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精確控制進氣量

氧氣供應：在好氧發(fā)酵過程中，微生物需要充足的氧氣來進行呼吸作用。氣體質量流量控制器（MFC）可以精確地控制進入發(fā)酵罐的氧氣流量。例如，在酵母菌發(fā)酵生產乙醇的過程中，通過 MFC 將氧氣流量控制在合適的范圍，能確保酵母菌的有氧呼吸階段順利進行，為后續(xù)的無氧發(fā)酵產生乙醇提供足夠的能量和中間產物。一般來說，根據發(fā)酵罐的大小、酵母菌的濃度和發(fā)酵階段等因素，MFC 可以將氧氣流量控制在每分鐘幾升到幾十升不等。

二氧化碳供應或去除：在一些特殊的發(fā)酵過程中，如微藻發(fā)酵生產生物柴油，適量的二氧化碳供應可以促進微藻的生長和油脂積累。MFC 可以精確地控制二氧化碳的進氣量，以滿足微藻光合作用的需求。同時，在發(fā)酵過程中會產生二氧化碳，MFC 也可以用于控制二氧化碳的排出速度，維持發(fā)酵罐內的壓力平衡。例如，在一個容積為 1000 升的微藻發(fā)酵罐中，MFC 可以將二氧化碳的進氣量精確控制在每小時 0.1 - 1 立方米之間，以優(yōu)化微藻的生長環(huán)境。

氮氣供應：氮氣在生物發(fā)酵中常用于營造無氧環(huán)境。例如在厭氧發(fā)酵生產乳酸的過程中，MFC 可以精確地控制氮氣的進氣量，將發(fā)酵罐內的氧氣置換出來，使發(fā)酵環(huán)境處于無氧狀態(tài)，有利于乳酸菌的生長和乳酸的產生。在這種情況下，MFC 可以將氮氣流量控制在每分鐘數升到數十升，具體流量取決于發(fā)酵罐的體積和發(fā)酵工藝的要求。

維持發(fā)酵環(huán)境穩(wěn)定

壓力控制：在發(fā)酵過程中，發(fā)酵罐內的壓力需要保持在一個合適的范圍內。MFC 通過控制進氣和排氣的流量，可以有效地維持發(fā)酵罐內的壓力穩(wěn)定。例如，在高溫高壓發(fā)酵生產某些酶的過程中，MFC 與壓力傳感器配合，當壓力超過設定值時，MFC 會增加排氣流量；當壓力低于設定值時，MFC 會增加進氣流量，從而使發(fā)酵罐內的壓力始終保持在設定的 ±0.05MPa 范圍內，為微生物的生長和酶的產生提供穩(wěn)定的壓力環(huán)境。

溫度控制（間接）：雖然 MFC 本身不直接控制溫度，但它對發(fā)酵環(huán)境的氣體流量控制會間接影響溫度。例如，在發(fā)酵過程中，適當的氣體流量可以帶走發(fā)酵產生的熱量。如果進氣量過大，可能會導致發(fā)酵罐內溫度下降；反之，進氣量過小可能會使熱量積聚，導致溫度上升。通過 MFC 精確控制氣體流量，可以配合冷卻系統或加熱系統，將發(fā)酵罐內的溫度控制在微生物生長的最佳溫度范圍內。比如，在利用黑曲霉發(fā)酵生產檸檬酸的過程中，MFC 可以調節(jié)進氣量，輔助溫度控制系統將發(fā)酵溫度維持在 28 - 32℃之間。

pH 控制（間接）：MFC 對氣體流量的控制也會間接影響發(fā)酵液的 pH 值。例如，在發(fā)酵過程中，二氧化碳的溶解會形成碳酸，從而影響發(fā)酵液的 pH 值。如果 MFC 控制二氧化碳的進氣量和排氣量，就可以在一定程度上調節(jié)發(fā)酵液中的碳酸濃度，進而控制 pH 值。在某些細菌發(fā)酵生產抗生素的過程中，MFC 可以通過調節(jié)二氧化碳的流量，輔助緩沖系統將發(fā)酵液的 pH 值維持在適合抗生素產生的范圍內，如 7.0 - 7.5。

優(yōu)化發(fā)酵過程和產品質量

提高發(fā)酵效率：精確的氣體流量控制可以使微生物處于最佳的生長和代謝狀態(tài)，從而提高發(fā)酵效率。例如，在絲狀真菌發(fā)酵生產多糖的過程中，通過 MFC 控制氧氣流量，可以使真菌的菌絲體生長更加旺盛，提高多糖的合成效率。研究表明，與未精確控制氣體流量的發(fā)酵相比，使用 MFC 控制氣體流量后，多糖的產量可以提高 10% - 30%。

保證產品質量穩(wěn)定：MFC 的應用有助于生產質量穩(wěn)定的發(fā)酵產品。在發(fā)酵過程中，氣體流量的微小變化可能會影響微生物的代謝途徑和產物組成。以發(fā)酵生產啤酒為例，精確控制發(fā)酵過程中的氧氣和二氧化碳流量，可以保證啤酒的風味、泡沫穩(wěn)定性和酒精含量等質量指標的穩(wěn)定。通過 MFC，啤酒發(fā)酵過程中的二氧化碳含量可以精確控制在一定范圍內，如 2 - 3 體積分數，從而使啤酒具有良好的口感和泡沫特性。