檸檬酸生產中的質量控制

本文介紹了工業發酵生產檸檬酸過程中，光學氧在線檢測系統的重要作用。該系統可對發酵過程中的溶解氧濃度進行在線實時測量，根據發酵不同時期溶氧的需求不同進行有效調節控制，避免了因溶氧低出現的發酵異常情況和能源的浪費。同時，能夠達到優化生產、提高生產效率的目的。

檸檬酸是一種有機弱酸，其總產量約60%用于食品工業，可作為酸味劑、增溶劑、抗氧化劑、除腥脫臭劑。同時，檸檬酸還是許多化學產品的合成原料，如檸檬酸的酯類，作為無毒增塑劑用來制造食品包裝用薄膜；在醫藥行業，檸檬酸常作為藥品的合成原料、補血劑、輸血劑和酸化劑等；在化工領域中，檸檬酸鈉常用作無公害洗滌劑的助劑，以代替造成公害的三聚磷酸鈉；檸檬酸銨鹽則大量應用于染料工業。當前，檸檬酸主要是通過微生物發酵來生產，其總產量近百萬t。

發酵過程中的溶解氧

工業發酵生產檸檬酸的主要菌種為黑曲霉。黑曲霉是利用糖類發酵生成檸檬酸，其生物合成途徑普遍認為是：葡萄糖經EMP、HMP途徑降解生成丙酮酸，丙酮酸一方面氧化脫羧生成乙酰CoA，另一方面CO2固定化反應生成草酰乙酸，草酰乙酸與CoA縮合生成檸檬酸。因此，溶解氧是黑曲霉發酵生產檸檬酸過程控制中的重要參數之一，溶解氧的大小對菌體生長和產物的形成及產量都會產生不同的影響，在發酵過程中溶解氧的變化和過程操作直接相關。

由于氧在水、發酵液的溶解度都很小,黑曲霉發酵檸檬酸的過程中,氧的需求量先增大后減小；隨著發酵的進行,營養物質消耗,黑曲霉的代謝逐漸變慢，氧需求量也減小；在產酸期則需注意不能斷氧,因為即便是斷氧時間很短也會造成產量大幅降低；而在產酸后期，過高的通風量又會造成能源浪費且會降低發酵液中CO2的濃度，影響CO2固定反應。因此檸檬酸發酵與其他好氧性發酵一樣,控制發酵液中的溶解氧濃度至關重要,由此，對溶解氧的在線測量就顯得尤為重要，這也是在發酵過程中實現自動控制的前提條件之一。

發酵中的光學氧在線檢測

過去溶氧的控制方法比較傳統，即在通風管道上安裝氣體流量計，根據經驗對發酵過程中的不同階段通過改變通風量、攪拌轉速等進行模糊控制。

由于流量計自身的誤差大且不穩定性等因素，很難對發酵罐中溶解氧進行有效控制。因此，工作中為保證溶解氧濃度而增大通風量、提高攪拌轉速和罐壓等操作，會造成能源的浪費，同時也難以保證最終的發酵效果。

自2008年起，魯信金禾生化有限公司在發酵工段安裝使用梅特勒-托利多在線溶解氧檢測系統，對發酵過程中的溶解氧濃度進行在線實時測量，并根據發酵不同時期溶氧的需求不同進行有效調控，避免了因溶氧低出現的發酵異常情況和能源浪費。

通常情況下，通風量、攪拌轉速及罐壓是決定培養基內溶解氧濃度的最基本條件，這些過程變量的操作和溶解氧實時監測息息相關。如增大通風量可以使溶氧在一定范圍增大,但也會造成動力的浪費；增大轉速能使溶氧增大,但隨之增大的剪切力對菌種的影響也不容忽視,同時也造成能源的浪費；增大罐壓也可使溶氧增大,但也會導致CO2分壓增大,影響有氧呼吸。應用在線溶解氧檢測設備幫助調節上述過程操作，可達到優化生產提高生產效率的目的。

由于光學氧傳感器漂移小，其穩定性遠遠優于極譜氧探頭。對規模化生產的生物發酵企業來說，批次間的準備時間越少，意味著產量越大，經濟效益越高。使用在線溶氧檢測系統，能對因溶氧濃度導致的異常發酵罐批次做到提前預防，最大限度地降低了異常罐批次的出現，適時調整通風量，在保證生產正常的情況下節約能源。

生產過程的溶氧測量

光學溶氧電極InPro 6860i

InPro6860i 傳感器設定了生物過程控制的新標準：測量精度高，信號穩定，響應時間短。同時，光學原理及衛生型設計降低了污染風險并且無需進行預先極化。

多溶氧變送器M 400

M 400多溶氧變送器系列可提供全套ISM功能，即高級診斷和“即插即測”功能。M 400是一種單通道(混合模式輸入)設備，可接入常規模擬傳感器或ISM傳感器。性能優異的M 400變送器可以滿足嚴格的應用要求。

固定式護套InFit761e

InFit761e系列護套因其配置和過程連接的選擇多樣性，是INGOLD產品系列中使用最多的護套之一，針對制藥行業極高的衛生要求，InFit761e可提供316L不銹鋼配置(符合EHEDG和3-A標準)，并具有N5/Ra16的表面光潔度，可滿足最嚴格的法規準則。

小結

本文介紹了光學氧在線檢測系統在檸檬酸發酵中的應用，應用該系統，可對發酵過程中的溶解氧濃度進行在線實時測量，并根據發酵不同時期溶氧的需求不同進行有效調節控制，達到優化生產、提高生產效率的目的。