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影响发酵及微生物生长的因素有哪些影响发酵及微生物生长的因素有哪些 ??

本章内容

一、细胞对氧的需求 ( 为什么要供氧和控制溶氧？

二、发酵过程中氧的传递（如何实现供氧和控制溶氧？） 重点

三、发酵过程耗氧与供氧的动态关系四、影响氧传递的因素 重点

五、摄氧率、溶解氧、 KLa 的测定 难点

一、微生物对氧的需求（一）氧在微生物发酵中的作用（二）可利用氧的特征（三）微生物的耗氧特征 重点（四）控制溶解氧的意义

（一）氧在微生物发酵中的作用（对于好气性微生物而言）

• 呼吸作用 • 直接参与一些生物合成反应

• 大多数微生物必须利用分子态的氧作为呼吸链末端的电子受体，与氢离子结合，同时释放能量，供细胞生长。

COOHCHOHCHCH O323

2

（二）可利用氧的特征• 氧是难溶性气体，正常状态下氧在水中

的溶解度为 0.25mol/m3。

• 只有溶解状态的氧才能被微生物利用。

（三）微生物的耗氧特征1. 微生物需氧量的表示方式

单位： mmolO2/（ kg 干菌体 ·h ）。

(2) 摄氧率 γ （耗氧速率）：单位体积培养液在单位时间内消耗氧的量。

单位： mmolO2 /(m3·h)

γ= ·x 其中 X 表示菌体浓度2OQ

(1) 呼吸强度（比耗氧速率） ：单位质量干菌体在单位时间内消耗氧的量。

2OQ

2OQ

（三）微生物的耗氧特征2. 与溶氧浓度 CL 关系

• (1) Ccr 的定义• 微生物的呼吸强度受发酵液中氧的浓度的影

响，各种微生物对发酵液中溶氧浓度有一个最低要求，即不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度，称为临界氧浓度，以 Ccr 表示。

2OQ

CL<Ccr， 大大下降。2OQ

CL> Ccr， 保持恒定。2OQ

(2) 当CL>Ccr 时， =2OQ （ ） m2OQ

(3) 当 CL<Ccr 时， =2OQ 2O m

0

(Q ) L

L

C

K C

k0 ：亲和常数， k0 越大，亲和能力越小， 越小。2OQ

3. 培养过程中细胞耗氧的一般规律

比生长速率+

-

菌体浓度

延滞期

对数期

衰减期

稳定期

衰亡期

3. 培养过程中细胞耗氧的一般规律

衰亡期

稳定期

衰减期

对数生长期

延滞期

摄氧率 γ菌体浓度 X呼吸强度细菌生长阶段

逐渐升高 初始浓度低 不高

达到最高 不是最高 不是最高

比最高稍低 比最高稍低 最高

降低 最高 比最高低

很低 很低 很低

2OQ

（三）微生物的耗氧特征4. 影响微生物耗氧的因素

1 微生物本身遗传特征的影响，如 k0↑ ， ↓2O

Q

2 培养基的成分和浓度 成分： 主要是碳源种类 耗氧速率：油脂或烃类 > 葡萄糖 > 蔗糖 > 乳

糖 培养基浓度浓度大 , ↑ 。

2OQ

3 菌龄的影响 : 一般幼龄菌 大。2O

Q

（三）微生物的耗氧特征4. 影响微生物耗氧的因素（续）

4 发酵条件的影响

pH 值→ 通过酶活来影响耗氧特征 ;

