好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略

合集下载

溶解氧对发酵的影响及其控制

3、溶氧高有利于菌体生长和产物合成，但溶氧太大有时会抑制产物合成。
QO2
C临界
CL
满足微生物呼吸的最低氧浓度叫临界溶氧浓度（c临界），当溶氧溶度（cL）高于菌体生长的临界溶氧浓度（c临界）时，菌体的各种代谢活动不受干扰，反之则反。
一般好氧微生物的c临界很低，大约为饱和氧浓度1%~25%。
定义：氧饱和度＝发酵液中氧的浓度/临界溶氧溶度
提高罐压
Pi增加则与之平衡的Ci也会增加，对提高（c* - c) 是有一定作用的。
利用纯氧，可以提高（c* - cL)
缺点：价格较高易引起爆炸
可见，提高KLa最有效的方法是提高N与Vs，并协调两者之间的关系，其他方法效果不大，且受限制较多。
2、发酵液的需氧量
发酵液的需氧量（OUR），受c(X) 、基质的种
式中
KL
(c
cL
)
OTR-氧由气相向液相的传递速率(传氧速率，
oxygen take rate)，mmol O2 ／(L·h)；
KLα-液相体积氧传递系数，1／h；
c*-液相饱和溶氧浓度，mmol O2 ／L；
cL-液相实际溶氧浓度，mmol O2 ／L；
OUR-菌的耗氧速率(摄氧速率，oxygen uptake
但不能够无限的增加通风量,研究表明，当通风量增加到一定的量后，(Pg/V)会随着Q的增加而下降。
也就是说单位体积发酵液所拥有的搅拌功率会下降，不但不能提高kLa，甚至会造成kLa值的下降。
（2）提高（c* - cL)，即氧传递动力
c*，改变c*是没有太大的余地的。因为，发酵温度、浓度等严格的受到菌体生长和发酵工艺的限制。
OTR = kLa×（P*-P）

溶氧对发酵的影响及控制

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。

发酵的影响因素-溶氧

式中： r --- 微生物耗氧速率[molO2/（m3·s）]；
Qo2---菌体呼吸强度（比耗氧速率）， molO2/（kg干细胞·s ）；
X ---发酵液中菌体浓度，（kg/m3）；
1.溶氧对发酵过程的影响
溶氧对菌体生长和产物形成的影响：
一般对于微生物：临界溶氧浓度: ＝1～15%饱和溶氧浓度例：酵母 4.6*10-3 mmol.L-1, 1.8% 产黄青霉 2.2*10-2 mmol.L-1, 8.8%
影响供氧的因素：影响发酵罐中Kla的因素
搅拌：效果明显空气流速罐压
空气分布器温度空气中含氧量
发酵液物理性质
控制溶氧的工艺手段主要是从供氧和需氧两方面来考虑。
思考题
1 摄氧率如何计算？ 2 生产上，如何增加供氧量？
谢谢观看
生长产物
头孢菌素
卷须霉素
5% (相对于饱和浓度） 13%
>13%
>8%
2. 发酵过程对溶氧的控制
2.发酵过程对溶氧的控制
影响需氧的因素：
菌体浓度
r= QO2 .X
QO2
➢ 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
2.发酵过程对溶氧的控制
影响供氧的因素：
Nv Kla(c * c)
所以对于微生物生长，只要控制发酵过程中氧浓度要大于临界溶氧浓度.
1.溶氧对发酵过程的影响
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：

