發(fā)布時(shí)間:2012-05-21 13:19:20
通氣和攪拌是好氣性發(fā)酵中的一個(gè)極為重要的問題。氧的溶解行為對微生物的生長發(fā)育，代謝途徑以及產(chǎn)物的形成等關(guān)系都十分密切。微生物生物氧化是在生物體內(nèi)進(jìn)行的，只能利用溶解于液體（培養(yǎng)液）中的氧，或叫溶解氧。
氧是很難溶于水的氣體，在1個(gè)大氣壓25℃時(shí)，空氣中的氧在水中的溶解度為0.26mmol/L，而在同樣條件下氧在發(fā)酵液中的溶解度約為0.2mmol/L隨著溫度升高和水中溶質(zhì)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，一般好氣性微生物為0.003～0.05mmol／L。
氣泡中的氧從培養(yǎng)液逐步傳遞到細(xì)胞呼吸酶的位置上（真菌酵母是線粒體，細(xì)菌是細(xì)胞膜內(nèi)膜）。需克服多種阻力。發(fā)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(gè)很重要的問題。
在發(fā)酵過程中，微生物對氧的需要主要取決于以下幾種因素：
（一）生產(chǎn)菌種
不同產(chǎn)品的生產(chǎn)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。這是由于不同種類的需氧微生物的氧化酶系統(tǒng)的種類和數(shù)量不同。
微生物需氧量的多少常以呼吸強(qiáng)度和攝氧量表示。呼吸強(qiáng)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，這是為了便于測定含固形物的培養(yǎng)液。
（二）菌體濃度
發(fā)酵初期，長菌絲體的霉菌和放線菌的呼吸強(qiáng)度雖大，但因菌量少,總需氧量還不大，隨著菌絲的生長繁殖，菌絲迅速增加，此時(shí)菌的呼吸強(qiáng)度還維持在較高水平，需氧量隨之增加，直之到最高水平。另外，由于培養(yǎng)液隨著菌絲體的增加，粘度逐漸增加，氧的溶解度也逐漸減少，因之更需要強(qiáng)有力的通風(fēng)攪拌。而細(xì)菌按單細(xì)胞生長繁殖，隨著培養(yǎng)時(shí)間的推移，菌體濃度增加，需氧量隨之增加，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(shí)，容易發(fā)展成諸如網(wǎng)狀、細(xì)球狀、球狀顆?；驁F(tuán)塊狀，也能影響溶氧。
（三）菌齡
一般幼齡菌體常有較強(qiáng)的呼吸強(qiáng)度，以后隨菌齡的增加，呼吸強(qiáng)度反而下降，耗氧減少。從整個(gè)發(fā)酵周期來看，發(fā)酵前期幼齡菌體多，但因這時(shí)培養(yǎng)液中菌體濃度很低，所以耗氧量不是最大。
應(yīng)該指出的是：在發(fā)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產(chǎn)物時(shí)的最適需氧量，這兩個(gè)時(shí)期的最適需氧量往往并不一致，這要看成終端產(chǎn)物的代謝途徑中+所包括的酶系而定。
（四）培養(yǎng)基
培養(yǎng)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，將NH4Cl加入到缺氨發(fā)酵液中，發(fā)現(xiàn)菌體攝氧量立即增加，當(dāng)氨利用完后，攝氧量又恢復(fù)到原來的水平，其它碳源、氮源、無機(jī)鹽、維生素也有類似情況。有些消泡油（如動(dòng)植物油）的添加可被菌體作為碳源利用，提高菌體攝氧量，而化學(xué)消泡劑能妨礙氧的溶解，影響供氧。有毒產(chǎn)物的積累(如NH3，CO2)對微生物的呼吸強(qiáng)度也產(chǎn)生不利的影響，揮發(fā)性中間產(chǎn)物的損失，也影響氧的吸收。
本文參考《發(fā)酵微生物學(xué)》一書。
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