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恒鑫牌THI消泡剂

发酵过程中溶解氧与控制

发布时间:2012-05-21 13:19:20

通气和搅拌是好气性发酵中的一个极为重要的问题。氧的溶解行为对微生物的生长发育,代谢途径以及产物的形成等关系都十分密切。微生物生物氧化是在生物体内进行的,只能利用溶解于液体(培养液)中的氧,或叫溶解氧。 氧是很难溶于水的气体,在1个大气压25℃时,空气中的氧在水中的溶解度为0.26mmol/L,而在同样条件下氧在发酵液中的溶解度约为0.2mmol/L随着温度升高和水中溶质浓度增加,氧在水中的溶解度还要下降。满足微生物呼吸的最低限度的溶解氧浓度称临界溶解氧浓度,一般好气性微生物为0.003~0.05mmol/L。 气泡中的氧从培养液逐步传递到细胞呼吸酶的位置上(真菌酵母是线粒体,细菌是细胞膜内膜)。需克服多种阻力。发酵过程中微生物仅利用全部溶氧量1%左右,如何提高效率是个很重要的问题。 在发酵过程中,微生物对氧的需要主要取决于以下几种因素: (一)生产菌种 不同产品的生产菌种对氧的需要都是不相同的。同一菌种的不同菌株对溶氧的需要亦有不同。这是由于不同种类的需氧微生物的氧化酶系统的种类和数量不同。 微生物需氧量的多少常以呼吸强度和摄氧量表示。呼吸强度的单位是mmol氧/g(于菌体)·h-1,摄氧量的单位是mmol氧/L·h-1,这是为了便于测定含固形物的培养液。 (二)菌体浓度 发酵初期,长菌丝体的霉菌和放线菌的呼吸强度虽大,但因菌量少,总需氧量还不大,随着菌丝的生长繁殖,菌丝迅速增加,此时菌的呼吸强度还维持在较高水平,需氧量随之增加,直之到最高水平。另外,由于培养液随着菌丝体的增加,粘度逐渐增加,氧的溶解度也逐渐减少,因之更需要强有力的通风搅拌。而细菌按单细胞生长繁殖,随着培养时间的推移,菌体浓度增加,需氧量随之增加,而氧的溶解速度往往并不减少。 此外菌丝在受到通气搅拌影响时,容易发展成诸如网状、细球状、球状颗粒或团块状,也能影响溶氧。 (三)菌龄 一般幼龄菌体常有较强的呼吸强度,以后随菌龄的增加,呼吸强度反而下降,耗氧减少。从整个发酵周期来看,发酵前期幼龄菌体多,但因这时培养液中菌体浓度很低,所以耗氧量不是最大。 应该指出的是:在发酵过程中不但要注意菌体摄氧量,而且注意菌体在形成代谢产物时的最适需氧量,这两个时期的最适需氧量往往并不一致,这要看成终端产物的代谢途径中+所包括的酶系而定。 (四)培养基 培养基成分和浓度的改变对菌体摄氧量的影响也是显著的。例如,将NH4Cl加入到缺氨发酵液中,发现菌体摄氧量立即增加,当氨利用完后,摄氧量又恢复到原来的水平,其它碳源、氮源、无机盐、维生素也有类似情况。有些消泡油(如动植物油)的添加可被菌体作为碳源利用,提高菌体摄氧量,而化学消泡剂能妨碍氧的溶解,影响供氧。有毒产物的积累(如NH3,CO2)对微生物的呼吸强度也产生不利的影响,挥发性中间产物的损失,也影响氧的吸收。 本文参考《发酵微生物学》一书。
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