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生物工程 生物技术专业英语课文翻译 完整版
导读：生物反应器的性质受到发酵液流变性质的影响，也需要严格的制造技术，一些消泡剂可以被微生物所代谢，由于生物工程中要求严格灭菌，溶氧测定探头的出现对我们理解生物反应器的性质起到非常重要的作用，好氧微生物的培养中氧的重要性已经在前面的章节中讨论过，所有从事生物工程专业的学生应该对氧气传输的基础只是有所了解，是通常，将它们放入保护套中，这将增加它们的反应时间为5s～10s。7.6.2热敏电阻热敏电阻是由
是通常，将它们放入保护套中，这将增加它们的反应时间为5s～10s。
7.6.2 热敏电阻
热敏电阻是由半导体制成的，半导体的导电率随温度的增加而增加。当与热源接触良好时，它们的反应时间在1s数量级。将它们放入保护套中也会增加它们的反应时间。
热敏电阻非常敏感，但是输出结果并非完全现行。对温度的微小变化就会产生很大的变化，热敏电阻适应于有限的温度范围，在这个温度范围内，热敏电阻对温度的反应是呈线性变化的。热敏电阻的价格也是相对比较昂贵的。
7.7流变学测定
粘滞性，流体流动所受到的阻力，可以用来表征液体流变学的特性，这是一个非常重要却有容易被忽略的过程参数。生物反应器的性质受到发酵液流变性质的影响，因此，能够快速准确地测定液体流变学性质的仪表非常重要。
液体的粘滞性由剪切力－剪切率决定，如图7.6所示，不同类型的液体有着各自特定的曲线。如果液体是牛顿液体，粘滞性等于直线的斜率，因此这种液体有着恒定的流变性质。这种情况并不适用于其它类型的液体，这些液体的粘滞性随着剪切率的改变而变化，这就决定所测定的粘滞性要说明是在剪切率是多少的情况下得到的。通常，发酵罐搅拌桨附近的区域的剪切率是形同的，但是要描述剪切率随着距离搅拌桨的距离而变化是很困难的。
遗憾的是，出来极少数情况之外，流变学参数的测定都是脱机方式的，图
7.7（a）～（e）说明最常用的粘度计。
7.7.1管式粘度计
管式粘度计有两种。在毛细管式粘度计中，液体在重力作用下通过已知直径的细管，一定体积的液体通过细管的时间与液体的粘滞性有关，一般采用纯水的粘滞性作为参考。
在第二种管式粘度计中，液体通过泵的作用在一定的流变条件下通过细管，固定管长中液体的压力与粘滞性有关，并且这个压力可以测定。
7.7.2锥盘粘度计
液体位于转动的圆锥和固定的圆盘之间。如果圆锥和圆盘之间的角度小于4度，边缘效应就可以忽略，液体的剪切率是相等的，因此，剪切压力和粘滞性可
以计算出来。这种仪表有着较为复杂的构造，制作圆锥和装配需要高度的技巧。它不适用于带有细胞沉淀和菌丝体的液体。
7.7.3同心圆圆桶式
同心圆式粘度计，也叫杯锤粘度计，也是广泛应用的粘度计。液体位于圆筒之间的空隙中，当一个圆筒固定，另一个转动时，就会产生剪切力。第二个圆筒的扭矩和粘滞性有关。这些粘度计如果读数结果可信，也需要严格的制造技术。
杯锤粘度计非常适用于作为牛顿液体的发酵液，并且制造商通过设置修定方式，可以使这种粘度计测定含有菌丝体或其它高粘度物质的液体。但是，存在的问题就是固体颗粒可能堵塞圆筒的空隙或者使桶壁之间发生滑动，这些都将导致读数不正确。
7.8泡沫控制
在发酵过程中产生泡沫会导致一系列严重的问题。如果泡沫产生，它有可能使滤膜堵塞，产生污染或者降低产量。遗憾的是，多数发酵过程中，培养基中会产生泡沫，可以通过化学或机械的方法消除它。
最简单的机械除泡装置是，在发酵液面的搅拌杆上安装一个搅拌桨。很多提供分离设备的制造商也提供特殊设计的搅拌桨。它们通常可以良好的控制泡沫的生成，但是这会导致额外的动力消耗而造成成本上升。
通常，使用一个简单的化学除泡设备就可以实现泡沫的控制，该设备中有化学的消泡剂。自动的除泡系统设有位于发酵液之下的探头。探头是由不锈钢制成，外面涂有一层特氟隆，但是将顶端露出。当泡沫接触探头的顶端，探头就被激活，信号将被产送给控制系统，导致添加消泡剂或增加通气量。消泡剂进入发酵罐后，将泡沫消除，这会导致泡沫离开探头的顶端，回路被切断。
添加适当数量的消泡剂很重要，太多的消泡剂将会使气体产生减少，因此影响氧气的传送率，并使产物回收困难。由于在控制系统被激活和泡沫消除之间总是有一定的时间延迟，因此考虑到这个时间延迟防治添加过多的消泡剂十分重要。可以改变探头的灵敏度以避免发酵液中飞溅的液体激活探头。
