張夙夙

摘 要：溶解氧是指溶解于水分子狀態(tài)的氧。在氨基酸發(fā)酵過(guò)程中必須提供氧氣，菌體才能繁殖和積累所需的代謝產(chǎn)物。研究溶氧對(duì)氨基酸發(fā)酵的影響及其控制對(duì)提高生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：氨基酸發(fā)酵；溶氧；影響；控制

中圖分類(lèi)號(hào) TQ920 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2014）12-25-02

Abstract：Dissolved oxygen refers to the state of the oxygen dissolved in water molecules. Bacteria can only multiply and accumulate the metabolites provided by the appropriate amount of sterile air during the amino acid fermentation.It has important significance to study the influence and control of dissolved oxygen during the amino acid fermentation to improve the production efficiency and quality.

Key words：Amino acid fermentation；Dissolved oxygen；Influence；Control

20世紀(jì)50年代，日本木下祝郎等首次采用谷氨酸棒狀桿菌（Corynebacterium glutamicum）進(jìn)行L-谷氨酸發(fā)酵取得成功[1]，從此微生物發(fā)酵技術(shù)在氨基酸生產(chǎn)工藝中占據(jù)了越來(lái)越重要的地位。目前，氨基酸生產(chǎn)菌均為需氧菌，即必須供給適量的無(wú)菌空氣，菌體才能繁殖和積累所需代謝產(chǎn)物[2]。因此，發(fā)酵液中的溶氧濃度是氨基酸發(fā)酵工藝的一個(gè)重要控制參數(shù)[3]，同時(shí)，合理地供氧還可以降低能源的消耗[4]。

1 溶氧對(duì)氨基酸發(fā)酵的影響

不同菌種及同一菌種的不同發(fā)酵階段，菌體的需氧量是不同的。發(fā)酵液中的溶氧濃度會(huì)直接影響微生物酶的活性及代謝途徑，進(jìn)而影響菌體的生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物的積累，并最終決定產(chǎn)量的高低[5]。氨基酸發(fā)酵的前期是菌體生長(zhǎng)的主要階段，如果發(fā)酵液中的溶氧水平過(guò)低，菌體的生長(zhǎng)和繁殖就會(huì)受到限制，進(jìn)而抑制氨基酸的合成，生成大量代謝副產(chǎn)物，嚴(yán)重影響氨基酸的最終產(chǎn)量。若菌體長(zhǎng)期處于溶氧濃度較低的環(huán)境，會(huì)導(dǎo)致部分菌體的自溶，給產(chǎn)物的分離提取造成困難。徐慶陽(yáng)[6]等以L(fǎng)-蘇氨酸生產(chǎn)菌TRFC為菌種發(fā)酵生產(chǎn)蘇氨酸，考察了不同溶氧水平對(duì)L-蘇氨酸合成的影響。其結(jié)果表明，供氧充足、菌體呼吸旺盛可保持較快的生長(zhǎng)速率，此外，L-蘇氨酸的前體物草酰乙酸主要由對(duì)氧濃度要求較高的TCA循環(huán)和磷酸烯醇丙酮酸羧化反應(yīng)提供，充分供氧可使菌體呼吸充足，有利于產(chǎn)酸和糖酸轉(zhuǎn)化。

溶氧水平也并非越高越好。劉雅楨[7]等研究表明，過(guò)高的溶氧除了產(chǎn)生過(guò)大的動(dòng)力消耗外，還會(huì)產(chǎn)生大量泡沫，同時(shí)溶氧水平過(guò)高會(huì)產(chǎn)生新生氧、超氧化物基O2-或羥基自由基OH-，破壞許多細(xì)胞組分。王營(yíng)[8]等對(duì)谷氨酸發(fā)酵標(biāo)準(zhǔn)溶氧水平研究發(fā)現(xiàn)，在谷氨酸合成期若溶氧水平過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致菌體生長(zhǎng)受到高氧抑制，生長(zhǎng)慢，耗糖慢，產(chǎn)酸較少，造成后期菌體容易衰老，糖酸轉(zhuǎn)化率偏低。

