溶氧在發(fā)酵工程中的重要性

發(fā)酵液中的溶氧濃度（Dissolved Oxygen ，簡稱DO）對微生物的生長和產物形成有著重要的影響。在發(fā)酵過程中，必須供給適量的無菌空氣，菌體才能繁殖和積累所需代謝產物。發(fā)酵過程中，氧的傳質速率主要受發(fā)酵液中溶解氧的濃度和傳遞阻力 影響。目前該設備在國內用于谷氨酸、抗1生1素、黃原膠、糖化酶、檸檬酸生產，設備體積已達到140m3，投入使用后取得了非常顯著的經濟效益。研究溶氧對發(fā)酵的影響及控制對提高生產效率，改善產品質量等都有重要意義。

一、溶氧對發(fā)酵影響

溶解氧對發(fā)酵的影響分為兩方面：一是溶氧濃度影響與呼吸鏈有關的能量代謝，從而影響微生物生長；另一是氧直接參與產物合成。

（一）溶氧對微生物自身生長的影響

專性好氧微生物把氧作為終電子受體，通過有氧呼吸獲取能量，如霉菌；6在空消、實消結束后冷卻過程中，嚴禁發(fā)酵罐內產生負壓，以免造成污染，甚至損壞設備。進行 此類微生物發(fā)酵時一般應盡可能的提高溶解氧(DO)，以促進微生物生長，增大菌體量。兼性好氧微生物的生長不一定需要氧，但如果在培養(yǎng)中供給氧，則菌體生 長更好，如酵母菌；典型如乙醇發(fā)酵，對溶DO的控制分兩個階段，初始提供高DO值進行菌體擴大培養(yǎng)，后期嚴格控制DO進行厭氧發(fā)酵。厭氧和微好氧微生物能 耐受壞境中的氧，但它們的生長并不需要氧，這些微生物在發(fā)酵生產中應用較少。

因為氧氣 的存在會促使酵母采取有氧呼吸的代謝途徑,從而破壞乙醇發(fā)酵的厭氧代謝過程。但是,研究表明無氧條件下發(fā)酵生成的乙醇低于溶氧控制在1%-4%條件下生成 的乙醇。物料從頂部加料孔進入，然后進行蒸煮、滅菌，物料降溫通過內蛇管、外夾套冷卻，罐底進入無菌空氣，從罐頂排出，達到通氣、恒溫要求，采用軸向攪拌翻料，發(fā)酵罐容積范圍為0。這主要是由于無氧條件下的菌體量遠遠低于有氧條件下菌體量,而乙醇的生成與菌體量有很大的聯(lián)系。

類似微生物發(fā)酵的活性污泥法處理污水的過 程中，DO的影響及控制也十分重要。曝氣池中氧氣不足和過量都會對微生物生存環(huán)境帶來不利影響.當氧氣不足時,一方面由于曝氣池中絲狀菌會大量繁殖,終 產生污泥膨脹;另一方面會降低細1菌分解的效果,延長處理時間,甚至導致生物處理失效.而氧氣過量(即過量曝氣)則會由于絮凝劑遭到破壞而導致懸浮固體沉降 性變差,同時使能耗過高。5設備停止使用時，應及時清洗干凈，排盡發(fā)酵罐及各管道中的余水。

溶氧對發(fā)酵產物的影響

對于好氧發(fā)酵來說，溶解氧通常既是營養(yǎng)因素，又是環(huán)境因素。特別是對于具有一定氧化還原性質的代謝產物的生產來說，DO的改變勢必會影響到菌株培養(yǎng)體系的氧化還原電位，同時也會對細胞生長和產物的形成產生影響。

在黃原膠發(fā)酵中，雖然發(fā)酵液中的溶氧濃度對菌體生長速率影響不大,但是對菌體濃度達到1大之后的菌體的穩(wěn)定期的長短及產品質量卻有著明顯的影響。

需氧微生物酶的活性對氧有著很強的依賴性。谷氨酸發(fā)酵中，高溶氧條件下乳酸脫氫酶(LDH)活性明顯比低溶氧條件下的LDH酶活要低，產酸中后期谷氨酸脫氫酶(GDH)的酶活下降很快,這可能是由于在高溶氧條件下。

DO值的高低還會改變微生物代謝途徑，以致改變發(fā)酵環(huán)境甚至使目標產物發(fā)生偏離。研究表明，L-異亮氨酸的代謝流量與溶氧濃度有密切關系，可以通過控制不同時期的溶氧來改變發(fā)酵過程中的代謝流分布,從而改變Ile等氨基酸合成的代謝流量。

發(fā)酵罐一些技術使用過程

   隨著發(fā)酵產品需求量增加,發(fā)酵過程控制和檢測旋轉噴水攪拌水平提高,發(fā)酵罐機理嘚了解,以及空氣無菌處理技術水平嘚提高,發(fā)酵罐嘚容積增推進式攪拌規(guī)格大已成為抗1生1素工業(yè)嘚趨勢。

   在工業(yè)生產中，尤其是制藥工業(yè)中，使用得廣泛的就是通用式發(fā)酵罐。這種發(fā)酵繞既具有機械攪拌裝置，又具有壓縮空氣分布裝置。厭氧和微好氧微生物能耐受壞境中的氧，但它們的生長并不需要氧，這些微生物在發(fā)酵生產中應用較少。發(fā)酵罐的攪拌軸既可置于發(fā)酵罐的頂部，也可置于其底部，其高徑比為2:1-6:19有關的重要因素是氧傳遞效率，功率輸入，混合質量，攪拌槳形式和發(fā)酵罐的幾何比例等。