5.写出发酵液中的体积氧传递方程？指出其中KLa的物理意义。 答： 氧的传递速率OTR为

OTR=KLa(C*-CL)

式中 OTR——单位体积培养液的氧传递速率，kmol/（m3·h）；

-1

KLa——以浓度差为推动力的体积溶氧系数，h； *

C——与气相中氧分压p到达平衡时氧的浓度，kmol/m3；

CL——液相中和汽、液界面处氧的浓度，kmol/m3。 KLa的物理意义：体积溶氧系数或体积传质系数。

6.测定KLa的方法有哪些？可以采取哪些措施调节发酵液中的KLa？

答：测定KLa的方法：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；通过改变设备参数、操作条件、发酵液性质均可调节发酵液中的KLa。

7.溶氧电极能够测定液体中溶氧浓度的原理是什么？影响溶氧电极测定的灵敏度和准确性的因素有哪些？ 答：

A. 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，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Na2SO42Mn(OH)2+O2→MnO(OH)2↓

MnO(OH)2+Mn(OH)2→MnMnO3+2H2O

MnMnO3+3H2SO4+2KI→2MnSO4+I2+3H2O+H2SO4I2+Na2S2O3→2NaI十Na2S4O6

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氧浓度。

B.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－

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，扩散电流和溶解氧浓度成正比，即 i=KDLCL

?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。?如果样品中含有其他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。

C.溶氧电极法?溶氧电极类型：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=4F· A· no2= 4F· A· K · (PL-Pc)=K’ ·PL

∴溶氧电极测定的实际是液体中的氧分压

8.氧从气相传递到液相的推动力是什么？并简述影响推动力的因素有哪些？ 答：氧从气相传递到液相的推动力是界面处氧的浓度与液体中氧浓度之差。影响推动力的因素有：（1）温度， 发酵液中的温度不同，氧的溶解度也不同，氧在水中的溶解度随温度的升高而降低，因此氧传递过程中的推动力将随发酵液温度的升高而下降。

（2）溶质， 在电解质溶液中，由于发生盐析作用使氧电饱和溶解度降低，故氧传递的推动力随着发酵液中电解质浓度的增加而下降。

（3）溶剂， 由于氧在一些有机物中的溶解度比水中高，因此实际发酵过程中也可以通过合理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， 增加氧分压也能通过提高氧的溶解度来增加氧传递的推动力。

9.什么是双膜理论

双膜理论是1923年由Lewis & Whitusan提出的。其基本论点是：

1．认为气、液两相接触的自由界面附近，分别存在着作层流流动的气膜和液膜，即在气相侧的气膜和液相侧的掖膜，如图4-2所示。气体必须以分子扩散的方式从气相主体连续通过此两层膜而进入液相主体。由于此两层膜在任何情况下均呈层流，放又称为层流膜。两相流动情况的改变仅影响膜的厚度，即如气体

的流速越大，气膜就越薄；同样，如液体的流 速越大，液膜也就越薄。

图 1 双膜模型

2．在气液两相界面上，两相的浓度总是互相平衡的，也即气膜与液膜中的传递速率总是相等的。故在界面上不再存在传递阻力。

3．气体传递过程可看作由四个阶段组成。第一阶段，气体通过气相全体抵达气、液界面；第二阶段，气体通过界面上气相一侧的气膜；第三阶段，气体通过界面上液膜一侧的液膜；最后阶段，是气体向液相主体的扩散。每一个传递阶段都包含一个有限的时间增量，但是，其中某一阶段所需的时间往往比其他阶段长好多，以致在整个传递过程中，其余阶段的速率可以忽略不计。给定条件下传递时间最长的阶段称为速率控制阶段，整个气体传递过程的速率可以只按速率控制阶段的速率计算。

10.为何氧容易成为好氧发酵的限制性因素？

答：氧是需氧微生物生长所必需的。氧往往容易成为控制因素，是因为氧在水中

的溶解度很低，培养基因含有大量的有机和无机物质，氧的溶解度比水中还要更低。在对数生长期即使发酵液中的氧浓度达到饱和，若此时终止供氧，发酵液中的溶氧可在几分钟内全部耗尽，使溶氧成为控制因素。

11．影响微生物耗氧速率的因素有哪些？ 答：耗氧速率是指单位体积培养液在单位时间内的耗氧量。微生物耗氧速率受到以下因素的影响和制约

（1） 微生物本身遗传特征的影响 不同种类微生物的耗氧量不同，同一微生物

随其菌龄和培养条件不同而耗氧量有差别；菌体生长和形成代谢产物时的耗氧量也往往不同；培养基营养丰富的发酵过程，耗氧量也大。

（2） 培养基的成分和浓度 培养基的成分尤其是碳源种类对细胞的耗氧量有

很大影响，耗氧速率由大到小依次为，油脂或烃类>葡萄糖>蔗糖>乳糖。 （3） 菌龄 一般幼龄菌生长旺盛，呼吸强度大，耗氧速率大，而老龄菌生长

慢，呼吸强度和耗氧速率都较小。

（4） 发酵条件 pH、温度通过对酶活性的影响而影响菌体细胞的耗氧，而且

温度还影响发酵液中的溶氧浓度，温度增高溶氧浓度下降。此外，一些有害代谢产物的积累也会抑制细胞的呼吸。

（5） 代谢类型 若产物是通过TCA循环获取的，则呼吸强度高，耗氧量大；

若产物是通过糖酵解途径获取的，则呼吸强度低，耗氧量小。 第八章

1．用于在线检测的传感器必须符合哪些要求？ 答：用于在线检测的传感器首先在功能上要满足检测要求，要确保该仪器不会增加染菌的机会，且置于发酵罐内的探头必需能耐高温、高压蒸汽灭菌，还要能有效克服探头表面被微生物堵塞导致测量失败的问题，对于最后一个问题，目前的解决方法是使用探头可伸缩的装置。

