发酵的影响因素-溶氧

溶氧对发酵的影响及控制总述：溶氧（DO）是需氧微生物生长所必须，发酵过程中有多方面的限制因素，而溶氧往往是最易成为控制因素。

发酵液中的溶氧浓度对微生物的生长和产物形成有着重要的影响，在发酵液中溶氧的高低直接影响菌体的生长和代谢产物的积累，并最终决定着发酵产物产量的高低。

根据对氧的需求，微生物可分为专性好氧微生物、兼性好氧微生物和专性厌氧微生物。

以下则主要针对氧在好养微生物，需要微生物或兼性厌氧型微生物的一些影响。

1.溶氧在好氧微生物发酵过程的影响溶氧是发酵中的营养和环境因素，不同发酵阶段的需氧量通常不同。

根据溶氧调控策略对Alcaligenes.sp.NX-3 产威兰胶的发酵过程的影响（5）溶氧对好氧微生物发酵的影响主要分为两方面：是溶氧浓度影响与呼吸链有关的能量代谢，影响微生物生长代谢。

二是在氧直接参与产物合成，且通过溶氧控制条件对深层灵芝发酵生产灵芝酸产量的影响溶氧是好氧性微生物生长发酵的重要工艺参数，对菌体生长和积累代谢产物都有较大影响，定着代谢产物产量的高低。

溶氧过低，不利于菌体生长和代谢产物的积累，溶氧过高，只利于菌体大量生长，代谢产物的积累受到抑制，好氧微生物生长和代谢均需要氧气，此供氧必须满足微生物在不同阶段的需要，在不同的环境条件下，各种不同的微生物的吸氧量或呼吸强度是不同的。

因此，对于好氧性微生物发酵，溶氧参数的控制尤为重要。

而好氧微生物发酵过程中溶氧检测值受多种参数的影响，包括生物代谢过程本身，也包括外部补料、风量、搅拌转速、发酵罐温度、压力等。

可以针对不同的影响因素对发酵过程进行控制与调节。

2.溶氧在需氧菌或兼性厌氧菌微生物发酵过程的影响需氧发酵并不是溶氧愈大愈好，溶氧高虽然有利于菌体生长和产物合成，但溶氧太大有时反而抑制产物的形成。

因此，发酵处于限氧条件下，需要考查每一种发酵产物的临界氧浓度和最适氧浓度，并使发酵过程保持在最适浓度。

根据溶氧对氨基酸发酵的影响及控制（2）中可知发酵液中的氧（溶解氧）是菌体生长与代谢的必需品。

溶氧对发酵的影响及其控制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 andincrease 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。