温 度→ 通过酶活及溶氧来影响耗氧特征； T ↑, ↓溶氧量  

5 代谢类型 ( 发酵类型 ) 的影响 若产物通过三羧酸（ TCA ）循环获取，则 高，耗氧量大。 若产物通过糖酵解（ EMP ）途径获取，则 低，耗氧量小。

2OQ

2OQ

• 溶解氧浓度对细胞生长和产物合成的影响可能是不同的，所以须了解长菌阶段和代谢产物形成阶段的最适需氧量。

• 氧传递速率已成为许多好气性发酵产量的限制因素。

• 目前 , 在发酵工业上氧的利用率很低，应大大提高设备利用率。

（四）溶解氧控制的意义

返回

二、发酵过程中氧的传递 （一）供氧的实现形式（二）发酵过程中氧的传递

1. 氧的传递途径与传质阻力2. 气体溶解过程的双膜理论 重要3. 氧传递方程

( 一 ) 供氧的实现形式

（二）发酵过程中氧的传递1. 氧的传递途径与传质阻力

氧从气泡到细胞的传递过程示意图

气膜传递阻力 1/kG

气液界面传递阻力 1/kI

液膜传递阻力 1/kL

液相传递阻力 1/kLB

细胞或细胞团表面的液膜阻力 1/kLC

固液界面传递阻力 1/kIS

细胞团内的传递阻力 1/kA

细胞膜、细胞壁阻力 1/kW

反应阻力 1/kR

气膜 液膜气体主流 液体主流P

Pi

CiCL

氧在空气中的分压

氧溶解于液相的浓度

扩散方向2. 气体溶解过程的双模理

论

H— 亨利常数，

越难溶解，

H 值越大。

C*

P*

Pi=HCi

P=HC*

P*=HCL

(2) 传质理论• 传质达到稳态时，总的传质速率与串联的各步传质速

率相等，则单位接触界面氧的传递速率为 ：

2

iP-P1 1

i LO

G L

C Cn

k k

推动力阻力

若改用总传质系数和总推动力，则在稳定状态时，

KG— 以氧分压差为总推动力的总传质系数， kmol/(m2·h· MPa)

KL — 以氧浓度差为总推动力的总传质系数， m/h

P*— 与液相中氧浓度 C 相平衡时氧的分压，MPa

C*— 与气相中氧分压 P 达平衡时氧的浓度， kmol/m3

)CC(K)PP(Kn L*

L*

GO2

22222 O

Li

O

i

O

*i

O

i

O

*

G n

)CC(H

n

PP

n

PP

n

PP

n

PP

K

1

2

2

1

1 O

i

GG

iO n

PP

kk

PPn

2O

Li

L n

CC

k

1

L

Lio k

CCn

/12

LGG k

H

k

1

K

1

*

OG

*G2O PP

nK)PP(Kn 2

由式

LGL kHkK

111

, 说明这一过程液膜阻力是主要因素。LL kK

返回

3. 氧传递方程

• 在气液传质过程中，通常将 KLa 作为一项处理，称为体积溶氧系数或体积传质系数。

• 在单位体积培养液中，氧的传质速率（气液传质的基本方程式）为

返回

OTR— 单位体积培养液中氧的传递速率，

KLa— 以浓度差为推动力的体积溶氧系数， h-1,s-1 KGa— 以分压差为推动力的体积溶氧系数 ,

)hm(olkm 3

)MPahm(olkm 3

三 . 发酵过程耗氧与供氧的动态关系• 细胞呼吸的本征要求 :• 氧传递特征（发酵罐传递性能）

– 若需氧量＞供氧量，则生产能力受设备限制，需进一步提高传递能力；

– 若需氧量＜供氧量，则生产能力受微生物限制，需筛选高产菌：呼吸强，生长快，代谢旺盛。

– 供氧与耗氧至少必须平衡，此时可用下式表示：

2OQx

L

LmOOLL CK

xCQxQCCaKOTR

)()(22

*

传递 消耗

*

)(2

CK

xQD

La

mOa **, CCyCK L 令

0)1(1 2

yDyy

y

D

ya

a则

12

4

2

2

aDB

BBy

L

L

L

mOL

CK

C

aCK

xQ

C

C

**

)()1( 2变换

无因次数 Da为 Damköhler 准数，物理意义是细胞的 最大耗氧量与最大供氧量之比。当 Da ＜ 1 时，细胞的耗氧量＜最大供氧量，存在耗 氧限制，整个过程受呼吸速率控制；当 Da ＞ 1 时，细胞的耗氧量＞最大供氧量，存在供 氧限制，整个过程受氧传递速率控制。对于一个给定的发酵设备和微生物， C*、 k0、 (QO2)m