2．发酵过程的参数检测有何意义？生产中主要检测的参数有哪些？

答：对发酵过程中的参数进行检测，可以实时掌握发酵生产的情况，帮助人们有效地控制微生物生长和代谢产物的发酵生产，不断提高发酵水平。

生产中主要检测的参数分为直接状态参数和间接状态参数。直接状态参数是指能直接反映发酵过程中微生物生理代谢状况的参数，如pH、DO、溶解CO2、尾气O2、尾气CO2、粘度等。间接状态参数是指那些采用直接状态参数计算求得的参数，如比生长速率（u）、摄氧率（OUR）、CO2释放率（CER）、呼吸商（RQ）、氧得率系数（YX/O）、氧体积传质速率（KLa）等。

3答：直接参数是指能直接反应发酵过程中微生物生理代谢状况的参数，如pH、DO（溶氧）、溶解CO2、黏度、尾气O2等。

间接参数是指那些采用直接参数计算求得的参数，如比生长速率、摄氧率、呼吸商、氧得率系数、氧体积传质速率等。

4答：CO2的测量用红外分析仪，红外线气体分析仪,是利用红外线进行气体分析\它基于待分析组分的浓度不同,吸收的辐射能不同,剩下的辐射能使得检测器里的温度升高不同,动片薄膜两边所受的压力不同,从而产生一个电容检测器的电信号\这样,就可间接测量出待分析组分的浓度\根据红外辐射在气体中的吸收带的不同，可以对气体成分进行分析。二氧化碳对于波长为2.7μm、4.33μm和14.5μm红外光吸收相当强烈，并且吸收谱相当的宽，即存在吸收带。根据实验分析，

只有4.33μm吸收带不受大气中其他成分影响，因此可以利用这个吸收带来判别大气中的CO2的含量。

氧气测量用热磁氧分析仪，其原理是在非均匀强磁场中悬挂有哑铃形磁敏元件，氧分子因强顺磁性被磁化改变磁场强度，产生一排斥力矩促使哑铃偏转，光电系统检测偏转角并转换成电信号。输出电流的信号正比于被测气样中的含量，且呈严格的线性关系。

5答：因为发酵过程中，随着菌体对培养基的利用以及机械搅拌的作用，将产生一定的热量，同时因罐壁散热，通气及水分蒸发等也带走部分热量，所以发酵过程中温度会变化。

发酵热是指发酵过程中所产生的净热量，Q发酵=Q生物+Q搅拌+Q通气-Q蒸发-Q辐射

6温度对发酵有哪些影响？发酵过程温度的选择有什么依据？ 温度对发酵的影响：

温度对微生物生长的影响：温度对微生物的影响，不仅表现在对菌体表面的作用，而且因热平衡的关系，热传递到菌体内部，对菌体内部的结构物质都产生影响。 一方面，在微生物最适温度范围内，生长速率随着温度升高而增加，当超过最适温度时，生长速率将随温度增加而下降。另一方面，不同生长阶段的微生物对温度的反应不同，处于延迟期的细菌对温度的影响十分敏感。 温度对基质消耗的影响 温度对产物合成的影响：温度直接影响过程中的各种反应速率外，还通过改变发酵液的物理性质来影响产物的合成；温度影响生物合成的方向。

发酵过程中最适温度的选择：不同的菌种、不同培养条件以及不同的生长阶段，最适温度会有所不同。

（1） 二阶段发酵 最适合菌体生长的温度不一定适合发酵产物的合成，故在发

酵中建立二阶段发酵工艺。

（2） 其它发酵条件 在通气条件较差情况下，最适发酵温度通常选择比正常良

好通气条件的发酵温度低一些。由于较低温度下，氧溶解度大一些，菌的生长速率则小些，从而防止因通气不足可能造成的代谢异常。 （3） 变温培养 为了获得不同的发酵产物

7．在微生物培养过程中，引起pH改变的原因有哪些？pH对发酵的影响表现在哪些方面？

答：在发酵过程中，pH是动态变化的，这与微生物的代谢活动及培养基性质密切相关。一方面，微生物通过代谢活动分泌有机酸如乳酸、乙酸、柠檬酸等或一些碱性物质，从而导致发酵环境的pH变化；另一方面，微生物通过利用发酵培养基中的生理酸性盐或生理碱性盐从而引起发酵环境的pH变化。

发酵液pH改变将对发酵产生很大的影响：

（1） 会导致微生物细胞原生质体膜的电荷发生改变。这种电荷的改变会引起原

生质体膜对个别离子渗透性的改变，从而影响微生物对培养基中营养物质的吸收及代谢产物的分泌，妨碍新陈代谢的正常进行。 （2） PH变化会影响菌体代谢方向 （3） pH变化对代谢产物合成的影响