2 氨基酸發(fā)酵中溶氧濃度的控制

氨基酸發(fā)酵過(guò)程中，菌種只能利用發(fā)酵液中的溶解氧，供氧不足將嚴(yán)重影響氨基酸的發(fā)酵。因此，如何提高和控制發(fā)酵液中的溶氧濃度是影響發(fā)酵成功與否的關(guān)鍵因素之一。工業(yè)上通常采取以下幾種方法提高溶氧濃度：

2.1 攪拌 在發(fā)酵罐內(nèi)設(shè)置機(jī)械攪拌是提高溶解氧的一個(gè)有效方法[9]。其作用主要有以下幾個(gè)方面：一是將通入發(fā)酵液的空氣分散成細(xì)小的氣泡并防止小氣泡的聚集，從而增大氣液相的接觸面積；二是強(qiáng)化發(fā)酵液的湍流速度，降低氣泡周?chē)囊耗ず穸群屯牧髦械淖枇?，有利于氧的傳遞；三是減少菌體結(jié)團(tuán)，降低細(xì)胞周?chē)囊耗ぷ枇?，有利于菌體對(duì)氧的吸收。應(yīng)注意的是，攪拌速度應(yīng)適中，過(guò)于激烈的攪拌會(huì)產(chǎn)生較大的剪切力，導(dǎo)致菌種和產(chǎn)物的失活[10]。

2.2 通風(fēng) 考慮到利用率的問(wèn)題，一般發(fā)酵過(guò)程中的通氣量最少是所需量的2倍，高的可達(dá)5～10倍[5]。但通氣量過(guò)大不利于充分混合，容易導(dǎo)致泡沫的大量產(chǎn)生和發(fā)酵液的溢出，進(jìn)而增加染菌的風(fēng)險(xiǎn)。因此，不能單純地通過(guò)增大通氣量來(lái)提高溶氧濃度，工業(yè)中常采用低通氣速率的情況下增加攪拌速度來(lái)提高發(fā)酵液的溶氧水平[11]。

2.3 分段控氧 一般而言，發(fā)酵過(guò)程的前期是菌體的生長(zhǎng)，中后期則是產(chǎn)物的合成積累。因此發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中的溶氧水平不是一成不變的，其一般策略是前期大于臨界溶氧濃度，中后期滿(mǎn)足產(chǎn)物的形成。楊海軍[12]等采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究谷氨酸棒桿菌發(fā)酵生產(chǎn)色氨酸的溶氧條件，結(jié)果表明采用分段控氧模式比單純固定攪拌轉(zhuǎn)速或固定DO值控氧模式更有利于提高色氨酸的產(chǎn)量。徐慶陽(yáng)[6]等通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，L-蘇氨酸發(fā)酵過(guò)程的溶氧控制為延滯期維持20%溶氧，對(duì)數(shù)期后維持50%溶氧，進(jìn)入穩(wěn)定期提供20%溶氧即可，在該種分階段供氧模式的控制下，整個(gè)發(fā)酵過(guò)程保持了較高的細(xì)胞合成率和L-蘇氨酸產(chǎn)率，比恒定供氧表現(xiàn)出更好的發(fā)酵狀態(tài)。

3 結(jié)語(yǔ)

氨基酸發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生化反應(yīng)過(guò)程，眾多影響因素中溶氧水平是重要參數(shù)之一。在實(shí)際發(fā)酵生產(chǎn)工藝中，溶氧的控制是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，應(yīng)根據(jù)理論的分析和指導(dǎo)，從設(shè)備和操作等方面采取適當(dāng)?shù)墓┭醮胧寡醯墓?yīng)量與實(shí)際需求量相適應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氨基酸發(fā)酵的優(yōu)化，在滿(mǎn)足工藝要求的同時(shí)，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量水平，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)利潤(rùn)的最大化。

參考文獻(xiàn)

[1]胡學(xué)智.木下祝郎與味精[J].江蘇調(diào)味副食品，2011，28（3）：42.

[2]張智，滕婷婷，王淼.溶氧對(duì)發(fā)酵的影響及控制[J].科技視野，2008，21：63.

[3]張俊剛，張?zhí)m峰，吳澤華.溶氧對(duì)氨基酸發(fā)酵的影響及控制[J].科技視界，2012，35：223.

[4]陳寧.氨基酸工藝學(xué)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2007：47-59.