已知，假定呼吸只与氧的限制有关，则 ,

xxCK

)Q(D 1*

La

mOa

2

稳态过程中，在 KLa 一定时，细胞浓度对呼吸强度的影响

在发酵过程中， OTR和 γ 平衡非常短暂，然后又打破，又平衡。对于一个培养物来说，最低的通气条件可由式

求得。 kLa亦可称为“通气效率” , 可用来衡量发酵罐的通

气状况，高值表示通气条件富裕，低值表示通气条

件贫乏。

L

OL CC

xQaK

*2

• 在发酵过程中，培养液内某瞬间溶氧浓度变化可用下式表示 :

• 在稳态时 , 则 ，则

xQCCaKdt

dCOLL

L `2

)( *

0dt

dCL

aK

xQCC

L

OL

2*

由气液传递速率方程 )( *LL CCaKOTR

2. kLa的影响因素

影响氧传递的因素

（一）影响氧传递的因素

1. 影响推动力C*-CL 的因素 影响比表面积 a 的因素影响液膜传递系数 kL 的因素

可知，影响氧传递速率的因素（即影响供氧的因素）有：

1. 影响推动力 C*-CL 的因素1) 温度

• 氧 在 水 中 的 溶 解 度随温 度 的升高 而 降 低 ， 在1.01×105Pa 和温度在 4～ 33℃ 的范围内，与空气平衡的纯水中，氧的浓度可由以下经验公式计算 :

t— 温度 ,℃

T ↑ ， Cw* ↓ ，推动力↓

6.31

6.14*

t

Cw

2) 溶质A. 电解质（盐析作用使氧的饱和溶解度降低，推动力

下降） 1) 对于单一电解质

Ce*— 氧在电解质溶液中的溶解度 ,mol/m3

Cw*— 氧在纯水中的溶解度 , mol/m3

CE—电解质溶液的浓度 ,kmol/m3

K—Sechenov 常数 , 随气体种类 ,电解质种类和温度变化 .

E*e

*w KC

C

Clg )C,C( *

eE

2) 溶质（续）2 ）对于几种电解质的混合溶液：

式中 hi—第 i种离子的常数 , m3/kmol

离子强度 , kmol/m3

Zi—第 i种离子的价数 ,

—第 i种离子的浓度 , kmol/m3

i

ii*e

*w Ih

C

Clg

Eiii CZ2

1I

EiC

2) 溶质（续）

B. 非电解质

式中 Cn*— 氧在非电解质溶液中的溶解度 , mol/m3

CN—非电解质或有机物浓度 , kg/m3

k—非电解质的 Sechenov 常数 , m3/kg

Nn

w KCC

C

*

*

lg )C,C( *nN

2) 溶质C. 混合溶液 ( 电解质 + 非电解质 ):叠加

Cm*— 氧在混合溶液中的溶解度 , mol/m3

j nj

w

iii

m

w

C

CIh

C

C*

*

*

*

lglg

溶质↑ Cm*↓

3) 溶剂• 通常溶剂为水 ; • 氧在一些有机化合物中溶解度比水中高，可以

通过添加有机溶剂来降低水的极性从而增加溶解氧的浓度

4) 氧分压• 提高空气总压（增加罐压），从而提高了氧分

压，对应的溶解度也提高，但增加罐压是有一定限度的。

• 保持空气总压不变，提高氧分压，即改变空气中氧的组分浓度，如：进行富氧通气等。

影响 KLa 的因素

发酵罐的形状，结构（几何参数） 搅拌器，空气分布器（几何参数） 通气：表观线速度 Ws

② 操作条件 搅拌：转速 N ，搅拌功率 PG

发酵液体积 V ，液柱高度 HL

  ③ 发酵液的性质：如影响发酵液性质的表面活性剂、离子 强度、菌体量

① 设备参数

综合①②③三类影响因素，有

其中 d—搅拌器直径，m ; Ν—搅拌器转速， s-1 ;

