发酵罐对发酵过程中溶氧控制
溶解氧对发酵的影响及其控制
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
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：
发酵工程发酵过程控制
发酵工程发酵过程控制1. 引言发酵工程是利用微生物的生理代谢过程来生产有机化合物的一种工程技术。
而发酵过程控制则是在发酵工程中对发酵过程进行调控和监控，以确保发酵过程能够稳定进行，并获得高产率和良好的产品质量。
发酵过程控制通过对微生物与培养基、发酵设备和操作条件等方面进行控制，研究微生物的生长规律和代谢产物的生成规律，实现对发酵过程的调控，以实现最佳的发酵效果。
本文将介绍发酵工程发酵过程控制的主要内容和方法。
2. 发酵过程控制的目标发酵过程控制的主要目标是实现以下几个方面的调控：1.生物量的控制：调控微生物的生长速率和生物量，使其在适宜的培养基和环境条件下获得最佳生长，提高产酶或产物的产量；2.代谢产物的控制：调控微生物代谢过程中的关键反应步骤，实现选择性产物的生成，并提高产量；3.溶氧的控制：调控发酵过程中的溶氧浓度，提高氧传递效率，防止氧的限制性产物的堆积；4.pH的控制：调控发酵过程中的pH值，维持合适的酸碱环境，促进微生物的生长和代谢；5.温度的控制：调控发酵过程中的温度，提供适宜的环境条件，促进微生物的生长和代谢。
3. 发酵过程控制的方法发酵过程控制主要采用以下几种方法：3.1 反馈控制反馈控制是一种基于对发酵过程变量的测量和反馈，通过调节控制器输出量，实现对发酵过程的调控。
常见的反馈控制方法包括：•温度控制：通过测量发酵容器内的温度，控制加热或降温设备的输出，以维持适宜的温度；•pH控制：通过测量发酵液的pH值，控制酸碱调节器的输出，以维持适宜的酸碱环境；•溶氧控制：通过测量发酵液中的溶氧浓度，控制气体供应设备的输出，以维持适宜的溶氧浓度。
3.2 前馈控制前馈控制是一种基于对发酵过程中外部输入变量的预测，通过调节控制器输出量，实现对发酵过程的调控。
常见的前馈控制方法包括：•溶氧前馈控制：根据发酵微生物对溶氧需求的特性，通过对气体供应设备输出的调节，提前调整溶氧浓度，以满足微生物的需求；•pH前馈控制：根据发酵产物对酸碱环境的敏感性，通过对酸碱调节器输出的调节，提前调整pH值，以维持合适的酸碱环境。
溶氧对发酵的影响及控制
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。
发酵工艺控制
（4）搅拌功率（kW）
搅拌器搅拌时所消耗的功率（kW/m3），在发酵过 程中的转动速度。 其大小与液相体积氧传递系数有关。 （5）空气流量（m3空气/（m3发酵液· min）） 单位时间内单位体积发酵液里通入空气的体积，一 般控制在0.5～1.0（m3空气/（m3发酵液· min））
每种微生物对温度的要求可用最适温度、最高温度、最 低温度来表征。在最适温度下，微生物生长迅速；超过最高 温度微生物即受到抑制或死亡；在最低温度范围内微生物尚 能生长，但生长速度非常缓慢，世代时间无限延长。在最低 和最高温度之间，微生物的生长速率随温度升高而增加，超 过最适温度后，随温度升高，生长速率下降，最后停止生长， 引起死亡。 微生物受高温的伤害比低温的伤害大，即超过最高温度， 微生物很快死亡；低于最低温度，微生物代谢受到很大抑制， 并不马上死亡。这就是菌种保藏的原理。
还有就是根据化合物的燃烧值估算发酵过程生物 热的近似值。
（四）发酵温度的控制
发酵罐在发酵过程中一般不需加热，选用微生物能承受 稍高一些的温度进行生长和繁殖，这对生产有很大的好处， 即可减少污染杂菌的机会和夏季培养所需降温的辅助设备， 因此培养耐高温的菌种有一定的现实意义。
