发酵工艺：溶氧对发酵的影响及其控制

氧是一种难溶于水的气体。在25℃，1×105Pa条件下，纯氧在水中的溶解度为1.26mmol/L，在28℃氧在发酵液中的溶解度只有0.22 mmol/L，而发酵液中的大量微生物耗氧迅速，耗氧速率大于25~100 mmol/L.h。

在好氧深层培养中，氧气的供应往往是发酵能否成功的重要限制因素之一。好氧微生物的生长和代谢活动都需要消耗氧气，它们只有在氧分子存在的情况下才能完成生物氧化作用。

液体中的微生物只能利用溶解氧，气液界面处的微生物还能利用气相中的氧。在微生物的培养过程中，应保持供氧与耗氧的平衡，满足微生物对氧的利用。

发酵生产中用空气饱和度百分数来表示溶氧浓度。这只能在相似的条件下，在同样的温度、罐压、通气搅拌下进行比较。

这种方法能反映菌的生理代谢变化和对产物合成的影响。

临界氧：不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度，如对产物而言，便是不影响产物合成所允许的最低浓度。

各种微生物的临界氧值

细菌和酵母：3~10% 放线菌：5~30% 霉菌：10~15%

●实际上，呼吸临界氧值不一定与产物合成临界氧值相同。

●生物合成临界氧浓度并不等于其最适氧浓度。

●在培养过程中并不是维持溶氧越高越好。过高的溶氧对生长可能不利。

溶氧作为发酵异常的指标

生长过程从培养液中溶氧浓度的变化可以反映菌的生长生理状况。

发酵溶氧变化异常，可及时预告生产可能出现的问题。

操作故障或事故

中间补料是否得当

污染杂菌：溶氧会反常地迅速（一般2~5h)跌到零，并长时间不回升。这比无菌试验发现染菌要提前几个小时。但有时会出现染菌后溶氧反而升高的现象。

在发酵过程中，影响耗氧的因素有以下几方面：

1、培养基成分和补料

培养基的成分和浓度显著影响耗氧；培养液营养丰富，菌体生长快，耗氧量大；发酵浓度高，耗氧量大；发酵过程补料或补糖，微生物对氧的摄取量随着增大。

2、菌龄影响耗氧

呼吸旺盛，耗氧力强，发酵后期菌体处于衰老状态，耗氧能力自然减弱。

3、发酵条件影响耗氧

在最适条件下发酵，耗氧量大。

发酵过程中，排除有毒代谢产物如二氧化碳、挥发性的有机酸和过量的氨，也有利于提高菌体的摄氧量。

4、空气的流速

KL a随空气流速的增加而增大，但空气速度过大，则可使叶轮 发生过载，即叶轮不能分散空气，气体不经分散而沿搅拌器缓慢运动的中心迅速上升而逸出。

5、培养液的物理性质

发酵液的表面张力、粘度、离子浓度等都会影响气体的溶解度，还影响液体的湍动以及界面和液膜的阻力，因而影响传递效率。

发酵液中菌丝浓度增大，表观粘度增大，通气效率下降。

发酵过程中添加糖、花生饼粉等营养物质、前体或无菌水、消泡剂等均可改变培养液的理化性质。

6、空气分布器对通气效率的影响

发酵罐中装有多孔分布器和单孔分布器，在气流速度很低时，多孔分布器有较高的通气效率。但两者的区别随着气流速度的增加而逐渐减少。

可能是低气流时多孔分布器可形成更大的传递面积，而当通气量增大时，单孔分布器能更大的增加发酵液的湍动程度。

各种溶氧控制方法的比较

KL——氧传质系数，m/h

a——比表面积（m2/m3)

c*——氧在水中的饱和浓度，mmol/L

cL——发酵液中的溶氧浓度，mmol/L

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