溶氧对发酵的影响及控制介绍

;溶氧浓度(DO)作为发酵(fermentation)控制(control)中的一个关键(解释:比喻事物的重要组成部分)参数(parameter),直接影响着发酵生产的稳定性和生产成本,受到工业生产和实验室研究的重视,无论是厌氧还是需氧发酵,研究发酵液中溶氧对发酵的影响都有重要意义。 

  一、氧(Oxygen)的溶解(solubility)特性(characteristic])  溶解氧(Dissolved Oxygen)是指溶解于水中分子状态的氧,用DO 表示。氧是一种难溶气体,在常压、25℃的条件下,空气中的氧在纯水中的溶解度仅约为0.25mmol/L,在发酵液中,由于各种溶解的营养(nutrition)成分、无机盐和微生物的代谢产物存在,会明显降低(reduce)氧的溶解度。此外,溶氧浓度会随着温度、气压、盐分的变化而变化。一般说来,温度越高,溶解的盐分越大,水中的溶解氧越低;气压越高,水中的溶解氧越高。  微生物反应一般是在液相中进行的,只有溶解在溶液中的氧气才能够被微生物所摄取。空气经过除菌后进入反应器,呈现为一个个在培养基中上升的小气泡,整个生化反应系统应该视为非均相系统,氧气的摄取存在着一个从气相到液相的过程,然后以溶解态氧的形式从气泡传递(transmission)到细胞。   
  二、影响微生物(Organism)需氧(Oxygen)量的因素          在需氧微生物发酵过程中影响微生物需氧量的因素很多,除了和菌体本身的遗转特性有关外,还和下列一些因素有关:  1.培养基  培养基的成分(ingredient)和浓度对产生菌的需氧量的影响是显著的。ph计测量通常有比色法(pH试纸或比色皿)和电极法二种。培养基中碳(C)源的种类和浓度对微生物的需氧量的影响尤其显著。一般来说,碳源在一定范围内,需氧量随碳源浓度的增加而增加。在补料分批发酵过程中,菌种的需氧量随补入的碳源浓度而变化,一般补料后,摄氧率均呈现不同程度的增大。
  2、菌龄及细胞浓度不同的生产菌种,其需氧量各异。ph计测量通常有比色法(pH试纸或比色皿)和电极法二种。同一菌种的不同生长阶段,其需氧量也不同。—般说,菌体处于对数生长阶段的呼吸强度较高,生长阶段的摄氧率大于产物合成期的摄氧率。在分批发酵(fermentation)过程中,摄氧率在对数期后期达到**大值。因此认为培养液的摄氧率达**高时,表明培养液中菌体浓度达到了**大值。
  3、培养液中溶解(solubility)氧浓度的影响  在发酵(fermentation)过程中,培养液中的溶解氧(dissolved oxygen)浓度(CL)高于菌(fungus)体生长的临界氧浓度(C长临)时,菌体的呼吸就不受影响,菌体的各种代谢活动不受干扰;如果培养液中的CL低于C长临时,菌体的多种生化代谢就要受到影响,严重时会产生不可逆的抑制菌体生长和产物合成的现象。  4、培养条件    若干实验表明,微生物(Organism)呼吸强度的临界值除受到培养基组成的影响外,还与培养液的p
  H、温度等培养条件相关。ph计是指用来测定溶液酸碱度值的仪器,是一种常见的分析仪器,广泛应用在农业、环保和工业等*域。土壤pH值是土壤重要的基本性质之一。一般说,温度愈高,营养成分(ingredient)愈丰富(plump),其呼吸强度的临界值也相应增高。  5、有毒产物的形成及积累       在发酵(fermentation)过程中,有时会产生一些对菌(fungus)体生长有毒性的如CO2等代谢产物,如不能及时从培养液中排除,势必影响菌体的呼吸,进而影响菌体的代谢活动。  6、挥发性中间产物的损失  在糖代谢过程中,有时会产生一些挥发性的有机酸,它们随着大量通气而损失,从而影响菌体的呼吸代谢。 
  三、溶氧对发酵产物的影响  对于好氧发酵来说,溶解氧通常既是营养因素(factor),又是环境因素。特别是对于具有一定氧化(oxidation)还原性质的代谢产物的生产来说,DO的改变势必会影响到菌株培养体系的氧化还原电位,同时也会对细胞生长和产物的形成产生影响。    在黄原胶发酵中,虽然发酵液中的溶氧浓度对菌体生长速率影响不大,但是对菌体浓度达到**大之后的菌体的稳定(解释:稳固安定;没有变动)期的长短及产品(Product)质量却有着明显的影响[1]。