溶氧对发酵的影响及控制溶氧是微生物发酵过程中的重要因素之一，它对微生物的生长和代谢有着直接的影响。

本文将从溶氧对发酵的影响、溶氧的控制及其方法等方面进行探讨。

一、溶氧对发酵的影响1. 溶氧影响微生物生长速度和代谢产物微生物在发酵过程中需要通过呼吸作用来产生能量，而呼吸作用需要氧气参与。

当溶氧充足时，微生物的生长速度和代谢产物的产量都会增加。

但当溶氧不足时，微生物会采用厌氧代谢途径，此时代谢产物的种类和产量都会发生改变。

2. 溶氧影响微生物的代谢途径微生物在不同的溶氧条件下，会采用不同的代谢途径，从而影响代谢产物的种类和产量。

当溶氧充足时，微生物会采用呼吸代谢途径，产生的代谢产物主要是二氧化碳和水。

当溶氧不足时，微生物会采用厌氧代谢途径，产生的代谢产物主要是乳酸、酒精等。

3. 溶氧影响微生物的生理状态溶氧对微生物的生理状态也有着直接的影响。

当溶氧充足时，微生物的细胞膜通透性和细胞内酶的活性都会增强，从而提高微生物的生理状态。

当溶氧不足时，微生物的生理状态会下降，从而影响微生物的生长和代谢。

二、溶氧的控制及其方法1. 气体控制法气体控制法是一种常用的溶氧控制方法。

通过控制氧气的流量和进气口的大小，来调节溶氧的浓度。

这种方法适用于规模较大的发酵过程。

2. 搅拌控制法搅拌控制法是一种通过搅拌来增加氧气传递的方法。

通过调节搅拌的强度和速度，来增加氧气的传递速率，从而提高溶氧浓度。

这种方法适用于规模较小的发酵过程。

3. 降低发酵液的粘度发酵液的粘度越高，氧气传递速率就越慢。

因此，通过降低发酵液的粘度，来增加氧气的传递速率，从而提高溶氧浓度。

4. 控制发酵液的温度发酵液的温度也会影响溶氧浓度。

当温度升高时，溶氧浓度会下降。

因此，通过控制发酵液的温度，来调节溶氧浓度。

5. 使用溶氧控制仪溶氧控制仪是一种通过测量发酵液中的溶氧浓度，来控制氧气的流量和进气口的大小，从而调节溶氧浓度的设备。

这种方法适用于规模较大的发酵过程。

好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略作者：***单位：河北天俱时自动化科技有限公司2009年4月10日好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略刘伟河北天俱时自动化科技有限公司摘要：好氧发酵过程中溶氧检测值受多种参数的影响，包括生物代谢过程本身，也包括外部补料、通风量等，为了保证发酵过程中合适的溶解氧含量，对溶氧值进行控制，本文分析了溶氧检测值的影响因素，并指出溶氧控制的一般性控制策略。

关键词：好氧发酵，溶氧调节一、引言好氧发酵过程溶氧浓度（DO）是一个非常重要的发酵参数，它既影响细胞的生长，又影响产物的生成。

控制发酵液溶氧值一方面可以改善微生物的生长代谢环境，有效促进发酵单位的提高，另一方面还可以起到节能降耗的作用，对企业生产意义重大。

二、影响因素通常情况下，对发酵液溶氧参数影响较大的几个物理参数包括：通风量、搅拌转速、发酵罐温度、压力等。

通风量的影响通风量的影响是最直观的，溶氧值大小的影响最主要的是进入发酵罐的氧的量，因为在好氧发酵过程中，如果截断进风的补给发酵液中的氧很快将被微生物消耗掉，通常在进风管道上安装调节阀门进行进风流量的调节。

