氣體質(zhì)量流量控制器在生物發(fā)酵行業(yè)得應(yīng)用

精確控制進(jìn)氣量

氧氣供應(yīng)：在好氧發(fā)酵過(guò)程中，微生物需要充足的氧氣來(lái)進(jìn)行呼吸作用。氣體質(zhì)量流量控制器（MFC）可以精確地控制進(jìn)入發(fā)酵罐的氧氣流量。例如，在酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的過(guò)程中，通過(guò) MFC 將氧氣流量控制在合適的范圍，能確保酵母菌的有氧呼吸階段順利進(jìn)行，為后續(xù)的無(wú)氧發(fā)酵產(chǎn)生乙醇提供足夠的能量和中間產(chǎn)物。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)發(fā)酵罐的大小、酵母菌的濃度和發(fā)酵階段等因素，MFC 可以將氧氣流量控制在每分鐘幾升到幾十升不等。

二氧化碳供應(yīng)或去除：在一些特殊的發(fā)酵過(guò)程中，如微藻發(fā)酵生產(chǎn)生物柴油，適量的二氧化碳供應(yīng)可以促進(jìn)微藻的生長(zhǎng)和油脂積累。MFC 可以精確地控制二氧化碳的進(jìn)氣量，以滿(mǎn)足微藻光合作用的需求。同時(shí)，在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，MFC 也可以用于控制二氧化碳的排出速度，維持發(fā)酵罐內(nèi)的壓力平衡。例如，在一個(gè)容積為 1000 升的微藻發(fā)酵罐中，MFC 可以將二氧化碳的進(jìn)氣量精確控制在每小時(shí) 0.1 - 1 立方米之間，以?xún)?yōu)化微藻的生長(zhǎng)環(huán)境。

氮?dú)夤?yīng)：氮?dú)庠谏锇l(fā)酵中常用于營(yíng)造無(wú)氧環(huán)境。例如在厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乳酸的過(guò)程中，MFC 可以精確地控制氮?dú)獾倪M(jìn)氣量，將發(fā)酵罐內(nèi)的氧氣置換出來(lái)，使發(fā)酵環(huán)境處于無(wú)氧狀態(tài)，有利于乳酸菌的生長(zhǎng)和乳酸的產(chǎn)生。在這種情況下，MFC 可以將氮?dú)饬髁靠刂圃诿糠昼姅?shù)升到數(shù)十升，具體流量取決于發(fā)酵罐的體積和發(fā)酵工藝的要求。

維持發(fā)酵環(huán)境穩(wěn)定

壓力控制：在發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵罐內(nèi)的壓力需要保持在一個(gè)合適的范圍內(nèi)。MFC 通過(guò)控制進(jìn)氣和排氣的流量，可以有效地維持發(fā)酵罐內(nèi)的壓力穩(wěn)定。例如，在高溫高壓發(fā)酵生產(chǎn)某些酶的過(guò)程中，MFC 與壓力傳感器配合，當(dāng)壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)，MFC 會(huì)增加排氣流量；當(dāng)壓力低于設(shè)定值時(shí)，MFC 會(huì)增加進(jìn)氣流量，從而使發(fā)酵罐內(nèi)的壓力始終保持在設(shè)定的 ±0.05MPa 范圍內(nèi)，為微生物的生長(zhǎng)和酶的產(chǎn)生提供穩(wěn)定的壓力環(huán)境。

溫度控制（間接）：雖然 MFC 本身不直接控制溫度，但它對(duì)發(fā)酵環(huán)境的氣體流量控制會(huì)間接影響溫度。例如，在發(fā)酵過(guò)程中，適當(dāng)?shù)臍怏w流量可以帶走發(fā)酵產(chǎn)生的熱量。如果進(jìn)氣量過(guò)大，可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵罐內(nèi)溫度下降；反之，進(jìn)氣量過(guò)小可能會(huì)使熱量積聚，導(dǎo)致溫度上升。通過(guò) MFC 精確控制氣體流量，可以配合冷卻系統(tǒng)或加熱系統(tǒng)，將發(fā)酵罐內(nèi)的溫度控制在微生物生長(zhǎng)的最佳溫度范圍內(nèi)。比如，在利用黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的過(guò)程中，MFC 可以調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，輔助溫度控制系統(tǒng)將發(fā)酵溫度維持在 28 - 32℃之間。

pH 控制（間接）：MFC 對(duì)氣體流量的控制也會(huì)間接影響發(fā)酵液的 pH 值。例如，在發(fā)酵過(guò)程中，二氧化碳的溶解會(huì)形成碳酸，從而影響發(fā)酵液的 pH 值。如果 MFC 控制二氧化碳的進(jìn)氣量和排氣量，就可以在一定程度上調(diào)節(jié)發(fā)酵液中的碳酸濃度，進(jìn)而控制 pH 值。在某些細(xì)菌發(fā)酵生產(chǎn)抗生素的過(guò)程中，MFC 可以通過(guò)調(diào)節(jié)二氧化碳的流量，輔助緩沖系統(tǒng)將發(fā)酵液的 pH 值維持在適合抗生素產(chǎn)生的范圍內(nèi)，如 7.0 - 7.5。

優(yōu)化發(fā)酵過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量

提高發(fā)酵效率：精確的氣體流量控制可以使微生物處于最佳的生長(zhǎng)和代謝狀態(tài)，從而提高發(fā)酵效率。例如，在絲狀真菌發(fā)酵生產(chǎn)多糖的過(guò)程中，通過(guò) MFC 控制氧氣流量，可以使真菌的菌絲體生長(zhǎng)更加旺盛，提高多糖的合成效率。研究表明，與未精確控制氣體流量的發(fā)酵相比，使用 MFC 控制氣體流量后，多糖的產(chǎn)量可以提高 10% - 30%。

保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定：MFC 的應(yīng)用有助于生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的發(fā)酵產(chǎn)品。在發(fā)酵過(guò)程中，氣體流量的微小變化可能會(huì)影響微生物的代謝途徑和產(chǎn)物組成。以發(fā)酵生產(chǎn)啤酒為例，精確控制發(fā)酵過(guò)程中的氧氣和二氧化碳流量，可以保證啤酒的風(fēng)味、泡沫穩(wěn)定性和酒精含量等質(zhì)量指標(biāo)的穩(wěn)定。通過(guò) MFC，啤酒發(fā)酵過(guò)程中的二氧化碳含量可以精確控制在一定范圍內(nèi)，如 2 - 3 體積分?jǐn)?shù)，從而使啤酒具有良好的口感和泡沫特性。