第6章、食品發(fā)酵-axl

第六章食品發(fā)酵第1節(jié)發(fā)酵的概念及一般工藝過程第2節(jié)菌種選育第3節(jié)發(fā)酵類型第4節(jié)發(fā)酵工藝過程控制第5節(jié)發(fā)酵產(chǎn)物提取與精制第6節(jié)污染防止與挽救第1節(jié)發(fā)酵的概念及一般工藝過程一、發(fā)酵的概念二、發(fā)酵的一般工藝過程Q:你認為什么是發(fā)酵？一、發(fā)酵的概念傳統(tǒng)發(fā)酵：在我國，人們習慣把通過微生物純種或混種作用后，不經(jīng)過單一成分的分離提取和精制，獲得的成分復雜、有較高風味要求的食品生產(chǎn)稱為發(fā)酵，也即釀造。如啤酒、葡萄酒、黃酒、白酒等酒類發(fā)酵及醬油、食醋、醬品、豆豉、腐乳、鹽漬菜、酸泡菜、酸奶等調(diào)味和發(fā)酵食品的生產(chǎn)，均稱為釀造一、發(fā)酵的概念廣義發(fā)酵：指微生物在無氧或有氧條件下，通過分解代謝或合成代謝或次生代謝等微生物代謝活動，大量積累人類所需的微生物體或微生物酶或微生物代謝產(chǎn)物的所有過程。如有機溶劑、抗生素、有機酸、酶制劑、氨基酸等的生產(chǎn)，均稱為發(fā)酵?，F(xiàn)代化的技術(shù)手段——技術(shù)支撐發(fā)酵工程提供微生物適宜生長條件，利用微生物的某種特定功能，通過現(xiàn)代化的技術(shù)手段，生產(chǎn)出所需要的產(chǎn)品。菌體或菌體代謝產(chǎn)物微生物——主體現(xiàn)代化的技術(shù)手段——技術(shù)支撐現(xiàn)代化的技術(shù)手段——技術(shù)支撐產(chǎn)物的提取與精制菌種選育發(fā)酵條件的工藝控制細胞甾體生物轉(zhuǎn)化葡萄糖異構(gòu)酶青霉素氨基酸乙醇檸檬酸定義：是指利用生物的生命活動產(chǎn)生的酶，對無機或有機原料進行加工，獲得產(chǎn)品的工業(yè)。發(fā)酵工業(yè)傳統(tǒng)發(fā)酵（釀造）工業(yè)：成分復雜，較高風味要求的發(fā)酵食品的工業(yè)。近代發(fā)酵工業(yè)：需要純種接種發(fā)酵，精制產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)。食品發(fā)酵：微生物在食品工業(yè)中應用的一個領(lǐng)域。二、發(fā)酵的一般工藝過程原料預處理配料滅菌冷卻菌種菌種活化種子擴培種子罐發(fā)酵罐空氣空壓機貯氣罐油水分離過濾器發(fā)酵液提取精制產(chǎn)品副產(chǎn)物原料空氣原料補料酸堿消泡菌種篩選搖瓶試驗發(fā)酵罐試驗發(fā)酵的一般工藝過程發(fā)酵工藝要點發(fā)酵原料及其預處理原料特點：糖質(zhì)或淀粉質(zhì)等含量較高，價格相對低廉，易得。粉碎、酶解菌種的活化及擴大培養(yǎng)種子擴培技術(shù)概念：是指將保存于沙土管、冷凍干燥管中處于休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面活化后，再經(jīng)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級放大培養(yǎng)而獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種過程。這些純培養(yǎng)物稱為種子。種子擴培流程圖