搅拌的影响由于溶氧电极在工作中存在明显的电流，自身消耗大量的氧。

电极的信号与氧向电极表面传递的速率成比例，而氧的传递速率则受氧跨膜扩散速率控制。

这一速率与发酵液的浓度成比例，其比值（以及电极的校准）取决于总的传质过程。

电极的一般工作条件是，氧向膜外表面的传递速率很快且不受限制。

因此整个过程受跨膜传递的限制，比例常数（传质系数）较易维持恒定。

发酵实验时搅拌操作可以获得满意的跨膜传递速率。

需要指出，在对电极进行最初校准的过程中，必须对发酵罐进行搅拌。

温度的影响溶氧电极的信号随温度的升高而显著增强，这主要是因为温度影响氧的扩散速率。

发酵实验过程中需控制发酵罐的温度，因为即使0.5℃左右的温度变化，也会使电极信号发生显著变化（超过1%）。

溶氧读数的周期性变化（每隔若干分钟观察1次）显示了温度波动的影响，而且较大的温度变化能引起校准的较大漂移。

溶氧对发酵的影响及控制引言：发酵是一种广泛应用于食品和生物工程领域的生物过程。

溶氧是发酵过程中必不可少的因素之一，对发酵的效率和产物品质有着重要的影响。

本文将探讨溶氧对发酵的影响及其控制方法。

一、溶氧对发酵的影响1. 溶氧影响生物代谢：生物发酵过程中需要大量的氧气参与代谢反应，例如呼吸作用和产物合成。

充足的溶氧可提供细胞所需的氧气，加速代谢反应进行，从而提高发酵效率和产物质量。

2. 溶氧影响菌群生长：某些微生物在缺氧环境下更适合生长，而另一些微生物则需要较高的溶氧浓度。

适宜的溶氧浓度能够选择性地促进或抑制特定微生物的生长，从而调控发酵过程中菌群的种类和数量。

3. 溶氧影响发酵产物：溶氧水平的变化会导致发酵微生物的代谢途径发生改变，从而影响产物的种类和数量。

例如，在酿造啤酒的过程中，高溶氧浓度会促使酵母细胞产生醋酸，而低溶氧浓度则有利于乙醇的产生。

二、控制溶氧浓度的方法1. 气体供应控制：通过调节气体供应速率和流量，可以控制发酵罐中的氧气浓度。

例如，增加通气速率可以提高溶氧浓度，而减少通气速率则可以降低溶氧浓度。

2. 搅拌控制：搅拌发酵罐中的培养基可以增加气液传质速率，促进氧气的溶解和分配。

合理的搅拌速度可以保持溶氧浓度的稳定，避免过高或过低的溶氧浓度对发酵过程的不利影响。

3. 温度控制：适宜的温度可以影响氧气在液体中的溶解度。

根据不同微生物的需求，可以通过调节发酵罐的温度，来控制溶氧浓度的变化。

4. 添加表面活性剂：表面活性剂的添加可以降低氧气的表面张力，促进氧气的溶解和分散。

这种方法可以提高溶氧浓度，特别适用于高粘度的发酵培养基。

5. 使用溶氧传感器：通过安装溶氧传感器，可以实时监测发酵罐中的溶氧浓度，并根据需求进行及时调整。

结论：溶氧是发酵过程中不可忽视的重要因素，它对发酵效率和产物品质有着显著的影响。

合理控制溶氧浓度可以优化发酵过程，提高产物的质量和产量。

通过调节气体供应、搅拌、温度和添加表面活性剂等方法，可以有效地控制溶氧浓度，实现理想的发酵效果。

发酵溶氧问题总结溶氧：溶氧：就是溶解在培养基中未被菌体吸收的氧，通过溶氧电极反映在发酵罐的操作面板上，它可作为发酵过程异常情况的一种指标。

发酵过程中溶氧值异常偏高：说明大量菌体已经死亡，培养基中的氧无法被利用，从而越积越多。

死亡原因的几种可能：对于大肠有三种可能，一是大量感染噬菌体，噬菌体在大肠菌体内大量繁殖，最终导致菌体裂解死亡，这种情况pH值也会随之升高，菌体裂解胞内的酸性物质释放到培养基中导致pH值升高，烈性噬菌体感染也就30-40分钟就能在菌体内繁殖300个子代左右，菌体就被全部裂解了，发酵液变得清亮，变稀，OD值显著降低；温和性噬菌体时间要长一些，要几个小时才会出现上述情况。

大量感染噬菌体无非就是周围环境和实验室卫生状况的导致，土壤是噬菌体的天然温床，特别到春天，天气回暖，突然中的水被蒸发出来携带了大量的噬菌体，这个季节做发酵要特别注意；另外，周围要是有大的土建工程，大量挖掘土壤自然也把噬菌体带出来了；实验室里经常会把一些研究用的微生物不经处理直接倒入下水道，因为下水道都是相通的，加之下水道是微生物繁殖的好场所，大量噬菌体会在下水道中寄生繁殖，也会导致发酵污染噬菌体。

第二种可能就是营养物质不够，消耗光后未及时补充，大肠被活活饿死，导致溶氧升高，OD下降，这种情况要是及时发现是可以挽救的，因为大肠可以耐受10分钟左右的饥饿，在这时补充营养还是可以复活。

第三种可能：污染的杂菌不是好氧型的或不是十分好氧，但它对菌种的生长有抑制作用，这样正常菌受到抑制摄氧减少而杂菌由不是好氧的，那么溶氧值也会上升。

对于酵母而言，甲醇的量很重要，加多了导致甲醇中毒大量酵母死亡也会出现DO值异常升高，和大肠一样营养缺乏也会导致同样的结果，对于酵母我知道的不是很多，有了新的了解再总结出来。

发酵过程中溶氧值异常偏低：表现是在很短的时间内DO降的很夸张，呵呵，有时可能会降到0左右，这可能就是染杂菌了，菌体的正常生长繁殖都是有一定的规律的，同种菌种的不同发酵批次的DO和OD变化的幅度都应该是差不多，所以当DO异常降低就说明有其他菌体在一起消耗氧，供不应求自然就降低了，为了确定，可以取出少量做镜检。

