实验 1 K L a 的测定方法氧是难溶气体，在25℃和1个大气压下，纯水中溶解度为0.25 mol/m 3左右。

在好氧发酵过程中，氧气由气相传递到液相，为微生物消耗。

氧的传递过程限速阻力位液膜阶段，此时K l a 是描述氧的传递性能的重要参数。

1.目的掌握利用亚硫酸盐测定容积氧体积传递系数的方法，了解氧传递在好氧发酵过程中的重要作用。

2原理以Cu 离子为催化剂，溶解于水中的O 2能立即将水中的SO 32-氧化为SO 42-，其氧化反应的速度几乎与SO 32-浓度无关。

实际上是O 2一经溶入液相，立即就被还原掉。

这种反应特性使溶氧速率成为控制氧化反应的因素。

其反应式如下：2Na 2SO 32 2SO 4 剩余的Na 2SO 3与过量的碘作用 Na 2SO3 + I 2 + H 2O Na 2SO4 + 2HI 剩余的I 2用标准Na 2S 2O 3溶液滴定。

I 2+ 2Na 2S 2O 3 Na 2S 4O 6+2NaI∆O 2 ~ ∆Na 2SO 3 ~ ∆I 2 ~ ∆Na 2S 2O 3 1 2 2 4可见，每溶解1mol O 2，将消耗2mol Na 2SO 3，将少消耗2mol I 2，将多消耗4mol Na 2S 2O 3。

因此可根据两次取样滴定消耗Na 2S 2O 3的摩尔数之差，计算体积溶氧速率。

公式如下：090036004tV VMtV VM N V ∆∆=⨯∆∆=式中 N V ：两次取样滴定消耗Na 2S 2O 3体积之差，M ：Na 2S 2O 3浓度，∆t ：两次取样时间间隔，h V 0：取样分析液体积。

将上述N V 值代入公式CC N a k VL -=*即可计算出k L a由于溶液中SO3-2在Cu2+催化下瞬即把溶解氧还原掉，所以在搅拌作用充分的条件下整个实验过程中溶液中的溶氧浓度C=0。

在0.1Mpa(1atm)下，25ºC时空气中氧的分压为0.021MPa，根据亨利定律，可计算出C*=0.24mmol/L，但由于亚硫酸盐的存在，C*的实际值低于0.24mmol/L，因此一般规定C*=0.21mmol/L。

所以k L a=N V/0.21亚硫酸钠氧化法的优点是不需专用的仪器，适用于摇瓶及小型试验设备中k L a的测定。

缺点是：测定的是亚硫酸钠溶液的体积溶氧系数k L a，而不是真实的发酵液中的k L a。

3. 试剂a. 0.1mol/LNa2S2O3溶液（需要标定），在使用前1-2周配置b.淀粉溶液：称取1g淀粉，放入100mL的水中加热搅拌煮沸2-3min.c.0.05mol/L的I2溶液：称取30gKI，加入10mL,溶解，再称取19.5g碘搅拌充分溶解，定容1.5L（根据实验用量调节），避光保存。

d. 0.1mol/L硫酸铜溶液4. 仪器吸管，50mL三角瓶、酸式滴定管、300-500mL三角瓶。

5. 实验步骤及方法测定Kla的反应装置，加入适当浓度，如x mol/L（0.05~0.45mol/L）Na2SO3溶液，每升Na2SO3溶液加入1 ml 0.1mol/L硫酸铜溶液.。

在通风搅拌后开始计时（准确秒表）及间隔准确时间取样时，取样量略少于2.5/x,以便于取样为准。

取样时注意，迅速取样10ml Na2SO3溶液加入0.05mol/L 的I2溶液25ml溶液中。

吸管一定要尽可能的靠近碘液液面。

然后用标准的0.1mol/LNa2S2O3溶液进行滴定。

6. 实验记录及报告反应液组成Na2SO3：mol/L实验条件反应器名称及规格反应液体积反应温度转速、绝对气压两次取样间隔t/s两次滴定Na2S2O3溶液体积差Kla（1/h）Kla（1/h）平均值思考题1.实际发酵过程中能否用此法进行测定容积氧传递系数？2. 对于几十立方的发酵罐该法是否可行？3. 为什么要吸管一定要尽可能的靠近碘液液面实验2 菌体生长动力学参数的求取（第一部分）目的和要求掌握DNS法测定还原糖和多糖的方法，绘制出标准曲线。