種子擴大培養(yǎng)流程圖1-沙土孢子；2-凍干菌種；3-斜面種子；4-搖瓶液體種子；5-茄子瓶斜面種子；6-固體培養(yǎng)基種子；7、8-種子罐培養(yǎng)物；9-發(fā)酵罐種子質(zhì)量的控制影響種子質(zhì)量的因素：培養(yǎng)基、培養(yǎng)條件、種齡、接種量等種子質(zhì)量的控制措施：菌種穩(wěn)定性的檢查；無雜菌檢查例：生產(chǎn)啤酒酵母菌種子擴培流程保藏菌種菌種活化10mL麥芽汁250mL麥芽汁5-10L麥芽汁100L麥芽汁25℃2天25℃2-3天25℃2天15-20℃3-5天菌種直投式發(fā)酵劑是指一系列高度濃縮和標準化的冷凍干燥發(fā)酵劑菌種，直接加入到滅菌的原料中進行發(fā)酵，無需對其活化、擴培等其它預處理工作?；罹鷶?shù)：1010-12CFU/g；優(yōu)勢：省去菌種車間，減少人員、簡化工藝價格：200-300元/噸產(chǎn)品（酸奶）發(fā)酵培養(yǎng)基的配制與滅菌Q:一般培養(yǎng)基里面應該含有什么成分呢？培養(yǎng)基、培養(yǎng)設備、空氣等的滅菌處理發(fā)酵過程控制發(fā)酵產(chǎn)物純化及副產(chǎn)物的處理發(fā)酵產(chǎn)物的提?。毎?、代謝產(chǎn)物）副產(chǎn)物的利用和處理（飼料、工業(yè)原料）第2節(jié)菌種選育及擴培技術(shù)一、生產(chǎn)菌種的要求和來源二、菌種選育的方法

一、生產(chǎn)菌種的要求和來源1、生產(chǎn)菌種的要求：①在較短的發(fā)酵過程中高產(chǎn)有價值的發(fā)酵產(chǎn)品。②發(fā)酵培養(yǎng)基應價廉，來源充足，被轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的效率高。如農(nóng)副產(chǎn)品。③菌種對人、動物、植物和環(huán)境不應該造成危害，還應注意潛在的、慢性的、長期的危害。④發(fā)酵后，所產(chǎn)不需要的代謝產(chǎn)物少，而且產(chǎn)品相對容易分離，下游技術(shù)能用于規(guī)?；a(chǎn)。⑤遺傳特性穩(wěn)定，抗逆能力強，而且易于進行基因操作。2.生產(chǎn)菌種的來源自然環(huán)境購置生產(chǎn)菌種中國微生物菌種保藏管理委員會（CCCCM）美國典型菌種保藏中心（ATCC）英國國家典型菌種保藏所（NCTC）人工育種太空育種紫外照射雜交原生質(zhì)體融合二、菌株選育的方法自然選育誘變育種(物理誘變劑、化學誘變劑、生物誘變劑)雜交育種原生質(zhì)體融合基因工程基因工程育種：目的基因↓載體（噬菌體、質(zhì)粒）↓重組載體↓引入細胞↓基因表達↓重組體的篩選及鑒定微生物的自然選育例：葡萄中釀酒酵母的分離、篩選與鑒定微生物的自然選育例：葡萄中釀酒酵母的分離、篩選與鑒定微生物的自然選育例：葡萄中釀酒酵母的分離、篩選與鑒定微生物的自然選育例：葡萄中釀酒酵母的分離、篩選與鑒定不同糖類的發(fā)酵生長能力抗逆性能原料中的適應性生產(chǎn)能力微生物的自然選育例：葡萄中釀酒酵母的分離、篩選與鑒定第3節(jié)發(fā)酵類型單一混合工業(yè)發(fā)酵方式需氧否培養(yǎng)基位置間歇或連續(xù)菌種固定與否菌種單一或混合好氧厭氧液態(tài)固態(tài)深層表面分批連續(xù)游離固定化半固態(tài)補料分批√√√√√√一、固態(tài)發(fā)酵與液態(tài)發(fā)酵固態(tài)發(fā)酵:是指微生物在沒有或幾乎沒有游離水的固態(tài)的濕培養(yǎng)基上的發(fā)酵過程。厭氧菌：

