溶氧电极——溶氧对生物发酵产类胡萝卜素的影响及调控，溶解氧（DissolvedOxygen,DO）是生物发酵过程中影响类胡萝卜素合成的关键因素之一，其浓度和调控直接影响微生物的代谢途径、细胞生长及次级代谢产物的积累。以下是溶解氧对类胡萝卜素发酵的影响及调控策略的详细分析：溶解氧对类胡萝卜素合成的影响，1.直接代谢调控：（1）好氧需求：类胡萝卜素合成菌（如红酵母、黏红酵母、三孢布拉霉等）多为好氧微生物，其合成途径依赖氧分子作为底物（如β-胡萝卜素合成需氧依赖的环化酶）。（2）氧化应激响应：适度氧胁迫可促进抗氧化防御机制，促进类胡萝卜素（如β-胡萝卜素、虾青素）积累，因其具有qingli活性氧（ROS）的功能。但过量ROS会抑制细胞生长。2.能量与还原力平衡：（1）高DO促进TCA循环和氧化磷酸化，生成更多ATP和NADPH,为类胡萝卜素合成提供能量和还原力（如NADPH是类胡萝卜素合成关键辅因子）（2）但过高的DO可能导致碳源过度消耗于菌体生长，而非产物合成。3、关键酶活性，（1）限氧条件下，MVA途径（甲羟戊酸途径）关键酶（如HMG-CoA还原酶）活性可能受抑制，减少类胡萝卜素前体（IPP/DMAPP）供应。（2）如三孢布拉霉中，DO>30%饱和度时胡萝卜素合成酶基因。 溶氧电极的透气膜（聚丙烯 / 硅橡胶）隔绝溶液，允许氧气选择性渗透至电极表面。安徽高温灭菌溶氧电极

溶氧电极在发酵罐厂的应用中，稳定性至关重要。提高溶氧电极的稳定性可以优化发酵罐的操作条件：1、控制搅拌转速和通气量，搅拌转速和通气量对发酵过程中的溶氧水平有重要影响。适当提高搅拌转速 可以增加发酵液与空气的接触面积，提高溶氧传递效率；增加通气量 可以提高发酵罐内的氧气含量，从而提高溶氧水平。例如，以双孢蘑菇为实验菌种的研究表明，较佳的培养条件为温度25℃、搅拌转速160r/min、通气量0.9vvm，此条件下，菌体生物量至多达20.81g/L，胞外多糖产量多达3.75g/L。2、控制发酵温度和pH值，发酵温度和pH值对发酵过程中的微生物生长和代谢有重要影响，同时也会影响溶氧电极的稳定性。一般来说，发酵温度和pH值应控制在适合发酵菌种生长和代谢的范围内。过高或过低的发酵温度和pH值会影响微生物的活性和代谢产物的生成，从而影响溶氧水平的变化。同时，也会对溶氧电极的性能产生一定的影响，降低其稳定性。因此，需要根据发酵菌种的特性和发酵工艺的要求，优化发酵温度和pH值，以提高溶氧电极的稳定性。安徽高温灭菌溶氧电极跨学科融合推动溶氧电极与光谱、质谱技术联用，实现多参数同步分析。

溶氧电极在发酵罐厂的应用中，稳定性至关重要。提高溶氧电极的稳定性可以从多个方面入手。一、选择合适的溶氧电极类型，目前市场上主要有传统极谱氧电极和光学溶氧电极两种类型。光学溶氧电极相对于传统极谱氧电极具有精度高，漂移小，响应快等优点。在发酵过程中，光学溶氧电极具有代替传统极谱氧电极的巨大潜力。因此，在发酵罐厂应用中，可以优先选择光学溶氧电极，以提高稳定性。二、正确安装和维护，1、溶氧电极安装位置的选择，溶氧电极应安装在发酵罐内能够准确反映发酵液中溶氧水平的位置。一般来说，应避免安装在搅拌器附近、进气口或出气口等容易产生湍流或气泡的地方，以免影响测量的准确性。安装时应确保电极与发酵液充分接触，同时要注意电极的密封性，防止发酵液泄漏或外部气体进入影响测量结果。2、定期维护和校准，定期对溶氧电极进行维护和校准是保证其稳定性的重要措施。维护包括清洗电极表面、检查电极的密封性和电缆连接等。校准可以采用两点校准法或三点校准法，根据发酵液的实际情况选择合适的校准液进行校准。校准的频率应根据发酵罐的使用情况和电极的性能来确定，一般建议每周或每月进行一次校准。

