氧的供需及对发酵的影响

啤酒发酵过程中的氧气供应在啤酒酿造过程中，氧气供应起着至关重要的作用。

正确的氧气供应可以促进酵母的繁殖和发酵活性，确保啤酒最终呈现出良好的口感和风味。

本文将详细探讨啤酒发酵过程中的氧气供应的重要性以及如何实现适当的氧气供应。

1. 氧气在啤酒发酵过程中的作用氧气是酵母进行呼吸作用所必需的基本元素。

在酵母发酵过程中，氧气参与了三个主要的阶段：增殖阶段、适应阶段和乙醇产生阶段。

在增殖阶段，酵母需要大量的氧气来进行细胞分裂和增殖。

此时，提供足够的氧气可以有效地促进酵母的繁殖速度和数量。

在适应阶段，酵母需要逐渐适应低氧环境。

适度的氧气供应可以有效地帮助酵母适应这种环境，并减少产生不良物质的可能性。

在乙醇产生阶段，氧气参与了酵母产生乙醇的过程。

适当的氧气供应可以提高酵母的活性和酵母代谢产物的质量。

2. 如何保证适当的氧气供应为了确保啤酒发酵过程中有足够的氧气供应，需注意以下几点：2.1 液体搅拌和通气系统通过使用液体搅拌装置和通气系统，可以使啤酒醪中的氧气与酵母充分接触，促进氧气的溶解和酵母对氧气的吸收。

同时，通气系统可以排除发酵产生的二氧化碳，提供更好的氧气供应条件。

2.2 合适的发酵容器选择适合的发酵容器也是确保良好氧气供应的关键。

较大的表面积和较宽的容器口可以增加接触氧气的机会，增强酵母对氧气的吸收。

此外，容器的密封性也需要注意，以避免氧气的泄漏和外界微生物的污染。

2.3 控制发酵温度维持适宜的发酵温度对于酵母的正常生长和发酵活性至关重要。

过高的温度或过低的温度都会影响酵母吸收氧气的能力。

因此，在发酵过程中，需要精确控制和调整温度，确保酵母在最适宜的温度条件下进行发酵。

3. 氧气供应的注意事项尽管氧气在啤酒发酵中起到重要作用，但过量的氧气供应也会对啤酒的品质产生不良影响。

过多的氧气会导致酵母产生过氧化物酶（catalase）和过氧化氢酶（peroxidase）等酶，进而破坏啤酒中的酒花曲霉酸和其他含氮物质，影响啤酒风味的稳定性。

微生物对氧的需求
问题：一般微生物的临界溶氧浓度很小，是不是发酵过程中 氧很容易满足。 例：以微生物的摄氧率0.052 mmol O2· L-1· S-1 计， 0.25/0.052=4.8秒 注意：由于产物的形成和菌体最适的生长条件，常常不一样： 头孢菌素 卷须霉素 5% (相对于饱和浓度） 13% >13% >8%
遗传因素 菌龄 营养的成分与浓度 有害物质的积累 培养条件
第二节 反应器中氧的传递
气膜 液膜
P 一、发酵液中氧的传递方程
Ci Pi
N kg ( P P i ) kl (ci c)
N：传氧速率 kmol/m2.h kg: 气膜传质系数 kmol/m2.h.atm Kl: 液膜传质系数 m/h

反应器中氧的传递
二、发酵液中氧的平衡 发酵液中供氧和需氧始终处于一个动态的平衡中 传递： Nv Kl a(c * c) 消耗： r= QO2 .X
氧的平衡最终反映在发酵液中氧的浓度上面

反应器中氧的传递
三、供氧的调节
Nv Kl a(c * c)
C有一定的工艺要求，所以可以通过KLa 和C*来调节 其中 C*＝P*H
氧的供需及对发酵的影响
微生物对氧的需求
发酵液中氧的供给
影响KLa的因素（供氧的调节）
与溶氧相关的参数测定
发酵过程中溶氧监控的意义

