高温发酵pH计选型：不止耐高温，更要经得起反复灭菌

在高温发酵工艺中，pH监测是控制代谢方向、判断菌体生长状态的核心手段。然而，当温度突破100℃、蒸汽反复灭菌成为常态时，pH计的选型便不再是简单的精度比较，而是一场对传感器材质、结构设计和系统稳定性的综合考验。

一、认清高温发酵的特殊挑战

发酵罐内的pH测量通常面临三大难题：首先是高温灭菌，在位灭菌（SIP）时温度可达121-140℃，这对电极的玻璃膜、参比系统及密封材质构成极大考验；其次是长期热应力，即便发酵温度在30-70℃，频繁的温度变化也会导致电极信号漂移；最后是高蛋白或高粘稠度环境，菌体或代谢产物极易污染电极表面，导致响应迟钝。

二、pH传感器的核心选型要点

1. 玻璃膜与耐高温设计
普通pH电极的玻璃膜在高温下会加速老化，甚至破裂。高温发酵应选用低阻抗、耐热冲击的专用玻璃膜。注意电极标示的温度范围，不仅要看工作温度，更要看灭菌温度及次数。通常，可耐受130℃以上、反复灭菌超30次的电极才具备工业级可靠性。

2. 参比系统——液络部的门道
高温下，参比电解液易流失或污染，导致电极失效。当前主流方案有两类：

• 凝胶电解质+陶瓷液络部：适用于低污染发酵体系，寿命较长，但对温度骤变敏感；

• 固体聚合物电解质+多孔特氟龙/针孔液络部：耐受反复高压灭菌，抗污染能力强，适合高蛋白、高粘度环境。

部分电极采用开放式隔膜或无液络部设计，解决堵塞问题，但需配合专用变送器进行阻抗匹配。

3. 电极材质与过程连接
电极杆体以玻璃增强塑料或PEEK/不锈钢护套为主。玻璃电极响应快，但易碎；PEEK护套耐化学腐蚀、机械强度高，更适合频繁清洗的工况。过程连接需兼容Ingold标准或VP法兰接口，确保与现有罐体匹配。

三、变送器的功能要求

高温发酵pH变送器须具备：

• 自动温度补偿（ATC）：基于Nernst方程，补偿高温下pH值随温度的变化；

• 高阻抗输入：适配高阻抗玻璃电极，抗电磁干扰；

• 电极自诊断：监测玻璃阻抗、参比阻抗，预警电极老化或污染；

• 数据记录与通信：支持4-20mA、HART、Profibus或数字通信（如Modbus），满足PAT与数字化车间要求。

四、安装与维护的选型考量

可伸缩式安装是大型发酵罐的主流选择。采用手动或气动伸缩护套，可在不排料、不泄压的情况下取出电极进行清洗或校准，极大减少停机时间。

清洗与校准：高温发酵常伴随蛋白质沉积，建议选配具备自动清洗（如压缩空气或水喷射）功能的安装系统，或在电极护套上预留清洗接口。实验室级校准液无法耐受高温，须在电极冷却或取出后进行校准。

五、选型流程总结

1. 明确工艺参数：灭菌温度、灭菌时长、灭菌频次，发酵温度范围、发酵周期。

2. 评估介质特性：是否高粘度、高蛋白、含有机溶剂或抗菌素。

3. 选择电极类型：耐受相应灭菌次数的凝胶或聚合物电极，配PEEK护套更耐用。

4. 匹配变送器功能：温度补偿、自诊断、通信协议。

5. 规划安装方式：固定式或可伸缩式，是否需自动清洗。

6. 预算与品牌考量：进口品牌如梅特勒-托利多、汉密尔顿、E+H长期占据市场，国产品牌在部分通用工况已具备替代能力。

高温发酵pH计不是消耗品，而是关键过程分析设备。选型时多一分对“耐灭菌"与“抗污染"的审慎，生产中便少一分因电极失效导致的整罐染菌损失。