发酵液中溶解氧的测定和控制

溶解氧连续检测的意义 在通风发酵中,必须连续地通入无菌空气,氧由气相溶解到液相,然后经过液流传给细胞壁进入细胞体内,以维持菌体的生长代谢和产物合成。因此发酵液中溶解氧的大小对菌体的代谢特性有直接影响,是发酵过程控制的一个重要参数。 在发酵过程中连续测定发酵液中溶解氧的浓度的变化,可随时掌握发酵过程的供氧、需氧情况,为准确判断设备的通气效果提供可靠数据,以便有效控制发酵过程,为实现发酵过程的自动化控制创造条件。 发酵液中溶解氧的测定方法 ①化学法:
  在样品中加入硫酸锰和碱性碘化钾溶液,即有氢氧化锰生成,氢氧化锰与样品中溶解氧反应生成锰酸。再在反应液中加入硫酸,使已化合的溶解氧与碘化钾反应,释放出碘,可用标准硫代硫酸钠溶液滴定。
前部分反应要与空气隔绝,这些反应需在具塞磨口瓶中进行,并使反应液充满磨口瓶,不能混有气泡。化学法测定溶解氧比较准确,而且能得到氧的浓度值,所以往往是其他测定方法的基础。但是,如果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,也会影响测定终点的判断,因此化学法不适于测定发酵液的溶解氧浓度。 ②极谱法:
  极谱法测定溶氧的原理:对浸在液体中的金属阴极和参考电极(阳极)加上电压,记录在不同的电压下通过的电流,得到的电流-电压曲线在0.6-0.8V间出现平坦部分,这时发生溶解氧被还原成H2O2的反应。
若将电解电压固定于0.8 V左右,与阴极接触的液体中的溶解氧发生上述电极反应而被消耗,阴极表面便与液体的主体存在氧的浓度差,于是液体主体的溶解氧扩散到阴极表面参加电极反应,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,由于电极反应很快,实际上可视为零,因此,也就是扩散电流和溶解氧浓度成正比。 当溶解氧浓度为零时,电路中仍会有一定电流通过(残余电流),所以电流应为测定值与残余电流之差。通过测定扩散电流的大小就可测定发酵液中的溶解氧浓度。 ③压力法
  测定装置为一恒温的密闭容器。容器中装入体积为VL的样品液,液面恰位于容器中的玻璃扳处,抽真空除去液体中溶解的气体,然后补充经脱气的溶剂使液体体积恢复到VL。从贮气袋向容器通入氧气,系统的氧压为p1开动搅拌,使液体不断从玻璃板上翻动,进行气体的吸收,直到气液平衡,这时压强降为P2。如果容器中气相体积为Vc,可以求出氧在样品中的溶解度。
本文参考《发酵工程原理与技术》一书。
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