為了使微生物能在最適合的ph值范圍內(nèi)繁育生長(zhǎng)，最終合成目標(biāo)代謝產(chǎn)物，需要嚴(yán)格把控發(fā)酵中的ph數(shù)值。因此，快速準(zhǔn)確的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)值變化，和及時(shí)調(diào)控pH值成為了發(fā)酵最終成敗的關(guān)鍵因素之一。
那么如何在發(fā)酵過(guò)程中，調(diào)控實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐的pH數(shù)值呢？
首先在發(fā)酵過(guò)程中的pH電極會(huì)不斷測(cè)量，以確定發(fā)酵液中的pH值。
pH測(cè)量屬于原電池系統(tǒng)，它的存在是為了使化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，電池正負(fù)極的電壓被叫做電極電位。而電極電位則是由測(cè)量電極（也可稱(chēng)指示電極）和參比電極這兩個(gè)半電池組成（具體見(jiàn)下圖）。
pH電極是基于能斯特方程原理來(lái)測(cè)量酸堿度。pH值與電極的電動(dòng)勢(shì)一般是呈直線(xiàn)關(guān)系，通常用標(biāo)準(zhǔn)緩沖液和被測(cè)溶液來(lái)進(jìn)行標(biāo)定。
而pH的slope，即電極響應(yīng)斜率，是指pH電極把電極的毫伏（mV）信號(hào)轉(zhuǎn)換為pH值。由于參比電極電勢(shì)穩(wěn)定，所以該電動(dòng)勢(shì)是與被測(cè)溶液的氫離子活度有關(guān)，最終通過(guò)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)量的電壓差值，除以標(biāo)準(zhǔn)緩沖液差值所得pH值。
以霍爾斯（HOLVES）實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐為例，pH電極測(cè)定完數(shù)值后，結(jié)果會(huì)直接反饋給HF-Control V2.2控制系統(tǒng)，系統(tǒng)則會(huì)根據(jù)原先設(shè)定數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)補(bǔ)料等操作，將罐內(nèi)pH值控制在最佳范圍內(nèi)。
pH控制主要依靠ACID泵和BASE泵來(lái)進(jìn)行加酸加堿的工作操作。
對(duì)于蠕動(dòng)泵由PID控制：
①在pH值高于所設(shè)定值的情況下，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)ACID泵加酸，直到達(dá)到設(shè)定值；
②反之，在pH值小于所設(shè)定值時(shí)，則會(huì)啟動(dòng)BASE泵進(jìn)行加堿調(diào)整
以上過(guò)程可能會(huì)因?yàn)椴糠忠蛩赜绊懀鴮?dǎo)致遲延，故數(shù)值越接近設(shè)定值時(shí)，泵速越需要減緩，直至調(diào)節(jié)死區(qū)，死區(qū)意味著可自由調(diào)節(jié)數(shù)值。
③此外某些情況下還會(huì)通過(guò)補(bǔ)料的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)發(fā)酵罐內(nèi)的ph值超過(guò)了最適值，就意味菌群狀況表現(xiàn)為饑餓，這時(shí)可以啟動(dòng)FEED泵進(jìn)行補(bǔ)料調(diào)節(jié)。
以上就是實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐在發(fā)酵過(guò)程中針對(duì)pH值的調(diào)控，持續(xù)關(guān)注霍爾斯（HOLVES），下一篇會(huì)為大家繼續(xù)講解關(guān)于溶氧的控制。
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