溶解氧对发酵的影响及其控制

发酵过程中溶解氧的控制措施一、引言发酵是一种广泛应用于食品、医药、化工等领域的生物技术，而溶解氧是影响发酵过程的重要因素之一。

在发酵过程中，微生物需要氧气参与代谢活动，但过高或过低的溶解氧浓度都会对微生物的生长和代谢产生不利影响。

因此，在发酵过程中控制溶解氧浓度至关重要。

二、影响溶解氧浓度的因素1. 发酵系统中空气流量和搅拌速度：空气流量和搅拌速度是控制发酵系统内溶解氧浓度的两个主要因素。

适当增加空气流量和搅拌速度可以提高溶解氧浓度，促进微生物生长和代谢活动。

2. 发酵液温度：温度对微生物代谢活动有直接影响，适宜的温度可以提高微生物代谢效率，增加需求氧量；但过高的温度会使微生物失去活性，降低需求氧量。

3. 发酵液pH值：pH值对微生物代谢活动也有直接影响，适宜的pH 值可以提高微生物代谢效率，增加需求氧量；但过高或过低的pH值会使微生物失去活性，降低需求氧量。

4. 发酵液中有机质浓度：有机质浓度是微生物生长和代谢的重要营养源，但过高的有机质浓度会导致微生物代谢产生大量二氧化碳等废气，使溶解氧浓度降低。

三、控制溶解氧浓度的措施1. 适当增加空气流量和搅拌速度：在发酵过程中适当增加空气流量和搅拌速度可以提高溶解氧浓度。

具体来说，可根据不同微生物需要的溶解氧浓度和发酵系统的特点确定最佳空气流量和搅拌速度。

2. 控制发酵液温度：在发酵过程中控制发酵液温度可以影响微生物需求氧量。

对于需求较高的微生物，在合适的温度范围内增加温度可以提高其代谢效率和需求氧量；对于需求较低的微生物，降低温度可以减少其需求氧量。

3. 控制发酵液pH值：在发酵过程中控制发酵液pH值可以影响微生物需求氧量。

对于需求较高的微生物，在合适的pH值范围内调整pH 值可以提高其代谢效率和需求氧量；对于需求较低的微生物，调整pH 值可以减少其需求氧量。

4. 控制有机质浓度：在发酵过程中控制有机质浓度可以影响微生物产生废气的量，从而影响溶解氧浓度。

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。

第七章发酵工艺过程控制11. 发酵工艺过程控制2. 温度对发酵的影响及其控制3. pH值对发酵的影响及其控制4. 溶解氧对发酵的影响及其控制5. 泡沫对发酵的影响及其控制6. 补料（基质浓度）控制7. 发酵过程中的参数检测8. 高密度发酵21.发酵工艺过程控制3发酵过程控制的重要性•过程控制的内容：最佳工艺条件的优选（即最佳工艺参数的确定）以及在发酵过程中通过过程调节达到最适水平的控制。

•过程控制的目的：就是要为生产菌创造一个最适的环境，使所需要的代谢活动得以最充分的表达，以最经济、最大限度地获得发酵产物。

决定发酵水平的因素外部环境因素生物因素：菌株特性(营养要求、生长速率、产物合成速率)设备性能: 传递性能工艺条件物理：T 、Ws化学：pH 、DO 、基质浓度4工业微生物发酵过程52.温度对发酵的影响及其控制影响发酵温度变化的因素温度对微生物生长的影响温度对基质消耗的影响温度对产物合成的影响最适温度的选择与控制62.1 影响发酵温度的因素发酵热就是发酵过程中所产生的净热量Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射产热因素：生物热机械搅拌热散热因素：蒸发热辐射热7（1）生物热Q生物生物热是生产菌在生长繁殖过程中产生的热能。

在发酵过程中，菌体不断利用培养基中的营养物质，将其分解氧化产生能量，一部分用于合成ATP提供细胞代谢产物合成需的能量，另一部分以热的形式散发，这散发出来的热就叫生物热。

影响生物热的因素：菌株发酵类型、培养基、发酵时期8生物热与发酵类型有关微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多。

和水一摩尔葡萄糖彻底氧化成CO2好氧：产生287.2千焦耳热量，–183千焦耳转变为高能化合物–104.2千焦以热的形式释放厌氧：产生22.6千焦耳热量，–9.6千焦耳转变为高能化合物–13千焦以热的形式释放9培养过程中生物热的产生具有强烈的时间性细胞呼吸量强弱与生物热的大小有关：1.在培养初期，菌体处于适应期，菌数少，呼吸作用缓慢，产生热量较少。

