實驗室發酵罐運作原理之pH調控?1

在我們進行發酵的過程里，發酵液中pH值是發酵工藝的重要參數之一。因為pH值對微生物細胞的繁殖生長和產物（副產物）的產生都有所影響。

為了使微生物能在更適合的pH值范圍內繁育生長，合成目標代謝產物，需要嚴格把控發酵中的pH數值。因此，快速準確的在線監測數值變化，和及時調控pH值成為了發酵成敗的關鍵因素之一。

那么如何在發酵過程中，調控實驗室發酵罐的pH數值呢？

pH電極工作原理

首先發酵過程中的pH電極會連續測量，以確定發酵液中的pH值。

pH測量屬于原電池系統，它的存在是為了使化學能轉變為電能，電池的正負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系，通常用標準緩沖液或被測溶液來進行標定。

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

發酵罐pH調節

以貝朗生工實驗室發酵罐為例，pH電極測定完數值后，結果會直接反饋給控制系統，系統則會根據原先設定數值進行調節補料等操作，將罐內pH值控制在較好范圍內。

pH控制主要依靠酸泵和堿泵進行加酸加堿的工作操作。

蠕動泵是由PID控制：

① 在pH值高于所設定值的情況下，系統會自動啟動酸泵加酸，直到達到設定值；

② 反之，在pH值小于所設定值時，則會啟動堿泵進行加堿調整。

這個過程可能會因為部分因素影響，而導致遲延，故數值越接近設定值時，泵速越需要減緩，直至調節死區，死區意味著可自由調節數值。

③ 此外某些情況下還會通過補料的方式進行調節，當發酵罐內的pH值超過了適值，就意味菌群狀況表現為饑餓，這時可以啟動補料泵進行補料調節。

以上就是實驗室發酵罐在發酵過程中針對pH值的調控。