| 点击上方“微生物发酵”关注我们我们都知道发酵过程控制是靠各种在线和离线检测器来实现的，没有这些检测器我们就是瞎子，就不知道罐里面的这些菌在做什么，就不知道我们下一步应该怎么办，因此高效、快速、灵敏的检测设备成为发酵行业不断研究和探索的一个方向。我们利用这些参数来判断菌体生长、生产是否正常，我们根据这些参数来控制发酵菌体的状态，控制方式和反应最终还是要反应在各种各样的参数上。此外，随着各种检测技术的发展，一些可以表征菌体内部特征的参数，虽然没有办法实时在线检测和控制，但是这些参数可以用于菌体状态的表征，从而指导发酵工艺的优化。 2024年5月更新，若有不足可留言。 01 发酵参数分类方法多种多样，比如可以分为直接参数/间接参数，在线参数/离线参数，物理参数/化学参数等。本文从过程控制的角度对参数进行分类。控制参数（控制变量，操作变量）：过程的操作变量 ( i np ut variables ) 通常就是指所谓的环境因子或操作条件 , 而改变这些环境因子和操作条件, 可以造成发酵过程的状态变量的改变。控制参数是可控的，是发酵工艺优化和过程控制的直接操作对象。控制参数具有可在线检测的特性，是直接参数。包括温度，pH，转速，压力，流加速度，通气速率，搅拌速率，重量/体积等。状态参数（状态变量）：发酵过程的状态变量 ( state variables) 是 指那些显示过程状态及其特征的参数。状态参数根据其是否可以直接测量，是否可以在线测量，是宏观还是微观参数可以进行分类，具体内容在第3小节介绍。发酵工业由于其无菌、在线调控的特点，对在线检测器有特殊的要求，在线检测器的基本要求：· 耐热、能经受高温灭菌 · 不受发酵罐内菌体和培养基的影响 · 不受罐内通气的影响 · 不受搅拌的影响 · 传感器设计一定要考虑无菌的要求，因此其结构比较复杂。 · 准确的，灵敏度，稳定性。 控制参数是发酵工艺优化的直接操作对象，此类参数具有可在线实时检测，可实时控制的特征，实时控制可以是直接控制或者关联控制。随着对发酵过程的可控性的要求不断加强，传统的pH，补料速度等不能满足需求。因此发展出来的一些可灵敏的在线检测，并可和传统可控参数灵敏的关联的一些参数，也可以作为控制参数。 ①随着检测技术和过程控制技术的进步，一些底物浓度，比如甲醇浓度等和生物量可以实现在线的检测。并可以通过和补料速度等其他控制参数进行关联，实现控制，需要说明的是生物量的控制需要建立相应的控制方法。可作为控制参数或者状态参数。②此类参数和某些物理参数可灵敏的关联，且可以灵敏的在线检测，因此可以作为控制参数，也可以作为状态参数。发酵参数和条件的检测是非常重要的, 检测所提供的信息有助于人们更好地 理解发酵过程, 从而对工艺过程进行改进。发酵过程检测是为了获得给定发酵过 程及菌体的重要参数 ( 物理的、化学的和生物学参数) 的数据, 以便实现发酵过 程的优化、模型化和自动化控制。 | 参数类型 | 参数内容 | | 化学参数 | KLα；氧化还原电位；气体成分：溶解氧，尾气氧气浓度，尾气二氧化碳浓度，尾气其他尾气成分；基质成分浓度：产物浓度，前体，次级代谢产物，抑制性底物浓度，酶制剂浓度等；金属离子浓度；核酸和蛋白浓度。 | | 物理参数 | 发酵动力学参数：物料流加量和流加速率（底物，诱导物，酸碱，碳源，氮源等），底物消耗速率，比生长速率，各种得率等；粘度；产热等。OUR，CER，RQ。 | | 生物参数 | 生物量，活细胞比例，细胞形态，细胞活性，多组学数据等 |
需要指出的是，状态参数的分类并没有明确的标准。在本文中，我们将物质的浓度定义为化学参数，将物质浓度的变化速率和各种得率定义为物理参数。生物参数是一种较为复杂的化学过程，因此有时也将其划归为化学参数。但是随着人们对微生物的认识的不断加深，生物产物已经成为非常重要的一类。比如通过多组学、代谢分析，系统生物学、酶组分析所获得的能够反应微生物某个过程的一些参数可以归为生物参数。此外和细胞相关的比如细胞形态，细胞活性，细胞内活性氧等。 除按照上述分类外，还可以将状态参数分为直接参数和间接参数。直接参数可以由在线电极，离线测定等直接测出，而间接参数需要通过直接参数计算而得。 
重要参数检测设备和成熟度 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 风光光度计，离心机等，光导纤维法 ( 光电池法 ), 等效电容法。 | | | | | | 转子流量计，涡街流量计，或根据百分比计算，蠕动泵，补料秤 | | | | | 
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