在市场上有很多类型的消泡剂，包括天然油脂，高级醇，硅油和石蜡等。一些消泡剂可以被微生物所代谢，因此可以将该消泡剂作为额外的碳源定时添加，可以提高以单一碳源作为培养基的培养效率。
7.9 pH探头
外部的pH值对细胞内部的pH几乎没有影响，但是它可以分解底物以及底物通过细胞壁进入细胞，而且细胞产物的分泌也会受到环境pH的影响。pH对生长速度的影响已经众所周知，很明显，pH是非常重要的过程参数。
pH用来表示氢离子活性，定义为pH＝－logα+可以通过能斯特方程来计H，
算pH，pH值与温度有关。因此，pH探头的结果随着温度的改变而变化，因此在控制系统中设定适当的温度补偿是很重要的。
探头连有带有参考电极的玻璃电极，现在已经应用广泛。由于生物工程中要求严格灭菌，可用蒸汽灭菌的探头越来越受到欢迎。然而，这种探头的一个缺点是多次灭菌会影响探头的性质。pH敏感的玻璃尖端非常脆弱，并且价格不菲。但是，现在很多新进入市场的制造商已经推出可以与大多数pH计兼容的具有合理价格的探头。市场上已经有许多优秀的pH计，可以用来控制pH值。重要的是能够调节控制系统的反应时间和灵敏度，因为在pH计中存储的酸或碱对所有的发酵成分都起作用。
7.10 氧化还原电势探头
现在认为氧化还原电势与pH或溶氧量相比，能够更好的说明发酵的状态。现在市场上已经有许多可以蒸汽灭菌的氧化还原电势探头，大多数pH计的制造商一般也提供氧化还原电视探头。氧化还原电势在发酵工业中应用较少的一个原因是，对结果说明比较困难，因为溶解氧和氧化还原状态都会影响探头的输出结果。
7.11溶氧测定探头
我们已经在第四章中讨论了发酵过程中溶解氧所起的关键作用。因此，溶氧测定探头的出现对我们理解生物反应器的性质起到非常重要的作用。
溶氧测定探头由带有不锈钢或玻璃套的电极组成，里面装有适当的电解质，为了将电极和电解质同发酵液隔开，探头外面覆盖着一层膜。氧气通过膜渗透进入，在阴极发生氧化反应，这将产生电流，该电流可以转换成氧气的含量。溶氧测定探头的结构间图7.8。
7.12 酶测定探头
发酵过程中计算机应用的一个主要困难是缺少能够直接提供培养状态信息
的探头。近年来，在设计离子选择电极方面已经取得了长足的进步，但是，至今为止，这些针对都是无机离子的，很少在发酵过程中有直接的应用。然而，反应迅速、准确的离子选择电极已经在酶测定探头制造中和和高度灵敏和选择性的酶反应想结合。
将酶固定化在探头的表面，类似与溶氧测定探头或pH电极类似。图7.11说明了其原理。待分析的底物渗透进入酶分子层，选择适当的电极，保证它可以与酶反应中的反应物或产物相呼应。
7.13气体分析
7.13.1氧气分析仪
好氧微生物的培养中氧的重要性已经在前面的章节中讨论过。所有从事生物工程专业的学生应该对氧气传输的基础只是有所了解。氧气通过通气供应，在各种输入蒸汽中的溶解氧也可以提供氧气。通常，后者可以被忽略，因此为我们认为系统中输入蒸汽和输出蒸汽中的氧气量是相等的。通常系统中的氧气含量通过气体分析仪器测定。
在实际应用中广泛采用顺磁氧气分析仪。顺磁性是由分子中的不成对电子造成的。氧气中有两个不成对的电子，因此具有较强的顺磁性。与氧气相比，发酵过程中常见的气体激活没有顺磁性，如表7.4所示。因此，这种性质可以选择性的用于氧气的分析。
最常用的分析仪是磁风分析仪和偏转分析仪。在前者中，气体进入装有加热元件的小室，小室位于磁场中，因此，会对氧分子有吸引。当气体接近电阻丝时，氧气被加热，导致顺磁性的损失。冷却的氧气也会被磁场吸引，在通过小室时，产生磁风。电阻丝是惠斯通桥的一种，当由于气体造成的热损失，电阻丝的电阻会产生变化，造成惠斯通桥的不平衡。不平衡与气体中氧气含量呈比例关系。
这类分析仪对气体的成分和压力非常敏感。前者的主要问题是有水的存在，在正常的发酵条件下，气体成分是相对恒定的。水蒸气会影响分析仪的读数，使气体测定的含量低于实际含量。这种误差可以通过加入较为干燥的气体来克服。气压1％的变化将导致氧气含量读数的显著变化。在小规模操作中，氧气含量非常低，氧气分析仪将在近似压力为零的条件下工作，用19％～21％的氧气加以校正。
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