在发酵罐上安装夹套和蛇管，通过循环冷却水控制。 冷却介质：深井水或冷冻水 控制方式：手动控制或自动控制
（5）发酵热的测定
有三种发酵热测定的方法。一种是用冷却水进出 口温度差计算发酵热。在工厂里，可以通过测量冷却 水进出口的水温，再从水表上得知每小时冷却水流量 来计算发酵热。
另一种是根据罐温上升速率来计算。先自控，让 发酵液达到某一温度，然后停止加热或冷却，使罐温 自然上升或下降，根据罐温变化的速率计算出发酵热。
（二）最适温度的选择
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。
发酵过程中溶氧的测量、调节和控制
影响需氧的因素
r= Q
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
发酵液溶解氧浓度的控制
• 微生物发酵中，通入发酵罐内的空气中的 氧气不断的溶解于培养液中，这种气态的 氧转变成溶解态的氧的速度，可以用下式 表示： OTR = KLa∙(C*-CL)
• 从供氧方面控制
1、影响C*-CL的因素及控制措施 （1）提高饱和溶氧浓度C* （2）降低发酵液中的CL 2、影响KLa的因素及控制措施 （1）搅拌 （2）空气流速 （3）发酵液的理化性质 （4）氧载体
• 从耗氧方面控制
发酵过程中溶氧的测 量、调节和控制
宋涛 3110520037
溶氧(DO)是需氧微生物生长所必需。在发 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。
溶解氧的测量
亚硫酸盐氧化法 仅能测定发酵设备的通风供氧情况 取样极谱法 发酵液取出罐外，条件失真 排气法
非发酵状态的测定
复膜氧电极法： 实时、在线跟踪检测
溶解氧对发酵的影响及其控制
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。
（3）改变发酵液理化性质
① 加消泡剂，消除泡沫，增加溶氧 ② 补加无菌水，降低粘度 ③ 改变培养基成分，降低粘度 ④ 改变温度，影响溶氧
溶解氧对发酵的影响及其控制
溶解氧在发酵过程控制中的重要作用 发酵过程溶解氧控制的策略与方法
（一）溶氧在发酵过程控制中的重要作用
（1）溶解氧判断发酵体系是否污染杂菌。
（2）溶解氧判断中间补料是否恰当。中问补料是否得当可 以从DO值的变化看出，如赤霉素发酵，有些批次的发酵罐 会出现"发酸。
（3）溶氧作为控制代谢方向的指标。在天冬氨酸发酵中前 期好氧培养，后期转为厌氧培养，酶活可大大提高。
2. 溶氧控制的方法：
溶氧浓度的控制从供给和消耗两方面考虑：
OTR KL (C * CL) 供给
QO2 X
消耗
（1）从供氧方面考虑
从氧传递动力学方程式，可以看出：在供氧方 面，主要是设法提高氧传递的推动力（c* - cL)和 体积氧传递系数KLα。 （1）提高 kLa kLa 反映了设备的供氧能力，不但与反应器的结构 参数有关，还与发酵液的性质有关（粘度、浓度 等）， kLa与操作参数之间的关系，可以使用下 式表示出来：
kLa = f(N Q μ Vs ……)
搅拌转速
kLa ∝ (Pg/V)α ×Vsв
Pg ∝ N2.46
可见，提高N可以有效的提高kLa，从而增加发 酵液中的溶氧浓度。
但是，高转速也有不利的方面（能耗 、菌体对 剪切力的要求）。
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：***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。
发酵过程中工艺参数的检测和控制
