CO₂和O₂传感器在CDMO发酵过程中尾气监测的应用

在发酵工业中，无论是食品、饮料、制药还是生物燃料生产，尾气中的二氧化碳（CO2）和氧气（O2）都是关键参数。它们不仅对发酵过程有直接影响，还直接关系到产品的质量和产量。因此，了解并控制这些尾气的含量对于优化发酵过程至关重要。

一、CDMO（合同研发生产组织）发酵尾气检测的重要性

在CDMO过程中，发酵尾气检测是确保发酵过程顺利进行的关键环节。它不仅关系到工艺参数的优化和产品质量的提升，还直接影响到生产效率与资源消耗。

1.反映发酵过程状态：通过监测尾气中CO₂和O₂的浓度，可以深入了解微生物代谢状况及其活性，进而评估发酵过程的稳定性和效率。CO₂作为酒精发酵的主要产物及细胞呼吸的终产物，而O₂对于需氧微生物的生长至关重要。

2.优化工艺参数：实时监测尾气中的CO₂和O₂浓度，可获取如CO₂释放速率（CER）、摄氧率（OUR）、呼吸商（RQ）等关键呼吸代谢参数，为调整工艺参数提供依据，从而提高发酵效率。

3.提高产品质量与产量：精确控制氧气和二氧化碳浓度有助于优化发酵条件，进而提升产品品质与产量。

4.降低能耗与资源消耗：通过对发酵尾气参数的实时监控，能够及时发现能效问题并做出相应调整，减少能源消耗和资源浪费，推动行业的可持续发展。

二、发酵尾气检测的方法

1.发酵尾气分析仪：采用高精度、快速响应的传感器，如基于NDIR原理的CO₂传感器和氧化锆O₂传感器，实现在线监测尾气中的多种气体成分。

2.气体预处理：由于NDIR不分光红外光谱、电化学原理传感器等测量CO₂及O₂时受H2O份的影响非常大，因此配备有专业的气体预处理装置进行了气体预处理，以便对所测试气体进行精确分析。预处理装置通常包括电子冷凝器（用于样气脱水）、蠕动泵（用于自动排水）、颗粒过滤器（用于过滤样气中大于0.1微米的颗粒）等组件。

3.多通道设置：一些先进的尾气分析仪支持多通道连接，允许同时监测多个发酵罐的尾气，极大提高了操作便利性和数据采集效率。

三、发酵尾气检测的应用

在CDMO领域，发酵尾气检测被广泛应用于生物制药、酶制剂、食品发酵等行业。例如，在生物制药中，通过监测尾气中的CO₂和O₂浓度来优化细胞培养条件；在食品发酵中，则用于改进发酵工艺参数，提高产品的感官品质和营养价值。

四、推荐的传感器解决方案

二氧化碳传感器推荐：

1.英国GSS 高速响应二氧化碳CO2传感器SprintIR-WX：SprintIR-WX是一款响应非常迅速的CO2传感器。它可测量高达100% 的 CO2 浓度，并配有流入式适配器。该传感器每秒获取20个读数，适合要求高速传感的应用和 CO2浓度快速变化的测量。它对功耗要求低，使其成为电池供电系统的很好选择，包括便携式、可穿戴式及自供电应用。SprintIR-WX 基于我们独特的LED 技术平台和光学设计。正是这种固态技术能够实现竞品中很快的速度、功耗、使用寿命和耐用性。

2.英国Alphasense红外二氧化碳传感器IRC-A1：采用NDIR技术，具备双通道采样功能，抗干扰能力强，专业用于工业环境以及环保行业等CO2浓度实时检测报警。具有高分辨率，高灵敏度，高精度，快速响应等特点。

3.Dynament 高量程二氧化碳传感器MSH-PS/HCO2：Dynament非色散红外传感器利用NDIR原理监测目标的存在气体。该传感器包含一个长寿命钨丝红外光源、一个光学腔该气体扩散，双温度补偿热电红外探测器，积分半导体温度传感器和电子设备来处理来自热电装置的信号探测器。可提供双气体版本，旨在检测两者碳氢化合物和二氧化碳20mm直径的包装为二氧化碳传感器，双传感器可与数字通信。测量二氧化碳从0到100% VOL.分辨率低至0.01%

氧气传感器推荐：

氧化锆氧气传感器：

1.英国SST O2S-FR-T2：O2S-FR-T2是高温氧化锆氧气传感器，量程为0.1~100%，可以在高达400°C的环境中工作，非常适合应用于锅炉燃烧控制、细菌培养、堆肥、发酵等领域。

2.奥地利SENSORE 离子流极限电流型氧化锆氧气传感器 - SO-D2-960-A300C 极限电流型氧化锆氧气传感器SO-D2-960-A300C可以测量1~96%的氧气浓度，精度高，交叉灵敏度低，使用寿命长，在多数情况下只需进行一次单点校准，封装为螺纹铝外壳，线长3米，带金属烧结过滤器

电化学氧气传感器：

1.英国Alphasense 长寿命无铅氧气传感器LFO2-A1‌：适用于测量0-30%范围内的氧气水平，具有高度的耐用性和性能，可直接替换现有的长寿命无铅氧气传感器LFO2-A4。

2.‌英国Alphasense 电化学氧气传感器O2-A2‌：具有高性能无泄漏、响应速度快、体积小等优点，量程为0~25%，广泛应用于工业安全检测和一般环境氧气检测。

3.‌日本Figaro无铅伽伐尼电池式氧气传感器KE-LF系列‌：提供多种型号以满足不同应用需求，具有长寿命、快速响应等特点，适用于环境监测、食品加工等多个领域。

荧光氧气传感器：

‌英国SST 荧光氧气传感器LOX-02-S‌：可测量O2%和大气压力，量程0-25%(02%)或0-300mbar(ppO2)，具有低功耗、长寿命、高精度等特点，被广泛应用于氧气检测、高原氧气检测等领域。

审核编辑 黄宇