生化過(guò)程監(jiān)測(cè)一般可分為在線監(jiān)測(cè)和離線測(cè)定，對(duì)在線監(jiān)測(cè)進(jìn)行細(xì)分可以分為直接測(cè)量參數(shù)，例如溫度、溶氧、pH等，和在線計(jì)算參數(shù)，例如OUR、CER和RQ等。在線計(jì)算參數(shù)是通過(guò)多個(gè)在線測(cè)量參數(shù)或者在線計(jì)算參數(shù)，通過(guò)一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算得到的。目前，對(duì)于OUR和CER的計(jì)算主要有兩種，動(dòng)態(tài)法和擬穩(wěn)態(tài)法。
1、動(dòng)態(tài)法測(cè)量OUR和CER
動(dòng)態(tài)法測(cè)量是通過(guò)周期性供氧，測(cè)量溶氧的變化，從而計(jì)算出OUR和kLa。目前主要用于OUR非常低水平和搖瓶等無(wú)法采集到尾氣的發(fā)酵過(guò)程監(jiān)測(cè)。ACBiotec GmbH等人介紹了一種名為RAMOS的裝置，利用動(dòng)態(tài)法可以測(cè)得搖瓶發(fā)酵過(guò)程中的OUR、CER和RQ。在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中，測(cè)量是周期性進(jìn)行的。每一個(gè)測(cè)量周期都包含沖洗階段和測(cè)量階段，在測(cè)量開(kāi)始前，RAMOS裝置的進(jìn)口和出口閥門都是關(guān)閉的，微生物的呼吸作用會(huì)使得裝置內(nèi)氧氣分壓降低，二氧化碳分壓升高。分壓變化可以被溶氧電極和壓差計(jì)捕捉到，于是，OUR、CER和RQ可以通過(guò)以下公式計(jì)算得到：



其中，ΔpO2、ΔpCO2為過(guò)程中氧分壓和二氧化碳分壓變化，Δt為整個(gè)過(guò)程用的時(shí)間，VG表示搖瓶體積，R為氣體常數(shù)，T為體系溫度，VL為搖瓶裝液量。

每一次測(cè)量以后，RAMOS裝置的閥門會(huì)被重新打開(kāi)，在下一次測(cè)量之前會(huì)都會(huì)用已知組分的氣體校準(zhǔn)電極。
2、動(dòng)態(tài)法測(cè)量kLa
S.J. Arjunwadkar等人提到了動(dòng)態(tài)法測(cè)定kLa，其基本方法是首先通過(guò)通入氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w將發(fā)酵液中氧氣排出，當(dāng)溶氧下降到零以后向發(fā)酵液中通入壓縮空氣，并開(kāi)始記錄溶氧的變化。根據(jù)公式可以計(jì)算出kLa的值。

其中，C*是與氣相平衡的液相氧濃度；C為當(dāng)前氧濃度。在試驗(yàn)中，一般溶氧電極會(huì)有一定響應(yīng)時(shí)間，應(yīng)當(dāng)采用響應(yīng)時(shí)間的修正模型進(jìn)行修正。一種比較簡(jiǎn)單有效的方法是采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程：

其中，Cme是溶氧電極實(shí)測(cè)的溶氧濃度，CL是實(shí)際溶氧濃度， r是電極的95%響應(yīng)時(shí)間。
3、擬穩(wěn)態(tài)測(cè)量OUR和CER
擬穩(wěn)態(tài)測(cè)量是我們實(shí)驗(yàn)室目前正在采用的方法，其原理基于一個(gè)重要的假設(shè)：溶氧在較短短時(shí)間內(nèi)沒(méi)有發(fā)生變化，并且忽略罐體上方氣體組分變化。
在一個(gè)密閉的容器里，我們對(duì)發(fā)酵液中溶解氧進(jìn)行物質(zhì)守恒計(jì)算：
其中為發(fā)酵液中溶氧濃度變化率。
根據(jù)我們開(kāi)始的假設(shè)也就是OTR=OUR，即供氧就等于耗氧。OTR可以通過(guò)進(jìn)氣和尾氣中氧分壓比和流量來(lái)進(jìn)行計(jì)算：

其中， 表示Fin進(jìn)氣流量，F(xiàn)out表示尾氣流量，yo2,in表示進(jìn)氣氧分壓比，yo2,out表示尾氣氧分壓比，V表示發(fā)酵液體積或質(zhì)量。除了Fout，其他參數(shù)都可以分別由流量計(jì)、過(guò)程質(zhì)譜儀和罐重傳感器獲得。Fout可以根據(jù)氮?dú)馄胶膺M(jìn)行計(jì)算:
我們可以得到OTR的計(jì)算公式：

同樣的方式可以得到CER的計(jì)算公式：