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在微生物发酵时,溶氧量越高越好吗

   2021-07-06 26120
核心提示:溶解氧对发酵的影响分为两方面:一是溶氧浓度影响与呼吸链有关的能量代谢,从而影响微生物生长;另一是氧直接参与产物合成。(一
溶解氧对发酵的影响分为两方面:一是溶氧浓度影响与呼吸链有关的能量代谢,从而影响微生物生长;另一是氧直接参与产物合成。
(一)溶氧对微生物自身生长的影响
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。专性好氧微生物把氧作为最终电子受体,通过有氧呼吸获取能量,如霉菌;进行此类微生物发酵时一般应尽可能的提高溶解氧(DO),以促进微生物生长,增大菌体量。兼性好氧微生物的生长不一定需要氧,但如果在培养中供给氧,则菌体生长更好,如酵母菌;典型如乙醇发酵,对溶DO的控制分两个阶段,初始提供高DO值进行菌体扩大培养,后期严格控制DO进行厌氧发酵。厌氧和微好氧微生物能耐受坏境中的氧,但它们的生长并不需要氧,这些微生物在发酵生产中应用较少。而对于专性厌氧微生物,氧则可对其显示毒性,如产甲烷杆菌,此时能否限制DO在一个较低值往往成为发酵成败的关键。
溶解氧对微生物自身生长的影响体现在多个方面,其中对微生物酶的影响是不可忽略的重要因素。在过低溶氧条件下,TCA循环代谢流量减小,不足以平衡葡萄糖酵解速率,从而刺激了LDH的酶活,使代谢流转向乳酸生成,造成乳酸积累;而过高溶氧,GDH酶活明显降低,且TCA循环流量加大,生成大量CO2,造成碳源损失,两种情况均不利于谷氨酸生成。
啤酒工业中,在啤酒的发酵阶段,酵母的繁殖需要有足够的氧气,在除此之外的任何阶段都应极力避免氧的参与。啤酒发酵液总含氧量由酒体溶解氧和瓶颈空气两部分组成,一般情况下,啤酒中的含氧量超过2M时对生产就有明显的危害。因为氧气的存在会促使酵母采取有氧呼吸的代谢途径,从而破坏乙醇发酵的厌氧代谢过程。但是,研究表明无氧条件下发酵生成的乙醇低于溶氧控制在1%-4%条件下生成的乙醇。这主要是由于无氧条件下的菌体量远远低于有氧条件下菌体量,而乙醇的生成与菌体量有很大的联系。
类似微生物发酵的活性污泥法处理污水的过程中,DO的影响及控制也十分重要。曝气池中氧气不足和过量都会对微生物生存环境带来不利影响。当氧气不足时,一方面由于曝气池中丝状菌会大量繁殖,最终产生污泥膨胀;另一方面会降低细菌分解的效果,延长处理时间,甚至导致生物处理失效。而氧气过量(即过量曝气)则会由于絮凝剂遭到破坏而导致悬浮固体沉降性变差,同时使能耗过高。
(二)溶氧对发酵产物的影响
对于好氧发酵来说,溶解氧通常既是营养因素,又是环境因素。特别是对于具有一定氧化还原性质的代谢产物的生产来说,DO的改变势必会影响到菌株培养体系的氧化还原电位,同时也会对细胞生长和产物的形成产生影响。
在黄原胶发酵中,虽然发酵液中的溶氧浓度对菌体生长速率影响不大,但是对菌体浓度达到最大之后的菌体的稳定期的长短及产品质量却有着明显的影响。
需氧微生物酶的活性对氧有着很强的依赖性。谷氨酸发酵中,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。
DO值的高低还会改变微生物代谢途径,以致改变发酵环境甚至使目标产物发生偏离。研究表明,L-异亮氨酸的代谢流量与溶氧浓度有密切关系,可以通过控制不同时期的溶氧来改变发酵过程中的代谢流分布,从而改变Ile等氨基酸合成的代谢流量。当然不是,好氧微生物在生长阶段需要溶氧多当然不是,好氧微生物在生长阶段需要溶氧多

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标签: 越好 越高 微生物
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