发酵过程中工艺参数的检测和控制引言发酵是许多生物过程中的重要步骤，广泛应用于食品工业、制药工业以及生物燃料生产等领域。
在发酵过程中，工艺参数的检测和控制对于保证产品质量和提高生产效率起着关键作用。
本文将介绍发酵过程中常见的工艺参数，以及如何通过检测和控制这些参数来优化发酵过程。
1. 温度的检测和控制温度是发酵过程中最基本也是最重要的工艺参数之一。
不同的微生物对温度的要求不同，因此在发酵过程中，需要准确地检测和控制温度以满足微生物的生长和代谢需求。
1.1 温度的检测方法常用的温度检测方法包括使用温度计、红外线测温仪以及温度传感器等。
温度计适用于小规模的发酵过程，能够直接测量液体中的温度。
红外线测温仪可以通过测量光谱的方式非接触地测量物体表面的温度，适用于大规模发酵过程中的温度检测。
温度传感器可以安装在发酵罐内，通过测量发酵液的温度来得到准确的温度数据。
1.2 温度的控制方法温度的控制可以通过调节加热或冷却系统来实现。
在小规模的发酵过程中，可以使用加热器和冷却器来控制温度。
温度传感器监测到的温度与设定的目标温度进行比较，然后通过调节加热器或冷却器的电流或气流来调整温度。
在大规模发酵过程中，还可以使用冷却水循环系统或蒸汽加热系统来控制温度。
2. pH值的检测和控制pH值是指溶液酸碱程度的指标，对于许多微生物的生长和代谢过程也起着重要作用。
在发酵过程中，pH值的检测和控制对于调节微生物的生长环境、抑制有害菌的生长以及促进产品产生等方面起着重要作用。
2.1 pH值的检测方法常用的pH值检测方法包括使用酸碱度试纸、玻璃电极pH计以及电化学传感器等。
酸碱度试纸是一种简单易用的检测方法，通过试纸的颜色变化来判断溶液的pH值范围。
玻璃电极pH计可以直接测量溶液的pH值，并给出精确的数值结果。
电化学传感器也可以被用于连续监测pH值的变化。
2.2 pH值的控制方法pH值的控制可以通过添加酸或碱来实现。
根据pH值的变化情况，通过自动控制系统来准确地调节加酸或加碱的量。
溶氧对发酵的影响及控制
溶氧对发酵的影响及控制引言：发酵是一种广泛应用于食品和生物工程领域的生物过程。
溶氧是发酵过程中必不可少的因素之一，对发酵的效率和产物品质有着重要的影响。
本文将探讨溶氧对发酵的影响及其控制方法。
一、溶氧对发酵的影响1. 溶氧影响生物代谢：生物发酵过程中需要大量的氧气参与代谢反应，例如呼吸作用和产物合成。
充足的溶氧可提供细胞所需的氧气，加速代谢反应进行，从而提高发酵效率和产物质量。
2. 溶氧影响菌群生长：某些微生物在缺氧环境下更适合生长，而另一些微生物则需要较高的溶氧浓度。
适宜的溶氧浓度能够选择性地促进或抑制特定微生物的生长，从而调控发酵过程中菌群的种类和数量。
3. 溶氧影响发酵产物：溶氧水平的变化会导致发酵微生物的代谢途径发生改变，从而影响产物的种类和数量。
例如，在酿造啤酒的过程中，高溶氧浓度会促使酵母细胞产生醋酸，而低溶氧浓度则有利于乙醇的产生。
二、控制溶氧浓度的方法1. 气体供应控制：通过调节气体供应速率和流量，可以控制发酵罐中的氧气浓度。
例如，增加通气速率可以提高溶氧浓度，而减少通气速率则可以降低溶氧浓度。
2. 搅拌控制：搅拌发酵罐中的培养基可以增加气液传质速率，促进氧气的溶解和分配。
合理的搅拌速度可以保持溶氧浓度的稳定，避免过高或过低的溶氧浓度对发酵过程的不利影响。
3. 温度控制：适宜的温度可以影响氧气在液体中的溶解度。
根据不同微生物的需求，可以通过调节发酵罐的温度，来控制溶氧浓度的变化。
4. 添加表面活性剂：表面活性剂的添加可以降低氧气的表面张力，促进氧气的溶解和分散。
这种方法可以提高溶氧浓度，特别适用于高粘度的发酵培养基。
5. 使用溶氧传感器：通过安装溶氧传感器，可以实时监测发酵罐中的溶氧浓度，并根据需求进行及时调整。