窖池堆積，壓緊密封好氧菌：

容器表面靜置發(fā)酵，通氣和/或翻動。淺盤培養(yǎng)法、轉(zhuǎn)桶法、厚層通氣法。一、固態(tài)發(fā)酵與液態(tài)發(fā)酵液態(tài)發(fā)酵：指培養(yǎng)基呈液態(tài)的微生物發(fā)酵過程。液態(tài)發(fā)酵：發(fā)酵罐。因素：溫度、pH、通風、攪拌、罐壓力等，必須控制。固態(tài)發(fā)酵與液態(tài)發(fā)酵相比的優(yōu)、缺點優(yōu)點缺點1.培養(yǎng)基含水量少，廢水、廢渣少，環(huán)境污染少，容易處理1.菌種限于耐低水活性(aw)的微生物，菌種選擇性少2.能源消耗量低,供能設備簡易2.發(fā)酵速度慢，周期較長3.培養(yǎng)基原料多為天然基質(zhì)或廢渣，廣泛易得，價格低廉3.天然原料成分復雜，有時變化，影響發(fā)酵產(chǎn)物的質(zhì)和量4.設備和技術(shù)較簡易，較低的投資4.工藝參數(shù)難以測準和控制5.產(chǎn)物濃度較高,后處理較方便5.產(chǎn)品少,工藝操作消耗勞力多，強度大二、分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵、補料分批發(fā)酵分批發(fā)酵的概念封閉系統(tǒng)培養(yǎng)，指一次性投料、接種直到發(fā)酵結(jié)束，產(chǎn)品一次性收獲。在發(fā)酵過程中，除了不斷通氣（如好氧發(fā)酵），調(diào)節(jié)pH外，與外界沒有其它物料交換的一種發(fā)酵方式。特點：典型的非穩(wěn)態(tài)過程。微生物生長—延滯期、對數(shù)生長期、穩(wěn)定期和衰亡期。操作簡單、周期短，染菌機會少，原料利用率高，但生產(chǎn)效率低。連續(xù)發(fā)酵的概念在開放系統(tǒng)中進行的。連續(xù)不斷的向發(fā)酵罐中流加新鮮發(fā)酵液，同時又連續(xù)不斷的排出等量的發(fā)酵液，從而使pH、養(yǎng)分、溶解氧保持恒定，使微生物生長和代謝活動保持旺盛穩(wěn)定狀態(tài)的一種發(fā)酵方式。特點：恒態(tài)。優(yōu)點：提高生產(chǎn)效率；質(zhì)量穩(wěn)定；自動控制。缺點：營養(yǎng)物質(zhì)利用率較低；菌種易變異；易染菌；罐式連續(xù)發(fā)酵實現(xiàn)方法恒濁法：通過調(diào)節(jié)營養(yǎng)物的流加速度，利用濁度計檢測細胞濃度，使之恒定。恒化法：保持某一限制性基質(zhì)在一恒定濃度水平，使菌的比生長速率保持一定。連續(xù)發(fā)酵的優(yōu)缺點（與分批發(fā)酵比較）優(yōu)點缺點維持穩(wěn)定的操作條件，有利于微生物的生長，產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定由于是開放系統(tǒng)，加上發(fā)酵周期長，容易造成雜菌污染機械化和自動化強度高，減少操作人員與有毒有害物質(zhì)接觸在長周期連續(xù)發(fā)酵中，微生物容易發(fā)生變異設備利用率高，節(jié)省勞動力對設備、儀器及控制元器件的技術(shù)要求較高由于滅菌次數(shù)減少，使測量儀器探頭的壽命得以延長黏性絲狀菌菌體容易附著在器壁上生長和在發(fā)酵液內(nèi)結(jié)團，給連續(xù)發(fā)酵操作帶來困難容易對過程進行優(yōu)化，有效地提高發(fā)酵產(chǎn)率補料分批發(fā)酵的概念半不連續(xù)發(fā)酵，是指在開始時投入一定量的基礎(chǔ)培養(yǎng)基，到發(fā)酵過程中的適當時期，開始連續(xù)補加碳-能源或（和）氮源或（和）其它必需基質(zhì)，直至發(fā)酵液體積達到發(fā)酵罐最大操作容積后，將發(fā)酵液一次全部放出。單細胞蛋白、氨基酸、抗生素、維生素、酶制劑、有機酸發(fā)酵工業(yè)應用與分批培養(yǎng)方式比較1、可以解除底物抑制、產(chǎn)物的反饋抑制2、對于好氧發(fā)酵，可以避免在分批培養(yǎng)過程中因一次性投糖過多造成的細胞大量生長、耗氧過多以至通風攪拌設備不能匹配的狀況；在某種程度上可減少微生物細胞的生成量、提高目的產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率；3、微生物細胞可以被控制在一系列連續(xù)的過渡態(tài)階段，可用于控制細胞的質(zhì)量。補料分批發(fā)酵優(yōu)點與連續(xù)培養(yǎng)方式比較1、無菌要求低2、菌種變異和退化少3、使用范圍更廣。圖10-3好氧菌大型發(fā)酵罐示意圖好氧菌大型發(fā)酵罐示意圖

