在生物發(fā)酵過(guò)程中，pH值是影響微生物生長(zhǎng)、代謝產(chǎn)物合成和工藝穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)之一。發(fā)酵過(guò)程pH電極作為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)pH的核心傳感器，其測(cè)量精度與響應(yīng)速度直接關(guān)系到發(fā)酵過(guò)程的控制效果。然而，發(fā)酵環(huán)境復(fù)雜(高溫、高壓、高黏度、含蛋白和細(xì)胞碎片)，極易導(dǎo)致電極性能下降。掌握以下幾點(diǎn)關(guān)鍵知識(shí)，可顯著提升pH電極的使用效果與壽命。
1.選擇專用發(fā)酵電極
普通pH電極難以承受發(fā)酵罐的滅菌條件。應(yīng)選用高壓滅菌型pH電極，其外殼為耐高溫材料(如PEEK或玻璃)，參比系統(tǒng)設(shè)計(jì)可耐受121℃、30分鐘以上的蒸汽滅菌。
2.正確安裝位置與角度
電極應(yīng)安裝在發(fā)酵罐內(nèi)液體湍流區(qū)(如靠近攪拌槳出口)，避免靠近罐壁或液面。安裝角度建議為45°-60°斜向下，防止氣泡附著在敏感膜上影響測(cè)量。
3.滅菌前后的操作規(guī)范
滅菌前，確認(rèn)電極已正確安裝，電纜接口密封良好。滅菌后，待罐內(nèi)溫度降至40℃以下再通電使用，防止熱沖擊損壞敏感膜。
4.定期校準(zhǔn)至關(guān)重要
每次發(fā)酵批次開(kāi)始前，必須在體外使用標(biāo)準(zhǔn)緩沖液進(jìn)行校準(zhǔn)。若發(fā)酵周期長(zhǎng)(如7-14天)，建議中途進(jìn)行在線校準(zhǔn)或驗(yàn)證。
5.防止污染與堵塞
發(fā)酵液中的蛋白質(zhì)、細(xì)胞碎片易堵塞參比液接界，導(dǎo)致電位漂移。選用開(kāi)放式或大孔徑液接界設(shè)計(jì)的電極，可減少堵塞風(fēng)險(xiǎn)。必要時(shí)可加裝自動(dòng)清洗裝置(如定時(shí)噴淋)。
6.合理存儲(chǔ)
批次結(jié)束后，電極應(yīng)拆下清洗，用去離子水沖洗干凈，浸泡在pH 4.01或電極專用儲(chǔ)存液中，嚴(yán)禁干放。
7.監(jiān)測(cè)電極性能指標(biāo)
關(guān)注電極的零點(diǎn)(pH 7時(shí)mV值)和斜率(每pH單位mV變化)，正常斜率應(yīng)在54-60 mV/pH(25℃)。若斜率低于50 mV/pH或響應(yīng)時(shí)間超過(guò)2分鐘，表明電極老化，需更換。
8.避免機(jī)械損傷
安裝和清洗時(shí)避免碰撞攪拌槳或罐壁，防止玻璃膜破裂。
通過(guò)理解并實(shí)踐上述要點(diǎn)，可較大限度發(fā)揮發(fā)酵過(guò)程pH電極在發(fā)酵過(guò)程中的監(jiān)測(cè)效能，確保數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，為精準(zhǔn)控制發(fā)酵工藝、提高產(chǎn)物收率提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