发酵过程工艺中关键因素-溶氧

提高d、N显著提高C（溶氧浓度），提高了产量
例黑曲霉生产糖化酶
N 通气比产量
230 1:0.8 1812
230 1:1.2 2416
提高N，比提高Q有效
270 1:0.8 2846
2019/10/2
27
氧载体提高KLa
通过在发酵液中引入一种新的液相，以减少气液传氧阻力，从而提高传氧效率。这种液相一般具有比水更高的溶氧能力，且与发酵液互不相溶，称为氧载体。通常使用的氧载体主要有:液态烷烃、油酸、甲苯、豆油等。
2019/10/2
返回
10
三、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响
QO2
当溶解氧浓度高于临界值时，微生物的呼吸强度保持恒定，与培养液中的氧浓度无关；当低于这个临界值时，微生物的呼吸强度受到溶解氧浓度的影响，这时细胞的代谢活动会因溶解氧浓度的限制受到影响。p107
CCr
CL（溶解氧浓度）
发酵工程课件
Fermentation Engineering
第五章发酵过程控制（3)
第3节溶解氧的供需及控制 (2学时)
教学目的: 了解描述微生物需氧的物理量、影响需
氧的因素；掌握溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响、发酵过程中溶解氧的变化和溶解氧的控制；理解溶解氧和 pH综合控制系统。
教学重点、难点：临界溶解氧浓度、溶解氧浓度
32
○ 正十二烷 □ 豆油 △ 对照
33
氧载体的添加，能促进法夫酵母虾青素的合成。与对照组相比，添加3%豆油和1%正十二烷的试验组虾青素产率分别由对照组的2.78mg/L增加至3.69mg/L和3.76mg/L，提高32.73%和35.26% 。
还可看出，虾青素合成的差异主要集中在第24小时至第72小时之间。不添加氧载体的对照组，虾青素合成集中在前48小时，72小时后少有虾青素的合成。而添加氧载体的试验组，虾青素的合成可持续至96小时，尤其是在第48 小时后仍有较大的合成速率。

发酵工艺控制(溶氧)

（2）、降低发酵液中的CL
降低发酵液中的CL，可采取减少通气量或降低搅拌转速等方式来降低KLa，使发酵液中的CL降低。但是，发酵过程中发酵液中的CL不能低于C临界，否则就会影响微生物的呼吸。
目前发酵所采用的设备，其供氧能力已成为限制许多产物合成的主要因素之一，故此种方法亦不理想。
（一）影响氧传质推动力的因素
要想增加氧传递的推动力(C*一CL)，就必须设法提高C*或降低CL。
1、提高饱和溶氧浓度C*的方法
A、温度：降低温度
B、溶液的性质：一般来说，发酵液中溶质含量越高，氧的溶解度越小。
C、氧分压：在系统总压力小于0.5MPa时，氧在溶液中的溶解度只与氧的分压成直线关系。气相中氧浓度增加，溶液中氧浓度也增加。
氨基酸合成的需氧程度产生上述差别的原因，是由它们的生物合成途径不同所引起的，不同的代谢途径产生不同数量的NAD(P)H，当然再氧化所需要的溶氧量也不同。第一类氨基酸是经过乙醛酸循环和磷酸烯醇式丙酮酸羧化系统两个途径形成的，产生的NADH量最多。因此NADH氧化再生的需氧量为最多，供氧愈多，合成氨基酸当然亦愈顺利。第二类的合成途径是产生NADH的乙醛酸循环或消耗NADH的磷酸烯醇式丙酮酸羧化系统，产生的NADH量不多，因而与供氧量关系不明显。第三类，如苯丙氨酸的合成，并不经TCA循环，NADH产量很少，过量供氧，反而起到抑制作用。肌苷发酵也有类似的结果。由此可知，供氧大小是与产物的生物合成途径有关
这个理论假定在气泡和包围着气泡的液体之间存在着界面，在界面的气泡一侧存在着一层气膜，在界面液体一侧存在着一层液膜，气膜内的气体分子与液膜中的液体分子都处于层流状态，分子之间无对流运动，因此氧分子只能以扩散方式，即借助于浓度差而透过双膜，另外，气泡内除气膜以外的气体分子处于对流状态，称为气流主体，在空气主流空间的任一点氧分子的浓度相同，液流主体亦如此。