單罐連續(xù)發(fā)酵示意圖多罐連續(xù)發(fā)酵示意圖三、固定化酶和固定化細胞發(fā)酵固定化酶或細胞：固定于水不溶載體—可重復和連續(xù)使用；游離酶或細胞：未固定固定化發(fā)酵：固定化酶(細胞)用于發(fā)酵可稱為固定化酶(細胞)發(fā)酵，或簡稱固定化發(fā)酵。三、固定化酶和固定化細胞發(fā)酵固定化類型：

定義：主要是按照正、負電荷相吸的原理，酶或細胞吸附在載體的表面而被固定。物理吸附法：主要利用瓷碎片、玻璃球、尼龍網(wǎng)、棉花、木屑、毛發(fā)等作載體。離子吸附法：則主要利用DEAE-纖維素、DEAE-葡萄糖凝膠等作為載體。三、固定化酶和固定化細胞發(fā)酵固定化類型：

包埋法：是將酶（細胞）包在凝膠微小格子內(nèi)，或是將酶（細胞）包裹在半透性聚合物膜內(nèi)的固定化方法。凝膠包埋法：所用的聚合物主要為合成高分子物質(zhì)和天然大分子物質(zhì)，如瓊脂、明膠。微膠囊法：則是一種用半透性的高聚物薄膜包裹酶（細胞）的技術(shù)，常為球狀體，直徑由幾微米到幾百微米。三、固定化酶和固定化細胞發(fā)酵固定化類型：

定義：酶或細胞與載體通過共價鍵作用而被固定。酶或細胞溶液與含羧酸載體(R-COOH)或氨基載體(R-NH2)，在縮合劑碳化二亞胺作用下，經(jīng)攪拌等處理，而制成固定化酶或細胞。三、固定化酶和固定化細胞發(fā)酵固定化類型：

交聯(lián)法的基本原則是酶分子與多功能試劑之間形成共價鍵得到三向的交聯(lián)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。常用的交聯(lián)試劑有戊二醛、聯(lián)苯胺-2,2-雙磺酸。三、固定化酶和固定化細胞發(fā)酵固定化酶和固定化細胞發(fā)酵的優(yōu)點：重復使用利于產(chǎn)品的分離和提純易于機械化操作縮短生產(chǎn)周期使用時間較長等。四、混合培養(yǎng)物發(fā)酵混合培養(yǎng)物發(fā)酵產(chǎn)品:

