發酵液中的溶氧濃度（Dissolved Oxygen ，簡稱DO）對微生物的生長和產物形成有著重要的影響。在發酵過程中，必須供給適量的無菌空（kōng）氣，菌（jun1）體（tǐ）才能繁（fán）殖和積累所需代謝產物。不同菌種及不同發酵階段 的菌體的需氧（yǎng）量是（shì）不同的，發酵液的DO值直接影響微生物的酶的（de）活性、代謝途徑及產物產量。發酵過程中，氧的（de）傳質速率主要受發酵液中溶解氧的濃度和傳（chuán）遞阻力 影響。研究溶氧（yǎng）對發酵的影響及控製對（duì）提高生產效（xiào）率，改善產品質（zhì）量等都有重要（yào）意義。

一、溶氧對發（fā）酵影響（xiǎng）
溶解氧對發酵的影響分為兩方（fāng）麵：一是溶氧濃度影響與呼吸鏈（liàn）有關的能量代謝，從而（ér）影響微生物（wù）生長；另一是氧直接參與產（chǎn）物合成。
（一）溶氧對微生物自身生長的影響
根 據對氧（yǎng）的需求，微生物可分為（wéi）專性好氧微（wēi）生（shēng）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（zǐ）受體，通過有氧呼吸獲取能量，如黴菌；進行 此類微生物發酵（jiào）時（shí）一般應盡（jìn）可能的提高溶解氧(DO)，以促（cù）進微生物生（shēng）長，增大菌（jun1）體量（liàng）。兼性（xìng）好氧微生物的生長不一定（dìng）需要（yào）氧，但如果在培養中供給氧，則菌體生（shēng） 長更好，如酵母菌；典型如乙醇發酵（jiào），對溶DO的控製分兩個階段，初始提（tí）供高DO值進行菌（jun1）體擴大培養，後期嚴格控製DO進行厭氧發酵。厭氧（yǎng）和微好氧微生物能 耐受壞境中的氧，但它們的生長並不需要氧（yǎng），這些微生物在發酵生產中應用較少。而對於專性（xìng）厭氧微生物（wù），氧則可對（duì）其顯示毒（dú）性（xìng），如（rú）產甲烷杆菌，此時能否限製DO 在一個較低值往往成為發（fā）酵成敗的關鍵。
溶（róng）解氧對微生（shēng）物（wù）自身生長（zhǎng）的影響體（tǐ）現在多個方麵，其中對微生物酶的影響是不可忽略的重要因素。研究了不同溶（róng） 氧（yǎng）對穀氨酸發酵中兩（liǎng）個關鍵酶（méi）(穀氨（ān）酸脫氫酶GDH和乳酸脫氫（qīng）酶（méi）LDH)和代謝流的影響（xiǎng）,研究表明,在過（guò）低溶氧條件下,TCA循環代謝流量減小,不足以平衡 葡萄糖酵解速率,從而刺激了LDH的酶（méi）活,使代謝流轉向乳酸生成,造成乳酸積累;而過高溶氧，GDH酶活明顯降低,且TCA循環流量（liàng）加大,生成大量 CO2,造成碳源損失（shī）,兩（liǎng）種情況均不利於穀氨（ān）酸生成。
啤酒工業中，在啤酒的發酵階段（duàn），酵母的繁殖需要有足（zú）夠的氧氣，在除此之外的任何（hé）階段都應極 力避免氧的參與。啤酒（jiǔ）發酵液總含氧量由酒體溶解氧和瓶頸（jǐng）空氣（qì）兩部分組成，一般情況下，啤酒中的含氧（yǎng）量超過2PPM時對生產就有明顯的危害。[3]因為氧氣 的存在會（huì）促使酵母采取有氧呼吸的代謝途徑,從而破壞乙（yǐ）醇發酵的厭氧（yǎng）代謝過程。但是,研究表明無氧條件下發酵生成（chéng）的乙（yǐ）醇低於溶氧控製在1%-4%條件下生成 的乙醇。這主要是由於（yú）無氧條件下的（de）菌體量遠遠低於有（yǒu）氧條件下菌體量,而乙醇（chún）的生成與菌（jun1）體量有很大的聯係。
類似微生物發酵（jiào）的（de）活性汙泥法處理（lǐ）汙水的過 程中，DO的影響及（jí）控製也十分重要。曝氣池中（zhōng）氧氣不足和過（guò）量都會對微生（shēng）物生存環境帶來不利影響.當氧氣不足時,一方麵由於（yú）曝氣池（chí）中絲狀菌會大量繁殖,最終 產生汙泥膨脹;另一方麵會降低細菌分解的效（xiào）果,延長（zhǎng）處理時間,甚至導致生物處理（lǐ）失效.而氧氣過量(即過量曝氣)則（zé）會（huì）由於絮凝劑遭到破壞而導（dǎo）致懸浮固體沉降（jiàng） 性變差,同時使能（néng）耗過高（gāo）。
（二）溶氧對發酵產物的影響
對於好氧發酵來說，溶解氧通常既（jì）是營養因素，又是環境因（yīn）素。特別是對於具有一定氧化（huà）還原（yuán）性質的代謝產物的生產來說，DO的改變勢必會影響到菌株培養（yǎng）體係（xì）的氧（yǎng）化（huà）還原電位，同時也會對細胞生長和產物的形成產生影響。
