發酵液中的溶氧濃度（Dissolved Oxygen ，簡（jiǎn）稱DO）對微（wēi）生（shēng）物（wù）的生長和產物形成有著（zhe）重要的影響。在發酵過程中，必須供（gòng）給適量的無菌空氣，菌體才能繁殖和積累所（suǒ）需代謝產物。不同菌種及不同發酵階段 的菌體（tǐ）的需（xū）氧量是不同的（de），發酵液的DO值直接影響微生物的酶（méi）的活性、代謝途徑及產物產量。發酵過程中（zhōng），氧的傳質速率主要受發酵（jiào）液中溶（róng）解氧的濃度和傳遞阻力 影（yǐng）響。研究溶氧對發酵的影響及控製對提高生產效率，改善產品質量等都有重要意義。

一、溶氧（yǎng）對發酵影響（xiǎng）
溶解氧對發酵的影響分為兩方麵：一是溶氧濃度影（yǐng）響與呼吸鏈有（yǒu）關的能量代謝，從而影響微生物生長；另一是氧直接參與產物合成。
（一）溶氧對微生物自身（shēn）生長的影響
根 據對氧的需求，微生物可分為專性（xìng）好（hǎo）氧微生物、兼性好氧微生物和專性厭氧微生物。專性好氧微生物把氧作為最終電子受體（tǐ），通過有氧呼吸獲取能量，如黴菌；進行 此類微生物發酵時一般應盡可能的提高溶（róng）解氧(DO)，以（yǐ）促進微生物生長，增大菌（jun1）體量。兼性好氧微生物的生長不（bú）一定需要氧，但（dàn）如果在培養中供給氧（yǎng），則菌體生 長更好，如酵母菌；典型如乙醇發酵，對溶DO的控製分兩個階段，初始提供高DO值進行（háng）菌體擴大培養，後期嚴格控（kòng）製DO進行厭氧發酵。厭氧和微好氧微生物能 耐受壞境（jìng）中的氧（yǎng），但（dàn）它們的生（shēng）長（zhǎng）並不需要氧，這些微生物在發酵（jiào）生產中應用較少。而對於專性厭氧微（wēi）生物，氧則可對其顯示毒性，如（rú）產甲烷杆菌，此時能否限製DO 在一個較低值（zhí）往往成為發酵成敗的關鍵（jiàn）。
溶解氧對微生物自身生長的影（yǐng）響體現在多（duō）個方麵，其中對微生（shēng）物酶的影響是不可忽略的重要因（yīn）素。研究了不（bú）同（tóng）溶 氧對穀氨酸（suān）發酵中（zhōng）兩個關鍵（jiàn）酶(穀氨酸（suān）脫氫酶GDH和乳酸脫氫酶LDH)和代謝流的（de）影（yǐng）響,研究表明,在過低（dī）溶氧條件下,TCA循（xún）環代謝流量減小,不足以平衡（héng） 葡萄糖酵（jiào）解速率,從而刺激了LDH的酶活,使代謝流轉向（xiàng）乳酸生成,造成乳酸積累;而過（guò）高溶氧，GDH酶活明顯降低,且TCA循環流量加大（dà）,生成大量 CO2,造成碳源（yuán）損失,兩種情（qíng）況均不利於穀氨酸生成。
啤酒工業（yè）中，在啤酒的發酵階段，酵母的繁（fán）殖需要有足（zú）夠的氧氣，在除此之外的任何階段都應極 力避免氧的參與。啤酒發酵液總含氧量由酒體溶解氧和瓶頸空（kōng）氣兩部分組成，一般情況下，啤酒中的（de）含氧量超過2PPM時對生產就有明顯的危害（hài）。[3]因為氧氣 的存在會促使（shǐ）酵母采取有氧呼吸（xī）的代謝途徑,從而破壞乙醇發酵的厭氧代謝過程。但是,研究表明無氧條件下發（fā）酵生成的乙醇低於溶氧控製在1%-4%條件下生成 的乙醇。這主要是由於無氧（yǎng）條件下（xià）的菌體（tǐ）量遠遠低於有氧條件下菌體量,而乙醇的生成與（yǔ）菌體量有很大的（de）聯係。
類似微生物發酵（jiào）的活性汙泥法（fǎ）處理汙水的過 程中，DO的影響（xiǎng）及控製也十分（fèn）重（chóng）要。曝氣池中氧氣不足和過量都會對微生物生存環境帶來不利影響.當氧氣不足時,一方麵由（yóu）於曝氣池中絲狀（zhuàng）菌會大量繁殖,最終 產生汙泥膨脹;另一方麵會降低細菌分解的效果,延（yán）長處（chù）理（lǐ）時間,甚（shèn）至（zhì）導致生物處理失效.而氧氣過量（liàng）(即（jí）過量曝氣)則會（huì）由於絮（xù）凝劑遭（zāo）到破壞而導致懸浮固體沉（chén）降（jiàng） 性變差,同時使能耗過高。
（二）溶氧對發酵產物的影響（xiǎng）
對於好（hǎo）氧發酵來說，溶解氧通常既是營養因素，又是環境（jìng）因素。特別是對於具有一定氧化還原性質的代謝產物的生產來說，DO的改變（biàn）勢（shì）必會（huì）影響到菌株培養體係的氧化還原電位，同時也會對細（xì）胞生長和（hé）產物的形（xíng）成產生影響（xiǎng）。
