发酵过程的即时溶解氧监测

科技事方案说 2024-04-02 06:40:43

发酵制程的效率高度依赖于制程条件的准确性,只有在稳定受控的条件下,微生物的繁殖和收获才能达到最佳成效。因此需要安装一套成熟可靠的系统来采集生物反应器内的资讯。在这些资讯当中最重要的参数就是pH 和溶解氧,他们必须被精确地控制和记录。

专注于GMP/GLP要求,提供最齐全的符合生命科学行业标准的仪表。并且专注于GMP/GLP要求、完全符合行业规范,例如USP、ASME/BPE...等,包含材质、内外表面粗糙度、过程连接等)。为此我们确保所提供的仪表,能够在最严苛的过程条件和灭菌环境下使用,且拥有法规规定的所有文档,这些对于防止染菌,保证产品质量十分关键。另外,我们使用开放的通信协定,可以无缝集成到所有主要的DCS和AMS系统中。

溶氧(Dissolved Oxygen) 是好氧微生物生长及合成代谢产物所必需的,但这并不意味着溶氧的浓度愈高愈好,溶氧浓度过高有时反而会抑制目标产品的形成。研究指出,发酵需氧量主要与产物的合成途径有关,可参考下方案例分享:因此,线上即时溶氧测量不但对电极的卫生型设计和测量原理有特殊要求,更重要的是电极在反应器中必须能够快速即时的响应,并且稳定的反映发酵液中的溶氧浓度,尽可能不受到充气过程中气泡和搅拌带来的影响。以典型的好氧发酵为例:

发酵前期。此为微生物对数生长期,菌体大量繁殖,菌体浓度不断上升,耗氧量不断增加,溶解氧浓度明显下降。在对数生长期后,菌体耗氧量有所减少,溶解氧浓度维持平稳或小幅上升后,开始形成产物。发酵中后期菌体唿吸强度趋于平稳,如果不补料、补糖或改变供氧量,溶解氧浓度几乎没有变化。如果此时补充碳源或者糖份,发酵液对溶氧的消耗量会产生变化,应随补料时的菌龄、补料的种类和补料量,对溶氧的浓度和维持时间进行控制,以达到新的平衡,不然会抑制目标产物的生成。发酵后期随着菌体衰老、唿吸强度减弱和菌体的自溶,溶氧浓度逐渐小幅升高,直至发酵结束。专门为发酵过程研发的萤光法溶氧电极,更高的稳定性以及更快的回应速度(t90<10秒;t98<20秒),采用萤光淬灭法测量原理,相较传统的电化学法电极,将不需要长时间的极化,且不需要频繁维护更换的覆膜帽、阴极和电解液。电极在浸入在介质中时,介质和萤光层之间迅速建立氧分压平衡。电极光学元件向萤光层发出橙色光脉冲讯号, 激发深红色萤光。而回应信号的衰减时间和强度,与氧浓度和氧分压直接相关。内建的参比LED光源,则会对测量LED光源老化进行补偿,保证整个生产批次的测量值都是可靠有效的。

独特的防气泡聚集型萤光帽,萤光帽盖包含了萤光层、光学隔离层和保护层以及载板:氧敏感分子集成在光学活性层(萤光层)中,针对不同的应用制程有以下两种截然不同的种类,防气泡聚集的萤光帽盖,和防磨损的萤光帽盖。其中萤光帽通过将萤光层均匀地涂布在预拉伸凸起的载板上,从而使气泡在接触膜片表面时顺膜片边缘光滑地脱离萤光帽盖,减少气泡对测量值产生的干扰与波动。

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