耐高壓防腐蝕溶解氧電極在工業(yè)發(fā)酵過程中的應(yīng)用
上海儀器網(wǎng) / 2025-12-10
工業(yè)發(fā)酵作為生物制藥、食品添加劑、生物能源等領(lǐng)域的核心環(huán)節(jié)，其過程穩(wěn)定性直接決定產(chǎn)物產(chǎn)量與品質(zhì)。溶解氧（DO）是微生物代謝的關(guān)鍵環(huán)境因子，需維持在精準(zhǔn)區(qū)間才能保障菌體增殖與產(chǎn)物合成。而工業(yè)發(fā)酵常面臨高壓（0.3-1.0MPa）、強(qiáng)腐蝕（酸堿體系、有機(jī)溶劑）的嚴(yán)苛工況，傳統(tǒng)溶解氧電極易出現(xiàn)膜破損、信號漂移、壽命縮短等問題。耐高壓防腐蝕溶解氧電極憑借特殊材質(zhì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成為工業(yè)發(fā)酵過程精準(zhǔn)控氧的核心支撐設(shè)備，以下從技術(shù)特性、應(yīng)用邏輯、實(shí)操要點(diǎn)三方面詳解其應(yīng)用價(jià)值。?
耐高壓防腐蝕溶解氧電極的核心技術(shù)突破，在于適配工業(yè)發(fā)酵的極端工況。電極外殼采用哈氏合金或鈦合金材質(zhì)，可抵御酸堿鹽溶液、有機(jī)溶劑的長期侵蝕，兼容 pH 值 1-14 的寬范圍發(fā)酵體系；膜組件選用聚偏氟乙烯（PVDF）復(fù)合透氣膜，搭配特種橡膠密封圈，能承受 1.6MPa 以內(nèi)的高壓環(huán)境，避免氣體泄漏與膜結(jié)構(gòu)破損。內(nèi)部采用極譜型傳感器與固態(tài)電解質(zhì)設(shè)計(jì)，不僅將響應(yīng)時(shí)間壓縮至≤2 秒，還能將長期使用的零點(diǎn)漂移控制在 ±0.03mg/L，使用壽命延長至 12-18 個月，是傳統(tǒng)電極的 2 倍以上。同時(shí)，電極具備高溫適配性（-10℃-130℃），可耐受發(fā)酵過程中的滅菌高溫（121℃），無需拆卸即可完成原位滅菌，避免污染風(fēng)險(xiǎn)。?
在工業(yè)發(fā)酵過程中，該電極通過 “精準(zhǔn)監(jiān)測 - 動態(tài)調(diào)控 - 穩(wěn)定產(chǎn)率” 的閉環(huán)模式發(fā)揮核心作用。安裝部署階段，根據(jù)發(fā)酵罐規(guī)格（10-100m³），在罐身中下部布設(shè) 1-2 個電極，采用法蘭式密封安裝，確保高壓環(huán)境下的密封性；針對分批發(fā)酵與連續(xù)發(fā)酵的不同需求，可選擇在線插入式或流通式安裝方式，適配不同工藝布局。過程控制階段，電極實(shí)時(shí)傳輸溶解氧數(shù)據(jù)（精度 ±0.05mg/L）至發(fā)酵控制系統(tǒng)，當(dāng) DO 值低于臨界閾值（如抗生素發(fā)酵需維持 2-5mg/L）時(shí)，系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速、通氣量或補(bǔ)料速率，提升氧傳遞效率；當(dāng) DO 值過高時(shí)，聯(lián)動降低通氣量，避免能源浪費(fèi)與菌體代謝紊亂。例如在青霉素發(fā)酵過程中，通過電極精準(zhǔn)控制 DO 值在 3-4mg/L，可促進(jìn)菌體生長與抗生素合成，產(chǎn)物產(chǎn)量提升 8%-12%。?
應(yīng)用過程中需把握三項(xiàng)關(guān)鍵要點(diǎn)。一是滅菌適配，選擇支持原位蒸汽滅菌（SIP）的型號，滅菌前需關(guān)閉電極信號輸出，避免高溫?fù)p壞傳感器；二是校準(zhǔn)維護(hù)，發(fā)酵批次間隔期用標(biāo)準(zhǔn)氧飽和溶液校準(zhǔn)，每 3 個月檢查電極膜完整性與電解質(zhì)狀態(tài)，確保數(shù)據(jù)精準(zhǔn)；三是工藝適配，針對厭氧發(fā)酵（如乙醇發(fā)酵）需監(jiān)測低氧濃度（0.1-0.5mg/L）的場景，選擇高靈敏度型號；針對好氧發(fā)酵（如氨基酸發(fā)酵），需搭配氧傳遞系數(shù)（KLa）優(yōu)化，實(shí)現(xiàn) DO 值的動態(tài)平衡。某生物制藥企業(yè)的應(yīng)用案例顯示，采用該類型電極后，發(fā)酵過程 DO 值波動范圍控制在 ±0.2mg/L，產(chǎn)物批間差異縮小 10%，電極更換頻率從每 3 個月 1 次降至每 12 個月 1 次，綜合運(yùn)營成本降低 15%。?
耐高壓防腐蝕溶解氧電極通過適配工業(yè)發(fā)酵的嚴(yán)苛環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了溶解氧的精準(zhǔn)、穩(wěn)定監(jiān)測，為發(fā)酵過程的智能化調(diào)控提供了可靠數(shù)據(jù)支撐。在生物制造行業(yè)向高效、綠色、智能化轉(zhuǎn)型的趨勢下，其不僅能提升發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量與穩(wěn)定性，更能降低設(shè)備維護(hù)成本與污染風(fēng)險(xiǎn)，為工業(yè)發(fā)酵行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展注入技術(shù)動力。
