不同發酵罐規模下的應用差異,在中試規模(20和250升)及生產規模(15000升)的novobiocin發酵中,對溶氧的測量發現,在中試罐中,當渦輪攪拌器的直徑與罐直徑之比(D/T)為0.40時,整體混合不完全,而當D/T=0.69時,混合較為均勻。這表明在不同規模的發酵罐中,攪拌器的設計會影響溶氧的分布和測量。在生產規模的發酵罐中,對三種不同尺寸的攪拌器(D/T分別為0.28、0.33和0.43)進行測試,發現整體混合是完全的,但呼吸速率仍然受到限制,主要是由于液體與細胞之間存在阻力。這說明在不同規模的發酵罐中,溶氧電極的應用需要考慮攪拌器的設計以及液體與細胞之間的阻力差異,以確保準確監測溶氧水平并優化發酵過程。極譜式溶氧電極的線性范圍通常為 0-20 mg/L,適用于高精度測量。江蘇光學法溶解氧電極供應商
溶氧電極——溶氧對生物發酵產類胡蘿卜素調控,調控策略:1.物理調控法,(1)通氣與攪拌:a.提高通氣量(0.5-2.0vvm)和攪拌速率(200-800rpm)以增強氧傳遞速率(OTR)但需避免剪切力損傷細胞。b.分段控制:生長初期高DO(40-60%飽和度)促進生物量;產素期適當降低DO20-30%以誘導次級代謝。(2)壓力調控:微正壓(0.05-0.1MPa)可增加氧溶解度,但可能抑制某些菌株代謝。2.工藝優化,(1)補料策略:通過補加碳源(如葡萄糖)與DO耦合控制,避免Crabtree效應(過量糖抑制有氧代謝)。(2)發酵模式:采用兩階段發酵(先高DO促生長,后低氧促產物)或微氧發酵(如蝦青素生產)。3.化學調控,氧載體添加:a.正十二烷、全氟化碳等可提高氧傳遞效率,但需考慮生物相容性和成本。b.過氧化氫酶(CAT)抑制劑可適度增加胞內ROS,刺激類胡蘿卜素合成。4.菌種改造,(1)強化氧響應轉錄因子(如SREBP、Hap1)或引入血紅蛋白基因(如VitreoscillaHb)以提升低氧耐受性。(2)改造MVA途徑或異源表達類胡蘿卜素合成基因簇(如crt基因)。江蘇高溫滅菌溶氧電極低溫環境下溶氧電極響應變慢,可通過加熱裝置維持恒溫測量。
溶氧電極在化妝品生產過程中也能發揮作用。在一些化妝品的配方中,氧氣的存在可能會影響產品的穩定性和保質期。例如,某些含有不飽和脂肪酸的化妝品原料,在有氧環境下容易發生氧化變質,導致產品顏色、氣味和質地發生變化。溶氧電極可用于監測化妝品生產過程中的溶解氧濃度,通過控制生產環境的氧氣含量,或在產品中添加抗氧化劑等方式,防止產品氧化變質,保證化妝品的質量和品質。溶氧電極的抗干擾能力是衡量其性能的重要指標之一。在實際應用環境中,往往存在各種干擾因素,如電磁干擾、化學物質干擾等。為提高抗干擾能力,溶氧電極在設計上采用了多種技術手段。例如,通過優化電極的電路結構,增加屏蔽層,減少電磁干擾對電極信號的影響;選擇對干擾物質具有高選擇性的透氣膜和電解液,降低化學物質干擾的可能性。具備良好抗干擾能力的溶氧電極能夠在復雜環境下穩定工作,提供準確可靠的測量結果。
隨著自動化技術的不斷發展,溶氧電極在發酵罐廠中的自動化控制應用也越來越多。通過將溶氧電極與自動化控制系統相結合,可以實現對發酵過程的自動控制,提高生產效率和產品質量。例如,自動化控制系統可以根據溶氧電極測量得到的數據,自動調整通氣量、攪拌速度等參數,實現對發酵過程的精確控制。在現代發酵罐廠中,遠程監控技術得到了大量的應用。通過將溶氧電極與遠程監控系統相結合,可以實現對發酵過程的遠程監控,提高生產管理的效率和便利性。例如,管理人員可以通過遠程監控系統實時查看溶氧電極測量得到的數據,了解發酵過程的運行情況,并及時采取相應的措施進行調整。環保行業使用的溶氧電極需滿足 HJ 506-2009《水質溶解氧的測定》標準。
如何結合先進的控制技術實現對溶氧電極水平的精確控制以提高產酶效率?在線生長神經網絡控制JunfeiQiao等人在2022年提出了在線生長管道遞歸小波神經網絡(OG-PRWNN)控制方法,以提高廢水處理過程中溶解氧濃度的控制精度。該方法首先設計了在線生長機制,通過測量控制性能來調整控制器的模塊數量,從而自動確定控制器的結構以滿足不同的運行條件。其次,設計了結合自適應學習率的參數在線算法來訓練OG-PRWNN,以滿足控制要求。通過Lyapunov穩定性定理分析了OG-PRWNN控制器的穩定性,并通過廢水處理過程的基準仿真模型驗證了控制器的性能。這種先進的神經網絡控制技術可以為產酶過程中溶氧水平的精確控制提供借鑒,通過不斷調整控制參數,實現對溶氧的精確控制,提高產酶效率。綜上所述,結合先進的控制技術如模型參考自適應控制、分階段供氧控制策略、脈沖電場技術和在線生長神經網絡控制等,可以實現對溶氧水平的精確控制,從而提高產酶效率。在實際應用中,可以根據不同的產酶系統和生產要求,選擇合適的控制技術或組合多種技術,以達到優異的控制效果和產酶效率。在固態發酵中,溶解氧電極需特殊設計以適應多孔介質中的氣體擴散特性。江蘇光學法溶解氧電極供應商
無人機搭載溶氧電極,實現大面積水體的高效網格化監測。江蘇光學法溶解氧電極供應商
不同類型的溶氧電極各有特點。原電池型溶氧電極無需外加電壓,其工作原理基于電極自身材料的氧化還原反應產生電流,從而反映溶解氧濃度。這種電極結構相對簡單,在一些對精度要求不是極高、電源獲取不便的場景中有一定應用。而極譜型溶氧電極需要外加 0.6 - 0.8V 的極化電壓,它具有更高的測量精度和靈敏度,能夠更地測量溶液中的溶解氧濃度,因此在實驗室研究、工業生產中對溶氧監測要求較高的環節應用更為廣 。微基智慧科技(江蘇)有限公司江蘇光學法溶解氧電極供應商