當流體處於湍流狀態時，單位體積發酵液實際消耗的攪拌功率才能作為攪拌程度的可靠指標。試驗測得式（7-33）中α值為0.75～1.0。
在攪拌的情況下，當發酵液達到完全湍流（即雷諾準數Re>105時），此時的攪拌功率P為：
P＝K·d5·n3·ρ（7-34）
式中d—— 攪拌器直徑，m
n——攪拌器轉速， r/min
ρ——發酵液密度，kg/m3
P——攪拌功率，kW
K——經驗常數，隨攪拌器形式而改變，一般由試驗測定
式（7-34）是在不通氣和具有全擋板條件下的攪拌功率計算公式，當發酵液中通入空氣後，由於氣泡的作用而降低了發酵液的密度和表觀黏度，所以通氣情況下的攪拌功率僅為不通氣時所消耗攪拌功率的30%～60%。
列出某些微生物發酵時不同攪拌轉速對KLa、攝氧率和飽和溶氧濃度C*的影響。由表中可知攪拌轉速對KLa和攝氧率均有一定的影響，但對C*的影響不大。
（2）空氣流速由式（7-33）看出，KLa隨著空氣流速的增加而增加，隨攪拌形式的不同，指數β為0.4～0.72。當增加通風量時，空氣流速增加，從而增大了溶氧；但另一方麵，增加風量，在轉速不變的情況下，功率會降低，又會使溶氧係數降低。同時，流速過大時，會發生“過載”現象，此時槳葉不能打散空氣，氣流形成大氣泡在軸的周圍逸出，使攪拌效率和溶氧速率都大大降低。因而，單純增大通風量來提高溶氧係數並不一定得到好的效果。
（3）發酵液性質由式（7-33）可知，KLa與發酵液的表觀黏度ηαpp成反比,說明發酵液的流變學性質能夠顯著影響KLa。在發酵過程中，由於微生物的生長繁殖和代謝活動，必然會引起發酵液物理化學性質發生改變，特別是黏度、pH、極性、表麵張力、離子濃度等，從而影響氣泡的大小、穩定性和氧的傳遞效率。此外，發酵液黏度的改變還會通過影響液體的湍動性以及界麵和液膜阻力來影響溶氧傳遞效率。
例如，發酵液中菌體濃度的增加會使KLa變小，黑曲黴菌絲濃度與KLa的關係。其原因是絲狀菌的菌體濃度增加會使發酵液黏度增加，致使KLa值降低，進而導致菌體的氧吸收速率下降。
黑曲黴菌絲濃度與KLa的關係（引自俞俊棠等，1997）由於消泡用的油脂是具有親水端和疏水端的表麵活性劑，加入發酵液後分布在氣液界麵，會增大傳質阻力，使KLa下降。另外，有些有機物質如蛋白腖也能降低KLa值，如在水中加入10g/L的蛋白腖時會將KLa值減少到原來的40%左右，同時氣泡直徑減少15%左右。但某些少量的醇、酮和酯反而會使KLa值提高，如將0.02g/L的這些物質加入水中，能使KLa值增加50%～100%。其原因是氣泡直徑減小導致氣液接觸麵積a增加，雖然KL值有所降低，但總的KLa值仍然是增大的。
另外，發酵液的離子強度也會影響KLa值。在電解質溶液中生成的氣泡比在水中小得多，因而有較大的比表麵積。同一氣液接觸反應器中，相同的操作條件下，電解質溶液的KLa值比水大，而且隨電解質濃度的增加，KLa也有較大的增加。可以看出，當鹽濃度達到5g/L時，電解質溶液的KLa就開始表現出比水大的趨勢。鹽濃度在50g/L以上時，KLa迅速增加。一些有機溶劑如丙酮、乙醇、甲醇等也有類似的現象。
