微生物对氧的需求常用呼吸强度和耗氧速率两种方法
微生物对氧的需求常用呼吸强度和耗氧速率两种方法
氧是构成微生物细胞本身及其代谢产物的组分之，同时还是生物能量代谢所必需的物质。好氧微生物只有在有氧时才能进行生长、繁殖等代谢活动；兼性厌氧微生物（如酵母、乳酸菌等）在有氧或无氧条件下均能生长，但代谢产物不同；而对于厌氧微生物而言，氧却是种有害物质，即使短期接触空气，也会抑制其生长，甚至致死。
微生物对氧的需求常用呼吸强度和耗氧速率两种方法来表示。呼吸强度是指单位质量干菌体在单位时间内所吸取的氧量，以q02表示。耗氧速率是指单位体积培养液在单位时间内的吸氧量，以r表示。呼吸强度与耗氧速率之间的关系如下：r=q02x（87）式中：r为菌体耗氧速率，单位为mmol-l-1-h-1；q02为菌体呼吸强度，单位为mmol-g-1h-1；x为发酵液中菌体质量浓度，单位为g-l-1，x=xo-eut（x0为初始菌体浓度）。
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，而菌体呼吸强度又受到菌龄、菌种性能、培养基及培养条件等因素的影响。培养基的成分，尤其是碳源种类，对细胞的耗氧量有很大影响，耗氧速率由大到小依次为：油脂或烃类>葡萄糖>蔗糖>乳糖。因此，在石油发酵过程中，发酵罐要有良好的供氧能力，这样才能满足微生物的耗氧要求。培养基的浓度大，细胞代谢旺盛，耗氧增加；培养基浓度小，如碳源成为限制性基质时，细胞呼吸强度下降，补充碳源后，呼吸强度又上升。
另外，培养条件如ph、温度等通过对酶活性的影响而影响菌体细胞的耗氧，而且温度还影响发酵液中的溶解氧浓度，温度升高，溶解氧浓度下降。由于各种好氧微生物所含的氧化酶体系（如过氧化氢酶、细胞色素氧化酶、多酚氧化酶等）的种类和数量不同，在不同环境条件下，各种好氧微生物的吸氧量或呼吸程度是不同的。般微生物的耗氧量为25~100mmol-l-1-h-1，但也有少数微生物很高。
同种微生物的耗氧量，随菌龄和培养条件不同而异。般幼龄菌生长旺盛，其呼吸强度大；老龄菌的呼吸强度弱。代谢类型不同，需氧量也不样。发酵过程中，若产物是通过三羧酸循环（tca）获取的，则呼吸强度大，耗氧量大，如、天冬氨酸的生产；若产物是通过糖酵解途径（emp）获取的，则呼吸强度小，耗氧量小，如苯、、的生产。
菌体生长和形成代谢产物时的耗氧量也往往不同。如发酵中，般而言，菌体生长繁殖期比生成期对溶解氧的要求低。长菌阶段要求溶解氧系数kd为4.0×10-6~5.9×10-6mol-ml-1-min-1-mpa-1；而形成阶段要求溶解氧系数kd为1.5x10-5~1.8×10-5mol-ml-1-min-1-mpa-1。在长菌阶段，若供氧过量，菌体生长受到抑制；而在发酵产酸阶段，若供氧不足，发酵产物由转为乳酸。从上可知，好氧发酵并不是溶解氧愈高愈好，溶解氧太高有时反而抑制产物的形成。
各种微生物对发酵液中溶解氧浓度有个低要求，这溶解氧浓度叫做临界氧浓度，以c浓度表示。对产物而言，就是不影响产物合成所允许的低溶解氧浓度。好氧微生物的临界氧浓度般为0.003~0.05mol-l-1。般情况下，抗生素发酵的临界氧浓度要求较高，如发酵的临界氧浓度为5~10mo-l-1，低于此值就会给合成带来不可逆的损失。而初代谢的氨基酸发酵，其需氧量大小与氨基酸的合成途径密切相关。
第类：在供氧充足条件下，产量大；若供氧不足，合成受强烈抑制。例如，、、等的发酵属于此类型。
