微生物的臨界氧濃度
好氧微生物的氧化酶系存在于細胞內(nèi)原生質(zhì)中，因此，微生物只能利用溶解于液體中氧。發(fā)酵液中溶解氧的多少，一般以溶解氧系數(shù)Kd值表示。由于各種好養(yǎng)微生物所含的氧化酶體系(如過氧化氫酶、細胞色素氧化酶、黃素脫氫酶等)的種類和數(shù)量不同，在不同環(huán)境條件下，各種需氧微生物的吸氧量或呼吸程度不同。
微生物的吸氧量常用呼吸強度和耗氧速率來表示。呼吸強度是指單位體積培養(yǎng)液在單位時間內(nèi)的吸氧量。呼吸強度可以表示微生物的相對需氧量，但是當培養(yǎng)液中有固體成分存在，對測定有困難，這時可用耗氧速率來表示。微生物在發(fā)酵過程中的耗氧速率取決于微生物的呼吸強度和單位體積液體的菌體濃度。
微生物的耗氧速率受發(fā)酵液中氧濃度的影響，各種微生物對發(fā)酵液中溶解氧濃度有一個最低要求，這一溶解氧濃度叫做“臨界氧濃度”表示。在臨界氧濃度以下微生物的臨界氧濃度一般為0.003-0.05(mmol/L)。
不同種類的微生物需氧量不同，一般為25-100mmolO2/(L ?h)，但也有個別菌很高。同一種微生物的需氧量，隨菌齡和培養(yǎng)條件不同而異。菌體生長和形成代謝產(chǎn)物時的耗氧量也不同。一般幼齡菌生長旺盛，其呼吸強度大，但是種子培養(yǎng)階段由于菌體濃度低，總的耗氧量也較低，晚齡菌的呼吸強度弱，但是，在發(fā)酵階段，耗氧量大。培養(yǎng)基豐富的耗氧量也大。
氧是一種難溶氣體，在25℃、1.01×105Pa下，氧在純水中的溶解度為1.26 mmol/L。氧在水、鹽或酸溶液中的溶解度?？諝庵械难踉谒械娜芙舛葹?.25 mmol/L左右。在相同條件下，培養(yǎng)基中含有大量的有機物和無機鹽，由于鹽析等作用造成氧在培養(yǎng)基中的溶解度更低，約為0. 21 mmol/L。
在好氧深層培養(yǎng)中，氧氣的供應往往是發(fā)酵過程能否成功的重要限制因素之一。如果外界不能及時地供給氧，這些溶解氧只能維持微生物菌體15-20 s的正常呼吸，隨之就會被耗盡，微生物的呼吸就會受到抑制。
在發(fā)酵過程中，微生物只能利用溶解狀態(tài)下的氧。因此，就必須采取強化供氧。在實驗室和小規(guī)模發(fā)酵培養(yǎng)過程中，氧供給可以通過搖瓶機的往復運動或偏心旋轉(zhuǎn)運動對搖瓶中的微生物供氧。
對大規(guī)模生產(chǎn)的深層發(fā)酵罐供氧采用通風方式通入無菌空氣，為了提高供氧效率，還必須控制攪拌速率。通風和攪拌的目的就是提供微生物生長和代謝所需要的氧，并使微生物在培養(yǎng)液中處于懸浮狀態(tài)以及提高代謝產(chǎn)物的傳遞速度。
本文參考《發(fā)酵工程原理與技術》一書。
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