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發(fā)酵罐排氣口氣體檢測

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發(fā)布時間：2025-07-25 08:49:03 更新時間：2025-07-24 22:16:14

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

發(fā)酵罐排氣口氣體檢測的重要性與背景介紹

發(fā)酵罐排氣口氣體檢測是生物制藥、食品發(fā)酵和工業(yè)微生物培養(yǎng)過程中的關(guān)鍵質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。作為發(fā)酵過程的重要監(jiān)控手段，排氣氣體分析能夠?qū)崟r反映微生物代謝狀態(tài)、底物消耗速率以及產(chǎn)物生成情況。通過監(jiān)測O?、CO?、揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)等關(guān)鍵氣體組分，操作人員可以準(zhǔn)確判斷發(fā)酵進(jìn)程、優(yōu)化工藝參數(shù)、預(yù)防代謝異常，從而提高產(chǎn)物得率和保證批次一致性。在GMP生產(chǎn)環(huán)境中，排氣檢測還具有驗證發(fā)酵系統(tǒng)密封性、防止交叉污染的重要功能。隨著PAT(過程分析技術(shù))理念的推廣，現(xiàn)代發(fā)酵工藝已將在線氣體檢測作為實現(xiàn)過程控制的核心技術(shù)之一。

主要檢測項目與范圍

發(fā)酵排氣檢測主要包括以下核心參數(shù)：1)氧氣濃度(通常為0-25%范圍)，反映微生物耗氧速率；2)二氧化碳濃度(0-20%)，表征代謝活性；3)揮發(fā)性代謝產(chǎn)物如乙醇、乙酸等；4)壓力波動監(jiān)測；5)無菌空氣系統(tǒng)的完整性驗證。針對特殊發(fā)酵類型還需檢測NH?、H?S等特征氣體。檢測頻率應(yīng)根據(jù)工藝要求設(shè)定，連續(xù)發(fā)酵需實時監(jiān)測，批次發(fā)酵建議每分鐘采集1-2個數(shù)據(jù)點。

檢測儀器與設(shè)備

主流檢測設(shè)備包括：1)紅外線氣體分析儀(NDIR)用于CO?測量，精度可達(dá)±0.1%；2)順磁氧分析儀測量O?，響應(yīng)時間<5秒；3)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)用于VOCs定性定量分析；4)在線質(zhì)譜儀可實現(xiàn)多組分同步監(jiān)測；5)熱導(dǎo)檢測器(TCD)適用于H?等無機(jī)氣體。配套系統(tǒng)需包含氣體預(yù)處理單元(除濕、除塵)、校準(zhǔn)氣源(含N?零點氣和標(biāo)準(zhǔn)混合氣)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等?，F(xiàn)代設(shè)備通常集成PID控制模塊實現(xiàn)與發(fā)酵系統(tǒng)的閉環(huán)控制。

標(biāo)準(zhǔn)檢測方法與流程

標(biāo)準(zhǔn)操作流程為：1)系統(tǒng)預(yù)檢：檢查采樣管路氣密性，確認(rèn)過濾器無堵塞；2)儀器校準(zhǔn)：使用N?進(jìn)行零點校準(zhǔn)，用標(biāo)準(zhǔn)混合氣進(jìn)行量程校準(zhǔn)；3)采樣啟動：調(diào)節(jié)流量至1-3L/min，穩(wěn)定10分鐘后開始記錄；4)連續(xù)監(jiān)測：記錄各組分濃度變化曲線，特別注意拐點出現(xiàn)時間；5)數(shù)據(jù)驗證：定期進(jìn)行中間點校準(zhǔn)(每8小時一次)；6)異常處理：當(dāng)O?突升或CO?驟降時立即檢查是否染菌。采樣點應(yīng)設(shè)置在排氣管道直管段，距離彎頭至少5倍管徑。

檢測結(jié)果評判標(biāo)準(zhǔn)

合格標(biāo)準(zhǔn)包括：1)氧濃度曲線應(yīng)符合預(yù)期代謝模型，對數(shù)期波動不超過±3%；2)CO?生成速率與菌體生長曲線呈正相關(guān)；3)VOCs種類不得超出工藝驗證范圍；4)壓力波動<5%設(shè)定值。異常判定：當(dāng)出現(xiàn)下列情況時應(yīng)中斷發(fā)酵——O?濃度持續(xù)高于進(jìn)氣濃度10%、CO?濃度突降50%以上、檢測到非預(yù)期特征峰(如染菌標(biāo)志物)。所有數(shù)據(jù)需進(jìn)行趨勢分析，批間RSD應(yīng)控制在15%以內(nèi)。

（注：實際應(yīng)用中需根據(jù)具體菌種特性、培養(yǎng)基組成和設(shè)備參數(shù)調(diào)整檢測方案，本文提供的是通用性技術(shù)框架）