[5]劉曉波，李宗偉，閆世梁，等.溶氧控制對(duì)氨基酸發(fā)酵的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（19）：7977-7979.

[6]徐慶陽(yáng)，馮志彬，孫玉華，等.溶氧對(duì)L-蘇氨酸發(fā)酵的影響[J].微生物學(xué)通報(bào)，2007，34（2）：412-314.

[7]劉雅楨，張?zhí)m峰，吳澤華，等.賴(lài)氨酸發(fā)酵過(guò)程溶氧控制研究[J].技術(shù)與應(yīng)用，2012，5：21-22.

[8]王營(yíng)，董亮，張雁鈴，等.谷氨酸發(fā)酵標(biāo)準(zhǔn)溶氧水平的確定[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2005，31（9）：42-44.

[9]王霞，張世有.好氧發(fā)酵過(guò)程中影響溶解氧的因素及如何提高溶解氧的濃度[J].黑龍江醫(yī)藥，2005，18（4）：276.

[10]劉玉平，林建強(qiáng).淺談如何提高發(fā)酵生產(chǎn)的溶解氧濃度[J].醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)雜志，2005，26（2）：24.

[11]黃榮.發(fā)酵過(guò)程中溶氧的影響及調(diào)控[J].生物技術(shù)世界，2013，3：68.

[12]楊海軍，周小蘋(píng)，周文平.L-色氨酸10L罐發(fā)酵溶氧條件的研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2011，7：63. （責(zé)編：張宏民）

摘 要：溶解氧是指溶解于水分子狀態(tài)的氧。在氨基酸發(fā)酵過(guò)程中必須提供氧氣，菌體才能繁殖和積累所需的代謝產(chǎn)物。研究溶氧對(duì)氨基酸發(fā)酵的影響及其控制對(duì)提高生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：氨基酸發(fā)酵；溶氧；影響；控制

中圖分類(lèi)號(hào) TQ920 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2014）12-25-02

Abstract：Dissolved oxygen refers to the state of the oxygen dissolved in water molecules. Bacteria can only multiply and accumulate the metabolites provided by the appropriate amount of sterile air during the amino acid fermentation.It has important significance to study the influence and control of dissolved oxygen during the amino acid fermentation to improve the production efficiency and quality.

Key words：Amino acid fermentation；Dissolved oxygen；Influence；Control

20世紀(jì)50年代，日本木下祝郎等首次采用谷氨酸棒狀桿菌（Corynebacterium glutamicum）進(jìn)行L-谷氨酸發(fā)酵取得成功[1]，從此微生物發(fā)酵技術(shù)在氨基酸生產(chǎn)工藝中占據(jù)了越來(lái)越重要的地位。目前，氨基酸生產(chǎn)菌均為需氧菌，即必須供給適量的無(wú)菌空氣，菌體才能繁殖和積累所需代謝產(chǎn)物[2]。因此，發(fā)酵液中的溶氧濃度是氨基酸發(fā)酵工藝的一個(gè)重要控制參數(shù)[3]，同時(shí)，合理地供氧還可以降低能源的消耗[4]。

1 溶氧對(duì)氨基酸發(fā)酵的影響

不同菌種及同一菌種的不同發(fā)酵階段，菌體的需氧量是不同的。發(fā)酵液中的溶氧濃度會(huì)直接影響微生物酶的活性及代謝途徑，進(jìn)而影響菌體的生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物的積累，并最終決定產(chǎn)量的高低[5]。氨基酸發(fā)酵的前期是菌體生長(zhǎng)的主要階段，如果發(fā)酵液中的溶氧水平過(guò)低，菌體的生長(zhǎng)和繁殖就會(huì)受到限制，進(jìn)而抑制氨基酸的合成，生成大量代謝副產(chǎn)物，嚴(yán)重影響氨基酸的最終產(chǎn)量。若菌體長(zhǎng)期處于溶氧濃度較低的環(huán)境，會(huì)導(dǎo)致部分菌體的自溶，給產(chǎn)物的分離提取造成困難。徐慶陽(yáng)[6]等以L(fǎng)-蘇氨酸生產(chǎn)菌TRFC為菌種發(fā)酵生產(chǎn)蘇氨酸，考察了不同溶氧水平對(duì)L-蘇氨酸合成的影響。其結(jié)果表明，供氧充足、菌體呼吸旺盛可保持較快的生長(zhǎng)速率，此外，L-蘇氨酸的前體物草酰乙酸主要由對(duì)氧濃度要求較高的TCA循環(huán)和磷酸烯醇丙酮酸羧化反應(yīng)提供，充分供氧可使菌體呼吸充足，有利于產(chǎn)酸和糖酸轉(zhuǎn)化。

