青霉菌发酵过程需要相对适合其生产繁殖的环境，pH值作为其重要生产指标，根据工艺不同，需要严格控制其范围。本文根据笔者多年来使用梅特勒-托利多在线检测pH的整套装备整理而成。
6-APA即6-氨基青霉烷酸，半合成青霉素的母核，由1个饱和的噻唑环和1个四元β-内酞胺环组成，几乎无生物活性，不能直接用于临床。其6位氨基上可接上不同侧链，产生一系列抗菌活性较强、具有新的抗病作用的半合成青霉素，如氨苄西林、阿莫西林、美洛西林等。
联邦制药(内蒙古)有限公司是重要的6-APA原料药生产厂家之一。它作为联邦制药集团的六大制药基地之一，坐落于巴彦淖尔经济开发区，始建于2007年4月，至2012年占地面积为130多万平方米，总建筑面积为28万平方米，现有员工4400余人，总投资60个亿。联邦内蒙制药生产项目和主要产品包括：一期年产5000t 6-APA工程和二期年产3000t 6-APA、阿莫西林原料药和药物制剂项目，是集医药中间体、原料药、药物制剂于一体的现代化综合性制药厂。
在线pH检测设备使用经验
青霉菌发酵过程需要相对适合其生产繁殖的环境，pH值作为其重要生产指标，根据工艺不同，需要严格控制其范围。
我公司发酵罐的pH在线监测均采用梅特勒-托利多465型复合玻璃电极，配有776提拉护套，AS/9模拟电缆，M400/Type1变送器。下面根据笔者多年来使用梅特勒-托利多在线检测pH的整套装备整理而成。
首先465型复合玻璃电极具有使用测量精准、响应时间块、维护保养简便、能具备高温消毒130℃等众多特点，上面也提到pH值作为青霉素菌种生长的重要指标，公司要求测量值实时监测、检测数据真实可靠，此电极的响应速度及测量的精准达到了生产的要求，联邦制药(内蒙古)有限公司自2007年投产至今，发酵工序均采用465型复合玻璃电极，使用效果很好。需值得注意的是维护保养过程中我们要加倍关心电极隔膜位置的玻璃，这是复合pH电极的关键部位，目测检查或通过校准时发现异常不应继续使用，必要时可以尽快联系梅特勒-托利多的售后部门给予解决。
其次776提拉护套在线应用，其优点可以一句话概括为：极大程度的保护的电极，延长其使用寿命。同样自我司建厂开始使用，由于发酵罐灭菌方式为空消，空消时间自升温到保压至结束持续时间1个多小时，众所周知，任何pH电极在温变较大的情况下对其性能的消耗都会比较大，公司采用776提拉护套基本解决了这一问题，消毒升温过程，将电极护套提起，此时电极时是几乎与高温环境隔绝的，消毒结束前15~20min将护套推入罐内，对电极做简短时间的灭菌然后投入测量使用。这过程中776型提拉护套极大程度的保护了电极。值得一提的是对于护套的维护保养要侧重其设计的安全的三重锁定装置，保证其良好的机械润滑，会大大延长其使用寿命。
AS/9模拟电缆，作为电极与变送器的传输设备，在整个检测过程中起到很大作用，接线方式简单，但是模拟电极配合模拟电缆使用受干扰因素较多，安装调试时应选择较好的环境，避免较大功率电机及变频、电磁等干扰。
M400系列变送器，操作简单，支持多参数信号，可谓一表多用，选型时要注意其有Type1、2、3多型号。
pH测量及连锁控制
青霉素培养周期较长，培养其菌种的生长壮大需要在生长过程中补充大量的营养物质(即发酵补料)，其中补料量最大且最重要的就是液糖的补充，其pH显酸性，这也就意味着发酵培养环境呈酸性，酸性的培养环境又不利于菌种的生长，因此，pH测量连锁控制其稳定的pH值的课题就来了。
公司采用氨水平衡发酵过程中不断变化呈酸性的pH值，在发酵运行的近200个周期，在pH电极的检测下，DCS控制程序会根据检测值和设定值的不同连锁控制氨水的加量，使得整个发酵环境pH及其稳定，几乎为设定值的一条直线(如图1)。
图1 DCS控制程序可控制氨水的加量，使整个发酵环境pH及其稳定.