混合培養(yǎng)物發(fā)酵的優(yōu)點可以充分利用培養(yǎng)基、設備、人員和時間，可以在共同的發(fā)酵容器中經(jīng)過同一工藝過程，提高或獲得二種或多種產(chǎn)品；可以獲得一些獨特的產(chǎn)品?；旌系亩喾N菌種，增加了發(fā)酵中許多基因的功能。通過不同代謝能力的組合，完成單個菌種難以完成的復雜代謝作用，可以代替某些基因重組工程菌株，進行復雜的多種代謝反應，或促進生長代謝，提高生產(chǎn)效率。主要的控制參數(shù)1、pH值（酸堿度）2、溫度3、溶解氧濃度4、泡沫5、補料第4節(jié)發(fā)酵工藝過程控制(液態(tài)發(fā)酵)√一、溫度的影響及其控制（一）溫度對微生物生長的影響（二）溫度對發(fā)酵的影響

（三）影響發(fā)酵溫度變化的因素（四）最適溫度的控制

(一)溫度對微生物生長的影響影響酶的活性、影響細胞內(nèi)各種反應速度最低、最高、最適生長溫度在最適范圍內(nèi)生長速度隨溫度升高而增加，生長周期縮短不同生長階段的微生物對溫度的反應不同延滯期：細菌對溫度的影響十分敏感，溫度的較大變化會使延滯期變長。對數(shù)生長期：最適生長溫度的范圍內(nèi)，對溫度變化不敏感，因此在最適溫度范圍內(nèi)提高對數(shù)生長期的培養(yǎng)溫度，既有利于菌體的生長，又避免熱作用的破壞。生長后期：生長速度主要取決于氧的含量，溫度影響較小，因此在培養(yǎng)的后期最好提高一些通氣量。（二）溫度對發(fā)酵的影響反應速度酶系的組成及酶的特性發(fā)酵的方向

如金色鏈霉菌>35℃，合成四環(huán)素；<30℃，合成金霉素；基質(zhì)溶解度

在發(fā)酵液中的物質(zhì)溶解度也影響菌對某些基質(zhì)的分解吸收。

因此對發(fā)酵過程中的溫度要嚴格控制。凝結(jié)芽孢桿菌的α-淀粉酶熱穩(wěn)定性受培養(yǎng)溫度的影響是極為明顯的：55℃培養(yǎng)所產(chǎn)生的酶在90℃保持60min，其剩留活性為88％～99％；在35℃培養(yǎng)所產(chǎn)生的酶，經(jīng)相同條件處理，剩余活性僅有6％～10％。（三）影響發(fā)酵溫度變化的因素發(fā)酵過程中，隨著微生物細胞對培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)的利用、機械攪拌的作用，將會產(chǎn)生一定的熱量；同時由于發(fā)酵罐壁的散熱、水分的蒸發(fā)等將會帶走部分熱量。發(fā)酵過程中釋放出來的引起溫度變化的凈熱量稱為發(fā)酵熱。Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌-Q蒸發(fā)–Q輻射生物熱（Q生物）

微生物細胞在生長繁殖過程中本身產(chǎn)生的大量熱成為生物熱。

問題1生物熱來源于培養(yǎng)基中的什么物質(zhì)？微生物產(chǎn)生的生物熱有何作用？問題2在發(fā)酵的哪一階段，微生物產(chǎn)生的生物熱最大？問題3生物熱生物熱主要是培養(yǎng)基中的碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)被微生物分解成、水以及其他物質(zhì)時釋放出來的。釋放出來的能量部分用來合成高能化合物，供微生物合成和代謝活動的需要，部分用來合成產(chǎn)物，其余部分則以熱的形式散發(fā)出來。生物熱大量產(chǎn)生于菌體的對數(shù)生長期，這一階段所產(chǎn)生的大量熱成為發(fā)酵過程熱平衡的主要因素。