溶氧水平也并非越高越好。劉雅楨[7]等研究表明，過(guò)高的溶氧除了產(chǎn)生過(guò)大的動(dòng)力消耗外，還會(huì)產(chǎn)生大量泡沫，同時(shí)溶氧水平過(guò)高會(huì)產(chǎn)生新生氧、超氧化物基O2-或羥基自由基OH-，破壞許多細(xì)胞組分。王營(yíng)[8]等對(duì)谷氨酸發(fā)酵標(biāo)準(zhǔn)溶氧水平研究發(fā)現(xiàn)，在谷氨酸合成期若溶氧水平過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致菌體生長(zhǎng)受到高氧抑制，生長(zhǎng)慢，耗糖慢，產(chǎn)酸較少，造成后期菌體容易衰老，糖酸轉(zhuǎn)化率偏低。

2 氨基酸發(fā)酵中溶氧濃度的控制

氨基酸發(fā)酵過(guò)程中，菌種只能利用發(fā)酵液中的溶解氧，供氧不足將嚴(yán)重影響氨基酸的發(fā)酵。因此，如何提高和控制發(fā)酵液中的溶氧濃度是影響發(fā)酵成功與否的關(guān)鍵因素之一。工業(yè)上通常采取以下幾種方法提高溶氧濃度：

2.1 攪拌 在發(fā)酵罐內(nèi)設(shè)置機(jī)械攪拌是提高溶解氧的一個(gè)有效方法[9]。其作用主要有以下幾個(gè)方面：一是將通入發(fā)酵液的空氣分散成細(xì)小的氣泡并防止小氣泡的聚集，從而增大氣液相的接觸面積；二是強(qiáng)化發(fā)酵液的湍流速度，降低氣泡周?chē)囊耗ず穸群屯牧髦械淖枇?，有利于氧的傳遞；三是減少菌體結(jié)團(tuán)，降低細(xì)胞周?chē)囊耗ぷ枇?，有利于菌體對(duì)氧的吸收。應(yīng)注意的是，攪拌速度應(yīng)適中，過(guò)于激烈的攪拌會(huì)產(chǎn)生較大的剪切力，導(dǎo)致菌種和產(chǎn)物的失活[10]。

2.2 通風(fēng) 考慮到利用率的問(wèn)題，一般發(fā)酵過(guò)程中的通氣量最少是所需量的2倍，高的可達(dá)5～10倍[5]。但通氣量過(guò)大不利于充分混合，容易導(dǎo)致泡沫的大量產(chǎn)生和發(fā)酵液的溢出，進(jìn)而增加染菌的風(fēng)險(xiǎn)。因此，不能單純地通過(guò)增大通氣量來(lái)提高溶氧濃度，工業(yè)中常采用低通氣速率的情況下增加攪拌速度來(lái)提高發(fā)酵液的溶氧水平[11]。

2.3 分段控氧 一般而言，發(fā)酵過(guò)程的前期是菌體的生長(zhǎng)，中后期則是產(chǎn)物的合成積累。因此發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中的溶氧水平不是一成不變的，其一般策略是前期大于臨界溶氧濃度，中后期滿(mǎn)足產(chǎn)物的形成。楊海軍[12]等采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究谷氨酸棒桿菌發(fā)酵生產(chǎn)色氨酸的溶氧條件，結(jié)果表明采用分段控氧模式比單純固定攪拌轉(zhuǎn)速或固定DO值控氧模式更有利于提高色氨酸的產(chǎn)量。徐慶陽(yáng)[6]等通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，L-蘇氨酸發(fā)酵過(guò)程的溶氧控制為延滯期維持20%溶氧，對(duì)數(shù)期后維持50%溶氧，進(jìn)入穩(wěn)定期提供20%溶氧即可，在該種分階段供氧模式的控制下，整個(gè)發(fā)酵過(guò)程保持了較高的細(xì)胞合成率和L-蘇氨酸產(chǎn)率，比恒定供氧表現(xiàn)出更好的發(fā)酵狀態(tài)。

