溶氧对发酵的影响及控制介绍

The dissolved oxygen concentration in the fermentation broth 
(Dissolved Oxygen, referred to as DO) is the key factor to influence the fermentation, has an important influence on microbial growth and product formation. According to the demand of dissolution characteristics and microbial oxygen on oxygen, analysis of the effects of dissolved oxygen on the fermentation and the effect on fermentation, and then determine the control of dissolved oxygen in the fermentation broth and transfer, the maximum production efficiency. 
 Compared with normal PID controller, the new controller is of small overshoot and quick response, improved stability of the system and increase the yield of products. Study the influence of dissolved oxygen and controlling the fermentation to improve production efficiency, improve product quality, etc. are important. 
 
 溶氧浓度(DO)作为发酵控制中的一个关键参数,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、氧的溶解特性 
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成分、无机盐和微生物的代谢产物存在,会明显降低氧的溶解度。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到细胞。 
 二、影响微生物需氧量的因素    
     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 
培养基的成分和浓度对产生菌的需氧量的影响是显著的。培养基中碳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。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。在分批发酵过程中,摄氧率在对数期后期达到最大值。因此认为培养液的摄氧率达最高时,表明培养液中菌体浓度达到了最大值。 3、培养液中溶解氧浓度的影响 
在发酵过程中,培养液中的溶解氧浓度(CL)高于菌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pH、温度等培养条件相关。一般说,温度愈高,营养成分愈丰富,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 
     在发酵过程中,有时会产生一些对菌体生长有毒性的如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,又是环境因素。特别是对于具有一定氧化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最大之后的菌体的稳定期的长短及产品质量却有着明显的影响[1]。 

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