1 溶解氧对发酵的影响 溶氧是需氧发酵控制最重要的参数之一。由于氧在水中的溶解度很小,在发酵液中的溶解度亦如此,因此,需要不断通风和搅拌,才能满足不同发酵过程对氧的需求。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。 1.1 溶氧量在发酵的各个过程中对微生物的生长的影响是不同的 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。
1.2 溶氧对发酵产物的影响 2 溶氧量的控制 2.1 控制溶氧量 (C*-CL)是氧溶解的推动力,控制溶氧量首要因素是控制氧分压(C*)。高密度培养往往采用通入纯氧的方式提高氧分压,而厌氧发酵则采用各种方式将氧分压控制在较低水平。如啤酒发酵,麦汁充氧和酵母接种阶段,一般要求氧含量达到8~10PPM;而啤酒发酵阶段,一般啤酒中的含氧量不得超过2PPM。[5] 2.2控制氧传递速率 氧传递速率主要考虑KLa的影响因素。从一定意义上讲,KLa愈大,好氧生物反应器的传质性能愈好。控制KLa的途径可分为操作变量、反应液的理化性质和反应器的结构3个部分。操作变量包括温度、压力、通风量和转速(搅拌功率)等;发酵液的理化性质包括发酵液的黏度、表面张力、氧的溶解度、发酵液的组成成分、发酵液的流动状态、发酵类型等;反应器的结构指反应器的类型、反应器各部分尺寸的比例、空气分布器的形式等。当然有些因素是相互关联的。
3适当溶解氧的选择 在好氧微生物反应中,一般取 [DO]>[DO]cri以保证反应的正常进行。临界氧浓度是不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。 3.1 合适溶解氧选择的原则 如果要使菌体快速生长繁殖(如发酵前期),则应达到临界氧浓度;如果要促进产物的合成,则应根据生产的目的不同,使溶解氧控制在最适浓度(不同的满足度)例如:黄色短杆菌可生产多种氨基酸,但要求的氧浓度可能不同Ø 但对于苯丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸的生产,则在低于临界氧浓度时获得最大生产能力,它们的最佳氧浓度分别为临界氧浓度的 0.55、0.66、0.85。
3.2 供氧方面 1)增加空气中氧的含量,使氧分压增加,进行富氧通气 2)提高罐压 4)增加搅拌速度 3.3 需氧方面 1)调整养料的浓度 2)调节控制温度 Note: 溶氧浓度必须与其它参数配合 此外,氧饱和度还会受到温度、罐压、发酵液性质的影响。发酵过程的需氧受到菌体浓度、营养基质的种类浓度、培养条件等因素的影响。保持最佳的菌体浓度,最适菌体浓度的控制可以通过营养基质浓度来控制。还可以控制补料速度、调节发酵温度、液化培养基、中间补水、添加表面活性剂等来控制。
4 结束语
发酵液中的氧含量对菌体生长和产物形成都有着重要的影响,溶氧量的控制主要从氧的溶解和传递两个方面考虑。随着计算机和自动化技术的发展,发酵工业中从DO的测量到分析控制都正逐步走向自动及控制一体化模式,研究利用DO作为补料的在线控制信号将大大提高了发酵调控的准确性和自动化性能。 [1]卫功元,王大慧,陈坚.不同溶氧控制方式下的谷肤甘肤分批发酵过程分析[J].化工学报,2007(9):2330-2332 [5]李仁建.氧对啤酒的影响与减少氧化的措施[J].啤酒科技,2004(3):36-38 |
|