溶氧对发酵的影响及控制

溶氧对发酵的影响及控制好氧微生物细胞分散在培养液中，只能利用溶解氧，但是氧是一种难溶气体，并且培养基中一般含有大量的有机物和无机盐，由于盐析等作用造成氧在培养基中的溶解度更低，因此在好氧微生物的发酵过程中，氧的供应往往是成功与否的重要限制因素之一。

一般来说，在大规模发酵生产中，通常采用深层培养方式，氧的提供是给培养中的微生物通入无菌空气来进行。

此时需要不断通风和搅拌，才能满足不同发酵过程对氧的需求，而且为了提高供氧效率，还必须控制搅拌速率。

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。

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。

好氧微生物的酶的活性对氧有着很强的依赖性。

以谷氨酸发酵为例，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。

[1 ]下图1 和图2 所示的分别是在不同溶氧条件下的谷氨酸发酵的谷氨酸浓度和乳酸浓度的变化曲线图。

从图1 中可以看出,溶氧水平对谷氨酸发酵中谷氨酸的生成量有很大的影响。

低溶氧(DO = 10 %) 控制条件下,谷氨酸生成速度明显比高溶氧(DO = 50 %) 条件下要高,并且最终谷氨酸浓度也比高溶氧条件下的高;从图2 可以看出,低溶氧(DO = 10 %) 控制条件下,主要代谢副产物乳酸的生成速度比高溶氧条件下要高出许多,乳酸积累量也很大,而高溶氧条件下则积累很少。

发酵过程控制容氧pH

（三）耗氧方面：
液体中的溶氧→微生物体内的氧
过程中需经过各种阻力：细胞周围的液膜阻力菌团或菌丝间扩散阻力
细胞膜阻力
细胞内生化反应的阻力
六、流加 H2O2对提高供氧及微生物代谢的影响
传统的方法是给发酵罐通入无菌空气，达到供氧的目的，近年来，加入氧载
体、流加H2O2 与藻类共培养以及通过基因克隆转入带氧的基因等方法。
采用H2O2供氧的优点：
H2O2与通气供氧结合，控制流加浓度和流加方式可提高发酵体系的细胞密
度；
H2O2可在过氧化酶的催化下分解放出氧气，在反应不是非常强烈的条件下，氧气将直接以分子形式传给细胞，不会形成气液传质阻力，提高氧的传质速率；对剪切力敏感及非常粘稠的发酵体系提供了一种供氧手段； H2O2 供氧还可以改变菌体的代谢途径，促使菌体利用更有效的代谢途径来合成产物。
例：培养基初始pH值对漆酶分泌的影响
pH在4～7范围内产酶最高
2、pH对菌体生长和产物合成的影响
1）pH影响酶的活性、酶促反应的速率 2）pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态从而改变细胞膜的渗透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢产物的排泄，因此影响代谢的正常进行。 3）影响培养基某些组分和中间产物的离解，从而影响微生物对这些物质的利用。
utilization rate)还很低，只有40～
60％，抗生素发酵工业更低，只有2～8
％。
提高传质，提高溶氧速率非常重要。
三、溶氧测定的意义
2、溶氧作为发酵异常情况的指示；
1、溶氧作为发酵中氧是否足够的度量，了解菌对氧利用的规律；
3、溶氧作为发酵中间控制的手段之一；溶氧一反往常，在较短的时间内跌到零附近，且跌零后长时间不回升，这很可能说明污染了好气菌补糖后，溶氧出现明显下降的趋势 4、溶氧作为考查设备、工艺条件对氧供需与产物形成影响如发酵过程中溶氧迅速回升，发酵液变稀，则很可能因此可利用溶氧作为参数来控制加料的次数、流加速的指标之一。是污染了噬菌体度和加入量

