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發酵過程中溶解氧與控制

發布時間:2012-05-21 13:19:20

通氣和攪拌是好氣性發酵中的一個極为重要的問題。氧的溶解行为對微生物的生長發育,代謝途徑以及産物的形成等關系都十分密切。微生物生物氧化是在生物體内進行的,隻能利用溶解于液體(培養液)中的氧,或叫溶解氧。 氧是很難溶于水的氣體,在1個大氣壓25℃時,空氣中的氧在水中的溶解度为0.26mmol/L,而在同樣條件下氧在發酵液中的溶解度約为0.2mmol/L随着溫度升高和水中溶質濃度增加,氧在水中的溶解度還要下降。滿足微生物呼吸的最低限度的溶解氧濃度稱臨界溶解氧濃度,一般好氣性微生物为0.003~0.05mmol/L。 氣泡中的氧從培養液逐步傳遞到細胞呼吸酶的位置上(真菌酵母是線粒體,細菌是細胞膜内膜)。需克服多種阻力。發酵過程中微生物僅利用全部溶氧量1%左右,如何提高效率是個很重要的問題。 在發酵過程中,微生物對氧的需要主要取決于以下幾種因素: (一)生産菌種 不同産品的生産菌種對氧的需要都是不相同的。同一菌種的不同菌株對溶氧的需要亦有不同。这是由于不同種類的需氧微生物的氧化酶系統的種類和數量不同。 微生物需氧量的多少常以呼吸強度和攝氧量表示。呼吸強度的單位是mmol氧/g(于菌體)·h-1,攝氧量的單位是mmol氧/L·h-1,这是为了便于測定含固形物的培養液。 (二)菌體濃度 發酵初期,長菌絲體的黴菌和放線菌的呼吸強度雖大,但因菌量少,總需氧量還不大,随着菌絲的生長繁殖,菌絲迅速增加,此時菌的呼吸強度還維持在較高水平,需氧量随之增加,直之到最高水平。另外,由于培養液随着菌絲體的增加,粘度逐漸增加,氧的溶解度也逐漸減少,因之更需要強有力的通風攪拌。而細菌按單細胞生長繁殖,随着培養時間的推移,菌體濃度增加,需氧量随之增加,而氧的溶解速度往往并不減少。 此外菌絲在受到通氣攪拌影響時,容易發展成諸如网狀、細球狀、球狀顆粒或團塊狀,也能影響溶氧。 (三)菌齡 一般幼齡菌體常有較強的呼吸強度,以後随菌齡的增加,呼吸強度反而下降,耗氧減少。從整個發酵周期来看,發酵前期幼齡菌體多,但因这時培養液中菌體濃度很低,所以耗氧量不是最大。 應該指出的是:在發酵過程中不但要注意菌體攝氧量,而且注意菌體在形成代謝産物時的最适需氧量,这兩個時期的最适需氧量往往并不一致,这要看成終端産物的代謝途徑中+所包括的酶系而定。 (四)培養基 培養基成分和濃度的改變對菌體攝氧量的影響也是顯著的。例如,将NH4Cl加入到缺氨發酵液中,發現菌體攝氧量立即增加,當氨利用完後,攝氧量又恢複到原来的水平,其它碳源、氮源、無機鹽、維生素也有類似情況。有些消泡油(如动植物油)的添加可被菌體作为碳源利用,提高菌體攝氧量,而化学网上配资能妨礙氧的溶解,影響供氧。有毒産物的積累(如NH3,CO2)對微生物的呼吸強度也産生不利的影響,揮發性中間産物的損失,也影響氧的吸收。 本文參考《發酵微生物学》一書。
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