;溶氧濃度(DO)作為發酵(fermentation)控制(control)中的一個關鍵(解釋:比喻事物的重要組成部分)參數(parameter),直接影響著發酵生產的穩定性和生產成本,受到工業生產和實驗室研究的重視,無論是厭氧還是需氧發酵,研究發酵液中溶氧對發酵的影響都有重要意義。
一、氧(Oxygen)的溶解(solubility)特性(characteristic]) 溶解氧(Dissolved Oxygen)是指溶解于水中分子狀態的氧,用DO 表示。氧是一種難溶氣體,在常壓、25℃的條件下,空氣中的氧在純水中的溶解度僅約為0.25mmol/L,在發酵液中,由于各種溶解的營養(nutrition)成分、無機鹽和微生物的代謝產物存在,會明顯降低(reduce)氧的溶解度。此外,溶氧濃度會隨著溫度、氣壓、鹽分的變化而變化。一般說來,溫度越高,溶解的鹽分越大,水中的溶解氧越低;氣壓越高,水中的溶解氧越高。 微生物反應一般是在液相中進行的,只有溶解在溶液中的氧氣才能夠被微生物所攝取。空氣經過除菌后進入反應器,呈現為一個個在培養基中上升的小氣泡,整個生化反應系統應該視為非均相系統,氧氣的攝取存在著一個從氣相到液相的過程,然后以溶解態氧的形式從氣泡傳遞(transmission)到細胞。
二、影響微生物(Organism)需氧(Oxygen)量的因素 在需氧微生物發酵過程中影響微生物需氧量的因素很多,除了和菌體本身的遺轉特性有關外,還和下列一些因素有關: 1.培養基 培養基的成分(ingredient)和濃度對產生菌的需氧量的影響是顯著的。
ph計測量通常有比色法(pH試紙或比色皿)和
電極法二種。培養基中碳(C)源的種類和濃度對微生物的需氧量的影響尤其顯著。一般來說,碳源在一定范圍內,需氧量隨碳源濃度的增加而增加。在補料分批發酵過程中,菌種的需氧量隨補入的碳源濃度而變化,一般補料后,攝氧率均呈現不同程度的增大。
2、菌齡及細胞濃度不同的生產菌種,其需氧量各異。
ph計測量通常有比色法(pH試紙或比色皿)和
電極法二種。同一菌種的不同生長階段,其需氧量也不同。—般說,菌體處于對數生長階段的呼吸強度較高,生長階段的攝氧率大于產物合成期的攝氧率。在分批發酵(fermentation)過程中,攝氧率在對數期后期達到**大值。因此認為培養液的攝氧率達**高時,表明培養液中菌體濃度達到了**大值。
3、培養液中溶解(solubility)氧濃度的影響 在發酵(fermentation)過程中,培養液中的溶解氧(dissolved oxygen)濃度(CL)高于菌(fungus)體生長的臨界氧濃度(C長臨)時,菌體的呼吸就不受影響,菌體的各種代謝活動不受干擾;如果培養液中的CL低于C長臨時,菌體的多種生化代謝就要受到影響,嚴重時會產生不可逆的抑制菌體生長和產物合成的現象。 4、培養條件 若干實驗表明,微生物(Organism)呼吸強度的臨界值除受到培養基組成的影響外,還與培養液的p
H、溫度等培養條件相關。
ph計是指用來測定溶液酸堿度值的儀器,是一種常見的分析儀器,廣泛應用在農業、環保和工業等*域。土壤pH值是土壤重要的基本性質之一。一般說,溫度愈高,營養成分(ingredient)愈豐富(plump),其呼吸強度的臨界值也相應增高。 5、有毒產物的形成及積累 在發酵(fermentation)過程中,有時會產生一些對菌(fungus)體生長有毒性的如CO2等代謝產物,如不能及時從培養液中排除,勢必影響菌體的呼吸,進而影響菌體的代謝活動。 6、揮發性中間產物的損失 在糖代謝過程中,有時會產生一些揮發性的有機酸,它們隨著大量通氣而損失,從而影響菌體的呼吸代謝。
三、溶氧對發酵產物的影響 對于好氧發酵來說,溶解氧通常既是營養因素(factor),又是環境因素。特別是對于具有一定氧化(oxidation)還原性質的代謝產物的生產來說,DO的改變勢必會影響到菌株培養體系的氧化還原電位,同時也會對細胞生長和產物的形成產生影響。 在黃原膠發酵中,雖然發酵液中的溶氧濃度對菌體生長速率影響不大,但是對菌體濃度達到**大之后的菌體的穩定(解釋:穩固安定;沒有變動)期的長短及產品(Product)質量卻有著明顯的影響[1]。