微生物的临界氧浓度

好氧微生物的氧化酶系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氧。发酵液中溶解氧的多少,一般以溶解氧系数Kd值表示。由于各种好养微生物所含的氧化酶体系(如过氧化氢酶、细胞色素氧化酶、黄素脱氢酶等)的种类和数量不同,在不同环境条件下,各种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强度和耗氧速率来表示。呼吸强度是指单位体积培养液在单位时间内的吸氧量。呼吸强度可以表示微生物的相对需氧量,但是当培养液中有固体成分存在,对测定有困难,这时可用耗氧速率来表示。微生物在发酵过程中的耗氧速率取决于微生物的呼吸强度和单位体积液体的菌体浓度。 微生物的耗氧速率受发酵液中氧浓度的影响,各种微生物对发酵液中溶解氧浓度有一个最低要求,这一溶解氧浓度叫做“临界氧浓度”表示。在临界氧浓度以下微生物的临界氧浓度一般为0.003-0.05(mmol/L)。 不同种类的微生物需氧量不同,一般为25-100mmolO2/(L •h),但也有个别菌很高。同一种微生物的需氧量,随菌龄和培养条件不同而异。菌体生长和形成代谢产物时的耗氧量也不同。一般幼龄菌生长旺盛,其呼吸强度大,但是种子培养阶段由于菌体浓度低,总的耗氧量也较低,晚龄菌的呼吸强度弱,但是,在发酵阶段,耗氧量大。培养基丰富的耗氧量也大。 氧是一种难溶气体,在25℃、1.01×105Pa下,氧在纯水中的溶解度为1.26 mmol/L。氧在水、盐或酸溶液中的溶解度。空气中的氧在水中的溶解度为0.25 mmol/L左右。在相同条件下,培养基中含有大量的有机物和无机盐,由于盐析等作用造成氧在培养基中的溶解度更低,约为0. 21 mmol/L。 在好氧深层培养中,氧气的供应往往是发酵过程能否成功的重要限制因素之一。如果外界不能及时地供给氧,这些溶解氧只能维持微生物菌体15-20 s的正常呼吸,随之就会被耗尽,微生物的呼吸就会受到抑制。 在发酵过程中,微生物只能利用溶解状态下的氧。因此,就必须采取强化供氧。在实验室和小规模发酵培养过程中,氧供给可以通过摇瓶机的往复运动或偏心旋转运动对摇瓶中的微生物供氧。 对大规模生产的深层发酵罐供氧采用通风方式通入无菌空气,为了提高供氧效率,还必须控制搅拌速率。通风和搅拌的目的就是提供微生物生长和代谢所需要的氧,并使微生物在培养液中处于悬浮状态以及提高代谢产物的传递速度。 本文参考《发酵工程原理与技术》一书。
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