生物发酵过程中有哪些关键调控因素

影响微生物发酵能否成功的因素有1、是菌种的选取。

2、是菌体浓度的控制。

3、是基质的控制，包括碳源、氮源和磷酸盐的量的控制。

4、是溶氧量的控制。

5、酸碱度的控制。

下面是微生物发酵过程的一篇文章，希望对你有帮助！微生物发酵过程即微生物反应过程，是指由微生物在生长繁殖过程中所引起的生化反应过程。

根据微生物的种类不同（好氧、厌氧、兼性厌氧），可以分为好氧性发酵和厌氧性发酵两大类。

（1）好氧性发酵在发酵过程中需要不断地通人一定量的无菌空气，如利用黑曲霉进行柠檬酸发酵、利用棒状杆菌进行谷氨酸发酵、利用黄单抱菌进行多糖发酵等等。

（2）厌氧性发酵在发酵时不需要供给空气，如乳酸杆菌引起的乳酸发酵、梭状芽抱杆菌引起的丙酮、丁醇发酵等。

（3）兼性发酵酵母菌是兼性厌氧微生物，它在缺氧条件下进行厌气性发酵积累酒精，而在有氧即通气条件下则进行好氧性发酵，大量繁殖菌体细胞。

按照设备来分，发酵又可分为敞口发酵、密闭发酵、浅盘发酵和深层发酵。

一般敞口发酵应用于繁殖快并进行好氧发酵的类型，如酵母生产，由于其菌体迅速而大量繁殖，可抑制其他杂菌生长。

所以敞口发酵设备要求简单。

相反，密闭发酵是在密闭的设备内进行，所以设备要求严格，工艺也较复杂。

浅盘发酵（表面培养法）是利用浅盘仅装一薄层培养液，接人菌种后进行表面培养，在液体上面形成一层菌膜。

在缺乏通气设备时，对一些繁殖快的好氧性微生物可利用此法。

深层发酵法是指在液体培养基内部（不仅仅在表面）进行的微生物培养过程。

液体深层发酵是在青霉素等抗生素的生产中发展起来的技术。

同其他发酵方法相比，它具有很多优点：①液体悬浮状态是很多微生物的最适生长环境。

②在液体中，菌体及营养物、产物（包括热量）易于扩散，使发酵可在均质或拟均质条件下进行，便于控制，易于扩大生产规模。

③液体输送方便，易于机械化操作。

④厂房面积小，生产效率高，易进行自动化控制，产品质量稳定。

⑤产品易于提取、精制等。

因而液体深层发酵在发酵工业中被广泛应用。

发酵溶氧问题总结

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。

有机酸工艺学-溶解氧对发酵的影响及其控制

A. 酸碱调节，使蛋白质与盐或离子形成沉淀。
在酸性溶液中，蛋白质与一些阴离子，如三氯乙酸盐、水杨酸盐、钨酸盐、苦味酸盐、鞣酸盐、过氯酸盐等形成沉淀；
在碱性溶液中，蛋白质与一些阳离子，如Ag+、Cu2+、 Zn2+、Fe3+和Pb2+等形成沉淀。
2. 变性法
① 加热， ② 大幅度调节pH值， ③ 加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。
磷酸盐浓度的控制，一般是在基础培养基中采用适当的浓度。
柠檬酸发酵终点控制：
• 当通风搅拌培养50-72H柠檬酸产酸达140-180G/L，柠檬酸产量不再上升，残糖降至2 G/L以下，可升温终止发酵，泵送至储罐中，及时进行提取。
1. 发酵温度为36±1℃。 2．PH5.0， 3．溶氧控制通风搅拌通风量0.08-0.15M3/M3MIN。50M3罐搅拌器3挡，转速90-100R/MIN 4.发酵终点控制残糖降至2 G/L以下,每两小时产酸不增加。
工业上使用的絮凝剂可分为三类：
1）有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙烯类衍生物； 2）无机高分子聚合物，如聚合铝盐、聚合铁盐等； 3）天然有机高分子絮凝剂，如聚糖类胶粘物、海藻酸钠、明胶、骨胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等。
目前最常见的高分子聚合物絮凝剂
有机合成的聚丙烯酰胺（polyacrylamide）类衍生物
1.降低液体粘度
根据流体力学原理，滤液通过滤饼的速率与液体的粘度成反比，降低液体粘度（加水稀释法和加热法等）可有效提高过滤速率。注意加热温度与时间，不影响产物活性和细胞的完整性。
2.调整pH
pH值直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，适当调节pH值可改善其过滤特性。氨基酸、蛋白质等电点的调节；在膜过滤中，发酵液中的大分子物质易与膜发生吸附，通过调整pH值改变易吸附分子的电荷性质，即可减少堵塞和污染；细胞、细胞碎片及某些胶体物质等在某个pH值下也可能趋于絮凝而成为较大颗粒，有利于过滤的进行。

