气体质量流量控制器在生物发酵行业得应用

精确控制进气量

氧气供应：在好氧发酵过程中，微生物需要充足的氧气来进行呼吸作用。气体质量流量控制器（MFC）可以精确地控制进入发酵罐的氧气流量。例如，在酵母菌发酵生产乙醇的过程中，通过 MFC 将氧气流量控制在合适的范围，能确保酵母菌的有氧呼吸阶段顺利进行，为后续的无氧发酵产生乙醇提供足够的能量和中间产物。一般来说，根据发酵罐的大小、酵母菌的浓度和发酵阶段等因素，MFC 可以将氧气流量控制在每分钟几升到几十升不等。

二氧化碳供应或去除：在一些特殊的发酵过程中，如微藻发酵生产生物柴油，适量的二氧化碳供应可以促进微藻的生长和油脂积累。MFC 可以精确地控制二氧化碳的进气量，以满足微藻光合作用的需求。同时，在发酵过程中会产生二氧化碳，MFC 也可以用于控制二氧化碳的排出速度，维持发酵罐内的压力平衡。例如，在一个容积为 1000 升的微藻发酵罐中，MFC 可以将二氧化碳的进气量精确控制在每小时 0.1 - 1 立方米之间，以优化微藻的生长环境。

氮气供应：氮气在生物发酵中常用于营造无氧环境。例如在厌氧发酵生产乳酸的过程中，MFC 可以精确地控制氮气的进气量，将发酵罐内的氧气置换出来，使发酵环境处于无氧状态，有利于乳酸菌的生长和乳酸的产生。在这种情况下，MFC 可以将氮气流量控制在每分钟数升到数十升，具体流量取决于发酵罐的体积和发酵工艺的要求。

维持发酵环境稳定

压力控制：在发酵过程中，发酵罐内的压力需要保持在一个合适的范围内。MFC 通过控制进气和排气的流量，可以有效地维持发酵罐内的压力稳定。例如，在高温高压发酵生产某些酶的过程中，MFC 与压力传感器配合，当压力超过设定值时，MFC 会增加排气流量；当压力低于设定值时，MFC 会增加进气流量，从而使发酵罐内的压力始终保持在设定的 ±0.05MPa 范围内，为微生物的生长和酶的产生提供稳定的压力环境。

温度控制（间接）：虽然 MFC 本身不直接控制温度，但它对发酵环境的气体流量控制会间接影响温度。例如，在发酵过程中，适当的气体流量可以带走发酵产生的热量。如果进气量过大，可能会导致发酵罐内温度下降；反之，进气量过小可能会使热量积聚，导致温度上升。通过 MFC 精确控制气体流量，可以配合冷却系统或加热系统，将发酵罐内的温度控制在微生物生长的最佳温度范围内。比如，在利用黑曲霉发酵生产柠檬酸的过程中，MFC 可以调节进气量，辅助温度控制系统将发酵温度维持在 28 - 32℃之间。

pH 控制（间接）：MFC 对气体流量的控制也会间接影响发酵液的 pH 值。例如，在发酵过程中，二氧化碳的溶解会形成碳酸，从而影响发酵液的 pH 值。如果 MFC 控制二氧化碳的进气量和排气量，就可以在一定程度上调节发酵液中的碳酸浓度，进而控制 pH 值。在某些细菌发酵生产抗生素的过程中，MFC 可以通过调节二氧化碳的流量，辅助缓冲系统将发酵液的 pH 值维持在适合抗生素产生的范围内，如 7.0 - 7.5。

优化发酵过程和产品质量

提高发酵效率：精确的气体流量控制可以使微生物处于最佳的生长和代谢状态，从而提高发酵效率。例如，在丝状真菌发酵生产多糖的过程中，通过 MFC 控制氧气流量，可以使真菌的菌丝体生长更加旺盛，提高多糖的合成效率。研究表明，与未精确控制气体流量的发酵相比，使用 MFC 控制气体流量后，多糖的产量可以提高 10% - 30%。

保证产品质量稳定：MFC 的应用有助于生产质量稳定的发酵产品。在发酵过程中，气体流量的微小变化可能会影响微生物的代谢途径和产物组成。以发酵生产啤酒为例，精确控制发酵过程中的氧气和二氧化碳流量，可以保证啤酒的风味、泡沫稳定性和酒精含量等质量指标的稳定。通过 MFC，啤酒发酵过程中的二氧化碳含量可以精确控制在一定范围内，如 2 - 3 体积分数，从而使啤酒具有良好的口感和泡沫特性。