本实用新型专利技术公开了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。本实用新型专利技术通过光电检测器检测流通池中发酵液的散射光及透射光,单片机根据菌体浓度与散射光与透射光的电压比值之间呈线性相关，计算出菌体浓度值，进而求得菌体的比生长速率。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了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。本技术通过光电检测器检测流通池中发酵液的散射光及透射光,单片机根据菌体浓度与散射光与透射光的电压比值之间呈线性相关，计算出菌体浓度值，进而求得菌体的比生长速率。【专利说明】一种生物发酵过程中菌体浓度在线检测装置
本技术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
。
技术介绍
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 (0UR)、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0UR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（IS07027- 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。
技术实现思路
本技术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，本技术采用的技术方案是： -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。根据本技术的生物发酵过程中 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，根据本技术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，所述光电检测器为娃光电池，且娃光电池均安装于装有滤光片的遮光筒 中。 优选的，所述处理装置包括集成运算放大器，所述集成运算放大器与模数转换模 块相连，所述模数转换模块与单片机相连，所述单片机与PC终端相连，所述单片机与所述 光源相连。所述集成运算放大电路功能是将检测器微弱的电流信号转换成电压信号并放 大。所述开关电源为集成运算放大电路提供稳定的工作电压及为散热风扇提供电源；所述 单片机为所述光源和所述模数转换模块提供稳定的工作电压。 优选的，所述单片机为Arduino单片机。 优选的，所述PC终端装有数据绘图分析软件；所述数据绘图分析软件用于数据存 储与数据的实时图形显示；所述实时图形均以时间为横坐标，纵坐标为经电压转换成的菌 体浓度值。 优选的，还包括开关电源、散热风扇，所述开关电源与所述集成运算放大电路和散 热风扇相连，所述光源、流通池、光电检测器、集成运算放大电路、模数转换模块、单片机、开 关电源和散热风扇安装在接线盒中。 优选的，所述泵为蠕动泵。 本技术还提供一种生物发酵过程中菌体浓度在线检测的方法，包括以下步 骤： (1)将流通池的入口与蠕动泵的出口端相连，蠕动泵的入口端与待检测发酵罐的 取样口相连，流通池的出口端与发酵罐相连，开启蠕动泵； (2)激光模组发射的光线通过流通池，外侧的光电检测器分别将透射光与散射光 转换成电流信号经电路转换和放大后发送给单片机，Arduino单片机根据预设定的菌体浓 度检测拟合函数进行转换，计算出菌体浓度值；所述似合函数即根据菌体浓度与散射光与 透射光的电压比值之间呈线性相关得到。 (3)单片机将菌体浓度数据传递至PC终端，PC终端通过数据绘图分析软件，实时 显示经计算得出的菌体浓度值，并将菌体浓度值绘制成实时图形，所述实时图形均以时间 为横坐标，菌体浓度值为纵坐标；且该数据绘图分析软件可自动保存所有接收的数据。 本技术的设计思路基于微生物发本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生物发酵过程中菌体浓度在线检测装置，其特征在于，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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李晖，肖乾坤，刘泽蒙，曹逊，欧阳平凯，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。