结论：溶氧是发酵过程中不可忽视的重要因素，它对发酵效率和产物品质有着显著的影响。
合理控制溶氧浓度可以优化发酵过程，提高产物的质量和产量。
通过调节气体供应、搅拌、温度和添加表面活性剂等方法，可以有效地控制溶氧浓度，实现理想的发酵效果。
5发酵过程控制(溶氧)
2012年9月7日星期五
长江大学生科院生物工程系
25
2、影响发酵罐中kLa的因素
（1）设备参数：发酵罐的形 状结构、搅拌器（直径d）、 挡板、空气分布器等。 （2）操作条件：通气量Q、搅 拌转速N、搅拌功率PG、罐压、 发酵液体积V、液柱高度HL等。 （3）发酵液的性质：密度、 黏度、表面张力和扩散系数等。 （4）氧载体
2012年9月7日星期五 长江大学生科院生物工程系 19
引起溶氧异常升高的原因
在供氧条件没有发生变化的情况下，主要是耗氧出现改变， 如菌体代谢出现异常，耗氧能力下降，使溶氧上升。特别是污 染烈性噬菌体，影响最为明显，产生菌尚未裂解前，呼吸已受 到抑制，溶氧有可能上升，直到菌体破裂后，完全失去呼吸能 力，溶氧就直线上升。 由上可知，从发酵液中的溶氧变化，就可以了解微生物生 长代谢是否正常，工艺控制是否合理，设备供氧能力是否充足 等问题，帮助我们查找发酵不正常的原因和控制好发酵生产。
（即低于13%时产物的形成会受到抑制）
卷须霉素 CCr 为13% >8%
一般对于微生物： CCr: ＝1～25%饱和浓度 表7-5 P107
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%
2012年9月7日星期五 长江大学生科院生物工程系 12
长江大学生科院生物工程系
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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
发酵罐操作规程
发酵系统操作规程一、发酵前准备工作（1）检查电源是否正常，空压机、微机系统和循环水系统是否正常工作.（2）检查系统上的阀门、接头及紧固螺钉是否拧紧.（3）开动空压机,用0.15Mpa压力,检查种子罐、发酵罐、过滤器、管路、阀门等密封性是否良好,有无泄漏。
罐体夹套与罐内是否密封（换季时应重点检测）,确保所有阀门处于关闭状态(电磁阀前方的阀门除外)。
（4）检查水（冷却水)压、电压、气（汽)压能否正常供应。
进水压维持在0。
12Mpa,允许在0。
15—0。
2Mpa范围变动,不能超过0。
3Mpa，温度应低于发酵温度10℃;单相电源AC220V±10％，频率50Hz，罐体可靠接地；输入蒸汽压力应维持在0.4Mpa，进入系统后减压为0.24MPa;空压机压力值0。
8Mpa，空气进入压力应控制在0.25-0.30MP（空气初级过滤器的压力值）。
（5）温度、溶氧电极、PH电极校正及标定，详见触摸屏PH、DO的标定帮助。
（6）检查各电机能否正常运转（共4个）。
电磁阀能否正常吸合(整套系统共11个电磁阀）.二、灭菌1.发酵系统安装好后的初次清洗罐内的清洗：酸碱罐、补料罐、种子罐可将罐体上方的法兰卸开，由操作工采用洁净布手动清洗，结束后排尽罐内的污水，在多冲洗几遍即可.发酵罐的清洗可采用自来水管通过手孔向罐体内壁冲洗,当水位上升到搅拌轴的第二片叶轮时停止冲洗，开动电机搅拌清洗。
各管路的清洗,可以先采用清水冲洗，再根据相应功能采用相应的清洗介质（清洗管路时应以保护管路中的各种元件为前提），具体步骤可参考“空气管路的灭菌”。
如果发酵系统长时间不用或培养的菌体与上一批次的不相同时，可采用2%NaOH清洗，其他各罐也可以采用发酵罐的清洗方式清洗，清洗结束后应对发酵系统灭菌。
