Die Rolle und der Einfluss von pH-Elektroden, DO-Sonden, Temperatursonden und Luftfiltern im biologischen Fermentationsprozess

Die biologische Fermentation ist ein Prozess, bei dem Mikroorganismen unter spezifischen Bedingungen organische Stoffe umwandeln und Stoffwechselprodukte erzeugen. Sie findet breite Anwendung in verschiedenen Bereichen wie der Lebensmittel-, Medizin-, Landwirtschafts-, Düngemittel- und Chemieindustrie. Während der Fermentation bestimmt die Stabilität des Fermentationsmilieus direkt die Wachstumsrate, die Stoffwechselaktivität der Mikroorganismen sowie die Ausbeute und Qualität des Endprodukts. Um eine Echtzeitüberwachung und präzise Steuerung des Fermentationsprozesses zu ermöglichen, werden wichtige Zubehörteile wie pH-Elektroden, Sauerstoffsonden, Temperaturfühler und Luftfilter eingesetzt. Biofermentationssystem.

Dieser Artikel beginnt mit den Prinzipien, Funktionen und Einflüssen dieser vier Kernkomponenten auf den Fermentationsprozess und analysiert anschließend detailliert deren Bedeutung und Synergieeffekte in praktischen Anwendungen.

I. pH-Elektrode: Der „Torwächter“ der Säure und Alkalität der Mikroumgebung

1. Prinzip und Funktion

Die pH-Elektrode ist ein Sensor, der die Konzentration von Wasserstoffionen (d. h. den pH-Wert) in der Fermentationsbrühe in Echtzeit messen kann. Während der mikrobiellen Fermentation spiegelt die pH-Wert-Änderung die Stoffwechselaktivität der Mikroorganismen wider. Mithilfe der pH-Elektrode:

Den pH-Wert der Fermentationsbrühe in Echtzeit überwachen;

Verbinden Sie das automatische Säure- oder Laugenzugabesystem, um die pH-Stabilität aufrechtzuerhalten;

Bestimmen Sie das Fermentationsstadium. Beispielsweise weisen einige Stämme bei unterschiedlichen pH-Werten unterschiedliche Stoffwechselwege auf.

2. Auswirkungen auf die Gärung

Wachstum und Stoffwechsel von Mikroorganismen reagieren äußerst empfindlich auf den pH-Wert. Zum Beispiel:

Der aktivste Stoffwechsel der Hefe findet sich im pH-Bereich zwischen 4,5 und 5,5.

Nitrifizierende Bakterien benötigen ein leicht alkalisches Milieu (pH-Wert über 7,5).

Sowohl zu niedrige als auch zu hohe pH-Werte können zur Inaktivierung von Enzymen, zu Schäden an der Membranstruktur und sogar zum Tod von Bakterien führen.

Daher stehen die Genauigkeit und die Ansprechgeschwindigkeit der pH-Elektrode in direktem Zusammenhang mit der Aktivität des Stammes, den Arten und Konzentrationen der Stoffwechselprodukte sowie der Gesamtstabilität des Fermentationsprozesses.

MIKEBIO Bioreaktorsystem für Speisepilze

II. DO-Sonde: Echtzeit-Überwachung des gelösten Sauerstoffgehalts

1. Prinzip und Funktion

Die DO-Sonde (Sonde für gelösten Sauerstoff) dient zur Überwachung der Konzentration an gelöstem Sauerstoff (DO) in der Fermentationsbrühe und ist ein unverzichtbares Gerät im aeroben Fermentationsprozess. Mikroorganismen (wie Azotobacter, Pseudomonas usw.) benötigen ausreichend Sauerstoff für die Synthese ihrer Stoffwechselprodukte in einer aeroben Umgebung. Die DO-Sonde misst den Sauerstoffgehalt in der flüssigen Phase, um:

Bestimmung der Sauerstoffverbrauchsrate von Mikroorganismen in Echtzeit;

Vernetzte Gasversorgungssysteme (wie z. B. Luftkompressoren, Mischgassysteme);

Realisierung der Rückkopplungsregulierung der Konzentration an gelöstem Sauerstoff.

2. Auswirkungen auf die Gärung

Unzureichender Sauerstoffgehalt führt dazu, dass Mikroorganismen anaerobe Stoffwechselwege nutzen, wodurch unerwünschte Nebenprodukte entstehen und sogar die Bildung von Zielprodukten gehemmt werden kann. Zu viel Sauerstoff hingegen kann oxidativen Stress verursachen und die Zellstruktur schädigen. Die Sauerstoffsonde trägt dazu bei, den Sauerstoffgehalt im optimalen Bereich (z. B. 20 % bis 60 % Sättigung) zu halten und so ein dynamisches Gleichgewicht zwischen Sauerstoffangebot und -bedarf zu erreichen. Sie ist ein Schlüsselfaktor zur Optimierung der Ausbeute und zur Verkürzung des Fermentationszyklus.

III. Temperatursonde: Der regulatorische Kern der Fermentationsthermodynamik

1. Prinzip und Funktion

Die Temperatursonde dient der Echtzeitüberwachung der Flüssigkeitstemperatur im Fermentationsbehälter. In biologischen Reaktionen hat die Temperatur einen signifikanten Einfluss auf die Aktivität, die Stoffwechselrate und die Effizienz enzymatischer Reaktionen von Mikroorganismen. Durch die Kopplung des Heiz- oder Kühlsystems mit dem Temperatursensor ist Folgendes möglich:

Eine konstante Gärtemperatur einhalten;

Um zu verhindern, dass die Temperatur aufgrund der bei der Gärung entstehenden großen Wärmemenge zu hoch wird;

Für die verschiedenen Fermentationsstadien sollten unterschiedliche Temperaturkurven eingestellt werden.

