赖氨酸是一种碱性氨基酸，其应用范围很广，可作为饲料添加剂、食品添加剂和医药中间体等。作为医药中间体，可用于肝细胞再生剂，对改善肝功能，治疗肝硬化、高氨症等有明显的疗效。在线监测对于赖氨酸的发酵生产尤为重要，梅特勒-托利多公司生产的过程检测仪表系统可有效节约生产成本并提高效率。

张朝江 张亚杰  本文作者张朝江供职于希杰聊城生物公司工务部，张亚杰供职于梅特勒-托利多过程检测部。

赖氨酸是一种碱性氨基酸，是仅次于谷氨酸的第二大氨基酸产品，也是谷物蛋白的第一限制性氨基酸，赖氨酸的应用范围很广，可作为饲料添加剂、食品添加剂和医药中间体等。在国内，其用于食品添加剂和医药中间体的用量分别占赖氨酸总产量的5%。当被作为医药中间体时，可用于肝细胞再生剂，对改善肝功能，治疗肝硬化、高氨症，增进食欲、改善营养状况有明显疗效。

希杰(聊城)生物科技有限公司是韩国CJ集团在中国投资建立的生物工程企业，公司地处农业发达、原料和人力资源丰富的冀鲁豫农牧业大区中心——山东省聊城市，共有员工达800多人。希杰(聊城)生物科技有限公司现主导产品为饲料添加剂赖氨酸和食品增鲜剂核苷酸。2011年，CJ BIO计划在聊城追加投资，扩大核苷酸生产规模，CJ BIO（中国）将发展成为世界最大的饲料和食品添加剂生物生产基地之一。

希杰(聊城)生物根据CJ株式会社在韩国和印尼工厂的应用实践经验，在过程检测仪表的选型上，一直选用梅特勒-托利多的产品。仪表范围涵盖了pH值、溶解氧(DO)、气相氧、电导等，分布在公司的发酵车间调制、培养工序，精制的pH调整、树脂塔工序，糖化车间的淀粉乳调制工序以及污水处理厂的曝气处理工序等。

希杰(聊城)生物科技有限公司年产赖氨酸10万t，其中6万t用于生产65%赖氨酸硫酸盐，其余4万t用于生产98%赖氨酸盐酸盐。公司发酵生产采用细菌为生产菌种，与酵母菌发酵相比，细菌类发酵具有菌体体积较小，相对增殖所用的底物较少，产率较高以及繁殖速度快、培养周期较短的优点。但细菌类发酵对发酵过程中无菌程度要求较为严格，同时对发酵培养过程中的pH值、溶氧(DO)值的控制也稍显苛刻。

伸缩式护套充分满足杀菌效果

作为生物发酵企业的核心工序——生物培养，希杰采用梅特勒-托利多InPro2000型pH传感器和M400变送器构成的单点在线pH测量系统。通过气动阀门控制液氨的流加量，使发酵罐内pH值保持在7.2±0.1左右，这是维持菌体微生物生长和代谢产物的最佳条件。与InPro2000型pH传感器配套使用的是伸缩式InTrac776型护套。对发酵罐体进行蒸汽杀菌时，pH传感器可提拉至护套顶侧，InTrac776型护套特有的密封隔离结构可避免pH传感器不与蒸汽直接接触。
在杀菌结束前30~50?min，将pH传感器推至正常使用位置，再对pH传感器进行正常的杀菌。这种操作方法既减少了对pH传感器的直接蒸汽杀菌时间，又可充分满足杀菌效果。与使用普通护套相比较，配套使用伸缩式InTrac776型护套的pH传感器的寿命可延长5~10个批次。

稳定性能精准测量

菌种扩大培养被称为主培养，其目的就是提供大量强壮的菌体，因此在主罐接种后的扩培过程中，要求菌体增殖速度越快越好，增殖期间消耗的底物（葡萄糖）越少越好。从这个意义上讲，应在主培养中的扩培过程时提供足够的氧气，因此在培养过程中，对溶解氧(DO)的测量也很重要。当灭菌后的培养基输送到主罐后，将进罐无菌空气风量阀门调节到正常培养开度的50%，启动搅拌器，并根据空气出口调节阀门维持罐内的压力。这时罐内培养基的溶氧值将达到最大值，将此看做100%的溶氧饱和度。接种后，随着菌体的大量繁殖，耗氧量也在逐渐增加，罐内的溶氧值逐渐减小。当主培养过程完成了从生长阶段到产物积累阶段的转变后，这时大量的产物开始生成，底物葡萄糖被源源不断地转化成产物。这一过程中，溶氧值将被控制在15%~20%饱和度左右。希杰采用梅特勒-托利多的InPro6880i光学溶氧传感器在这一过程中对溶解氧（DO）进行测量。培养工程师通过调整进出无菌空气控制阀门的开度和流加葡萄糖的流量，来控制溶氧值。与早期InPro6800溶氧传感器相比，InPro6880i光学溶氧传感器具备了同样的FDA认证、可耐受多次高温灭菌和定期CIP处理等性能，其另一突出优点是减少了InPro6800极谱法溶氧传感器的极化时间，使培养前的准备时间缩短到最少。对规模化生产的生物发酵企业来说，批次间的准备时间越少，意味着产量越大，经济效益越高。

“我们认为只有测得准才能控制好。通过在线检测pH和溶解氧，调控微生物培养环境，进而实现生产效率的提高和生产成本的降低，才能有效提高产量。梅特勒-托利多在线pH系统和在线光学溶解氧系统，以其稳定的性能，精准的测量对发酵收率的提高和发酵水平的提升起到很大的推动作用。” 希杰(聊城) 生物公司的相关负责人表示。

提供多种解决方案

希杰生物目前正在使用的梅特勒-托利多在线pH系统和在线光学溶氧系统达百余套，在线pH系统为InPro2000/9848+M400及伸缩式护套InTrac776e，在线光学溶氧系统为InPro6880i+M400等。

梅特勒-托利多InPro2000传感器是一种测量精度极高的液体传感器，使用寿命长，适合要求原位消毒的生物技术过程，是生物发酵过程检测的经典pH传感器。InPro2000传感器因其流动的液体电解质和护套加压设计，同样非常适用于有机溶液浓度比较高的下游分离提取过程。可配套使用的InTrac776伸缩式护套用于具有液体电解液参比系统的pH传感器，该护套内置有清洗腔，无需中断过程即可完成传感器的清洗和校准工作。同时，这款增强型护套集成了TRI-LOCKTM安全系统，即便在恶劣条件下也可增强过程的安全性和可靠性。

光学传感器可降低污染风险且无需进行预先极化，测量精度高，信号稳定，响应快速并带有ISM功能的传感器，具有状态自诊断及预维护功能，并可预知传感器是否可安全用于下一个批次的生产。

此外，M400系列变送器的特色是带有高级ISM技术并覆盖pH/ORP、pH ISFET、溶氧、溶解CO2和电导率测量。M400系列的每个型号都能用于多个参数测量，同时可接入任何模拟传感器或者ISM传感器，这样的混合输入模式带来更多功能。M400系列变送器的ISM智能监测功能强大实用，令过程生产受益更多。

图1  InPro2000 pH传感器（左）

图2  InTrac776伸缩式护套（中）

图3 InPro6880i光学溶氧传感器（右）

图4  M400系列变送器