2.空气管路的灭菌（1）空气管路上的除菌过滤器，使用蒸汽通过减压阀（空气减压阀不能进行蒸汽灭菌，所以空气预过滤器不灭菌）、蒸汽过滤器然后进入除菌过滤器。
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。
发酵罐溶氧转速联动系统概述参照
发酵罐溶氧转速联动系统概述参照
发酵罐溶氧转速联动系统是一种用于调节发酵罐内溶氧含量和搅拌
速度的自动化控制系统。
该系统通过监测发酵罐内的溶氧含量，并
根据预设的目标值进行调节，以保持溶氧含量在合适的范围内。
同时，系统还会根据溶氧含量的变化调节搅拌器的转速，以保证溶氧
均匀分布。
该系统的主要组成部分包括溶氧传感器、搅拌器、转速控制器和监
控系统。
溶氧传感器负责监测发酵罐内的溶氧含量，将实时数据传
输给转速控制器。
转速控制器根据预设的溶氧目标值和实际测量值
之间的差异，自动调节搅拌器的转速。
监控系统负责显示和记录溶
氧含量、搅拌器转速等参数，并提供报警和故障诊断功能。
发酵罐溶氧转速联动系统的工作原理是，当溶氧含量低于预设目标
值时，转速控制器会增加搅拌器的转速，增加气液接触面积，促进
氧气的溶解和传递，从而提高溶氧含量。
反之，当溶氧含量超过预
设目标值时，转速控制器会降低搅拌器的转速，减少气液接触面积，以降低溶氧含量。
发酵罐溶氧转速联动系统的优点是可以实现自动化控制，减少人工
干预，提高生产效率和产品质量。
同时，系统还可以根据不同的发
酵过程需求进行参数调节，适应不同的生产要求。
总之，发酵罐溶
氧转速联动系统是一种重要的工业自动化控制系统，对发酵过程的
控制和优化具有重要意义。
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发酵罐对发酵过程中溶氧控制
在微生物/细胞发酵过程中，溶氧是需氧发酵控制中最重要的参数之一。
溶氧的大小对发酵产物的形成及产量都会产生不同的影响，其结果直接影响整个发酵的效率。
现在市面上发酵罐对溶氧的控制，主流的方式是通过控制通入气体的量或者改变通入气体中氧气的比例来调节发酵液中溶氧%。
更高一级的控制是将发酵液中溶氧%和通入气体的量、搅拌桨的转速、添加的补料及罐压进行关联，从而通过发酵系统自动控制这些参数来调节溶氧%。
但是，直到今日，还没有任何一家发酵罐制造厂家的发酵罐能实现溶氧%与上述4个参数实现4级以上关联。
现在市场上普遍能实现的是二级关联，及溶氧%与搅拌转速和通气量的关联，而其中做的最好的是赛多利斯（贝朗）发酵罐，由于其柜式集成化自动关联控制系统，能对发酵总体要求进行自动化多级（最多4级）参数关联调节。
2012年香港环球分析测试仪器有限公司引进了意大利Solaris发酵罐/生物反应器，其智能化的控制系统和全自动化的设计，实现了溶氧%与上述参数4级以上关联，准确说是在参数上下限限制条件内，能实现无限制关联，从而使发酵过程中溶氧%的控制更加方便和精确，并为高密度培养中需要更高的溶氧浓度提供了可能。
意大利Solaris发酵罐/生物反应器的这一特点，在不同程度上超越了赛多利斯（贝朗）等同类厂家，使其在全球的用户感受到实实在在的技术革新。
Solaris发酵罐/生物反应器实现溶氧%无限制关联界面图如下：
上图设置方式是先设定一个你需要的溶氧%，然后，将其与搅拌桨转速关联，如果当转速达到设定的上限的时候实现了你需要的溶氧%，就不进行下一级的关联；如果没有达到你需要的溶氧%，那么你就可以设置2级关联，如果达到设定参数的上限还未达到你需要的溶氧%，那么你就可以设置3级关联，如果达到设定参数的上限还未达到你需要的溶氧%，那么你就可以设置4级关联，如此循环下去，直至达到你需要的溶氧%。
在此设置关联参数过程中，同一参数可重复多次设定。