第二类：在供氧充足条件下，可得高产量；若供氧受限，产量受影响不明显。例如，异、赖氨酸、等的发酵属于此类型。
第三类：若供氧受限，细胞呼吸受抑制时，才获得大量产物；若供氧充足，产物生成反而受抑制。例如，、、苯等的发酵属于此类型。
临界氧浓度值可由尾气中氧气含量和通气量共同来测定，也可用响应时间很快的溶解氧电来测定。其要点是在发酵过程中先加强通气搅拌，使do尽可能上升到实验大值，然后终止通气，继续搅拌，并在罐顶部空间充氮，这时因为菌体呼吸，do迅速下降，直到其直线斜率开始减小，这时的溶解氧值便是其呼吸临界氧浓度。在分批发酵中通过维持do在某浓度范围，考察不同浓度对生产的影响，便可求得产物合成的临界氧浓度值。
般情况下，发酵行业用空气饱和度（%）来表示do含量的单位。各种微生物的临界氧浓度以空气氧饱和度表示，如细菌和酵母为3%~10%；放线菌为5%~30%；霉菌为10%~15%，发酵的临界氧浓度为5%~10%空气饱和度。
实际上，呼吸临界氧浓度不定与产物合成临界氧浓度相同。如卷须霉素和的呼吸临界氧浓度分别为13%~23%和5%~7%；而其抗生素合成的临界氧浓度分别是8%和10%~20%。值得注意的是，生物合成临界氧浓度并不等于其适溶解氧浓度。前者是指do值不能低于其临界氧浓度；后者是指生物合成有适溶解氧浓度范围。
适溶解氧浓度的大小也与菌体和产物合成代谢的特性有关。
在适溶解氧浓度范围内发酵有利于菌体生长和产物合成。显然，溶解氧浓度并非越高越好，即溶解氧浓度除了有个低限外，还有个高限。如卷须霉素发酵，40~140h维持do值在10%显然比在0或45%的产量要高。因此，为了正确控制溶解氧浓度，需要考查每种发酵产物的临界氧浓度和适溶解氧浓度，并使发酵过程保持在适溶解氧浓度。
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氧是构成微生物细胞本身及其代谢产物的组分之，同时还是生物能量代谢所必需的物质。好氧微生物只有在有氧时才能进行生长、繁殖等代谢活动；兼性厌氧微生物（如酵母、乳酸菌等）在有氧或无氧条件下均能生长，但代谢产物不同；而对于厌氧微生物而言，氧却是种有害物质，即使短期接触空气，也会抑制其生长，甚至致死。
微生物对氧的需求常用呼吸强度和耗氧速率两种方法来表示。呼吸强度是指单位质量干菌体在单位时间内所吸取的氧量，以q02表示。耗氧速率是指单位体积培养液在单位时间内的吸氧量，以r表示。呼吸强度与耗氧速率之间的关系如下：r=q02x（87）式中：r为菌体耗氧速率，单位为mmol-l-1-h-1；q02为菌体呼吸强度，单位为mmol-g-1h-1；x为发酵液中菌体质量浓度，单位为g-l-1，x=xo-eut（x0为初始菌体浓度）。
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，而菌体呼吸强度又受到菌龄、菌种性能、培养基及培养条件等因素的影响。培养基的成分，尤其是碳源种类，对细胞的耗氧量有很大影响，耗氧速率由大到小依次为：油脂或烃类>葡萄糖>蔗糖>乳糖。因此，在石油发酵过程中，发酵罐要有良好的供氧能力，这样才能满足微生物的耗氧要求。培养基的浓度大，细胞代谢旺盛，耗氧增加；培养基浓度小，如碳源成为限制性基质时，细胞呼吸强度下降，补充碳源后，呼吸强度又上升。
另外，培养条件如ph、温度等通过对酶活性的影响而影响菌体细胞的耗氧，而且温度还影响发酵液中的溶解氧浓度，温度升高，溶解氧浓度下降。由于各种好氧微生物所含的氧化酶体系（如过氧化氢酶、细胞色素氧化酶、多酚氧化酶等）的种类和数量不同，在不同环境条件下，各种好氧微生物的吸氧量或呼吸程度是不同的。般微生物的耗氧量为25~100mmol-l-1-h-1，但也有少数微生物很高。
