上海生物发酵用溶解氧电极

   一、放线菌发酵过程中溶氧电极的选型与优化研究，放线菌发酵的特点放线菌（Actinomycetes）是一类具有分枝菌丝和分生孢子的原核生物，因其菌落呈放射状而得名。1.其结构特征如下：（1）营养菌丝（基内菌丝）：负责吸收营养物质，部分可产生色素，是菌种鉴定的重要依据。（2）气生菌丝：生长于营养菌丝之上，进一步发育为孢子丝，形成繁殖孢子。2.放线菌发酵具有以下特点：（1）生长缓慢：发酵周期较长。（2）次级代谢产物为主：目标产物多在中后期大量合成。（3）高粘度：发酵液粘度大，易发生挂壁现象。（4）剪切敏感：菌丝对机械剪切力较为敏感，易受损。二、溶氧控制的难点，在放线菌发酵过程中，溶氧控制面临以下挑战：1.氧传递效率低：中后期菌丝体粘度高，导致氧传递效率下降，混合效果差。2.剪切力限制：因菌丝不耐剪切，无法通过提高搅拌速度改善溶氧。3.溶解氧电极可靠性问题：菌丝堵塞问题，发酵中后期，菌丝易堵塞传感器测量头，导致数据失真。溶氧电极在碳中和监测中评估水体碳汇能力，支持生态补偿政策。上海生物发酵用溶解氧电极

溶氧电极在生物制氢领域也崭露头角。某些微生物在特定条件下能够利用有机物进行厌氧发酵产生氢气，而发酵过程中的溶解氧浓度对微生物的产氢效率影响。溶氧电极可用于监测发酵体系中的溶解氧水平，通过控制通气量或添加抑制剂等方式，精细调节溶解氧浓度，为微生物创造适宜的产氢环境，提高生物制氢的效率，推动清洁能源的发展。随着对室内空气质量要求的提高，溶氧电极也逐渐应用于室内环境监测。在一些大型写字楼、商场等人流量密集的场所，空气中的氧气含量会因人员呼吸等因素而发生变化。溶氧电极可与空气质量监测系统集成，实时监测室内空气中的氧气浓度。一旦浓度低于设定阈值，通风系统可自动启动，引入新鲜空气，保证室内人员的舒适度和健康，提升室内环境质量。上海生物发酵用溶解氧电极光伏污水处理设备集成溶氧电极，实现可再生能源与环保技术结合。

加强人员培训和管理也能够提高溶氧电极在监测过程中的稳定性。1、操作人员培训：对发酵罐厂的操作人员进行溶氧电极的安装、维护、校准和操作培训，提高操作人员的专业技能和水平。操作人员应熟悉溶氧电极的工作原理、性能特点和使用方法，掌握正确的安装、维护和校准方法，以及在发酵过程中如何根据溶氧水平的变化调整发酵罐的操作条件。2、质量管理体系：建立健全发酵罐厂的质量管理体系，加强对溶氧电极的质量控制和管理。对溶氧电极的采购、验收、安装、维护、校准和使用等环节进行严格的质量控制，确保溶氧电极的性能和稳定性符合发酵工艺的要求。总之，提高溶氧电极在发酵罐厂应用中的稳定性需要从选择合适的电极类型、正确安装和维护电极、优化发酵罐的操作条件、采用先进的控制系统和加强人员培训和管理等方面入手。通过综合采取这些措施，可以提高溶氧电极的稳定性，保证发酵过程的顺利进行，提高发酵产品的质量和产量。

对于一些特殊的微生物生态系统，如活性污泥中的微生物群落，溶氧电极的测值可以帮助了解溶氧水平对微动物的影响。研究发现，不同溶氧浓度下，活性污泥中的微动物种类和数量会发生变化。例如，在较低溶氧环境下，鞭毛虫和变形虫的细胞密度会增加，而纤毛虫则在较宽的溶氧范围内出现。此外，微生物的表面积与体积比也与溶氧水平有关，具有较高表面积与体积比的微生物如鞭毛虫和变形虫在低氧环境下倾向于增加细胞密度。溶氧电极在研究微生物生长和代谢的过程中，还可以与其他技术手段相结合，提高研究的准确性和深度。例如，可以结合基因测序技术，研究不同溶氧水平下微生物群落的变化，确定关键菌种及其在微生物生长和代谢中的作用。同时，还可以结合代谢组学技术，分析微生物在不同溶氧条件下的代谢产物变化，深入了解溶氧水平对微生物代谢途径的影响。溶氧电极的响应速度受膜厚度、电解液扩散速率和搅拌强度影响。

溶氧电极——溶氧对生物发酵产类胡萝卜素影响案列：1、典型案例•红酵母（Rhodotorulaglutinis）DO维持在30%时，β-胡萝卜素产量较10%DO提高2-3倍。（1）三孢布拉霉（Blakesleatrispora）两阶段控制：0-24hDO=50%24-120hDO=20%β-胡萝卜素产量达1.5g/L。（2）雨生红球藻（Haematococcuspluvialis）低氧DO<10%诱导虾青素积累，但需结合高光强胁迫。二、挑战与未来方向：（1）动态监测：在线DO传感器与代谢通量分析结合，实现实时调控。（2）合成生物学：构建氧不敏感菌株或人工•氧响应途径。（3）节能优化：开发低能耗曝气系统（如微气泡曝气）通过调控溶解氧，可提高类胡萝卜素的发酵产量和经济性，但需结合菌种特性、工艺参数及成本进行综合优化。工业级溶氧电极需通过 CE、ISO 9001 等认证，确保可靠性和一致性。上海生物发酵用溶解氧电极

测量值持续偏高可能因膜老化导致渗透性增加，需更换新膜。上海生物发酵用溶解氧电极

采用先进的控制系统能够提高溶氧电极的稳定性，1、模糊自适应 PID 控制器，发酵罐系统中的溶氧具有非线性、时变的特点，传统的 PID 控制器通常不适用于这类系统。因此，可以采用一种新的模糊自适应 PID 控制器，在 Simulink 环境中构建 PID 控制系统，并使用 Matlab 中的模糊逻辑控制工具箱设计模糊控制器。这种模糊自适应 PID 控制器具有响应速度快、控制灵敏度高、适应性强等优点，可以提高溶氧电极在发酵罐厂应用中的稳定性。2、分阶段供氧控制策略，在谷氨酸棒杆菌合成新型生物絮凝剂的分批发酵过程中，采用分阶段供氧控制策略可以提高生物絮凝剂的产量和稳定性。该策略是在发酵过程 0～16 h 维持体积传氧系数 kLa 为 100h-1，16 h 后降低 kLa 为 40h-1 至发酵结束，整个发酵过程通气量保持在 1 L・L-1・min-1。采用这种分阶段供氧控制策略，可以实现高细胞生长速率和高产物产率的统一，同时也可以提高溶氧电极在发酵罐厂应用中的稳定性。上海生物发酵用溶解氧电极