溶氧電極——溶氧對(duì)生物發(fā)酵產(chǎn)類胡蘿卜素的影響及調(diào)控，溶解氧（DissolvedOxygen,DO）是生物發(fā)酵過(guò)程中影響類胡蘿卜素合成的關(guān)鍵因素之一，其濃度和調(diào)控直接影響微生物的代謝途徑、細(xì)胞生長(zhǎng)及次級(jí)代謝產(chǎn)物的積累。以下是溶解氧對(duì)類胡蘿卜素發(fā)酵的影響及調(diào)控策略的詳細(xì)分析：溶解氧對(duì)類胡蘿卜素合成的影響，1.直接代謝調(diào)控：（1）好氧需求：類胡蘿卜素合成菌（如紅酵母、黏紅酵母、三孢布拉霉等）多為好氧微生物，其合成途徑依賴氧分子作為底物（如β-胡蘿卜素合成需氧依賴的環(huán)化酶）。（2）氧化應(yīng)激響應(yīng)：適度氧脅迫可促進(jìn)抗氧化防御機(jī)制，促進(jìn)類胡蘿卜素（如β-胡蘿卜素、蝦青素）積累，因其具有qingli活性氧（ROS）的功能。但過(guò)量ROS會(huì)抑制細(xì)胞生長(zhǎng)。2.能量與還原力平衡：（1）高DO促進(jìn)TCA循環(huán)和氧化磷酸化，生成更多ATP和NADPH,為類胡蘿卜素合成提供能量和還原力（如NADPH是類胡蘿卜素合成關(guān)鍵輔因子）（2）但過(guò)高的DO可能導(dǎo)致碳源過(guò)度消耗于菌體生長(zhǎng)，而非產(chǎn)物合成。3、關(guān)鍵酶活性，（1）限氧條件下，MVA途徑（甲羥戊酸途徑）關(guān)鍵酶（如HMG-CoA還原酶）活性可能受抑制，減少類胡蘿卜素前體（IPP/DMAPP）供應(yīng)。（2）如三孢布拉霉中，DO>30%飽和度時(shí)胡蘿卜素合成酶基因。 國(guó)內(nèi)廠商通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新降低溶氧電極成本，逐步替代進(jìn)口品牌。蘇州耐消殺溶解氧電極

溶氧電極在科研領(lǐng)域的前沿研究中不斷推動(dòng)著相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。例如，在研究地球早期生命起源的過(guò)程中，科學(xué)家通過(guò)模擬早期地球環(huán)境，利用溶氧電極監(jiān)測(cè)不同環(huán)境條件下溶液中的溶解氧變化，探索氧氣在生命起源和演化過(guò)程中的作用機(jī)制。在納米材料研究中，溶氧電極可用于研究納米材料對(duì)溶液中溶解氧的吸附和催化作用，為開(kāi)發(fā)新型納米材料和拓展其應(yīng)用領(lǐng)域提供理論依據(jù)。這些前沿研究離不開(kāi)溶氧電極的精確測(cè)量和數(shù)據(jù)支持，進(jìn)一步拓展了溶氧電極的應(yīng)用邊界和科學(xué)價(jià)值。蘇州耐消殺溶解氧電極熒光法溶氧電極的測(cè)量結(jié)果更加穩(wěn)定，主要得益于其獨(dú)特的測(cè)量原理、不消耗溶解氧的測(cè)量方式、強(qiáng)抗干擾能力。

如何結(jié)合先進(jìn)的控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)溶氧電極水平的精確控制以提高產(chǎn)酶效率？1、采用模型參考自適應(yīng)控制（MRAC）MohamedBahita等人在2022年的研究中，基于遞歸二乘識(shí)別方法，提出了一種模型參考自適應(yīng)控制（MRAC）應(yīng)用于非線性系統(tǒng)中溶解氧濃度的控制，該系統(tǒng)為活性污泥生物反應(yīng)器，大量用于廢水處理和凈化操作。通過(guò)與經(jīng)典的PI控制方法進(jìn)行比較，驗(yàn)證了該方法在MATLAB環(huán)境中的有效性。這種自適應(yīng)控制技術(shù)能夠根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況不斷調(diào)整控制參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溶氧水平的精確控制，從而為提高產(chǎn)酶效率創(chuàng)造有利條件。2、分階段供氧控制策略何寧等人在2004年的研究中，在3L發(fā)酵罐上系統(tǒng)研究了溶氧水平對(duì)谷氨酸棒桿菌菌體生長(zhǎng)及新型生物絮凝劑REA-11合成的影響，提出了生物絮凝劑REA-11合成的分階段供氧控制策略。具體為發(fā)酵過(guò)程0-16h維持體積傳氧系數(shù)kLa為100h?1，16h后降低kLa為40h?1至發(fā)酵結(jié)束，整個(gè)發(fā)酵過(guò)程通氣量保持在1L?L?1?min?1。采用該分階段供氧控制策略，生物絮凝劑產(chǎn)量達(dá)到900mg?L?1，發(fā)酵周期縮短，實(shí)現(xiàn)了高細(xì)胞生長(zhǎng)速率和高產(chǎn)物產(chǎn)率的統(tǒng)一。這種控制策略可以根據(jù)不同發(fā)酵階段的需求，精確調(diào)整溶氧水平，為提高產(chǎn)酶效率提供了一種有效的方法。