微生物对氧的需求
第一节 微生物对氧的需求
一、描述微生物需氧的物理量 比耗氧速度或呼吸强度（QO2）：单位时间内单位重量 的细胞所消耗的氧气，mmol O2· g-1(干菌体)· h-1
摄氧率(r)：单位时间内单位体积的发酵液所需要的氧量。 mmol O2· L-1· h-1。 r= QO2 .X

kG (p - pi ) k L (ci - cL )
单位接触界面氧的传递速率：
通常，不可能测定界面处的氧分压和氧浓度。
为方便计算，氧传递速率用总传质系数和总推动 与力两表个示推：动力相对应的阻力是气膜阻力1/kG和液膜 阻力1/kL。
单位接触N界A面 氧p1的kGp传I 递C速1I k率LC为L 推p1动K力pG与 阻C1力K之CL L比。
根据培养的目的不同，选取不同的供 氧条件：
★获取细胞本身：保持溶解氧的浓度高于临界溶 氧浓度。从而满足微生物的最大需氧而得到最高 的微生物的细胞产量。 ★以获得细胞代谢产物为目的，溶氧对代谢产物 影响有不同的情况。
第2节 培养过程中氧的传质理论
一、氧的传递途径与传质阻力
好氧微生物只能利用溶解态的氧，因此气态中的 氧需要经过一系列的传递步骤和克服阻力到液相。 氧的传递途径是气相中的氧溶解在发酵液中，再传 递到细胞内的呼吸酶位置上而被利用。
3. 氧分压（亨利公式）
三、微生物的临界氧浓度
耗氧速率受 氧浓度影响
微生物对发酵液中的溶解氧有一个最低要求。
临界溶氧浓度(Ccr)：当培养基中不存在其它限制性基质 时，不影响好氧性微生物繁殖的最低的溶解氧的浓度。
微生物的临界氧浓度大约是饱和浓度的1％-25％。
氧的饱满度：溶解氧的 浓度与临界氧浓度之比。
KG ( p p) KL (C CL )
（5-2）
KG——以氧分压差为总推动力的总传质系数。 KL——以氧浓度差为总推动力的总传质系数。
氧的传递速率方程
OTR=KLa (c*-cL)或=KG a (p-p*) （5-16）
▪氧从空气泡到细胞的总传递阻力（1/Kt）为上述 各项传递阻力的总和。 ▪这种传递阻力有主次之分： ✓氧是难溶气体，供氧方面阻力3）较为显著； ✓耗氧方面阻力主要是7）8）； ✓当细胞以游离状态存在于液体中时，阻力7）细 胞团内的传递阻力消失； ✓而当细胞吸附在气液界 面上时，阻力4）5）6）7） 消失。

CuSO4 2Na2SO3 + O2 2Na2SO4
2. 剩余的Na2SO3与过量的碘作用 H2O
Na2SO3 + I2
Na2SO4 + 2HI
3. 再用标定的Na2S2O3滴定剩余的碘 2Na2S2O3 + I2 Na2S4O6 + 2NaI
亚硫酸盐氧化法
操作程序： ◆ 将一定温度的自来水加入试验罐内，开始搅拌， 加入亚硫酸钠晶体，使SO3-2浓度约0. 5mol/L左右； 再加入硫酸铜晶体，使Cu2+浓度约为10-3 mol/L，待 完全溶解；通空气，一开始就接近预定的流量，尽 快调至所需的空气流量；稳定后立即计时，为氧化 作用开始；氧化时间连续4～10min，到时停止通气 和搅拌，准确记录氧化时间。 ◆ 试验前后各用吸管取5～100ml样液，立即移入 新吸入的过量的标准碘液中；然后用标准的硫代硫 酸钠溶液，以淀粉为指示剂滴定至终点。
一、氧的传递途径与传质阻力
氧的传递途径是气相中的氧溶解在发酵液中，再
传递到细胞内的呼吸酶位臵上而被利用，这个传 递过程分为供氧和耗氧两方面。
供氧：指空气中氧气从空气泡里通过气膜、气液
界面和液膜扩散到液体主流中；
耗氧：指氧分子自液体主流通过液膜、菌丝丛、
细胞膜扩散到细胞内。
1. 供氧方面的阻力
加而增大。当增加通气量时，空气的线速度也 相应增大，从而增加了溶氧，氧传递系数KLα 也增大。
过大的空气线速度会使搅拌桨叶不能打散空气，
气流形成大气泡在轴的周围逸出，使搅拌效率 和溶氧速率都大大降低，“过载”现象。
3. 空气分布管
当通风量较小（0.02-0.5 ml/s）时，气泡的直径与空
降低；
提高氧在溶液中的方法：适当增加罐压，进行