Ws— 表观线速度， m/s ; DL—扩散系数 , m2/s ;

— 液体粘度， Pa·s ; ρ— 液体密度， kg/m3;

σ— 界面张力， N/m;

g— 重力加速度 , 9.81m/s2

),,,,,,,( gDWNdfaK LsL

KLa 的准数关联式

写成准数式 ( 无因次式 )

准数RenoldsNd

mRe2

L

L

D

daK 21 2)

Nd(

2

3)(2

g

dN4)(

LD5)(

sW 6)(

sW

Nd＝

SherwoodL

L

D

daK 2

准数

准数 Froude2

g

dN

通气准数3Nd

Q

W

NdNa g

s

sW ＝气流准数

SchmidtLD

准数

KLa 影响因素的分析依据 ：

以小型罐中牛顿型流体测定的结果为例：

合并化简得：

L

L

D

daK 2＝ 0.06 5.1

2

)(

Nd 19.02

)(g

dN 5.0)(LD

6.0)(

sW 32.0)(s

i

W

ND

6.019.04.0

28.05.051.12.2

g

WDdN sLKLa=0.06

在 PG 的计算中要满足下列条件 :

①P 的计算与 Rem 值有关 :

Rem 10 x=-1﹤ 层流

Rem 10﹥ 4 x=0 湍流

2Nd

mRe

操作条件的影响A. 搅拌对 KLa 的影响

搅拌作用 ( 影响 KLa原理 )

– 将通入培养液的空气分散成细小的气泡，防止小气泡的凝聚，从而增大气液相的接触面积，即 a↑→KLa↑→ 溶氧↑

– 搅拌产生涡流，延长气泡在液体中的停留时间，溶氧↑– 搅拌造成湍流，减小气泡外滞流液膜的厚度，从而减小传

递过程的阻力，即 1/KL↓→KL↑→KLa↑→ 溶氧↑– 搅拌使菌体分散，避免结团，有利于固液传递中接 触面积的增加，使推动力均一；同时，也减少菌体 表面液膜的厚度，有利于氧的传递。

搅拌对 KLa 的影响（续）• N （搅拌转速）并不是越大越好 剪切力↑， 对细胞损伤↑，对形态破坏↑ 发酵期间搅拌热↑ ,增加传热负荷 N↑

B. 通气对 KLa 的影响 : • 在通气量 Q较低时 , Q↑→Ws↑→ KLa↑

C. 通气、搅拌的关联对 KLa 的影响

• PG↑, Ws↑, KLa↑, 但Ws 的增加是有上限的 ,

当Ws ＞ (Ws)m, Ws会通过 、 来影响 PG,导致 PG严重下降 .

∴Ws ＞ (Ws)m ， PG ↓， KLa ↓

NdWNa s

2Nd

Rem=

当通气量超过一定上限时 , 搅拌器就不能有效地将空气泡分散到液体中去 , 而在大量气泡中空转 , 发生“过载”现象 ,

此时搅拌功率 PG会大大下降 , KLa也会大大下降。

C. 通气、搅拌的关联对 KLa 的影响

sG

L WV

PKaK lg)(lglg

表观空气速度与 KLa的关系

设备参数的影响A. 设备规模的影响

• 单位体积的液体的搅拌功率的指数 α 随培养装置的规模而相应变化

如 : 小试 9L→α=0.95

中试 500L→α=0.67

生产规模 27T～ 54T→α=0.50

可见 , 在放大过程中 , KLa 在相同条件下会减小 .