在线溶氧检测设备使用经验
6-APA发酵罐吨位上百，连续发酵生产近200h。因罐体较大，溶氧值容易有较大波动，希望将溶氧控制在一定范围内，为生产提供参考，比如耗氧量大的时候，通过通气、调节搅拌等方法让菌的氧够用，能长得更好。DO调控中，根据DO值对空压机和变频转速进行操作。
溶氧电极是仪表设备部平时仪表维护工作的重点，按照SOP一般每批罐发酵完成，做维护保养校准，DO每罐校两次，一次罐外空气满度校准查看性能，确保电极没有故障;然后罐内满度调校。我司发酵生产灭菌采用罐体空消，料液连消的灭菌方式，电极的灭菌跟着空消走，在130℃左右。为节省延长电极使用寿命，公司使用了提拉式护套保护电极，温度保持在130℃，当进入最后20min时再把电极推进去。
极谱法电极InPro6800，自联邦制药(内蒙古)有限公司2007年成立以来一直使用至今，可以分享给大家的是，在维护保养到位的情况下，电极寿命长达5年的有记录记载的。
首先必须保障电极不能出现物理性的损坏，保养过程中清洗内电极需用力均匀切勿折断或摔断，内电极的阴极我们为保证化学反应的灵敏是需要打磨的，采用1500目数的砂纸轻轻打磨至光亮即可。溶氧膜的清洗是个更加细微的工作，需要放大镜来观察溶氧膜的杂质及其破损情况，必要时必须更换。定期对内电极做干燥处理，采用分析纯浸泡，风机烘干的措施。长此以往的维护，能将电极的寿命发挥到极致。
值得一提的是作为传统的极谱法电极，溶氧膜成为维护成本中不小的耗材，因此下面提到应用最新产品光学氧电极。
光学溶氧电极应用荧光淬灭的物理原理，产品本身的设计突破了传统化学法的弊端。传统极谱法电极使用很多年，自2014年开始使用光学氧电极，从使用效果来看，并没有发现与极谱法电极有何明显的区别，但是唯一感受到得就是其稳定性很好，作为智能电极，它受外界影响因素很低。比如极谱氧电极因多部件结构，其维护保养需要做到很细致以保证其使用，光学氧电极结构简单内电极和光学帽均为一体化设计，维护保养简便，无需电解液，膜的寿命更长，因为采用数字传输也避免了过去因电缆受潮而带来的问题。唯一使用过程中现场标定时会有一个问题，智能电极6860i连接M400变送器，当更换光学帽时需2点标定(默认界面)，即需要无氧环境的氮气流通池，很多现场条件是不允许的。发酵上性能检查时一般手动更改为1点标定，2点标定和1点标顶更换如果出现误操作，会不小心更改了电极的零点电位，因此也希望梅特勒-托利多集团研发部能将此功能优化，以方便客户应用。
InPro6860i光学氧还有利用温度设置自动关闭LED灯的功能，我司设置为60℃，以延长光学帽使用寿命。InPro6860i还可以更改照射频率，根据经验设置为10s。
据个人多年使用经验和对未来分析仪器的发展趋势看，智能电极取代模拟电极是个趋势，光学氧(物理法)电极取代极谱法(化学法)电极是个趋势。提供高性能、高敏捷度的分析仪器测量连锁生产实现全自动化更是大势所趋，希望各界积极创新，作为工控人为实现大自控而努力。
图2梅特勒-托利多光学溶氧传感器InPro6860i.
梅特勒-托利多解决方案
6-APA发酵生产目前正在使用的梅特勒-托利多在线pH系统和在线溶氧系统几十套，在线pH系统为465(9848)pH电极+M400及伸缩式护套InTrac776e，在线极谱氧系InPro6800+M400，在线光学氧系统InPro6860i+M400等。
· 梅特勒-托利多pH传感器: 型号InPro2000(与465pH属同系列电极)
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。
·梅特勒-托利多伸缩式护套: 型号InTrac776
InTrac776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。
·梅特勒-托利多光学溶氧传感器: 型号InPro6860i
光学传感器，降低了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;带有ISM功能的传感器，传感器状态自诊断及预维护功能，预知传感器是否可安全用于下一个批次的生产。
·梅特勒-托利多变送器: 型号M400
M400系列变送器的特色是带高级ISM技术并覆盖了pH/ORP，pH ISFET，溶氧，溶解二氧化碳和电导率测量。变送器M400系列的每个型号都能用于多个参数测量，同时M400变送器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。
