流量計在生物發酵連續補料中的應用

生物發酵工程是生物工程的重要組成部分，采用工程技術手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的離體酶的某些功能，為人類生產有用的生物產品，或直接用微生物參與控制某些工業生產過程的一種技術。主要產品有：食品類、酒精、抗生素類、維生素類、氨基酸類、酶制劑類、生物農藥以及醇類等。

發酵工程從工程學的角度把實現發酵工藝的發酵工業過程分為菌種、發酵和提煉等三個階段，這三個階段都有各自的工程學問題，一般分別把它們稱為發酵工程的上游、中游和下游工程。

發酵工程中的中游工程發酵是其最重要的部分，發酵生產過程機理十分復雜，要實現低投入高產出的目的，必須有效控制維持罐內的物理、化學條件，使微生物細胞呈現出最佳的性能，生成和積累大量產物。所以就需要連續補料控制、加酸、加堿調節維持微生物的最佳性能，需要流量計滿足滅菌要求、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物，而發酵中期則是菌絲代謝和分泌抗生素的旺盛期。到了發酵中后期，部分營養物消耗接近完畢，發酵液中的廢料越來越多，菌體逐漸趨向衰老并自溶。通過補料措施，能夠適當控制和掌握發酵條件使生產菌在分泌階段有足夠而不過剩的養料，維持其正常的代謝活動和大量地分泌代謝產品。一般根據補充料的性質不同可分為補充碳元、氮元、無機鹽、水、前體等。

目前國外發酵生產過程連續補料有采用流量計。電磁流量計和質量流量計，質量流量計計量，使用流量計計量可以測量物質的密度，更好的評估補料后的效果，然后通過小型電動或者氣動隔膜調節閥來實現連續補料的控制。

由于微生物在發酵周期中對各種補充物的需求量并不是線形或階段添加的，所以在補料分批（fed - batch culture 簡稱FBC）培養過程中，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于傳統的分批集中補料培養的。這樣我們可以優化罐內產物小環境，調配罐內的PH、DO 以及尾氣等相關化學量。而且可以實現放料和補料同步，放出發酵后期的發酵液，補充一部分新鮮的營養液，有利于提高產物產量，降低成本，使發酵指數大幅提高。

以下為某產物的對比數據（可以看到連續補料明顯好于分批集中補料）：

表1.某產物發酵生產CPC 的性能比較

為了優化發酵罐內的小環境，我們需要監控許多參數。通過各種計量儀表，跟蹤相關參數，然后根據自己對產物需要參數的經驗，調整優先順序，不斷優化工藝流程。科隆KROHNE 解決方案包括以下。

電磁流量計：測量循環水流量及控制PH 值的酸堿液流量。

質量流量計：測量營養物、阻沫劑、積液等電導率低或精度要求較高的介質。

雷達液位計：測量發酵罐內液面高度。

渦街、轉子流量計：二氧化碳、氮氣、氧氣等進出發酵罐的氣體的測量。

其 他：溫度、壓力、PH、溶氧等。

1電磁流量計OPTIFLUX 系列

多種襯里、電極材質及電極形式選擇，滿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。提供種類全面的電磁流量計：非滿管、低電導率、插入式、高壓型、電池供電等。工廠擁有大口徑高達DN3000 的水流量標定裝置，確保測量的準確性。

2 質量流量計OPTIMASS 系列

針對不同工況提供多種形式的質量流量計：直管質量流量計無阻流部件，可以提供多種測量管材質、耐磨損、壓損小、自排空技術易于排污、清洗，滿足衛生等級要求并且可以提供衛生認證。彎管質量流量計提供更寬的溫度壓力范圍。可以直接測量質量流量、密度和溫度，也可以間接計算體積流量和濃度、糖度。專利的自適應傳感技術（AST）避免工藝管道震動對儀表的影響。

3雷達液位計

OPTIFLEX 系列導波雷，達測量天線接觸介質，信號通過天線傳到液面，實現可靠測量，可以測量電導率較低的介質，且測量不受霧氣、泡沫等的影響。OPTIWAVE 系列非接觸雷達，測量天線不與測量介質接觸，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環境有挑剔要求的場合也已經開始在使用，相信隨著國內廠家對產品品質的要求不斷提高，以及工業自動化意識的加強，生物行業會越來越多地將連續補料控制方式運用到生產之中。