溶解氧控制对枯草芽孢杆菌发酵生产腺苷的影响刘剑;徐达【摘要】在50L的生物反应器中，通过控制溶解氧水平为5％、10％、20％、30％四个水平考察枯草芽孢杆菌发酵生产腺苷的影响，发现该菌株生长的溶解氧浓度在10％-20％。

并通过发酵过程中菌株的生长情况、菌体摄氧率和发酵产苷进行相关分析。

结果表明，在发酵过程中DO水平控制在10％～20％时腺苷积累量高，发酵液中DO水平为5％和30％均不利于发酵液中的腺苷积累。

通过对发酵终点丙酮酸的检测，发现枯草芽孢杆菌在低溶氧状态下比高溶氧状态下积累更多的丙酮酸。

在此基础上，提出两阶段DO控制策略，最终腺苷积累量达到20．1g／L。

%The effect of oxygen supply on adenosine production of Bacillus subtilis was studied using 50L fermen- tor with the air saturation at 5% , 10% , 20% and 30%. We found that the concentration of the critical dissolved oxy- gen in the industrial strains was 10% - 20%. The relationship among strain growths, oxygen uptake rate in the process and dissolved oxygen （DO）tension on adenosine accumulation was analyzed. The results showed that during the adenosine fermentation of Bacillus subtilis, it was better to control DO at 10% -20% than at 5% and 30%. We found that the concentration of pyruvate at the final time of fermentation was higher under low oxygen condition than that under high oxygen condition. Based on the results, a strategy of two stages for DO manipulation was proposed. With this strategy, the adenosine accumulated in 50L fermentor ultimately reached 20. l g/L.【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2012(038)007【总页数】4页(P86-89)【关键词】枯草芽孢杆菌;发酵;腺苷;溶解氧【作者】刘剑;徐达【作者单位】广东肇庆星湖生物科技股份有限公司,广东肇庆526060;广东肇庆星湖生物科技股份有限公司,广东肇庆526060【正文语种】中文【中图分类】TQ929腺苷(Adenosine)又称腺嘌呤核苷，具有促进冠状动脉扩张及心肌代谢的机能，扩张血管，增加冠血量的药理作用，可用于治疗冠状血管障碍、狭心症、动脉硬化症及高血压症等疾病，具有广泛的药用价值。

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。

发酵⼯艺重点知识绪论发酵：⼴义——通过微⽣物的培养使某种特定代谢产物或菌体本⾝⼤量积累的过程。

狭义——厌氧微⽣物或兼性厌氧微⽣物在⽆氧条件下进⾏能量代谢并获得能量的⼀种⽅式。

发酵⾷品：是指经过微⽣物（细菌、酵母和霉菌）或酶的作⽤，使加⼯原料发⽣⼀系列⽣物化学变化及物理变化⽽制成的具有独特风味和特有风格的⾷品。

（酒：酵母，酸奶：乳酸菌，醋：醋酸菌等）功⽤：与普通⾷品相⽐，发酵⾷品作⽤：（1）保留原来⾷物中的活性成分，分解某些对⼈体不利的因⼦。

（2）提⾼⾷物营养素的利⽤程度。

（3）VB12较为丰富。

（4）脂肪含量较低。

（5）有⼀定的保健作⽤。

发酵⼯业：指利⽤⽣物的⽣命活动产⽣的酶，将⽆机或有机原料进⾏酶加⼯，获得产品的⼯业。

（产品包括⾷品、保健品药品、⽣物制品等。

）与化学⼯业相⽐，⾷品发酵与酿造的特点：安全简单原料⼴泛反应专⼀代谢多样易受污染菌种选育菌种选育、保藏与复壮微⽣物杂交育种含义、使⽤的培养基、⽅法含义：两个基因型不同的菌株通过吻合（接合）使遗传物质重新组合，从中分离和筛选具有新性状的菌株。