2. Auswirkungen auf die Gärung

Alle Mikroorganismen haben einen optimalen Temperaturbereich für ihr Wachstum:

Beispielsweise liegt der optimale Temperaturbereich für die meisten mesophilen Bakterien zwischen 30 und 37 °C.

Bei Temperaturen über 45 °C oder unter 20 °C verringert sich der Stoffwechsel der meisten Bakterienarten deutlich oder kommt sogar ganz zum Erliegen.

In der Praxis tragen Temperaturfühler zu einer präzisen Temperaturkontrolle bei und gewährleisten so eine effiziente Fermentation, eine stabilere Zusammensetzung der Stoffwechselprodukte sowie eine höhere Ausbeute und Reproduzierbarkeit.

IV. Luftfilter: Schutzbarrieren gegen Verschmutzung und Sicherstellung der Gasreinheit

1. Prinzip und Funktion

Luftfilter, insbesondere HEPA-Filter (Hochleistungs-Partikelfilter), werden zur Reinigung der Luft im Luftversorgungssystem eingesetzt und entfernen Verunreinigungen wie Bakterien, Staub und Schimmelpilzsporen. Während des Fermentationsprozesses wird dem Fermentationsbehälter kontinuierlich Luft als Sauerstoffquelle zugeführt. Daher ist deren Reinheit entscheidend für die Einhaltung der aseptischen Bedingungen in der Fermentationsumgebung. Zu den Hauptfunktionen des Luftfilters gehören:

Kontamination durch exogene Mikroorganismen verhindern;

Sicherstellung der Gasqualität des Gasversorgungssystems;

Verbesserung der Reinheit und Sicherheit des Endprodukts.

2. Auswirkungen auf die Gärung

Gelangen verschiedene Bakterien in die Luft, kann dies zu Konkurrenz zwischen den Stämmen, Stoffwechselstörungen und sogar zu Gärungsausfällen führen. Insbesondere bei der Herstellung von pharmazeutischen Produkten und Lebensmitteln ist die Einhaltung der mikrobiologischen Standards durch Luftreinigung unerlässlich. Die Effizienz und Lebensdauer des Filters beeinflussen direkt die Stabilität des Systembetriebs und die Produktqualität.

V. Die Gesamtauswirkung des Synergieeffekts der vier auf den Fermentationsprozess

In einem effizienten biologischen Fermentationssystem bilden die pH-Elektrode, die DO-Sonde, die Temperatursonde und der Luftfilter ein geschlossenes Regelsystem der „Wahrnehmung – Regulierung – Schutz“:

Wenn diese Gerätetypen koordiniert zusammenarbeiten, kann der Fermentationsprozess einen hohen Grad an Automatisierung, Präzision und Wiederholbarkeit erreichen, wodurch der Energieverbrauch gesenkt, der Fermentationszyklus verkürzt und die Produktausbeute und -reinheit erhöht werden.

MIKEBIO Pilotfermentationssystem

Abschluss

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung moderner biologischer Fermentationstechnologien bestimmen heute der Intelligenzgrad und die Präzision von Sensoren und Zubehör direkt das technologische Niveau und die Wettbewerbsfähigkeit der Industrie. pH-Elektrode, Sauerstoffsonde, Temperatursonde und Luftfilter sind unverzichtbare Kernkomponenten des Fermentationssystems und ermöglichen nicht nur die Echtzeitüberwachung und dynamische Steuerung wichtiger Parameter, sondern tragen auch maßgeblich zur Aufrechterhaltung der Aktivität der Mikroorganismen, zur Steigerung der Ausbeute und zur Vermeidung von Verunreinigungen bei.

In Zukunft, wenn sich die Bioproduktion hin zu einer großtechnischen und intelligenten Entwicklung entwickelt, werden die Leistungsfähigkeit der oben genannten Komponenten und ihre Systemintegrationsfähigkeit noch wichtiger werden und als Grundlage für eine umweltfreundliche, effiziente und biologische Prozesssteuerung dienen.

Andererseits, bei der Auswahl eines Bioreaktor-FermenterUm die Produktqualität zu gewährleisten, ist es notwendig, einen zuverlässigen Hersteller mit gutem Ruf und entsprechender Leistungsfähigkeit zu finden. Jiangsu Mike Biotechnology Co., Ltd. wurde 2008 gegründet und ist ein Hightech-Unternehmen, das sich auf die Forschung und Entwicklung, Produktion und den Vertrieb von Anlagen zur biologischen Fermentation spezialisiert hat. Unser Unternehmen verfügt über eine Pilotfermentationsplattform mit integrierter Intelligenz und Automatisierung sowie ein ausgereiftes Fermentationssystem. Dieses ermöglicht die Optimierung des Pilotfermentationsprozesses, die Inbetriebnahme aller Prozessschritte von der Pilotfermentation bis zur Trennung und Reinigung der Fermentationsprodukte und die Einrichtung einer Doktorarbeitsstation sowie eines modernen Labors.

Unser Unternehmen verfügt über eine standardisierte Produktionsanlage mit kompletten Ausrüstungssätzen und Werkzeugen, die für die Installation erforderlich sind. Dazu gehören hauptsächlich verschiedene Werkzeugmaschinen, eine automatische Argon-Lichtbogenschweißanlage, eine automatische Poliermaschine, eine automatische Schneidemaschine und eine Fehlererkennungsmaschine sowie mehr als 60 weitere Produktions- und Prüfgeräte. Der gesamte Produktionsprozess entspricht modernen Standards, um den Kunden professionelle Qualität und technischen Support zu bieten.