浅谈如何提高发酵生产的溶解氧浓度

浅谈如何提高发酵生产的溶解氧浓度山东大学生命科学院微生物技术国家重点实验室(250100)　刘玉平　林建强摘要　主要介绍了发酵生产过程中的氧传递,并提出有效改善和提高发酵液溶解氧浓度的方法和途径。

关键词　发酵　氧传递速率　溶解氧浓度1　前言对于生物发酵生产,长期以来,人们一直极其重视微生物菌种的开发和改良,而忽视了对生产工艺和设备的改进。

但是,一些生物生产的成功事例表明,工艺、设备的改进在很大程度上改善产品的质量,提高产量,尽而提高整个生产过程的经济效益,起到上游过程无法实现的作用。

在好氧的发酵生产过程中,细胞需要分子态的氧作为呼吸链电子传递系统末端的电子受体,最终与氢离子结合成水并释放出大量能量,供细胞维持生长和合成反应使用。

发酵液的氧扩散速率是限制很多发酵品种生产中呼吸过程的因素。

氧的限制对发酵的影响可分为两种:一种是溶氧浓度直接影响与呼吸有关的代谢而影响产物合成;一种是氧直接参与产物合成。

因此,发酵过程中氧的适度供给是保证菌种良好生长和代谢产物高产的必要条件。

氧不足会造成代谢异常、产量降低。

而氧是一种难溶气体,在25℃和1×105Pa时,空气中的氧在纯水中的溶解度仅为0.25mol/m3。

如果外界不能及时地供给氧水中的溶解氧仅能维持发酵液中微生物菌体数十秒的正常呼吸,随之就会耗尽。

因此,需要不断地给发酵系统通入无菌空气,通过发酵罐的搅拌进一步分散,使发酵液中保持适度的溶氧浓度,从而保证微生物的正常生长和所需代谢产物的形成。

鉴于发酵液的氧传递比较复杂,如何合理地设计通气搅拌系统,使之既能保证足够的氧供应,又尽可能的节省能量,且不使微生物和代谢产物受到强剪切而失活是好氧发酵培养过程的重要组成部分。