溶氧电极（溶氧水平对生物发酵产酶效率影响）：溶氧水平的变化可能会影响微生物的代谢途径。在适宜的溶氧水平下，微生物可能会选择更有利于酶合成的代谢途径。而在低溶氧或高溶氧水平下，微生物的代谢途径可能会发生改变，从而影响酶的合成效率。例如，在低溶氧条件下，微生物可能会启动一些厌氧代谢途径，这些途径可能不利于酶的合成。相反，在高溶氧条件下，微生物可能会产生过多的活性氧，导致氧化应激，从而影响细胞的正常代谢和酶的合成。在生物发酵产酶过程中，溶氧水平的控制需要综合考虑多个因素。除了微生物的种类、酶的类型外，还需要考虑发酵设备的性能、发酵工艺的特点等因素。例如，不同的发酵设备可能具有不同的溶氧传递效率，这就需要根据设备的特点来调整溶氧水平的控制策略。此外，发酵工艺的不同也可能会影响溶氧水平对产酶效率的影响。例如，连续发酵和分批发酵过程中，溶氧水平的控制策略可能会有所不同。溶氧电极的搅拌速度需恒定，避免流速变化引入测量误差。

溶解氧电极的工作原理及技术发展

溶解氧电极作为生物发酵过程中关键的在线监测设备，其工作原理主要基于电化学检测方法。

目前市场上主流的溶解氧电极可分为极谱式和原电池式两种类型。极谱式电极采用三电极系统，包括工作电极（通常为金或铂）、对电极和参比电极，在工作电极表面施加稳定的极化电压（通常为-0.6至-0.8V），溶解氧透过选择性透气膜后在电极表面发生还原反应，产生的电流信号与溶解氧浓度成正比。

近年来，溶解氧传感技术取得了进展。传统电化学电极逐渐被基于荧光猝灭原理的光学传感器所补充。光学传感器利用特定荧光物质在氧分子作用下的荧光寿命变化来测定溶解氧浓度，具有无需极化、不受流速影响、维护简单等优势。

在发酵应用中，溶解氧电极面临的主要技术挑战包括：高温灭菌（121℃、30分钟）条件下的稳定性、长期运行的漂移控制、抗培养基污染能力等。现代电极采用特殊的膜材料（如PTFE复合膜）和固态电解质技术，使使用寿命延长至12-18个月。某大型氨基酸生产企业的对比数据显示，采用新型电极后，校准周期从3天延长至2周，年维护成本降低40%。 荧光法溶氧电极在耐腐蚀性方面表现出色，在恶劣环境下长期稳定运行，为水质监测、污水处理、环境保护等。安徽高温灭菌溶氧电极

溶解氧电极的测量范围需匹配发酵工艺需求，如高耗氧或微需氧的不同场景。安徽高温灭菌溶氧电极

在大规模生物发酵生产中，改善溶氧电极水平均匀性对于提高发酵效率和产品质量至关重要，以下是使用压力补偿式发射器、添加表面活性剂 2种方法的讲解说明。1、使用压力补偿式发射器，在灌溉水中注入微气泡进行滴灌和地下滴灌系统中，压力补偿式发射器记录的溶解氧浓度明显高于非压力补偿式发射器沿整个灌溉线的浓度。这表明在大规模生物发酵生产中，使用压力补偿式发射器可以改善溶氧水平的均匀性。2、添加表面活性剂，在灌溉水中添加表面活性剂，至多可达4ppm，与对照相比，空气和氧气注入灌溉均导致气体空隙率和溶解氧浓度增加。在非压力补偿滴灌带200m处，空气注入（165%）和氧气注入（438%）处理中，4ppm表面活性剂记录的氧饱和度达峰值。在大规模生物发酵生产中，适当添加表面活性剂可能有助于提高溶氧水平的均匀性。安徽高温灭菌溶氧电极