溶解氧对发酵的影响及其控制1 溶解氧对发酵的影响溶氧是需氧发酵控制最重要的参数之一。

由于氧在水中的溶解度很小，在发酵液中的溶解度亦如此，因此，需要不断通风和搅拌，才能满足不同发酵过程对氧的需求。

溶氧的大小对菌体生长和产物的形成及产量都会产生不同的影响。

如谷氨酸发酵，供氧不足时，谷氨酸积累就会明显降低，产生大量乳酸和琥珀酸。

1.1 溶氧量在发酵的各个过程中对微生物的生长的影响是不同的改变通气速率发酵前期菌丝体大量繁殖，需氧量大于供氧，溶氧出现一个低峰。

在生长阶段，产物合成期，需氧量减少，溶氧稳定，但受补料、加油等条件大影响。

补糖后，摄氧率就会增加，引起溶氧浓度的下降，经过一段时间以后又逐步回升并接近原来的溶解氧浓度。

如继续补糖，又会继续下降，甚至引起生产受到限制。

发酵后期，由于菌体衰老，呼吸减弱，溶氧浓度上升，一旦菌体自溶，溶氧浓度会明显上升。

1.2 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。

需氧微生物酶的活性对氧有着很强的依赖性。

谷氨酸发酵中，高溶氧条件下乳酸脱氢酶(LDH)活性明显比低溶氧条件下的LDH酶活要低，产酸中后期谷氨酸脱氢酶(GDH)的酶活下降很快,这可能是由于在高溶氧条件下,剧烈的通气和搅拌加剧了菌体的死亡速度和发酵活性的衰减。

DO值的高低还会改变微生物代谢途径，以致改变发酵环境甚至使目标产物发生偏离。

研究表明，L-异亮氨酸的代谢流量与溶氧浓度有密切关系，可以通过控制不同时期的溶氧来改变发酵过程中的代谢流分布,从而改变Ile等氨基酸合成的代谢流量。

2 溶氧量的控制对溶解氧进行控制的目的是把溶解氧浓度值稳定控制在一定的期望值或范围内。

发酵过程溶氧控制一、溶氧（DO）与发酵液浓度的关系在发酵培养过程中，由于菌种的生长速度和菌量的不同，而需氧量也不同，一般发酵罐在培养到18---24小时时间段生长最旺盛，菌量也是最多的时候，所需氧量也是最多，而此时段补料量也是最大的时候。

此时段一经发现DO有下降趋势，要及时控制补料，补料控制及时可以使DO有所回升，尤其是补糖的时间控制尤为重要。

若补料时机控制不好，DO会迅速降至很低，随之AN会出现上升趋势，溶氧长时间不足的结果会导致菌种自溶，菌量减少赖氨酸含量降低，最终至使提前放罐。

为什么补糖间补会使DO有所回升？这是因为当供氧充足时糖会完全转化；而随着菌种的不断生长，菌量增加，需氧量和糖量也会增加，随着补糖速度提高，发酵液的渗透压和粘度会相应增大，氧在发酵液中通透性就会降低，所以DO会随之下降。

当发酵液浓度大于菌种细胞内部浓度时，菌种会因吸收过多的水分而最终死亡，便会出现糖的不完全转化现象，也就是RS过高，相应AN也会升高。

若及时间补，发酵液中的糖等物质菌种能够及时吸收利用，发酵液中渗透压会相应降低，氧的通透性也会提高。

但也不是RS越低越好，如果发酵液浓度长时间低于菌种细胞内部浓度，会出现菌种细胞发生“质壁分离”现象，也就细胞失水过多死亡。

所以RS要控制平稳，不能过低也不能过高。

二、溶氧（DO）与压力的关系微生物对压力具有强大的抵抗力，但在一定的高压力下，可以引起微生物细胞质的粘性和细胞容积的改变，从而影响细胞的生长繁殖。

高压会使菌种细胞蛋白质变性，最终菌种死亡。

高压的氧和二氧化碳对微生物有较大伤害作用，尤以氧的伤害最大。

所以溶氧不够不能一味提高压力，要根据实际培养情况而定。

三、溶氧（DO）与温度的关系一般，发酵温度升高，酶反应速率增大，生长代谢加快，生产期提前。

为什么降低温度会使DO上升？温度的选择还应参考其他发酵，灵活掌握。

例如，在供氧条件差的情况下（也就DO不足），要将发酵罐培养温度降低一些，因为在较低的温度下氧的溶解度相应大一些，菌的生长速率相应小一些，从而弥补了因供氧不足而造成的代谢异常。