本文采用scale-down反应器模拟工业生产中的溶氧梯度,对scale-down方法的可行性进行了验证,同时以谷氨酸发酵为对象研究溶氧非均匀性对生理代谢的影响。该方法为放大过程研究提供了一种新的研究手段。首先采用单室scale-down反应器系统模拟大规模反应器内的溶氧浓度梯度,重点研究溶氧波动范围0-30%,波动周期2h、4h、6h条件下,溶氧浓度梯度对谷氨酸棒杆菌生长及其代谢的影响。结果表明在溶氧周期性波动条件下,谷氨酸棒杆菌更倾向于利用葡萄糖产生菌体而非积累产物谷氨酸,同时周期性的厌氧环境导致副产物乳酸大量积累。为了更好的模拟大规模反应器中溶氧非均匀环境的真实情况建立了双室scale-down反应器。通过实验测定与CFD模拟相结合的方法对双室scale-down反应器的流场特性进行研究,结果表明在反应器主体区与PFR部分之间形成了明显的溶氧差异,满足在实验室规模反应器内建立大规模反应器中溶氧非均匀环境的要求。最后采用双室scale-down反应器进行谷氨酸发酵,结果表明在溶氧非均匀条件下,菌体生长缓慢,但生长期延长,导致最终菌浓升高,同时谷氨酸产量下降,副产物乳酸积累,这与单室反应器中得出的结论一致。同时实验结果证明在双室scale-down反应器内存在溶氧梯度,为scale-down方法的建立奠定了基础。