采用先進(jìn)的控制系統(tǒng)能夠提高溶氧電極的穩(wěn)定性，1、模糊自適應(yīng) PID 控制器，發(fā)酵罐系統(tǒng)中的溶氧具有非線性、時(shí)變的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的 PID 控制器通常不適用于這類系統(tǒng)。因此，可以采用一種新的模糊自適應(yīng) PID 控制器，在 Simulink 環(huán)境中構(gòu)建 PID 控制系統(tǒng)，并使用 Matlab 中的模糊邏輯控制工具箱設(shè)計(jì)模糊控制器。這種模糊自適應(yīng) PID 控制器具有響應(yīng)速度快、控制靈敏度高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以提高溶氧電極在發(fā)酵罐廠應(yīng)用中的穩(wěn)定性。2、分階段供氧控制策略，在谷氨酸棒桿菌合成新型生物絮凝劑的分批發(fā)酵過(guò)程中，采用分階段供氧控制策略可以提高生物絮凝劑的產(chǎn)量和穩(wěn)定性。該策略是在發(fā)酵過(guò)程 0～16 h 維持體積傳氧系數(shù) kLa 為 100h-1，16 h 后降低 kLa 為 40h-1 至發(fā)酵結(jié)束，整個(gè)發(fā)酵過(guò)程通氣量保持在 1 L?L-1?min-1。采用這種分階段供氧控制策略，可以實(shí)現(xiàn)高細(xì)胞生長(zhǎng)速率和高產(chǎn)物產(chǎn)率的統(tǒng)一，同時(shí)也可以提高溶氧電極在發(fā)酵罐廠應(yīng)用中的穩(wěn)定性。生物反應(yīng)器依賴溶氧電極精確調(diào)控氧濃度，保障細(xì)胞培養(yǎng)和產(chǎn)物合成。

溶氧電極在航空航天領(lǐng)域也有潛在應(yīng)用。在航天器的生命保障系統(tǒng)中，需要精確控制艙內(nèi)空氣中的氧氣含量，以保證宇航員的生命安全和健康。溶氧電極可用于監(jiān)測(cè)艙內(nèi)空氣的溶解氧濃度，當(dāng)濃度發(fā)生異常變化時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)采取措施，如調(diào)節(jié)空氣循環(huán)系統(tǒng)、補(bǔ)充氧氣等，維持艙內(nèi)空氣環(huán)境的穩(wěn)定。此外，在航天飛行器的推進(jìn)劑儲(chǔ)存和輸送過(guò)程中，對(duì)液體推進(jìn)劑中的溶解氧含量也有嚴(yán)格要求，溶氧電極可用于監(jiān)測(cè)推進(jìn)劑中的溶解氧，確保推進(jìn)劑的質(zhì)量和性能。在氨基酸發(fā)酵中，溶解氧電極幫助維持適宜的氧水平，提高目標(biāo)產(chǎn)物得率。蘇州耐消殺溶解氧電極

溶氧電極的安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離攪拌器葉片，避免機(jī)械損傷。蘇州耐消殺溶解氧電極

溶氧電極測(cè)值的變化還會(huì)影響微生物的群落結(jié)構(gòu)。在不同的溶氧水平下，微生物群落會(huì)發(fā)生適應(yīng)性變化。例如，在高鹽環(huán)境的微生物燃料電池中，當(dāng)溶氧電極測(cè)值顯示特定的溶氧水平時(shí)，陰極生物膜中的微生物群落會(huì)發(fā)生改變，一些特定的菌種如 Desulfuromonas sp. 和 Gammaproteobacteria 會(huì)成為關(guān)鍵物種，影響微生物燃料電池的性能。因此，通過(guò)溶氧電極監(jiān)測(cè)溶氧水平的變化，可以研究微生物群落結(jié)構(gòu)與溶氧水平之間的關(guān)系。對(duì)于一些對(duì)氧氣敏感的微生物，溶氧電極的測(cè)值尤為重要。例如，微需氧微生物在低氧環(huán)境下生長(zhǎng)，但對(duì)氧氣的濃度要求非常嚴(yán)格。溶氧電極可以精確地測(cè)量這種低氧水平，幫助研究人員確定微需氧微生物的較好生長(zhǎng)條件。同時(shí)，對(duì)于一些在低氧環(huán)境下具有特殊代謝功能的微生物，如在微氧條件下能夠有效降解生物毒性污染物的微生物，溶氧電極可以監(jiān)測(cè)到適宜的溶氧水平，促進(jìn)其代謝過(guò)程。蘇州耐消殺溶解氧電極