在黃原（yuán）膠發酵中，雖然發酵液中的溶氧濃度對菌體生長速率影響不大,但是對菌體濃（nóng）度達（dá）到最大之後的（de）菌體的穩定期（qī）的長（zhǎng）短及產品質量卻有著（zhe）明顯的影響。
需氧微生物酶的活性對氧有著很強的（de）依賴性。穀氨酸發酵中，高（gāo）溶氧條件下乳酸脫氫酶(LDH)活性明顯比低溶氧條（tiáo）件（jiàn）下的LDH酶活（huó）要低，產酸中後（hòu）期穀氨酸脫氫（qīng）酶(GDH)的酶活下降很快,這可能是由於在高（gāo）溶氧條件下,劇烈的通氣和攪（jiǎo）拌（bàn）加劇了菌體的死亡速度和發酵活性的（de）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（huán）境甚至使目標產物發生偏離。研究表（biǎo）明，L-異（yì）亮氨酸的（de）代謝流量與溶（róng）氧濃度有密切關係，可以通過控製不同時期的溶氧來改變發酵過（guò）程中的代謝流分布,從而改（gǎi）變Ile等氨基酸合成的代謝流（liú）量。
二、溶氧量的控製
對 溶（róng）解氧進行控製的目的是把溶解氧濃度值穩定控製在一定（dìng）的期望（wàng）值或範圍（wéi）內。在微生物（wù）發酵過程中,溶（róng）解氧（yǎng）濃度與其它（tā）過（guò）程參數的關係（xì）極為複雜,受到生物反應器中 多種（zhǒng）物理、化學和微生（shēng）物因素的影響和製約。從氧的傳遞速率（lǜ）方程也可看出，對DO值的控製主要集中在氧的溶解和傳遞兩個方麵。
（一）控製溶氧量。 (C*-CL)是氧溶解的推動力，控製溶氧量首要（yào）因（yīn）素是控製氧（yǎng）分壓（C*）。高密度培養往往采用（yòng）通入純氧的方式提高氧分壓，而厭氧發酵則采用各（gè）種（zhǒng）方式將氧 分壓控製在較低水平。如（rú）啤酒發酵，麥汁充氧和酵母接種階段，一般（bān）要求氧含量達到8～10PPM；而啤酒發酵階（jiē）段，一般啤酒中的含氧量不得超過2PPM。
此（cǐ） 外，由於氧是難（nán）溶氣（qì）體（tǐ），一定溫度和壓力下，DO值有一上限（xiàn）。為此，向發酵液中加入氧載體（tǐ）是提（tí）高DO值的一個行之有效的方（fāng）法。實驗表明，在發酵基質中添（tiān）加 5%正十二烷，可明顯地提高發酵介質中的溶氧水平，改善供氧條（tiáo）件（jiàn），維（wéi）持溶氧的（de）相對穩定，增加菌體濃度（dù），提高L-天冬酞胺酶發酵水（shuǐ）平(21%左右)。
（二）控製氧傳遞速率。氧傳遞速（sù）率主要考慮（lǜ）KLa的影響（xiǎng）因素。從一定意義上講，KLa愈大，好氧生物反應（yīng）器的傳質性能愈好。
控（kòng） 製KLa的途徑可分為操作變量（liàng）、反應液的理化性質和反（fǎn）應器的結構3個部（bù）分。操作變量包括溫度、壓力、通風量和轉（zhuǎn）速(攪拌功率)等；發酵液的理化性質包括發 酵液的黏度、表麵張（zhāng）力、氧的（de）溶解度、發酵液的組成成分、發（fā）酵液的流動狀態、發酵類型等；反應器的結構指反應器的類型、反（fǎn）應器各部分尺寸的比例、空（kōng）氣分布器 的形式等。當然有些因（yīn）素（sù）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（yuè）高越好。即使是專性好氣菌，過高的DO對生長可能不利。過量的氧形成（chéng）新生O，超氧化物O2-和過氧化（huà）物基O22-，破壞（huài）許多細胞組分，進而破壞微生物生長。
三、結束語
發 酵液（yè）中的氧含（hán）量對菌體生（shēng）長和產物形成都有著重要的影響，溶氧量（liàng）的控製主要從氧的溶解（jiě）和傳（chuán）遞兩個方（fāng）麵（miàn）考慮（lǜ）。隨著計（jì）算機和自動化技術的發展，發酵工業中從DO 的測（cè）量到分析控製都正逐步走向自動及控製一體化（huà）模式，研究利用DO作為補料的在（zài）線控製信號[9]將大大提高了發酵調控的準確性和（hé）自動化性能。
然（rán）而，在DO測量方麵目前使用較多的三種方法導管法，質譜電極法及電化學檢測法因均使用膜，在檢測精度和作為調控信號響應時間方麵還有待進一步（bù）提高。