一. 原理3，5-二硝基水杨酸与还原糖共热后被还原成棕红色的氨基化合物，在一定范围内还原糖的量和反应液的颜色深度成正比。

因此，可利用分光光度计进行比色测定，求得样品的含糖量。

材料与试剂a)材料：葡萄糖（分析纯）、蒸馏水b)试剂：DNS液1）以称取3,5-二硝基水杨酸（C7H4N2O7）6.3 g，氢氧化钠 21.0 g充分溶解于500 ml蒸馏水中（水先煮沸10分钟后冷却）（2）加入酒石酸钾钠（C4H4O6KNa·4H2O）182.0g，苯酚（在50℃水中融化） 5.0g，偏重亚硫酸钠（NaS2O5）5.0g，搅拌至全溶，定容至1000 ml。

（3）充分溶解后盛于棕色瓶中，放置10天后便可使用。

平时盛一小瓶放在外面使用，其它储于冰箱中。

此溶液每月配制一次。

c)器材：容量瓶、吸管（1mL,5mL,25mL）、烘箱、试管架、吸耳球、称量纸、分光光度计、烧杯、恒温水浴锅、离心机、记号笔、电炉、搪瓷缸二. 操作方法a)标准曲线的制作三. 结果1.以吸光度为横坐标，葡萄糖质量为纵坐标作图。

并借助计算机计算出相关系数和曲线方程。

动力学参数求取（第二部分）自20世纪40年代至今，微生物生理学者和生物化学工程学者提出了许多关于微生物生长的动力学模型。

这些生长模型根据Tsuchiya 理论可分为 （1）确定论的非结构模型，是一种理想状况，不考虑细胞内部结构，每个细胞之间无差别。

（2）确定论的结构模型，每个细胞之间无差别，细胞内部有多个组分存在。

（3）概率论的非结构模型，不考虑细胞内部结构，每个细胞之间有差别。

（4）概率论的结构模型，考虑细胞内部结构，每个细胞之间有差别。

从工程角度看，理想的微生物生长模型应具备下列4个条件： （1）要明确建立模型的目的。

（2）明确地给出建立模型的假定条件，这样才能明确模型的适用范围。

（3）希望所含有的参数，能够通过实验逐个确定。

（4）模型应尽可能简单。

目前，常使用确定论的非结构模型是Monod 方程。

莫诺方程（Monod 方程）SK SS +=max μμ，式中：μ：生长比速(h -1) μmax ：最大生长比速(h -1) S: 单一限制性基质浓度(mol/L) K S : 微生物对基质的半饱和常数(mol/L)S根据细胞生长动力学，细菌生长速率可以表示为 根据细胞生长动力学，细菌的生长速率可以表示为/*x r dx dt x μ==因此max //()x s r x S k S μμ==+max max //*1/1/x s x r k S μμ=+ 在短时间内上式可表示为1*x r x t --=∆∆max max //*1/1/x s r k xS μμ---=+以/~1/x r xS --- 作图，为一直线则符合monod 方程，通过斜率和截距可求取动力参数K s 与r max . 二、方法步骤1.培养基配置：葡萄糖 30g ，NaCl 5g ，牛肉膏 5g ，蛋白胨 10g ， 水 1000ml ；分装值500ml 三角瓶中装瓶量为200mL,0.1Mpa 蒸汽灭菌25min.2. 待培养基降至室温，无菌接入种子10mL,放置于37℃恒温摇床振荡培养；3.按照以下方法取样进行测定注意：葡萄糖浓度较高稀释后，（具体稀释倍数以吸光度测定值在02~0.8之间为准）测定的吸光度乘以稀释倍数根据标准曲线进行换算为浓度。