(4)空氣分布器形式和發酵罐結構的影響在需氧發酵中，除用攪拌將空氣分散成小氣泡外，還可用鼓泡來分散空氣，提高通氣效率。研究指出，環狀鼓泡器的直徑應小於攪拌器的直徑，這是因為當環狀鼓泡器的直徑大於攪拌器直徑時，大量的空氣未經攪拌器的分散而沿罐壁逸出液麵，導致空氣分散效果很差。一般來說，體積較大的發酵罐氧利用率較高，這是因為當增加發酵罐的高度時，能夠增加氣液接觸時間，提高了氧的溶解度。在幾何形狀相似的條件下，較大發酵罐的氧利用率可達7%～10%，而體積較小的發酵罐氧利用率隻能達到3%～5%。
三、發酵過程中溶氧的控製
發酵液的溶氧濃度是由供氧和需氧兩方麵所決定的。也就是說，當發酵的供氧量大於需氧量，溶氧就上升，直到飽和；反之就下降。因此，要控製好發酵液中的溶氧，需要從這兩方麵著手。
在供氧方麵，主要是設法提高氧傳遞的推動力和液相體積氧傳遞係數KLa值。結合生產實際，在可能的條件下，采取適當的措施來提高溶氧，如調節攪拌轉速或通氣速率來控製供氧。
發酵液的需氧量受菌體濃度、基質的種類和濃度以及培養條件等因素的影響，其中以菌體濃度的影響最為明顯。發酵液的攝氧速率（OUR）是隨菌體濃度增加而按比例增加，但傳氧速率（OTR）是隨菌體濃度以對數關係減少，因此可以控製菌的比生長速率比臨界比生長速率（菌株維持具有較高產物合成酶活性的“壯年”細胞占優勢都必須滿足一個最低比生長速率，低於它，老齡細胞將逐漸占優勢，致使產物合成能力下降。這一最低比生長速率就稱臨界比生長速率，以μ臨表示）略高一點的水平，達到最適菌體濃度，菌體的生產率最高。這是控製最適溶氧濃度的重要方法。最適菌體濃度既能保證產物的比生產速率維持在最大值，又不會使需氧大於供氧。控製最適的菌體濃度可以通過控製基質的濃度來實現，例如青黴素發酵，就是通過控製補加葡萄糖的速率達到最適菌體濃度。現已利用敏感型的溶氧電極傳感器來控製青黴素發酵，利用溶氧的變化來自動控製補糖速率，間接控製供氧速率和pH，實現菌體生長、溶氧和pH三位一體的控製體係。
除控製補料速度外，在工業上，還可采用調節溫度（降低培養溫度可提高溶氧濃度）、液化培養基、中間補水、添加表麵活性劑等工藝措施來改善溶氧水平。
在發酵過程中，有時出現溶氧明顯降低或明顯升高的異常變化，常見的是溶氧下降。造成異常變化的原因有兩方麵：耗氧或供氧出現了異常因素或發生了障礙。據已有資料報道，引起溶氧異常下降，可能有下列幾種原因：① 汙染好氣性雜菌，大量的溶氧被消耗掉，可能使溶氧在較短時間內下降到零附近，如果雜菌本身耗氧能力不強，溶氧變化就可能不明顯；② 菌體代謝發生異常現象，需氧要求增加，使溶氧下降；③ 某些設備或工藝控製發生故障或變化，也可能引起溶氧下降，如攪拌功率消耗變小或攪拌速度變慢，影響供氧能力，使溶氧降低。又如消泡劑因自動加油器失靈或人為加量太多，也會引起溶氧迅速下降。其他影響供氧的工藝操作，如停止攪拌、悶罐（罐排氣閥封閉）等，都會使溶氧發生異常變化。
由上可知，從發酵液中的溶氧變化就可以了解微生物生長代謝是否正常、工藝控製是否合理、設備供氧能力是否充足等問題，幫助我們查找發酵不正常的原因和控製好發酵生產。第八章發酵生產的設備