B. 设备形状结构的影响 :

• 如 20T 的伍式发酵罐 : α=0.72, ß =0.11

C. 搅拌器形式的影响 : α、 β 数值不同

对于 α值 :弯叶 > 平叶 > 箭叶 对于 β值 :弯叶 > 箭叶 > 平叶 但是破碎细胞能力 : 平叶 > 箭叶 > 弯叶 翻动流体能力 : 箭叶 > 弯叶 > 平叶此外，搅拌器的直径大小、组数、搅拌器间距以及在罐内

的相对位置等对 KLa都有影响 .

平叶

箭叶

弯叶

发酵液性质的影响A. 表面活性剂的影响

气液界面厚度↑ , 1/kL↑, kL↓

气泡变小↓ , a↑

低浓度表面活性剂时 ,以 a 为主 , KLa↑

添加至一定量时 , kL 降至最低 , KLa 下降显著再继续增加时， kL维持最低水平不再下降，而 a↑↑ ，此时 KLa

从最低点有所回升

表面活性剂的浓度↑ KLa 受两种趋势影响

表面活性剂月桂基磺酸钠（ NaLSO4）浓度对 KLa 、 KL 和 da的影响

B. 离子强度对 KLa 的影响• 电解质溶液浓度↑ , 则气泡变小↓ ,a↑, KLa↑;

• 有机溶质浓度↑ , 则气泡变小↓ ,a↑, KLa↑

∴电解质溶液浓度↑，传氧特性好 (KLa↑), 溶氧特性 C*E ↓差 .

具体的，离子强度 I 影响 KLa公式中的 α,β,k值 .

• I=0～ 0.4时 , α=0.40+0.862I/(0.274+I), 且 I↑, 常数 k↑. I>0.4时 , α=0.9, k 值不再变化 .

• β也随 I增大而增大，但 I对 β 的影响较小， β在 0.35 ~0.39之间变化，不如 α变化大 .

C. 菌体浓度• 细胞浓度 x↑， KLa↓

菌丝浓度对 KLa 的影响

（二）发酵过程中的氧传递效率• 定义：每溶解 1kg O2 所消耗的电能（千瓦小时 /kg O2)

定义为氧传递效率或传氧效率。• 意义：

– 代表每传递 1kg O2 所需输入的能量，这个能量包括搅拌器和空气压缩机耗用功率的总能量。

– 数值越低，传氧效率越高。– 作为评价通气发酵罐的重要指标，可以此作为评价和比较不

同类型的发酵工艺及不同规模的发酵罐操作的一个直接手段。

（二）发酵过程中的氧传递效率（续）• 传氧效率的测定： Na2SO3 氧化法测定• 传氧效率的比较

– 对于大罐和小罐，小罐的传氧效率高；– 对于相同的罐，牛顿型流体比非牛顿型流体传氧效

率高；– 对于规模相同，同为牛顿型流体，但发酵液类别不

同，在 KLa 相同时，传氧效率基本一致。

溶解氧、摄氧率和 KLa 的测定（一）溶解氧 CL 的测定原理与方法

•化学法•极谱法•复膜氧电极法

（ 1 ） 化学法• 原理：在样品中加入硫酸锰和碱性 KI 溶液，生成氢氧化锰沉淀，与溶解氧反应生成锰酸锰，再在反应液中加入 H2SO4, 释放出游离的碘，然后用标准 Na2S2O3 液滴定。

MnSO4+2NaOH→ Mn(OH)2十 Na2SO4

2Mn(OH)2+O2→MnO(OH)2↓

MnO(OH)2+Mn(OH)2→MnMnO3+2H2O

MnMnO3+3H2SO4+2KI→2MnSO4+I2+3H2O+H2SO4

I2+2Na2S2O3→2NaI十 Na2S4O6

前四步反应与空气隔绝

（ 1 ） 化学法（续）• 优点：测定较准确，且能得到氧的浓度

值。

• 缺点：当样品中存在氧化还原性物质，测定结果会有偏差；当样品带有颜色时，会影响测定终点的判断，故不适合测定发酵液的溶解氧浓度。

（ 2 ）极谱法 原理：给浸在待测液体中的贵金属阴极和参考电极（阳极）加上直流电压，当电解电压固定在0.8V左右时，与阴极接触的液体中的溶解氧发生如下氧化还原反应而被消耗，

