¿Qué se debe hacer si las mediciones del medidor de pH y oxígeno disuelto son inexactas durante el proceso de fermentación biológica?

En la ingeniería de fermentación biológica, el valor de pH (acidez y alcalinidad) y el OD (oxígeno disuelto) son parámetros clave que afectan el crecimiento de las bacterias, la síntesis de productos metabólicos y el control del rendimiento. tanques de fermentación automatizados Generalmente, estos equipos incorporan sensores de pH y oxígeno disuelto en línea para monitorizar el entorno de fermentación en tiempo real y lograr un ajuste automático. Sin embargo, durante la producción o el proceso de investigación y desarrollo, estos instrumentos suelen presentar problemas como mediciones inexactas, grandes desviaciones o retrasos en la respuesta, lo que afecta gravemente la estabilidad del proceso de fermentación y la calidad del producto.

Ante las mediciones inexactas de los medidores de pH y oxígeno disuelto, ¿cómo podemos determinar la causa y tomar medidas efectivas para solucionarlo? Este artículo realizará un análisis detallado desde tres perspectivas: causas comunes, métodos de diagnóstico y estrategias de solución.

I. Fenómenos problemáticos e impactos

Las mediciones inexactas de pH y oxígeno disuelto generalmente se manifiestan como:

• Los valores se desvían significativamente de la situación real (por ejemplo, son bastante diferentes de los resultados de detección fuera de línea);
• La respuesta del sensor es lenta y el cambio numérico se retrasa tras ajustar los parámetros de control.
• salto de señal o gran fluctuación de la lectura;
• La desviación fue evidente en las etapas intermedias y finales del ciclo de fermentación;
• El sistema de control no es capaz de lograr una regulación de retroalimentación precisa.

Entre sus influencias se incluyen:

• pH inexacto → El desequilibrio en el control de la acidez y la alcalinidad del caldo de fermentación conduce a una disminución de la actividad de la cepa y a una reducción de la tasa de conversión de los metabolitos objetivo.
• DO inexacto → Ajuste anormal del volumen de ventilación y la velocidad de agitación, lo que provoca hipoxia o hiperxia, que afecta la respiración celular y el metabolismo energético;
• Distorsión de los datos del proceso → afecta al análisis de las curvas de fermentación y a la evaluación de la estabilidad del lote;
• Esto conlleva a un juicio erróneo del sistema de control y a la aparición de errores de control interconectados.

Sistema de fermentación multietapa MIKEBIO para la producción de hongos comestibles.

II. Causas comunes de la inexactitud de los medidores de pH/OD

1. Contaminación o envejecimiento de los electrodos.

El caldo de fermentación contiene componentes como proteínas, azúcares y subproductos de la fermentación, que tienden a adherirse a la membrana del sensor o al electrodo de referencia, lo que provoca una disminución de la sensibilidad.

El diafragma del electrodo de oxígeno disuelto está contaminado o el electrolito se ha secado;

La respuesta de la película de vidrio del electrodo de pH se ralentiza o se produce una fuga interna de líquido;

El rendimiento del electrodo se deteriora tras un uso prolongado y la señal de salida es inestable.

2. Calibración extemporánea o no estándar

El electrodo no se calibraba periódicamente o el método de calibración era incorrecto;

La solución tampón estándar utilizada para el electrodo de pH ha fallado y se ha contaminado.

El electrodo de oxígeno disuelto no ha sido sometido a una calibración de dos puntos (punto de saturación de aire y punto de oxígeno cero);

Tras la calibración, no se realizó ningún ajuste estático efectivo ni ningún pretratamiento, lo que provocó errores.

3. Ubicación de instalación inadecuada o influencia de agitación

El electrodo no se insertó en la zona que se agitó completamente, lo que dio como resultado un pH o un oxígeno disuelto local desigual.

Las burbujas se adhieren a la superficie de la membrana del electrodo de oxígeno disuelto, provocando un fenómeno de "altura virtual".

El flujo de aire de la paleta agitadora provoca fluctuaciones en la señal.

El electrodo de pH está cubierto de sustancias sólidas (como depósitos bacterianos), lo que provoca una desviación en la lectura.

4. Falló la compensación de temperatura.

La mayoría de los sensores de pH y oxígeno disuelto necesitan ser compensados ​​junto con las sondas de temperatura.

Si la sonda de temperatura está dañada o la señal no está conectada correctamente, se producirá una desviación importante en el valor calculado.

Los cambios drásticos de temperatura (como las anomalías en el sistema de refrigeración) también pueden provocar errores de juicio a corto plazo.

5. Fallo en la conexión del cable o en la carcasa del instrumento.

La línea de señal está vieja y tiene mal contacto.

Entrada de agua y corrosión en las juntas de los instrumentos;

Fallos en los circuitos de los amplificadores y transmisores de instrumentos;

La interferencia electromagnética afecta la estabilidad de las señales.

III. Métodos de diagnóstico y pasos de cribado

• Compare los resultados de detección fuera de línea.

Extraiga muestras del caldo de fermentación cada 4 a 6 horas para medir el pH y el oxígeno disuelto (OD) fuera de línea y compárelas con los valores en línea. Si la desviación supera 0,2 (pH) o 10 % (OD), es necesario determinar si existe algún problema con el sensor.