3 結(jié)語(yǔ)

氨基酸發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生化反應(yīng)過(guò)程，眾多影響因素中溶氧水平是重要參數(shù)之一。在實(shí)際發(fā)酵生產(chǎn)工藝中，溶氧的控制是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，應(yīng)根據(jù)理論的分析和指導(dǎo)，從設(shè)備和操作等方面采取適當(dāng)?shù)墓┭醮胧?，使氧的供?yīng)量與實(shí)際需求量相適應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氨基酸發(fā)酵的優(yōu)化，在滿(mǎn)足工藝要求的同時(shí)，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量水平，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)利潤(rùn)的最大化。

參考文獻(xiàn)

[1]胡學(xué)智.木下祝郎與味精[J].江蘇調(diào)味副食品，2011，28（3）：42.

[2]張智，滕婷婷，王淼.溶氧對(duì)發(fā)酵的影響及控制[J].科技視野，2008，21：63.

[3]張俊剛，張?zhí)m峰，吳澤華.溶氧對(duì)氨基酸發(fā)酵的影響及控制[J].科技視界，2012，35：223.

[4]陳寧.氨基酸工藝學(xué)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2007：47-59.

[5]劉曉波，李宗偉，閆世梁，等.溶氧控制對(duì)氨基酸發(fā)酵的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（19）：7977-7979.

[6]徐慶陽(yáng)，馮志彬，孫玉華，等.溶氧對(duì)L-蘇氨酸發(fā)酵的影響[J].微生物學(xué)通報(bào)，2007，34（2）：412-314.

[7]劉雅楨，張?zhí)m峰，吳澤華，等.賴(lài)氨酸發(fā)酵過(guò)程溶氧控制研究[J].技術(shù)與應(yīng)用，2012，5：21-22.

[8]王營(yíng)，董亮，張雁鈴，等.谷氨酸發(fā)酵標(biāo)準(zhǔn)溶氧水平的確定[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2005，31（9）：42-44.

[9]王霞，張世有.好氧發(fā)酵過(guò)程中影響溶解氧的因素及如何提高溶解氧的濃度[J].黑龍江醫(yī)藥，2005，18（4）：276.

[10]劉玉平，林建強(qiáng).淺談如何提高發(fā)酵生產(chǎn)的溶解氧濃度[J].醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)雜志，2005，26（2）：24.

[11]黃榮.發(fā)酵過(guò)程中溶氧的影響及調(diào)控[J].生物技術(shù)世界，2013，3：68.

[12]楊海軍，周小蘋(píng)，周文平.L-色氨酸10L罐發(fā)酵溶氧條件的研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2011，7：63. （責(zé)編：張宏民）

摘 要：溶解氧是指溶解于水分子狀態(tài)的氧。在氨基酸發(fā)酵過(guò)程中必須提供氧氣，菌體才能繁殖和積累所需的代謝產(chǎn)物。研究溶氧對(duì)氨基酸發(fā)酵的影響及其控制對(duì)提高生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：氨基酸發(fā)酵；溶氧；影響；控制

中圖分類(lèi)號(hào) TQ920 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2014）12-25-02

Abstract：Dissolved oxygen refers to the state of the oxygen dissolved in water molecules. Bacteria can only multiply and accumulate the metabolites provided by the appropriate amount of sterile air during the amino acid fermentation.It has important significance to study the influence and control of dissolved oxygen during the amino acid fermentation to improve the production efficiency and quality.