酸性时 O2+2H++2e→ H2O2

中性或碱性时 O2＋ 2H2O +2e → H2O2＋ 2OH －

• 原理：

阴极表面与液体的主体之间存在氧的浓度差，于是液体主体的溶解氧就会扩散到阴极的表面参加电极反应，使电路中维持一定的电流。当氧的扩散过程达到稳定状态时，溶解氧浓度与测得的扩散电流成正比。

氧浓度与扩散电流的关系

ADF

LiCC

LCL

2 ADF

LiC

LL

2

（ 2 ）极谱法• 阴极表面极易被污染，影响重现性，所以一般采用滴汞电板作为阴极，阳极则可用甘汞电极。

• 如果样品中含有其它的氧化还原性物质会影响电极反应，从而影响到该法的准确性，使测定结果有误差。

（ 3 ）复膜氧电极法

• 复膜氧电极类型：极谱型；原电池型• 原理：复膜氧电极测得的实际为氧从液相主体到阴极的扩

散速率。当扩散过程达到稳定状态时，单位面积氧的扩散速率为：

no2=kL(PL-P1)=km(P1-P2)=ke(P2-Pc)=K(PL-Pc)

根据 Faraday 定律，原电池型氧电极的稳定电流为： i=4FAno2= 4FAK(PL-Pc)=K’PL

∴溶氧电极测定的实际是液体中的氧分压

复膜氧电极示意图 （ a ）极谱型 （ b ）原电池型

复膜氧电极内外氧电压的分布

c

（二）摄氧率 γ 的测定原理与方法 •瓦氏呼吸仪法• 物料衡算法• 氧电极法

（ 1 ）瓦氏呼吸仪法

• 通过测压计测定密闭三角瓶的压力变化速率即氧的消耗速率，根据培养液体积计算摄氧率。

（ 2 ）物料衡算法

0dt

dCL 稳态时，

LOo

oo

i

iiLL XVQ

RT

pQ

RT

pQ

dt

dCV

2

)(1

2

o

oo

i

ii

LO RT

pQ

RT

pQ

VXQ

（ 3 ）氧电极法• 如果在某一时刻停止向发酵液通气，而维持原来的搅拌转速，则

（ CL>Ccr ）

XQdt

dCO

L2

KLa 的测定原理与方法

• 亚硫酸盐氧化法• 取样极谱法• 物料衡算法• 动态法• 排气法• 复膜电极法

（ 1 ） 亚硫酸盐氧化法

• 原理– 利用亚硫酸根在铜或镁离子作为催化剂时被氧迅速氧化的

特性来测定发酵设备的氧传递系数。– 当亚硫酸钠浓度为 0.018～ 0.5kmol/m3 、温度在 20～ 45℃之间，反应速度与亚硫酸钠浓度无关。亚硫酸钠的氧化速度远远大于氧的溶解速度，即氧一进入马上被亚硫酸钠利用。