2　发酵过程中的氧传递通入发酵罐的气态氧必须先溶解于发酵液中,然后才能传递到细胞表面,再经过扩散进入到细胞内,参与菌体的一系列生化反应。

氧从气泡传递到细胞内需要克服供氧方面和需氧方面的各种阻力才能完成。

好氧发酵工艺与设备—发酵过程的工艺控制

2. 温度的控制
1. 最适温度的选择
在生长阶段，应选择最适生长温度；在产物分泌阶段，应选择最适生产温度。例如:青霉素产生菌生长的最适温度为30℃,但产生青霉素的最适温度是20℃。看生长与生物合成哪一个是主要方面。
控制温度的措施
❖工业生产上，所用的大发酵罐在发酵过程中一般不需要加热，因发酵中释放了大量的发酵热，需要冷却的情况较多。 ❖利用自动控制或手动调整的阀门，将冷却水通入发酵罐的夹层或蛇行管中，通过热交换来降温，保持恒温发酵。 ❖如果气温较高（特别是我国南方的夏季气温），冷却水的温度又高，就可采用冷冻盐水进行循环式降温，以迅速降到最适温度。因此大工厂需要建立冷冻站，提高冷却能力，以保证在正常温度下进行发酵。
（三）磷酸盐对发酵的影响及其控制
磷在发酵过程中的作用？
影响最适磷酸盐浓度的因素
菌种特性培养条件培养基组成培养基的来源
（四）补料方式及控制
补料方式
连续流加不连续流加
快速流加恒速流加指数流加变速流加
多周期流加
单组分补料
补加培养基组成
其他：反馈控制
多组分补料
控制依据指标：青霉素生产中，通过控制葡萄糖的补加速率来控制pH的变化范围，比恒定流加时产量提高25%。
常用的消泡剂种类
常用消泡剂
天然油脂类——有机消泡剂聚醚类——聚醚型消泡剂醇类硅酮类——有机硅消泡剂
最常用
五、发酵终点的确定
考虑因素
1. 经济因素
得率生产率发酵系数
2. 产品质量因素——发酵时间长短
3. 特殊因素——染菌
1. 整个发酵过程中，泡沫保持恒定的水平； 2. 发酵早期，起泡后稳定地下降，以后保持恒定； 3. 发酵前期，泡沫稍微降低后又开始回升； 4. 发酵开始起泡能力低，以后上升。

影响发酵过程中氧利用效率的一些因素

在《酵过程中氧转移的特性》参考文献４发（）
中，已介绍了与发酵过程气（）传有关的几个氧液
发酵中氧的供应是影响发酵生产效率的重要因素，而改善发酵罐的传氧能力和提高发酵过程氧的利用效率就成为生化工程和发酵工程研究人员
3提高氧的利用效率只有溶解于培养液中的氧才有可能为其中的微生物细胞所利用发酵液中的溶氧水平变化取决于发酵罐的供养能力和微生物的耗氧速率在好氧发酵中将溶氧水平控制在临界氧浓度以上即可避免因供氧不足发生代谢异常也可避免过度的供氧操作引起的能量消耗和对细胞可能的伤害
维普资讯
氧转移效率则表征了氧转移程度。可由式（）２计算：
维普资讯
发酵科技通讯
＝
３７
（）５
（／ｏ￣Ｏ％ＲｏＱ）ｌ０
（）２
ｄＣ
＝
Ｋ￣Ｐ－）ｚ＊（Ｐ
Ｒ（ｏ或）为单位时间内转移至液相的氧量（・。，ｏ为供氧量（・ｇｈ）Ｑｇｈ）
ｌ单位体积的充氧能力（ｏＶ：表征生物反＿３Ｒ／）可应器的潜能。Ｒ／ｏＶ过小，能满足发酵过程对氧不的需求；过大，则会浪费能源。１氧转移动力效率：．４是指单位时间内转实际上，在微生物发酵过程中，方程式中的是一个变值，究表明，不但与反应器的设研计参数有关，与发酵液的性质有关，还而发酵液的

