發(fā)酵過程的工藝控制-5

大多數(shù)發(fā)酵過程是好氧的，因此需要供氧。如果考慮呼吸的化學(xué)計量，則葡萄糖的氧化可由下式表示：

C6H12O6

十6O2＝6H2O十6CO2

只有當(dāng)這兩種反應(yīng)物均溶于水后，才對菌體有用。氧在水中的溶解度比葡萄糖要小約6000倍左右(氧在水中的飽和度約為l0mg/L)

。許多發(fā)酵的生產(chǎn)能力受到氧利用限制，因此氧成為影響發(fā)酵效率的重要因素。五、氧對發(fā)酵的影響1、發(fā)酵過程中氧的需求盡管考慮了呼吸的化學(xué)計量而使供氧問題得以正確評價，但由于未曾將轉(zhuǎn)化為生物物質(zhì)的碳加以考慮而使菌體的真實需氧情況難以表明。許多研究工作者已經(jīng)考慮到氧、碳源、氮源轉(zhuǎn)化為生物物質(zhì)的總化學(xué)計量關(guān)系，并利用這樣的關(guān)系來預(yù)測發(fā)酵的需氧情況。從這些測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)菌體的需氧似乎完全取決于培養(yǎng)基中的碳源。

描述微生物需氧的物理量比耗氧速度或呼吸強度（QO2）：單位時間內(nèi)單位重量的細胞所消耗的氧氣，mmolO2·g菌-1·h-1

攝氧率(r)：單位時間內(nèi)單位體積的發(fā)酵液所需要的氧量。mmolO2·L-1·h-1。r=QO2.XCCrQO2CL臨界氧濃度（C臨）：指不影響菌體呼吸所允許的最低氧濃度，或微生物對發(fā)酵液中溶解氧濃度的最低要求。一般對于微生物：CCr:＝1～25%飽和濃度■某些微生物的臨界氧濃度微生物溫度（?C）臨界氧濃度（mmol/L）固氮菌300.018大腸桿菌370.008酵母300.004產(chǎn)黃青霉240.0222、溶氧對發(fā)酵的影響由此可知，只有使溶氧濃度高于其臨界值，才能維持菌體的最大比攝氧率，得到最大的菌體合成量。如果溶氧濃度低于臨界值，則菌體代謝受到干擾。但是，發(fā)酵工業(yè)的目標(biāo)是要得到菌體發(fā)酵的產(chǎn)物而不是菌體本身。因此，由氧饑餓而引起的細胞代謝干擾，可能對形成某些產(chǎn)物是有利的；同理，當(dāng)提供的氧濃度遠大于臨界值時，雖對菌體形成無妨，但也許能刺激產(chǎn)物的形成；所以，某種產(chǎn)物形成的最佳條件可能不同于菌體生長的最佳通氣條件。

根據(jù)需氧不同，可將初級代謝發(fā)酵分為：

a.供氧充足條件下，產(chǎn)量最大；若供氧不足，合成受強烈抑制；如：谷氨酸，精氨酸，脯氨酸等

b.供氧充足條件下，可得最高產(chǎn)量；若供氧受限，產(chǎn)量受影響不明顯；如：異亮氨酸，賴氨酸，蘇氨酸等

c.若供氧受限，細胞呼吸受抑制時，才獲得最大量產(chǎn)物；若供氧充足，產(chǎn)物形成反而受抑制；如：亮氨酸，纈氨酸，苯丙氨酸等但在實際生產(chǎn)過程中需注意：溶解氧濃度過低（代謝異常，產(chǎn)量降低）溶解氧濃度過高（代謝異常，菌體提前自溶）3、發(fā)酵過程的溶氧變化紅霉素發(fā)酵過程中溶氧和粘度的變化發(fā)酵前期：由于微生物大量繁殖，需氧量不斷大幅度增加，此時需氧超過供氧，溶氧明顯下降發(fā)酵中后期：溶氧濃度明顯地受工藝控制手段的影響，如補料的數(shù)量、時機和方式等發(fā)酵后期：由于菌體衰老，呼吸減弱，溶氧濃度也會逐步上升，一旦菌體自溶，溶氧就會明顯地上升4、溶氧的控制調(diào)節(jié)通風(fēng)與攪拌限制基礎(chǔ)培養(yǎng)基的濃度，使發(fā)酵器內(nèi)的生物體濃度維持于適當(dāng)水平；并以補料方式供給某些營養(yǎng)成分而控制菌體生長率和呼吸率。

發(fā)酵過程的控制一般策略：前期有利于菌體生長，中后期有利用產(chǎn)物的合成。溶氧控制的一般策略：前期大于臨溶氧濃度，中后期滿足產(chǎn)物的形成。六、CO2對發(fā)酵的影響及控制CO2是微生物的代謝產(chǎn)物，同時也是某些合成代謝的基質(zhì)。它是細胞代謝的重要指標(biāo)。在發(fā)酵過程中,CO2有可能對發(fā)酵有促進作用，也有可能有抑制作用。1、CO2對發(fā)酵的影響CO2對菌體有影響。對菌體刺激。例如：環(huán)狀芽孢桿菌等的發(fā)芽孢子在開始生長時，就需要CO2，并將此現(xiàn)象稱為CO2現(xiàn)象。對菌體抑制，當(dāng)排氣中CO2的濃度高于4%時，微生物的糖代謝和呼吸速率下降。例如：發(fā)酵液中CO2的濃度達到1.6×10-2mol，就會嚴(yán)重抑制酵母的生長；當(dāng)進氣口CO2的含量占混合氣體的80%時，酵母活力與對照相比降低20%。CO2對發(fā)酵也有影響對發(fā)酵促進。如牛鏈球菌發(fā)酵生產(chǎn)多糖，最重要的發(fā)酵條件是提供的空氣中要含5%的CO2。對發(fā)酵抑制。如對肌苷、異亮氨酸、組氨酸、抗生素等發(fā)酵的抑制。影響發(fā)酵液的酸堿平衡

CO2及HCO3-主要是影響細胞膜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致膜的流動性及表面電荷密度發(fā)生改變，影響到細胞膜的輸送效率，導(dǎo)致細胞生長受到抑制、形態(tài)發(fā)生改變。培養(yǎng)液中的CO2主要作用于細胞膜的脂質(zhì)核心部位；HCO3-影響細胞膜的膜蛋白。2、CO2對發(fā)酵影響的機理3、CO