– 用碘量法测定 Na2SO3 消耗的速率，即可求得氧传递速率OTR, 再由式 OTR=KLaC* 求出 KLa 。

（ 1 ）亚硫酸盐氧化法（续）•亚硫酸盐氧化法值 Kd （氧分压差为传

氧推动力的体积溶氧系数）• OTR=KdP

)]min/([4000 2 MPamlmolO

Stp

CV

p

OTRKd

（ 1 ）亚硫酸盐氧化法（续）• 优点

– 氧溶解速度与亚硫酸盐浓度无关，且反应速度快，不需特殊仪器。

• 缺点– 不及极谱法准确；– 只能评价发酵罐的传氧性能，且工作容积在 4-80L 以内才较准确可靠；

– 不能对发酵过程实测，∵Na2SO3 对微生物生长有影响，且发酵液的性质影响氧的传递。只能表示发酵设备的通气效率。

（ 2 ）取样极谱法方法：将从发酵罐中取出的样品置于极谱

仪的电解池中，记下随时间而下降的发酵液中氧浓度 CL 的数值，以时间为横坐标，溶解氧浓度为纵坐标作图。

（ 2 ）取样极谱法• 原理

当电解电压为 0.6～ 1.0V 时，扩散电流的大小与液体中溶解氧的浓度呈正比关系。

由式 求得 KLa

• 优点：可以测定培养状态下发酵液中的溶解氧浓度，进而可计算出溶氧系数。

• 缺点：样品取出发酵罐后，外压自罐压降至大气压，测得的

氧浓度已不准确，且在静止条件下所测得的 QO2 与在发酵

罐中的实际情况不完全一致，因而误差较大。

LL

O

LL CCCC

XQ

CCaK

**2

*

斜率

极谱法工作曲线

(3) 物料衡算法 • 对发酵液中的氧进行物料衡算

)( *LL

L CCaKdt

dC

0dt

dCL稳态时 )/( *LL CCaK 于是

对大型发酵罐，可用平均推动力

)(

)(ln

)()()(

*

*

***

Lo

Li

LoLimL

CC

CC

CCCCCC

（ 4 ）动态法• 原理 发酵过程中停止通气片刻，人为制造一个不稳定状态来求

KLa 。不稳定状态时发酵液中某一时间间隔的溶氧量为：

可改写为

xQCCaKdt

dCOLL

L 2* )(

*2 ))(

1( CxQ

dt

dC

aKC O

L

LL

*))(1

( Cdt

dC

aKL

L

－

停气 t1, C1→ C2, γ=QO2·x=

通气 t2 ， C2→ C1 ，

将 CL 对 作图可得一直线，斜率为－ 1/KLa, 在 CL

轴上截距为 C*.

1

21

t

CC

2

21L

t

CC

dt

dC

)dt

dCL （

停气和通气后培养液中溶氧浓度的变化情况

利用动态过程测得的数据求出 KLa 和 C*

• 优点：可以测定真实培养状态下发酵液中溶解氧浓度，并可计算出溶氧系数。

• 缺点：人为停止通气后的情况与在发酵罐中连续通气的实际情况会有一定的差异，而且停止通气会影响微生物的正常生长，因而存在一定的误差。

（ 4 ）动态法

（ 5 ）排气法• 原理（非发酵状态） 在被测定的发酵罐中先用氮气赶去液体中的溶解氧或装入已除去溶解氧的 0.1mol/L的 KCl 溶液，当开始通气及搅拌后，定时取样用极谱仪或其它溶氧测定仪测出溶氧浓度 CL ，同时通过将 CL对 t 作图求出溶液中饱和的溶氧浓度 C*. 不稳定状态，发酵液中没有微生物细胞，氧分子从气体主流扩散至液体主流的传质速率

t=0,CL=0

以 对 t标绘即可得一直线， KLa=-2.303×斜率

taKC

CCL

L

*

*

ln)( *

LL CCaKdt

dC

*

*

lgC

CC L

排气法测定溶氧系数的曲线

（ 5 ）排气法（续）

•缺点– 结果不真实，不能代表发酵过程中的实际情况，也不能反映当时发酵液的特性，同时也没有考虑到氧浓度差△ C对 KLa 的影响。

（ 6 ）复膜电极法 • 利用复膜电极可在发酵过程中测定发酵液的

溶解氧浓度、微生物菌体的耗氧速率及溶氧系数 KLa ，这样测出的溶解氧浓度、微生物菌体的耗氧速率及溶氧系数可代表发酵过程中的实际情况，是比较理想的测定方法，也是目前较为常用的方法。

本章小结

• 了解微生物对氧的需求并掌握其中的基本概念

• 掌握发酵过程中氧的传递方程，及其参数的测定

• 深入理解 KLa 的意义，掌握影响氧传递的因素

• 了解溶氧相关参数的测定，掌握 KLa 的测定