• Verificación de la calibración de los electrodos

Retire el sensor, calíbrelo y compárelo con soluciones tampón estándar (pH 4,00, 7,00, 10,00). El electrodo de oxígeno disuelto se puede verificar utilizando agua saturada de aire y una solución de sulfito de sodio.

• Observe el estado de la superficie del electrodo.

Compruebe si hay depósitos, adherencia de burbujas, corrosión u otros fenómenos en el cabezal de la membrana, limpie o reemplace el electrodo y, si es necesario, desmóntelo e inspecciónelo.

• Compruebe el canal de compensación de temperatura.

Utilice un multímetro para comprobar si el valor de resistencia de la sonda de temperatura o la señal de salida es normal.

• Autocomprobación del sistema y prueba de la ruta de la señal

Compruebe si el instrumento presenta alarmas o datos anómalos, si la conexión de la línea de señal es firme y si existe algún problema de conexión a tierra del blindaje.

IV. Estrategias de solución y medidas preventivas

1. Calibración y mantenimiento regulares

Electrodo de pH: Calibre al menos una vez por ciclo de fermentación y compruebe la velocidad de respuesta semanalmente después de un uso prolongado.

Electrodo de oxígeno disuelto: Antes de cada lote, se debe realizar una calibración del punto cero y a escala completa, y se debe confirmar que el electrolito y el cabezal de la membrana estén en buenas condiciones.

Sustituya la solución tampón estándar periódicamente para mantenerla fresca.

Limpie la superficie de la membrana utilizando la solución de limpieza de electrodos recomendada por el fabricante (como solución de proteasa, ácido cítrico, etc.).

2. Estandarizar la instalación y el uso.

Asegúrese de que el electrodo esté ubicado en el área donde el líquido esté completamente mezclado;

Evite que la paleta agitadora o las burbujas interfieran con el sensor;

Se recomienda inclinar ligeramente el ángulo de instalación hacia abajo para evitar la acumulación de burbujas.

Humedezca la lámina de vidrio con indicador de pH antes de la instalación y déjela reposar durante 1 hora.

3. Gestión razonable de repuestos y piezas de recambio

Establecer un ciclo de reemplazo de electrodos (por ejemplo, reemplazarlos después de seis meses o 1000 horas de uso);

Sustituya los electrodos envejecidos antes de procesar lotes clave para garantizar la fiabilidad de los datos;

Disponemos de electrodos de repuesto y herramientas de calibración. Sustitúyalos de inmediato en caso de cualquier anomalía.

4. Análisis de tendencias de datos y sistema de alarmas

Registre las curvas históricas de pH/OD utilizando el sistema SCADA o DCS;

Supervise el estado del electrodo mediante la pendiente y la amplitud de la fluctuación;

Configure alarmas de límite superior/inferior para evitar que los procesos anómalos se salgan de control;

Se realizó una validación cruzada multiparamétrica combinando datos como la eficiencia de transferencia de oxígeno y el consumo de solución alcalina.

Sistema de fermentación con biorreactor MIKEBIO de 200-300 L para nutrición vegetal

Conclusión

Los instrumentos de medición de pH y oxígeno disuelto desempeñan un papel crucial en el proceso de fermentación biológica. Cualquier medición inexacta puede provocar la pérdida de control del proceso, fluctuaciones en el producto o incluso el descarte de lotes. Por lo tanto, las empresas y el personal de I+D deben dar gran importancia a la precisión y estabilidad de los sensores en línea.

Mediante la calibración periódica, la operación estandarizada, el mantenimiento oportuno y el monitoreo de datos, se puede minimizar al máximo el error de medición de pH/OD, lo que garantiza la controlabilidad del proceso de fermentación, la fiabilidad de los datos y la estabilidad de los productos. Especialmente en la producción a gran escala o la fermentación de productos biológicos de alto valor, resulta aún más necesario establecer un sistema estandarizado de gestión de instrumentos para garantizar la fiabilidad y la rentabilidad generales del sistema de reacción biológica.

Por otro lado, al elegir un fermentador biorreactorEs necesario encontrar un fabricante confiable, con buena reputación y solidez, para garantizar la calidad del producto. Jiangsu Mike Biotechnology Co., Ltd., fundada en 2008, es una empresa de alta tecnología dedicada a la investigación, desarrollo, producción y venta de equipos de fermentación biológica. Nuestra empresa cuenta con una plataforma piloto de fermentación, que integra inteligencia y automatización, y ha desarrollado un sistema de fermentación avanzado que permite optimizar el proceso de fermentación piloto, gestionar el desarrollo de todos los procesos, desde la producción hasta la separación y purificación del producto final. Además, contamos con una estación de trabajo para médicos y un laboratorio moderno.

Nuestra empresa dispone de una planta de producción estandarizada, con conjuntos completos de equipos y herramientas necesarios para la instalación, que incluyen principalmente una variedad de máquinas herramienta, máquina de soldadura automática por arco de argón, máquina de pulido automática, máquina de corte automática y máquina de detección de defectos, además de más de 60 conjuntos de equipos de producción y prueba. Todo el proceso de producción cumple con los estándares operativos modernos, para brindar a los clientes una calidad más profesional y un mejor soporte técnico.