Key words：Amino acid fermentation；Dissolved oxygen；Influence；Control

20世紀(jì)50年代，日本木下祝郎等首次采用谷氨酸棒狀桿菌（Corynebacterium glutamicum）進(jìn)行L-谷氨酸發(fā)酵取得成功[1]，從此微生物發(fā)酵技術(shù)在氨基酸生產(chǎn)工藝中占據(jù)了越來(lái)越重要的地位。目前，氨基酸生產(chǎn)菌均為需氧菌，即必須供給適量的無(wú)菌空氣，菌體才能繁殖和積累所需代謝產(chǎn)物[2]。因此，發(fā)酵液中的溶氧濃度是氨基酸發(fā)酵工藝的一個(gè)重要控制參數(shù)[3]，同時(shí)，合理地供氧還可以降低能源的消耗[4]。

1 溶氧對(duì)氨基酸發(fā)酵的影響

不同菌種及同一菌種的不同發(fā)酵階段，菌體的需氧量是不同的。發(fā)酵液中的溶氧濃度會(huì)直接影響微生物酶的活性及代謝途徑，進(jìn)而影響菌體的生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物的積累，并最終決定產(chǎn)量的高低[5]。氨基酸發(fā)酵的前期是菌體生長(zhǎng)的主要階段，如果發(fā)酵液中的溶氧水平過(guò)低，菌體的生長(zhǎng)和繁殖就會(huì)受到限制，進(jìn)而抑制氨基酸的合成，生成大量代謝副產(chǎn)物，嚴(yán)重影響氨基酸的最終產(chǎn)量。若菌體長(zhǎng)期處于溶氧濃度較低的環(huán)境，會(huì)導(dǎo)致部分菌體的自溶，給產(chǎn)物的分離提取造成困難。徐慶陽(yáng)[6]等以L(fǎng)-蘇氨酸生產(chǎn)菌TRFC為菌種發(fā)酵生產(chǎn)蘇氨酸，考察了不同溶氧水平對(duì)L-蘇氨酸合成的影響。其結(jié)果表明，供氧充足、菌體呼吸旺盛可保持較快的生長(zhǎng)速率，此外，L-蘇氨酸的前體物草酰乙酸主要由對(duì)氧濃度要求較高的TCA循環(huán)和磷酸烯醇丙酮酸羧化反應(yīng)提供，充分供氧可使菌體呼吸充足，有利于產(chǎn)酸和糖酸轉(zhuǎn)化。

溶氧水平也并非越高越好。劉雅楨[7]等研究表明，過(guò)高的溶氧除了產(chǎn)生過(guò)大的動(dòng)力消耗外，還會(huì)產(chǎn)生大量泡沫，同時(shí)溶氧水平過(guò)高會(huì)產(chǎn)生新生氧、超氧化物基O2-或羥基自由基OH-，破壞許多細(xì)胞組分。王營(yíng)[8]等對(duì)谷氨酸發(fā)酵標(biāo)準(zhǔn)溶氧水平研究發(fā)現(xiàn)，在谷氨酸合成期若溶氧水平過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致菌體生長(zhǎng)受到高氧抑制，生長(zhǎng)慢，耗糖慢，產(chǎn)酸較少，造成后期菌體容易衰老，糖酸轉(zhuǎn)化率偏低。

2 氨基酸發(fā)酵中溶氧濃度的控制

氨基酸發(fā)酵過(guò)程中，菌種只能利用發(fā)酵液中的溶解氧，供氧不足將嚴(yán)重影響氨基酸的發(fā)酵。因此，如何提高和控制發(fā)酵液中的溶氧濃度是影響發(fā)酵成功與否的關(guān)鍵因素之一。工業(yè)上通常采取以下幾種方法提高溶氧濃度：

2.1 攪拌 在發(fā)酵罐內(nèi)設(shè)置機(jī)械攪拌是提高溶解氧的一個(gè)有效方法[9]。其作用主要有以下幾個(gè)方面：一是將通入發(fā)酵液的空氣分散成細(xì)小的氣泡并防止小氣泡的聚集，從而增大氣液相的接觸面積；二是強(qiáng)化發(fā)酵液的湍流速度，降低氣泡周?chē)囊耗ず穸群屯牧髦械淖枇?，有利于氧的傳遞；三是減少菌體結(jié)團(tuán)，降低細(xì)胞周?chē)囊耗ぷ枇?，有利于菌體對(duì)氧的吸收。應(yīng)注意的是，攪拌速度應(yīng)適中，過(guò)于激烈的攪拌會(huì)產(chǎn)生較大的剪切力，導(dǎo)致菌種和產(chǎn)物的失活[10]。