同样当菌体浓度吸光度大于1时，要适当稀释（具体稀释倍数以吸光度测定值在02~0.8之间为准）测定的吸光度乘以稀释倍数。

三．数据分析以/~1/x r x S 作图，符合monod 方程，通过斜率和截距可求取动力参数K s 与r max . 五、实验分析 六、总结实验3 发酵罐的构造和操作原理[目的要求]了解生物发酵罐的基本结构和操作方法[实验原理]发酵罐是最常见和常用的生物反应器，已经实现生物发酵各种工艺参数的在位测定和自动控制。

[内容]发酵罐基本结构与操作方法。

发酵罐的基本结构：生物发酵罐系统=罐体系统+控制机箱+空气压缩机+蒸汽发生器操作流程：开机→空罐灭菌→加入培养液→实罐灭菌→冷却→接种→工艺参数设定→运行：发酵+通气→终点：放料→清洗→关机。

1. 罐体系统罐身：由硼硅玻璃和不锈钢（316L）加工而成。

密封件：机械密封、硅橡胶“O”型圈。

罐盖：排气冷凝器口、pH电极口、取样放料孔、取样回气孔、液位电极口、接种口、温度电极口、DO电极口、接地线插口、进气孔、单孔补料孔、三口补料孔、泡沫电极口。

2. 管阀系统管阀系统由EW—冷却水电磁阀、W1一溢流水阀、W2一排水排汽阀、S一进蒸汽调节阀、G—气路调节阀、不锈钢管路、优质胶管、接头等组成。

3.pH电极的校止进入pH电极校止后，显示界面如下图所示。

校正时，温度补偿是自动的，校正温度应选择于发酵液工作温度附近。

操作人员须将随机提供的温度电极和pH电极一同插入中性标准溶液，如pH=6.86，通过面板调整零位ZERO，(用箭头键移动光标到ZERO行的+/-上，按ENTER键即可)使屏幕上pH指示值接近6.86，再将pH计和温度电极一起插入标准的酸性或碱性溶液，如pH=4.0。

调整斜率SLOPE(用箭头键移动光标到SLOPE行的+/-上，按ENTER键即可)使pH指示接近4，再重复上述过程1--2次，使pH指示达到标准溶液的pH值即可。

斜率SLOPE的变化范围：0.39-1.89，零位ZERO的变化范围122-143，校正完毕用ESC键退出。

实罐灭菌后及发酵过程中应对pH电极进行在线校正。

从罐内取出样品后，即用标准pH计检测样品的pH值，再进入CALIB程序，调整零位ZERO，使液晶显示器显示的pH值与标准pH计显示值相同。

显然，你应保证这标准pH计是正确的。

4. DO2电极的校正进入DO2电极校正后，显示界面如下图所示。

校正时，温度补偿是自动的，校正温度应选择在发酵：工作温度附近。

操作员将溶氧电极放入些遮酸钠趣盘遥遮，调整零位ZERO，使DO2指示接近于0%，最好为1%--2%，再将溶氧电极取出，以空气作为100%溶氧量来标定，调楚斜率SLOPE使DO2达到100%，再重复上述过程1—2次即可。

SLOPE的调整范围：0.5—2.0，ZERO的调整范围：1—25。

校正完毕用ESC键退出。

实罐灭菌后，在接种发酵刚开始，应对DO2电极进行在线校正，进入CALIB程序，调整斜率SLOPE，使液晶显示器显示的DO2值达到100%。

5. 实罐灭菌第一步装上已校正好的pH、DO电极第二步按工艺要求在罐内放入发酵培养液。

第三步夹套加热，开启搅拌，待温度上升至90℃左右，停止夹套加热，关闭搅拌；第四步空气过滤器、取样口通入蒸汽加热。