在黃原膠發酵中，雖然發酵液中的溶氧濃度對菌體生長（zhǎng）速率影響不大,但是對菌體濃度達到最大之後的菌體的穩定期的長短及產品質量卻有著明顯的影響。
需（xū）氧微生物酶的活性對氧有著很強（qiáng）的依賴性。穀氨酸發酵中，高溶氧條件下乳酸脫氫（qīng）酶(LDH)活性明（míng）顯比低溶氧條件下的LDH酶活要低，產酸中後期穀氨酸（suān）脫氫酶(GDH)的酶活下降很快,這可能是由於在高溶氧條件下（xià）,劇烈的通氣和攪拌加劇了菌體的死亡速度和發酵活性的衰減。
DO值的高低還會改變微生物代謝途徑，以致改變發酵環境（jìng）甚至使目標產物發生偏離。研究表明，L-異亮氨酸的代謝流量與（yǔ）溶氧濃（nóng）度有密切關係，可以通過（guò）控製不同時期的溶氧來改變發酵（jiào）過程中（zhōng）的代謝流分布,從而改變Ile等氨基酸（suān）合成的（de）代謝流量。
二、溶氧量的控製
對 溶解氧進行控製的（de）目的是把（bǎ）溶（róng）解氧濃度值穩定控製在（zài）一定的期望值或範圍內。在微生物發酵過程中,溶（róng）解氧濃度與其它過（guò）程參數的關係極為（wéi）複雜,受到生物反應器中 多種物理、化學（xué）和微生物（wù）因素的影響和製約。從氧的傳遞速率方程也（yě）可看出，對（duì）DO值（zhí）的控製主要集中（zhōng）在氧的溶解和傳遞（dì）兩個方麵。
（一）控製溶氧量。 (C*-CL)是氧溶解的推動力，控製溶氧量首要因素是控製氧分（fèn）壓（C*）。高密度培養往往采用通入（rù）純氧的方式（shì）提高（gāo）氧分壓，而厭氧發酵則采用各種方式將氧 分壓控製在較低水平。如啤酒發酵，麥（mài）汁（zhī）充氧和酵母接種階段，一般要求氧含量達到（dào）8～10PPM；而啤酒發酵階段，一般啤酒中的含氧（yǎng）量不得超過2PPM。
此 外，由於氧是難溶氣體，一定（dìng）溫度和壓力下，DO值有一上限。為此，向（xiàng）發酵（jiào）液中（zhōng）加（jiā）入氧載體是提高DO值的一個行之有效的方法。實驗表明，在發酵基質中添（tiān）加 5%正十二烷，可明顯地（dì）提高發酵介質中的溶氧（yǎng）水平，改善供氧條件，維持溶氧的相對（duì）穩定，增加菌體濃（nóng）度，提（tí）高L-天冬酞（tài）胺酶發酵水平(21%左右)。
（二）控製氧傳遞速率。氧傳遞速率主要考（kǎo）慮（lǜ）KLa的影響因素（sù）。從一定意義上講（jiǎng），KLa愈大，好氧生物反應器的傳質性能愈好（hǎo）。
控 製KLa的途徑（jìng）可分為操作變量、反（fǎn）應液的理（lǐ）化性質和反應器的結構3個部分。操作（zuò）變量包（bāo）括溫度、壓力（lì）、通風量和轉速(攪拌功率)等；發酵液的（de）理化（huà）性質包（bāo）括發 酵液的黏度、表麵（miàn）張（zhāng）力、氧的溶解（jiě）度、發酵液的組成（chéng）成（chéng）分、發酵液的流動狀（zhuàng）態、發酵類型等（děng）；反應器的結構指（zhǐ）反應器的類型、反應器各部分尺寸的比（bǐ）例、空氣分布器 的形式等。當然有些因素是相互關聯的。
值得注意的是，在培養過程中並不是維持DO越高越好。即（jí）使是（shì）專性好氣菌，過高的DO對生長可能（néng）不利。過量的氧形（xíng）成新生O，超氧化物O2-和過氧化物（wù）基O22-，破壞許多（duō）細（xì）胞組分，進而（ér）破壞微生（shēng）物生長。
三（sān）、結束語
發 酵液中的氧含量（liàng）對菌（jun1）體生長和產物形成都有著重要的影響，溶氧量的控製主要從氧的溶解和傳遞兩個方麵考（kǎo）慮。隨著計算機和自動化技術的發展，發（fā）酵工業中從DO 的測量到分析控製都正逐步走向自（zì）動及控製一體化模式，研究利用DO作為補（bǔ）料（liào）的（de）在線控製（zhì）信號[9]將大（dà）大提高（gāo）了（le）發酵調控的準確性和自動（dòng）化性能。
然而，在DO測量方麵目前使用較多的三（sān）種方法導管法，質譜電極法及電化學檢測法因均（jun1）使用膜，在檢測精度和作為調控信號響應時（shí）間方麵還有待進一步提高。