2.2 通風(fēng) 考慮到利用率的問(wèn)題，一般發(fā)酵過(guò)程中的通氣量最少是所需量的2倍，高的可達(dá)5～10倍[5]。但通氣量過(guò)大不利于充分混合，容易導(dǎo)致泡沫的大量產(chǎn)生和發(fā)酵液的溢出，進(jìn)而增加染菌的風(fēng)險(xiǎn)。因此，不能單純地通過(guò)增大通氣量來(lái)提高溶氧濃度，工業(yè)中常采用低通氣速率的情況下增加攪拌速度來(lái)提高發(fā)酵液的溶氧水平[11]。

2.3 分段控氧 一般而言，發(fā)酵過(guò)程的前期是菌體的生長(zhǎng)，中后期則是產(chǎn)物的合成積累。因此發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中的溶氧水平不是一成不變的，其一般策略是前期大于臨界溶氧濃度，中后期滿(mǎn)足產(chǎn)物的形成。楊海軍[12]等采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究谷氨酸棒桿菌發(fā)酵生產(chǎn)色氨酸的溶氧條件，結(jié)果表明采用分段控氧模式比單純固定攪拌轉(zhuǎn)速或固定DO值控氧模式更有利于提高色氨酸的產(chǎn)量。徐慶陽(yáng)[6]等通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，L-蘇氨酸發(fā)酵過(guò)程的溶氧控制為延滯期維持20%溶氧，對(duì)數(shù)期后維持50%溶氧，進(jìn)入穩(wěn)定期提供20%溶氧即可，在該種分階段供氧模式的控制下，整個(gè)發(fā)酵過(guò)程保持了較高的細(xì)胞合成率和L-蘇氨酸產(chǎn)率，比恒定供氧表現(xiàn)出更好的發(fā)酵狀態(tài)。

3 結(jié)語(yǔ)

氨基酸發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生化反應(yīng)過(guò)程，眾多影響因素中溶氧水平是重要參數(shù)之一。在實(shí)際發(fā)酵生產(chǎn)工藝中，溶氧的控制是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，應(yīng)根據(jù)理論的分析和指導(dǎo)，從設(shè)備和操作等方面采取適當(dāng)?shù)墓┭醮胧寡醯墓?yīng)量與實(shí)際需求量相適應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氨基酸發(fā)酵的優(yōu)化，在滿(mǎn)足工藝要求的同時(shí)，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量水平，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)利潤(rùn)的最大化。

參考文獻(xiàn)

[1]胡學(xué)智.木下祝郎與味精[J].江蘇調(diào)味副食品，2011，28（3）：42.

[2]張智，滕婷婷，王淼.溶氧對(duì)發(fā)酵的影響及控制[J].科技視野，2008，21：63.

[3]張俊剛，張?zhí)m峰，吳澤華.溶氧對(duì)氨基酸發(fā)酵的影響及控制[J].科技視界，2012，35：223.

[4]陳寧.氨基酸工藝學(xué)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2007：47-59.

[5]劉曉波，李宗偉，閆世梁，等.溶氧控制對(duì)氨基酸發(fā)酵的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（19）：7977-7979.

[6]徐慶陽(yáng)，馮志彬，孫玉華，等.溶氧對(duì)L-蘇氨酸發(fā)酵的影響[J].微生物學(xué)通報(bào)，2007，34（2）：412-314.

[7]劉雅楨，張?zhí)m峰，吳澤華，等.賴(lài)氨酸發(fā)酵過(guò)程溶氧控制研究[J].技術(shù)與應(yīng)用，2012，5：21-22.

[8]王營(yíng)，董亮，張雁鈴，等.谷氨酸發(fā)酵標(biāo)準(zhǔn)溶氧水平的確定[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2005，31（9）：42-44.

[9]王霞，張世有.好氧發(fā)酵過(guò)程中影響溶解氧的因素及如何提高溶解氧的濃度[J].黑龍江醫(yī)藥，2005，18（4）：276.

[10]劉玉平，林建強(qiáng).淺談如何提高發(fā)酵生產(chǎn)的溶解氧濃度[J].醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)雜志，2005，26（2）：24.

[11]黃榮.發(fā)酵過(guò)程中溶氧的影響及調(diào)控[J].生物技術(shù)世界，2013，3：68.

[12]楊海軍，周小蘋(píng)，周文平.L-色氨酸10L罐發(fā)酵溶氧條件的研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2011，7：63. （責(zé)編：張宏民）