解析發(fā)酵過程中KLa、OUR、OTR、DO參數(shù)間關(guān)系

目前常用的KLA測定方法有直接法、動(dòng)態(tài)法與亞硫酸鈉氧化法。本文重點(diǎn)介紹利用亞硫酸鈉模擬細(xì)胞耗氧，結(jié)合連續(xù)培養(yǎng)的穩(wěn)態(tài)，簡便快捷地進(jìn)行了KLA值的測定。

 在催化劑鈷或銅離子離子存在時(shí)，亞硫酸鈉能迅速被氧化為硫酸鈉。利用這個(gè)特點(diǎn)，在反應(yīng)器連續(xù)通氣攪拌的條件下，可將亞硫酸鈉以一定速度連續(xù)注入反應(yīng)器中，此時(shí)耗氧率可以通過注入亞硫酸鈉的速率計(jì)算得到

 隨耗氧劑的不斷加入，反應(yīng)器中的溶解氧被消耗，溶氧值下降，從而形成反應(yīng)器內(nèi)液相的傳氧推動(dòng)力。處于連續(xù)培養(yǎng)穩(wěn)態(tài)時(shí)，反應(yīng)液中的溶 氧濃度恒定不變，即dc/dt為零，所以此時(shí)供氧與耗氧相等。從而經(jīng)過公式轉(zhuǎn)變，得到KLa的計(jì)算公式：

實(shí)驗(yàn)條件

檢測儀器及設(shè)備：百侖生物10L玻璃發(fā)酵罐，溶氧電極、蠕動(dòng)泵、溢流裝置、溫控系統(tǒng)及記錄系統(tǒng)等組裝成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。通過調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速和通氣量，提供不同的供氧條件。分別加入用蒸餾水現(xiàn)配的0.05mol/l亞硫酸鈉溶液做耗氧劑，由溶氧電極監(jiān)測反應(yīng)液中溶氧濃度變化情況，以溢流管維持恒定的反應(yīng)液體積。由于溫度會(huì)影響檢測結(jié)果，因此全程保證溫度一致。

操作方法

實(shí)驗(yàn)時(shí)先在百侖細(xì)胞反應(yīng)器中加入一定量的7L蒸餾水，然后向百侖細(xì)胞反應(yīng)器中加入5ml,1mol/l CuSO4溶液，連續(xù)通氣15min，使反應(yīng)液中溶解氧達(dá)到飽和狀態(tài)。校正溶氧電極輸出為100%,并自動(dòng)記錄。 將新配制的亞硫酸鈉溶液經(jīng)蠕動(dòng)泵加入反應(yīng)器，通氣量經(jīng)流量計(jì)閥門調(diào)節(jié)，攪拌轉(zhuǎn)速在100~800rpm間調(diào)節(jié)。根據(jù)供氧能力的差別，相應(yīng)改變?nèi)鋭?dòng)泵的轉(zhuǎn)速，使每個(gè)操作條件下，均能達(dá)到穩(wěn)態(tài)。待溶氧濃度恒定后，記錄C/C*值。

動(dòng)態(tài)計(jì)算KLa的方法

 OTR是發(fā)酵中設(shè)施供氧的能力或者狀態(tài)，OUR是細(xì)胞攝氧的水平或狀態(tài)。因此OTR相當(dāng)于KLa與C*-C的積。所以當(dāng)DO上升時(shí)，代表OTR大于OUR，反應(yīng)亦然。

 當(dāng)尾氣氧含量可以檢測時(shí)，便可以通過空氣流量，空氣氧含量及尾氣氧含量等指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量守恒，便可以計(jì)算出OUR。dc/dt可以通過溶氧的變化進(jìn)行計(jì)算得到。比如在1小時(shí)內(nèi)，DO從70%，降低到60%，那么通過計(jì)算10%DO相當(dāng)于的氧濃度變化，可以計(jì)算出。C*-C也可以通過35%DO（60%和70%的均值為65%，與100%的差值是35%）相當(dāng)于的氧濃度變化得到。這樣便可以動(dòng)態(tài)的計(jì)算出KLa，那么OTR，就可以通過KLa和C*-C得到。