发酵过程的控制

【例】：在GA(谷氨酸)发酵的合成期，过量供氧会使NADPH（还原型辅酶Ⅱ）进入呼吸链被氧化，减少了其数量，而NADPH与α-KGA（α-酮戊二酸）的还原氨基化是相偶联的，必然会影响α-KGA →GA的合成。
要指出的是，需氧发酵并不是溶解氧越高越好，适宜的溶氧水平有利于菌体生长和产物形成。但溶氧太高，有时反而抑制产物的形成。即使是专性好气菌，过高的DO对生长也可能不利。因为过量的氧会形成新生态[O]、活性氧自由基 O2 ·和 OH· ，造成许多细胞组分破坏，反而不利于微生物的生长。发酵过程需氧程度产生差异的原因是：微生物的代谢途径不同所引起的。由于不同代谢途径产生不同数量的还原型NAD(P)H，它再氧化所需要的溶氧量当然也不同。由此可知，供氧大小与产物的生物合成途径有关。
三、发酵过程氧的传质理论
（一）氧从气泡至细胞的传递过程
供氧：空气中的氧从空气泡里通过气膜、气液界面和液膜扩散到液相主体中。
耗氧：氧从液相主体通过液膜、菌丝丛、细胞膜扩散到细胞内，才能被微生物利用。以上氧传递的整个过程必须克服一系列的阻力。
氧从气泡到细胞的传递过程示意图
O2
气膜
发酵罐的温度传感器、耐高温pH和溶氧传感器
好气性微生物的生长发育和代谢活动都需要消耗氧气，它们只有氧分子存在情况下才能完成生物氧化作用。因此，供氧对需氧微生物是必不可少的，在发酵过程中必须供给适量无菌空气，才能使菌体生长繁殖、积累所需要的代谢产物。而需氧微生物的氧化酶系是存在于细胞内原生质中，因此，微生物只能利用溶解于液体中的氧。溶氧(Dissolved Oxygen , DO)是需氧微生物生长所必需的。在发酵过程中有多方面的限制因素，而溶氧往往是制约发酵进行的重要限制因素。
一、溶氧对发酵的影响氧对微生物发酵的影响是多方面的，不同的菌、不同的发酵阶段对于氧的要求也不相同，氧对其的影响也不相同，表现如下： 1、影响菌系的酶活性在微生物的代谢过程中，许多参与催化脱氢氧化反应的酶都是以NAD(P)为辅酶的，NAD(P)的数量是保证酶活力的基础。NAD(P)作为H的受体，脱氢后成为还原的NAD(P)H。NAD(P)H只有在有氧条件下才能通过呼吸链被氧化，生成氧化型NAD(P)后又重新参加脱氢反应，一旦发酵液中的氧的浓度不够，与NAD(P)相关的酶促反应就会停止。

好氧堆肥工艺的原理及过程控制参数

好氧堆肥工艺的原理及过程控制参数工艺原理好氧堆肥是在有氧条件下，好氧细菌对废物进行吸收、氧化、分解。

微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，同时释放出可供微生物生长活动所需的能量，而另一部分有机物则被合成新的细胞质，使微生物不断生长繁忙殖，产生出更多的生物体的过程。

在有机物生化降解的同时，伴有热量产生，因堆肥工艺中该热能不会全部散发到环境中，就必然造成堆肥物料的温度升高，这样就会使一些不耐高温的微生物死亡，耐高温的细菌快速繁殖。

