Que faire si les mesures du pH et de l'oxygène dissous sont inexactes pendant le processus de fermentation biologique ?

En génie de la fermentation biologique, le pH (acidité et alcalinité) et l'oxygène dissous (OD) sont des paramètres clés qui influencent la croissance bactérienne, la synthèse des produits métaboliques et le contrôle du rendement. cuves de fermentation automatisées Ces appareils sont généralement équipés de capteurs de pH et d'oxygène dissous en ligne pour surveiller en temps réel l'environnement de fermentation et permettre un ajustement automatique. Cependant, lors de la production ou de la recherche et développement, ces instruments rencontrent souvent des problèmes tels que des mesures imprécises, une dérive importante ou un temps de réponse trop long, ce qui affecte gravement la stabilité du processus de fermentation et la qualité du produit.

Face à des mesures inexactes du pH-mètre et de l'oxygène dissous, comment en déterminer la cause et y remédier efficacement ? Cet article propose une analyse détaillée sous trois angles : les causes fréquentes, les méthodes de diagnostic et les solutions.

I. Phénomènes problématiques et impacts

Les mesures inexactes du pH et de l'oxygène dissous se manifestent généralement par :

• Les valeurs s'écartent considérablement de la situation réelle (par exemple, elles sont très différentes des résultats de la détection hors ligne) ;
• La réponse du capteur est lente et la modification numérique est en retard après le réglage des paramètres de contrôle.
• Saut de signal ou forte fluctuation de la lecture ;
• La dérive était évidente au milieu et à la fin du cycle de fermentation ;
• Le système de contrôle est incapable d'assurer une régulation précise par rétroaction.

Ses influences comprennent :

• pH inexact → Un déséquilibre dans le contrôle de l'acidité et de l'alcalinité du bouillon de fermentation entraîne une diminution de l'activité de la souche et une réduction du taux de conversion des métabolites cibles.
• DO inexact → Réglage anormal du volume de ventilation et de la vitesse d'agitation, entraînant une hypoxie ou une hyperxie, ce qui affecte la respiration cellulaire et le métabolisme énergétique ;
• Distorsion des données de processus → affecte l'analyse des courbes de fermentation et l'évaluation de la stabilité des lots ;
• Cela conduit à une mauvaise appréciation du système de contrôle et à l'apparition d'erreurs de contrôle imbriquées.

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II. Causes fréquentes d'imprécision des pH-mètres/DO

1. Contamination ou vieillissement des électrodes

Le bouillon de fermentation contient des composants tels que des protéines, des sucres et des sous-produits de fermentation, qui ont tendance à adhérer à la tête de la membrane du capteur ou à l'électrode de référence, ce qui entraîne une diminution de la sensibilité.

Le diaphragme de l'électrode DO est contaminé ou l'électrolyte est desséché ;

La réponse du film de verre de l'électrode de pH ralentit ou il y a une fuite de liquide interne ;

Les performances de l'électrode se détériorent après une utilisation prolongée et le signal de sortie devient instable.

2. Étalonnage inopportun ou non standard

L'électrode n'était pas étalonnée régulièrement ou la méthode d'étalonnage était incorrecte ;

La solution tampon standard utilisée pour l'électrode de pH est défectueuse et a été contaminée.

L'électrode DO n'a pas subi d'étalonnage en deux points (point de saturation en air et point zéro oxygène) ;

Après l'étalonnage, aucun prétraitement ou maintien statique effectif n'a été effectué, ce qui a entraîné des erreurs.

3. Emplacement d'installation inapproprié ou influence de l'agitation

L'électrode n'a pas été insérée dans la zone qui était bien agitée, ce qui a entraîné un pH ou un oxygène dissous local inégal.

Des bulles adhèrent à la surface de la membrane de l'électrode DO, provoquant un phénomène de « hauteur virtuelle ».

Le flux d'air de la palette d'agitation provoque des fluctuations du signal.

L'électrode de pH est recouverte de substances solides (telles que des dépôts bactériens), ce qui provoque une dérive de la mesure.

4. La compensation de température a échoué.

La plupart des capteurs de pH et d'oxygène dissous doivent être compensés conjointement avec des sondes de température.

Si la sonde de température est endommagée ou si le signal n'est pas correctement connecté, cela entraînera un écart important dans la valeur calculée.

Des variations de température importantes (telles que des anomalies dans le système de refroidissement) peuvent également entraîner des erreurs d'appréciation à court terme.

5. Défaillance de la connexion du câble ou du boîtier de l'instrument

La ligne de signalisation est vétuste et le contact est mauvais.

Infiltration d'eau et corrosion au niveau des joints de l'instrument ;

Défauts de circuit des amplificateurs et émetteurs d'instruments ;

Les interférences électromagnétiques affectent la stabilité des signaux.

III. Méthodes de diagnostic et étapes de dépistage

• Comparer les résultats de la détection hors ligne

Prélevez un échantillon du bouillon de fermentation toutes les 4 à 6 heures pour mesurer le pH et l'oxygène dissous hors ligne et comparez les résultats avec les valeurs mesurées en ligne. Si l'écart dépasse 0,2 (pH) ou 10 % (oxygène dissous), il convient de vérifier si le capteur présente un dysfonctionnement.