同种微生物的耗氧量，随菌龄和培养条件不同而异。般幼龄菌生长旺盛，其呼吸强度大；老龄菌的呼吸强度弱。代谢类型不同，需氧量也不样。发酵过程中，若产物是通过三羧酸循环（tca）获取的，则呼吸强度大，耗氧量大，如、天冬氨酸的生产；若产物是通过糖酵解途径（emp）获取的，则呼吸强度小，耗氧量小，如苯、、的生产。
菌体生长和形成代谢产物时的耗氧量也往往不同。如发酵中，般而言，菌体生长繁殖期比生成期对溶解氧的要求低。长菌阶段要求溶解氧系数kd为4.0×10-6~5.9×10-6mol-ml-1-min-1-mpa-1；而形成阶段要求溶解氧系数kd为1.5x10-5~1.8×10-5mol-ml-1-min-1-mpa-1。在长菌阶段，若供氧过量，菌体生长受到抑制；而在发酵产酸阶段，若供氧不足，发酵产物由转为乳酸。从上可知，好氧发酵并不是溶解氧愈高愈好，溶解氧太高有时反而抑制产物的形成。
各种微生物对发酵液中溶解氧浓度有个低要求，这溶解氧浓度叫做临界氧浓度，以c浓度表示。对产物而言，就是不影响产物合成所允许的低溶解氧浓度。好氧微生物的临界氧浓度般为0.003~0.05mol-l-1。般情况下，抗生素发酵的临界氧浓度要求较高，如发酵的临界氧浓度为5~10mo-l-1，低于此值就会给合成带来不可逆的损失。而初代谢的氨基酸发酵，其需氧量大小与氨基酸的合成途径密切相关。
第类：在供氧充足条件下，产量大；若供氧不足，合成受强烈抑制。例如，、、等的发酵属于此类型。
第二类：在供氧充足条件下，可得高产量；若供氧受限，产量受影响不明显。例如，异、赖氨酸、等的发酵属于此类型。
第三类：若供氧受限，细胞呼吸受抑制时，才获得大量产物；若供氧充足，产物生成反而受抑制。例如，、、苯等的发酵属于此类型。
临界氧浓度值可由尾气中氧气含量和通气量共同来测定，也可用响应时间很快的溶解氧电来测定。其要点是在发酵过程中先加强通气搅拌，使do尽可能上升到实验大值，然后终止通气，继续搅拌，并在罐顶部空间充氮，这时因为菌体呼吸，do迅速下降，直到其直线斜率开始减小，这时的溶解氧值便是其呼吸临界氧浓度。在分批发酵中通过维持do在某浓度范围，考察不同浓度对生产的影响，便可求得产物合成的临界氧浓度值。
般情况下，发酵行业用空气饱和度（%）来表示do含量的单位。各种微生物的临界氧浓度以空气氧饱和度表示，如细菌和酵母为3%~10%；放线菌为5%~30%；霉菌为10%~15%，发酵的临界氧浓度为5%~10%空气饱和度。
实际上，呼吸临界氧浓度不定与产物合成临界氧浓度相同。如卷须霉素和的呼吸临界氧浓度分别为13%~23%和5%~7%；而其抗生素合成的临界氧浓度分别是8%和10%~20%。值得注意的是，生物合成临界氧浓度并不等于其适溶解氧浓度。前者是指do值不能低于其临界氧浓度；后者是指生物合成有适溶解氧浓度范围。
适溶解氧浓度的大小也与菌体和产物合成代谢的特性有关。
在适溶解氧浓度范围内发酵有利于菌体生长和产物合成。显然，溶解氧浓度并非越高越好，即溶解氧浓度除了有个低限外，还有个高限。如卷须霉素发酵，40~140h维持do值在10%显然比在0或45%的产量要高。因此，为了正确控制溶解氧浓度，需要考查每种发酵产物的临界氧浓度和适溶解氧浓度，并使发酵过程保持在适溶解氧浓度。
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