生态动力学表明，好氧分解中发挥主要作用的是菌体硕大、性能活泼的嗜热细菌群。

该菌群在大量氧分子存在下将有机物氧化分解，同时释放出大量的能量。

据此好氧堆肥过程应伴随着两次升温，将其分成三个阶段：起始阶段、高温阶段和熟化阶段。

起始阶段：不耐高温的细菌分解有机物中易降解的碳水化合物、脂肪等，同时放出热量使温度上升，温度可达15~4 0℃。

高温阶段：耐高温细菌迅速繁殖，在有氧条件下，大部分较难降解的蛋白质、纤维等继续被氧化分解，同时放出大量热能，使温度上升至60~70℃。

当有机物基本降解完，嗜热菌因缺乏养料而停止生长，产热随之停止。

堆肥的温度逐渐下降，当温度稳定在40℃，堆肥基本达到稳定，形成腐植质。

熟化阶段：冷却后的堆肥，一些新的微生物借助残余有机物（包括死后的细菌残体）而生长，将堆肥过程最终完成。

好氧堆肥的控制参数机械化好氧堆肥过程的关键，就是如何选择和控制堆肥条件，促使微生物降解的过程能快速顺利进行，一般来说好氧堆肥要求控制的参数有：供氧量对于好氧堆肥而言，氧气是微生物赖以生存的物质条件，供氧不足会造成大量微生物死亡，使分解速度减慢；但供冷空气量过大又会使温度降低，尤其不利于耐高温菌的氧化分解过程，因此供氧量要适当，一般为0.1~0.2m3/m3.min ，供氧方式是靠强制通风，因此保持物料间一定的空隙率很重要，物料颗粒太大使空隙率减小，颗粒太小其结构强度小，一旦受压会发生倾塌压缩而导致实际空隙减小。

好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略

好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略好氧发酵是指在氧气的存在下，通过微生物来进行发酵过程。

溶氧的含量和控制在好氧发酵中起着非常重要的作用。

本文将从溶氧的影响因素和控制策略两个方面对其进行详细阐述。

一、影响因素1.溶氧供应速率：溶解氧的供应速率是影响好氧发酵过程中溶氧含量的关键因素之一、溶氧供应速率过低会导致微生物无法充分利用氧气，影响发酵产物的生成效率。

而供氧速率过高则容易导致增氧设备能耗增加，设备投资成本增加。

2.发酵液的搅拌强度：搅拌强度对于好氧发酵过程中溶氧含量的影响也是十分重要的。

搅拌强度越大，气液传质越充分，溶氧含量越高。

因此，合适的搅拌强度对于保持溶氧含量在适宜范围内非常重要。

3.液体温度：液体温度对微生物的生长和代谢过程有着重要影响。

通常情况下，液体温度越高，微生物的代谢速度越快，溶氧含量也会有所提高。

4.液体的粘度：液体的粘度也会影响溶氧的含量。

当液体粘度较高时，气液传质受到一定程度的限制，溶氧含量可能会下降。

5.液面高度：好氧发酵过程中，液面高度对于溶氧的传输也有一定的影响。

通常情况下，液面越低，气液交换的面积越小，氧气的传输也越有限。

二、控制策略1.调整气体供给：增加气体供给速率是提高好氧发酵中溶氧含量的有效方法之一、可以通过增大气体流量或增加氧气浓度来实现。

2.调节搅拌强度：根据具体情况，合理调节搅拌的转速和时间，以改善气液传质效果，提高溶氧效率。

同时，选择合适的搅拌设备和搅拌方式也是重要的。

3.控制液体温度：通过调节发酵液的温度可以控制微生物的生长速率和代谢过程。

通常情况下，将温度保持在适宜范围内，如30-37摄氏度，可以提高好氧发酵中的溶氧含量。

4.添加表面活性剂：表面活性剂能够降低液体的表面张力，促进气体在液体中的传质。

适量添加表面活性剂可以提高好氧发酵中的溶氧含量。

5.优化好氧反应器的设计：根据不同的发酵工艺和物料特性，对好氧反应器进行合理的设计，包括反应器的体积和形状、进气和搅拌装置等，以提高氧气的传质效果，保持适宜的溶氧含量。

发酵溶氧问题总结

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。

好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略

好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略作者：刘伟单位：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。

好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略

溶解氧对发酵的影响及其控制

溶氧对发酵的影响及控制

发酵的影响因素-溶氧

发酵过程工艺中关键因素-溶氧

发酵工艺控制(溶氧)

溶氧对发酵的影响及控制

发酵过程控制 容氧pH

生物发酵过程中有哪些关键调控因素

发酵溶氧问题总结

有机酸工艺学-溶解氧对发酵的影响及其控制

浅谈如何提高发酵生产的溶解氧浓度

好氧发酵工艺与设备—发酵过程的工艺控制

影响发酵过程中氧利用效率的一些因素

发酵过程的控制

好氧堆肥工艺的原理及过程控制参数

好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略

发酵溶氧问题总结

好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略

发酵过程控制容氧pH