在好氧發(fā)酵中，攪拌帶動發(fā)酵液作機械運動，造成液體之間、液體和設備之間的摩擦，產(chǎn)生數(shù)量可觀的熱。攪拌熱（Q攪拌）

Q攪拌=P×3601（kJ/h）式中：Q攪拌—攪拌熱（kJ/h）P—攪拌功率（kW）；3601—機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿臒峁Ξ斄縖kJ／(kW.h)]?？諝膺M入發(fā)酵罐后，就和發(fā)酵液廣泛接觸進行熱交換，必然會引起水分的蒸發(fā)，被空氣和蒸發(fā)水分帶走的熱量。蒸發(fā)熱（Q蒸發(fā)）

輻射熱（Q輻射）

輻射熱是指因發(fā)酵罐溫度與環(huán)境溫度不同，而使發(fā)酵液通過罐體向外輻射的熱量。輻射熱的大小取決于發(fā)酵罐內(nèi)外的溫度差的大小，受環(huán)境溫度變化的影響。1）菌種特性2）培養(yǎng)基（成分及配比）3）發(fā)酵階段4）攪拌類型及攪拌速度5）通氣速度（影響Q蒸發(fā)）6）罐內(nèi)外的溫差影響發(fā)酵溫度的因素

由于Q生物、Q蒸發(fā)在發(fā)酵過程中隨時間而變化，因此發(fā)酵熱在整個發(fā)酵過程中也隨時間變化。為了使發(fā)酵在一定溫度下進行，必須采取措施加以控制。(四)最適溫度的控制根據(jù)菌種及生長階段來選擇微生物種類不同，所具有的酶系及其性質(zhì)不同，所要求的溫度范圍也不同。如：黑曲霉生長溫度為37℃；青霉菌生長溫度為30℃。谷氨酸產(chǎn)生菌棒狀桿菌的生長溫度為30～32℃，

合成溫度為34-37℃；

根據(jù)培養(yǎng)條件選擇溫度選擇還根據(jù)培養(yǎng)條件綜合考慮，靈活選擇。

通氣條件差時可適當降低溫度，使菌呼吸速率降低些，溶氧濃度也可髙些。

培養(yǎng)基稀薄時，溫度也該低些。因為溫度高營養(yǎng)利用快，會使菌過早自溶。根據(jù)菌生長情況

菌生長快，維持在較高溫度時間要短些；

菌生長慢，維持較高溫度時間可長些。

培養(yǎng)條件適宜，如營養(yǎng)豐富，通氣能滿足，那么前期溫度可髙些，以利于菌的生長?？偟膩碚f，溫度的選擇根據(jù)菌種生長階段及培養(yǎng)條件綜合考慮。要通過反復實踐來確定最適溫度。控制方法最適生長溫度往往與最適生產(chǎn)溫度不一致。一般把滿足生物合成的最適溫度放在首位。溫度傳感器+控制器升溫：發(fā)酵熱夾層—熱水/蒸汽降溫：夾層—冷卻水/冷鹽水二、pH值的影響及其控制（一）pH值對菌生長和代謝產(chǎn)物形成的影響

菌種不同，對pH要求不同微生物最適PH細菌6.5-7.5放線菌6.5-8.0酵母菌3.8-6.0霉菌4.0-5.8pH值對菌生長和代謝產(chǎn)物形成的影響菌種相同，pH不同，形成的產(chǎn)物不同微生物pH發(fā)酵產(chǎn)物黑曲霉2-3檸檬酸近中性草酸酵母菌4.5-5.0乙醇8.0乙醇、乙酸、甘油pH對微生物生長和代謝產(chǎn)物形成影響的主要原因：影響了微生物細胞原生質(zhì)膜所帶電荷，改變細胞膜的通透性。影響微生物體內(nèi)酶的活性。影響培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)和中間代謝產(chǎn)物的離解，從而影響微生物對這些物質(zhì)的利用。造成微生物代謝過程的改變，從而使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。微生物代謝產(chǎn)物的影響；培養(yǎng)基組成對pH值的影響：