• vérification de l'étalonnage des électrodes

Retirez le capteur, étalonnez-le et comparez ses résultats avec des solutions tampons standard (pH 4,00, 7,00 et 10,00). L'électrode d'oxygène dissous peut être vérifiée à l'aide d'eau saturée en air et d'une solution de sulfite de sodium.

• Observer l'état de surface de l'électrode

Vérifiez la présence de dépôts, d'adhérence de bulles, de corrosion ou d'autres phénomènes sur la tête de membrane, nettoyez ou remplacez l'électrode, et démontez et inspectez si nécessaire.

• Vérifiez le canal de compensation de température

Utilisez un multimètre pour vérifier si la valeur de résistance de la sonde de température ou le signal de sortie est normal.

• Autotest du système et test du chemin de signal

Vérifiez si l'instrument présente des alarmes ou des données anormales, si la connexion de la ligne de signal est ferme et s'il existe un problème de mise à la terre du blindage.

IV. Stratégies de résolution et mesures préventives

1. Étalonnage et entretien réguliers

Électrode de pH : étalonner au moins une fois par cycle de fermentation et vérifier la vitesse de réponse chaque semaine après une utilisation prolongée.

Électrode DO : un étalonnage du point zéro et de la pleine échelle doit être effectué avant chaque lot, et l’électrolyte et la tête de membrane doivent être vérifiés en bon état.

Remplacez régulièrement la solution tampon standard pour la maintenir fraîche.

Nettoyer la surface de la membrane à l'aide de la solution de nettoyage d'électrodes recommandée par le fabricant (telle qu'une solution de protéase, de l'acide citrique, etc.).

2. Standardiser l'installation et l'utilisation

Veillez à ce que l'électrode soit placée dans la zone où le liquide est parfaitement mélangé ;

Empêcher la palette de brassage ou les bulles d'interférer avec le capteur ;

Il est recommandé d'incliner légèrement l'angle d'installation vers le bas afin d'éviter l'accumulation de bulles.

Humidifiez le film de verre pH avant l'installation et laissez-le reposer pendant 1 heure.

3. Gestion raisonnable des pièces de rechange et des remplacements

Établir un cycle de remplacement des électrodes (par exemple, un remplacement après six mois ou 1 000 heures d’utilisation) ;

Remplacez les électrodes usées avant les lots importants afin de garantir des données fiables ;

Des électrodes de rechange et des outils d'étalonnage sont disponibles. Remplacez-les immédiatement en cas d'anomalie.

4. Système d'analyse des tendances des données et d'alarme

Enregistrez les courbes historiques pH/DO à l'aide du système SCADA ou DCS ;

Surveiller l'état des électrodes par la pente et l'amplitude des fluctuations ;

Configurez des alarmes de limite haute/basse pour empêcher les processus anormaux de devenir incontrôlables ;

Une validation croisée multiparamètre a été réalisée en combinant des données telles que l'efficacité du transfert d'oxygène et la consommation de solution alcaline.

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Conclusion

Les instruments de mesure du pH et de l'oxygène dissous jouent un rôle crucial dans le processus de fermentation biologique. Toute mesure inexacte peut entraîner une perte de contrôle du processus, des fluctuations du produit, voire la mise au rebut d'un lot. Par conséquent, les entreprises et les équipes de recherche et développement doivent accorder une grande importance à la précision et à la stabilité des capteurs en ligne.

Grâce à un étalonnage régulier, un fonctionnement standardisé, une maintenance opportune et un suivi des données, l'erreur de mesure du pH/oxygène dissous peut être minimisée au maximum, garantissant ainsi la maîtrise du processus de fermentation, la fiabilité des données et la stabilité des produits. Dans le cadre d'une production à grande échelle ou de la fermentation de produits biologiques à haute valeur ajoutée, il est d'autant plus indispensable de mettre en place un système de gestion standardisé des instruments afin d'assurer la fiabilité et la rentabilité globales du système de réaction biologique.

En revanche, lors du choix d'un fermenteur de bioréacteurIl est donc nécessaire de trouver un fabricant régulier, réputé et solide, afin de garantir la qualité du produit. Jiangsu Mike Biotechnology Co., Ltd., fondée en 2008, est une entreprise de haute technologie spécialisée dans la recherche, le développement, la production et la vente d'équipements de fermentation biologique. Notre société dispose d'une plateforme de fermentation pilote, intégrant intelligence et automatisation, et a mis en place un système de fermentation performant permettant l'optimisation du processus de fermentation pilote, la mise en service et le développement de l'ensemble des étapes, de la production pilote à la séparation et la purification du produit de fermentation, ainsi que la mise en place d'un poste de travail dédié et d'un laboratoire moderne.

Notre entreprise dispose d'une usine de production standardisée, dotée de l'ensemble des équipements et outils nécessaires à l'installation, comprenant principalement une variété de machines-outils, une machine de soudage automatique à l'arc sous argon, une polisseuse automatique, une machine de découpe automatique et une machine de détection des défauts, ainsi que plus de 60 autres équipements de production et de test. Le processus de production est entièrement conforme aux normes modernes, afin d'offrir aux clients une qualité et un support technique plus professionnels.