH、培养基组成及浓度等不同而异。若为常数，td与之间存在如下关系：4倍增时...