杂交育种⽬的：（1）使不同菌株的遗传物质进⾏交换和重新组合，从⽽改变原有菌株的遗传物质基础，获得杂种菌株（重组体）。

（2）把不同菌株的优良性状汇集重组体菌株中，提⾼产量和质量，甚⾄改变菌种特性，获得新的品种。

（3）获得的重组体对诱变剂的敏感性得以提⾼和恢复，以便重新使⽤诱变⽅法进⾏选育。

在杂交育种中通常使⽤的培养基（1）完全培养基(CM)：含有糖类、多种氨基酸、维⽣素及核酸碱基及⽆机盐等⽐较完全的营养基质，野⽣型和营养缺陷型菌株均可⽣长。

(2) 基本培养基(MM)：只含纯的碳源、⽆机氮和⽆机盐类，不含有氨基酸、维⽣素、核苷酸等有机营养物，营养缺陷型菌株不能在其上⽣长，只允许野⽣型⽣长。

(3) 有限培养基(LM)：在基本培养基或蒸馏⽔中含有10％⼀20％完全培养基成分。

(4) 补充培养基(SM) (鉴别培养基)：在基本培养基中加⼊⼰知成分的氨基酸、维⽣素等，通常⽤作鉴别分离⼦。

大肠杆菌发酵过程溶氧异常分析
应该是染噬菌体了，噬菌体感染一般都在那个时候出现，而且症状也很典型，也许之前10分钟溶氧还在继续下降，但是忽然就会出现溶氧急剧上升，伴随着应该也会出现很多泡沫，pH上升。

如果取菌液镜检，也许还会有一些没有溶解的菌体，但是视野中会出现很多菌体碎片，而且仔细观察还没有裂解的菌体，会发现菌体形态不是很圆滑，再过一段时间，所有的菌体应该都裂解了，镜检都看不到完整菌体了。

发酵液中的溶氧浓度（Dissolved Oxygen，简称DO）对微生物的生长和产物形成有着重要的影响。

在发酵过程中，必须供给适量的无菌空气，菌体才能繁殖和积累所需代谢产物。

不同菌种及不同发酵阶段的菌体的需氧量是不同的，发酵液的DO值直接影响微生物的酶的活性、代谢途径及产物产量。

发酵过程中，氧的传质速率主要受发酵液中溶解氧的浓度和传递阻力影响。

研究溶氧对发酵的影响及控制对提高生产效率，改善产品质量等都有重要意义。

溶解氧对发酵的影响分为两方面：一是溶氧浓度影响与呼吸链有关的能量代谢，从而影响微生物生长；另一是氧直接参与产物合成。

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。

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。

发酵工艺控制讲义——氧对发酵的影响及控制氧是发酵过程中重要的因子之一，对发酵的影响及其控制具有重要意义。

本文将从氧对发酵的影响、氧的供给方式以及氧的控制等方面进行讲解。

发酵过程中，微生物需要通过氧气来进行呼吸作用，产生能量。

氧气的供给不足或过量都会对发酵过程产生一定影响。

首先，缺氧对发酵过程会产生不利影响。

微生物进行发酵作用时，需要大量的氧气来满足能量需求。

如果氧气供给不足，会导致微生物代谢和生长速率减慢，进而影响发酵产物的生成。

此外，缺氧还会导致乳酸、乙醇等代谢产物的积累增加，影响发酵过程的效率和产物品质。

其次，过量氧气也会对发酵产生负面影响。

过量的氧气会导致微生物产生过多的氧自由基，从而加速细胞氧化损伤的发生，降低细胞代谢的活性。

此外，过量的氧气还容易引起微生物DNA的氧化损伤，降低细胞的生存能力。

针对氧对发酵的影响，发酵过程中需要进行氧的供给和控制。

氧的供给方式可以通过气体通气或溶氧控制来实现。

气体通气是通过将氧气通入反应器中，供给微生物所需的氧气量。

气体通气的主要优点是供给灵活、操作简单。

但是，在气体通气过程中，氧气的传质效率较低，容易产生氧催化剂，进而加速微生物氧化损伤的发生。

溶氧控制是通过调整溶解氧的含量来控制氧的供给。

溶氧控制可以通过调整搅拌速度、改变气体通气速率等方式来实现。

溶氧控制的优点是能够更加准确地控制氧的供给量，避免过量或不足。

但是，溶氧控制需要较为复杂的设备和操作步骤，成本较高。

在发酵工艺中，可以根据具体情况选择合适的氧供给方式和控制策略。

对于一些需求较高氧气的发酵过程，如酒精发酵、乳酸发酵等，通常会采用气体通气供氧；而对于一些对氧敏感的发酵过程，如抗生素发酵、干酪起始菌发酵等，通常会采用溶氧控制的方法。

总而言之，氧是发酵过程中重要的因子之一，对发酵的影响及其控制具有重要意义。

合理的氧供给和控制策略，可以提高发酵过程的效率和产物品质，是发酵工艺控制中不可忽视的一环。

最佳氧的供给和控制方式需要根据具体发酵过程的要求而定，需要深入研究和实践。