生化過程監(jiān)測一般可分為在線監(jiān)測和離線測定，對在線監(jiān)測進行細分可以分為直接測量參數(shù)，例如溫度、溶氧、pH等，和在線計算參數(shù)，例如OUR、CER和RQ等。在線計算參數(shù)是通過多個在線測量參數(shù)或者在線計算參數(shù)，通過一定的數(shù)學(xué)模型進行計算得到的。目前，對于OUR和CER的計算主要有兩種，動態(tài)法和擬穩(wěn)態(tài)法。
1、動態(tài)法測量OUR和CER
動態(tài)法測量是通過周期性供氧，測量溶氧的變化，從而計算出OUR和kLa。目前主要用于OUR非常低水平和搖瓶等無法采集到尾氣的發(fā)酵過程監(jiān)測。ACBiotec GmbH等人介紹了一種名為RAMOS的裝置，利用動態(tài)法可以測得搖瓶發(fā)酵過程中的OUR、CER和RQ。在整個發(fā)酵過程中，測量是周期性進行的。每一個測量周期都包含沖洗階段和測量階段，在測量開始前，RAMOS裝置的進口和出口閥門都是關(guān)閉的，微生物的呼吸作用會使得裝置內(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捕捉到，于是，OUR、CER和RQ可以通過以下公式計算得到：



其中，ΔpO2、ΔpCO2為過程中氧分壓和二氧化碳分壓變化，Δt為整個過程用的時間，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。

每一次測量以后，RAMOS裝置的閥門會被重新打開，在下一次測量之前會都會用已知組分的氣體校準電極。
2、動態(tài)法測量kLa
S.J. Arjunwadkar等人提到了動態(tài)法測定kLa，其基本方法是首先通過通入氮氣或其他惰性氣體將發(fā)酵液中氧氣排出，當溶氧下降到零以后向發(fā)酵液中通入壓縮空氣，并開始記錄溶氧的變化。根據(jù)公式可以計算出kLa的值。

其中，C*是與氣相平衡的液相氧濃度；C為當前氧濃度。在試驗中，一般溶氧電極會有一定響應(yīng)時間，應(yīng)當采用響應(yīng)時間的修正模型進行修正。一種比較簡單有效的方法是采用一級動力學(xué)方程：

其中，Cme是溶氧電極實測的溶氧濃度，CL是實際溶氧濃度， r是電極的95%響應(yīng)時間。
3、擬穩(wěn)態(tài)測量OUR和CER
擬穩(wěn)態(tài)測量是我們實驗室目前正在采用的方法，其原理基于一個重要的假設(shè)：溶氧在較短短時間內(nèi)沒有發(fā)生變化，并且忽略罐體上方氣體組分變化。
在一個密閉的容器里，我們對發(fā)酵液中溶解氧進行物質(zhì)守恒計算：
其中為發(fā)酵液中溶氧濃度變化率。
根據(jù)我們開始的假設(shè)也就是OTR=OUR，即供氧就等于耗氧。OTR可以通過進氣和尾氣中氧分壓比和流量來進行計算：

其中， 表示Fin進氣流量，F(xiàn)out表示尾氣流量，yo2,in表示進氣氧分壓比，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、過程質(zhì)譜儀和罐重傳感器獲得。Fout可以根據(jù)氮氣平衡進行計算:
我們可以得到OTR的計算公式：

同樣的方式可以得到CER的計算公式：