C/N高，特別是葡萄糖過量，往往導致有機酸大量積累，使pH值下降。如果C/N低，則過多的氮源容易導致氨基氮的形成，使pH值上升。菌體自溶對pH值的影響。(二)、影響pH值變化的因素1、調(diào)整培養(yǎng)基的組分2、在發(fā)酵過程中進行控制①添加CaCO3

②氨水流加法③尿素流加法3、加酸/堿調(diào)pH4、通過補料調(diào)pH(三)、發(fā)酵過程pH值的調(diào)節(jié)及控制補料調(diào)節(jié)的優(yōu)點:1.調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH值2.補充基質(zhì)養(yǎng)分，增加培養(yǎng)基的濃度3.減少產(chǎn)物的反饋抑制谷氨酸發(fā)酵谷氨酸發(fā)酵中酸度的調(diào)節(jié)尿素產(chǎn)氨糖pH↑氨被菌利用酸pH↓谷氨酸形成不斷流加尿素和調(diào)節(jié)pH首先發(fā)酵過程中pH會不會發(fā)生變化，為什么？pH對發(fā)酵的影響表現(xiàn)在哪些方面？發(fā)酵過程中的pH控制可以采取哪些措施？問題三、溶氧的影響及其控制（一）溶解氧對發(fā)酵過程的影響1、不同微生物對氧需求不同

好氧微生物厭氧微生物兼性厭氧微生物耐氧微生物工業(yè)發(fā)酵菌種多數(shù)為好氧菌2.溶氧對發(fā)酵過程的影響氧氣在水中的溶解度：約0.25mmol/L；在發(fā)酵液中的溶解度：0.22mmol/L；發(fā)酵液中大量的微生物生長其耗氧量25-100mmol/(L.h)。

當溶氧不足時，代謝作用會受到阻礙，但是如果溶氧量過大，又會影響菌體次級代謝產(chǎn)物的合成。在供氧不足的情況下通常需要強制供氧。臨界氧濃度：溶氧濃度不影響微生物的呼吸時的濃度。（二）發(fā)酵過程的溶氧變化谷氨酸發(fā)酵時正常和異常的溶氧曲線正常發(fā)酵溶氧曲線異常發(fā)酵溶氧曲線前期：菌體生長，溶氧出現(xiàn)低峰；產(chǎn)物合成期：溶氧水平相對較低；后期：菌體衰老，溶氧逐步上升。溶氧異常下降的原因：

污染好氣性雜菌；代謝異常；設備或工藝變化溶氧異常升高的原因：

呼吸受到抑制——溶氧明顯上升；污染烈性噬菌體；菌體破裂會完全失去呼吸能力——溶氧直線上升。1、供氧方面1）增加空氣中氧的含量，使氧分壓增加，進行富氧通氣

富氧空氣制備：深冷分離法（可得99.9%)

吸附分離法（吸去N2和CO2)

膜分離法（有機物高分子膜；30%）成本高，易爆炸；但關(guān)鍵時期使用也是明智的2）提高罐壓

但同時會增加CO2的溶解度（比氧氣高30倍），影響pH、可能會影響菌的代謝。

一般0.3～1kg/cm23）改變通氣速率4）增加攪拌速度（三）溶氧濃度的控制

2、需氧方面1）調(diào)整基質(zhì)濃度——菌體量越大，攝氧率越大，但是氧的傳遞速率隨菌濃度的對數(shù)增加而減少。2）調(diào)節(jié)溫度

溫度越高，溶氧濃度越低。（一）、泡沫的形成及其對發(fā)酵的影響1、泡沫產(chǎn)生外界引進的氣流被機械地分散形成（攪拌）；發(fā)酵過程微生物代謝產(chǎn)生的氣體凝結(jié)生成。四、泡沫的影響及其控制

發(fā)酵液面的泡沫發(fā)酵液中的泡沫起泡機理

當氣體通入純水的氣-液界面時，氣泡只能維持幾分之一秒，其穩(wěn)定性等于零，這是由于能學上的不穩(wěn)定性和圍繞氣