[实用新型]一种生物发酵过程中菌体浓度在线检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种生物发酵过程中菌体浓度在线检测装置，属于生物发酵过程检测类制造技术领域。 

背景技术

微生物发酵是微生物在合适的培养条件（培养基、温度、pH、通气速率、搅拌速率等）下进行长时间连续培养，在微生物的作用下将发酵底物转化为人们所需要的产品的过程。微生物发酵是生化反应工程和现代生物技术及其产业化的基础。为了提高发酵的产量、质量及生产率，必须考虑微生物发酵过程中的工艺，所以控制发酵过程中的主要技术参数是必不可少的。典型的生物技术参数主要有：菌体浓度、底物浓度、产物浓度、氧利用速率（OUR）、二氧化碳释放速率（CER）、比生长速率、底物消耗速率和产物生成速率等。利用各种传感器获取这些参数就能够根据这些参数值进行发酵过程的优化控制，从而实现发酵的高产。即便暂时不能控制某些参数，也希望对它们进行跟踪和监测，掌握微生物反应过程的规律。

在所有的生化反应的过程中，菌体浓度和比生长速率是一个极其重要的参数。在生物化工、制药工程、食品生产等工业生产过程中都要求对菌体浓度进行实时的在线测量，进而得出比生长速率。目前，能够在线直接获取且已完善的只有OUR和CER，其他各个参数，由于在线检测手段和技术的缺乏，只能每隔一定时间间隔分次取样进行离线分析。使用离线分析方法测量菌体浓度既费时又费力，而且增加了微生物发酵感染杂菌的风险。

因此，离线测量菌体浓度的方法应用在微生物发酵过程的在线监控中存在固有的不足，此外，离线分析测量菌体浓度和比生长速率获得的反馈信息相对滞后，不能及时地反映连续发酵过程中参数的变化，进而影响对发酵过程的实时反馈控制。

现有已报道的在线测量技术，如电容率分布法、折射率检测法，这些方法为菌体浓度的在线测量提供了理论基础，但是国内尚未见商业化的测量产品，而国外的产品都非常昂贵。

浊度是水的一种光学性质，其定义为:由于不溶性物质的存在而引起液体透明度降低的量度。在国际标准（ISO7027- 1984）中，透射法和散射法被确定为浊度仪设计的两种标准测量方法。透射法是用一束光穿过一定厚度的水样体，通过测量水样中悬浮颗粒物对入射光的吸收和散射所引起的透射光强度的衰减量来确定水样的浊度。散射法则是通过测量穿过水样的入射光束被水样悬浮颗粒物散射所产生的散射光强来确定水样浊度。  

发明内容

本实用新型旨在解决上述现有技术中存在的问题，一种生物发酵过程中菌体浓度在线检测装置，以解决现有技术手段中菌体浓度在线测量的问题，从而提高发酵产量，降低生产成本。

为了上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种生物发酵过程中菌体浓度在线检测装置，包括：流通池和泵，所述泵的入口端用于与待检测发酵罐取样口相连，所述泵的出口端与所述流通池的入口相连，所述流通池的出口用于与待检测发酵罐相连；光源，所述光源发射光束的方向穿过所述流通池；光电检测器，所述光电检测器设在所述流通池的外侧，且与所述光源相配合；用于处理所述光电检测器检测得到的信号的处理装置，所述处理装置与所述光电检测器相连。

微生物细胞大小为微米级，可以将微生物细胞看作细微的、分散的悬浮颗粒，当光经过发酵培养液时，悬浮在培养液中的微生物细胞将产生光的散射和吸收。虽然水的浊度与悬浮物质的数量没有直接的线性关系，但浊度的数值与悬浮颗粒的数量仍有相关性，因此可以用浊度值来评价发酵液中的菌体浓度。获得菌体浓度数据后即可计算出菌的比生长速率，从而为发酵的反馈控制提供快速而准确的参考。根据本实用新型的生物发酵过程中菌体浓度在线检测装置其通过光电检测器检测流通池中发酵液的浊度来计算出菌的比生长速度。其中处理装置用于将光电检测器检测到的信号放大、转化成数字信号，并计算出比生长速率，可以实时显示以及自动保存。

另外，根据本实用新型的生物发酵过程中菌体浓度在线检测装置还可以具有以下附加技术特征：

优选的，所述光源为激光模组，且激光模组发射光束的方向与流通池中心线在同一直线，激光模组的安装高度为流通池高度的1/3至2/3。所述流通池中心线为流通池两相对侧面中心点连线。

优选的，所述光电检测器为两个，其中一个检测器与所述光源的光轴在同一直线上，另一个检测器与所述光源的光轴呈90度夹角。两个光电检测器分别检测菌悬液散射光与透射光电压值，再通过菌体浓度与电压比值之间呈线性相关求出菌体浓度。

优选的，所述光电检测器为硅光电池，且硅光电池均安装于装有滤光片的遮光筒中。