發酵液中的溶氧濃度（Dissolved Oxygen ，簡稱DO）對微生物（wù）的生長和產物形成有（yǒu）著重要的影響。在發酵過（guò）程中，必須（xū）供給適量的無菌空氣，菌體才能繁殖（zhí）和積累（lèi）所需代謝產物。不同菌種及不同發酵階段 的菌體的需氧量是不同的，發酵液的DO值直接影響微生物的酶的活性、代（dài）謝途徑及產物產（chǎn）量。發酵過程中，氧的傳（chuán）質速率主要受發（fā）酵液中溶解氧（yǎng）的濃（nóng）度和傳遞阻力 影響。研究溶氧對發（fā）酵（jiào）的影響及控製對提（tí）高生產效率，改善產品質量等都有重要意義。

一、溶（róng）氧（yǎng）對發酵影響
溶（róng）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（liàn）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（hé）成。
（一（yī））溶氧對微生物自身生長的影響
根 據對氧的需求，微生物可分為專性好氧微生物、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，通過有氧呼吸獲取能量，如（rú）黴菌；進行 此類微生物發（fā）酵時一般應盡可能的提高溶解（jiě）氧(DO)，以促進微生物生長，增（zēng）大菌體量。兼性好氧微生物的生長不（bú）一定需要氧，但如果在培養中供給氧，則菌體生 長更好，如酵母（mǔ）菌；典型如乙醇發酵，對溶DO的控製分兩個階段，初（chū）始提供（gòng）高DO值進行菌體擴大培養，後期嚴（yán）格控製DO進行厭氧發酵。厭氧和微好（hǎo）氧微（wēi）生（shēng）物能 耐受壞境中的氧，但它們的生長並（bìng）不需要（yào）氧，這些微生物在發（fā）酵生產中應（yīng）用較（jiào）少。而對於專性厭（yàn）氧微生物，氧則可對其（qí）顯（xiǎn）示毒性，如產甲（jiǎ）烷（wán）杆菌，此時能否限製DO 在一個較低值往（wǎng）往成為（wéi）發酵成敗的關鍵。
溶解氧對微生物自身生長的影響體現在多個方麵，其中對（duì）微生物酶的影（yǐng）響是不可忽略的重要因（yīn）素。研究了不同溶 氧（yǎng）對穀氨酸發酵中兩個關鍵酶(穀氨酸脫氫酶GDH和乳酸脫氫酶LDH)和代謝（xiè）流的影響,研究表明,在過低溶（róng）氧條件下,TCA循環代謝流量減小,不足以平（píng）衡 葡萄糖酵解速率,從（cóng）而刺激了（le）LDH的酶活（huó）,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循環流量加大,生成大量 CO2,造成（chéng）碳源損（sǔn）失,兩種情況均不利於穀氨酸生成。
啤酒工業中，在啤酒的發酵階段，酵母的繁殖需（xū）要有足夠的氧氣，在除此（cǐ）之外的任（rèn）何階段都應極 力避免氧的參與（yǔ）。啤酒發（fā）酵液總含氧（yǎng）量由酒體溶解氧和瓶頸空氣兩部分組成（chéng），一般情況下，啤酒中的含氧量超過2PPM時對生產就有明顯的危害（hài）。[3]因為氧氣 的存（cún）在會促使酵母采取有氧呼吸的代謝途徑,從而破壞（huài）乙醇發酵的厭氧（yǎng）代（dài）謝過（guò）程。但是,研究表明無氧條件下發酵生成（chéng）的乙醇低於溶氧控（kòng）製在1%-4%條件（jiàn）下生成 的乙醇。這主要是由於無氧條件下的菌（jun1）體量（liàng）遠遠低（dī）於有氧條件下菌體量,而乙醇的生成與菌體量有很大的聯係。
類似微生物發酵的活性汙泥法處理汙水的過 程中，DO的影響及控製也十分重要。曝氣池中氧氣不足（zú）和過量都會對微生物生（shēng）存（cún）環境帶來不利影響.當氧（yǎng）氣不（bú）足時,一方（fāng）麵由（yóu）於曝氣池中（zhōng）絲狀菌會大量繁殖,最終 產生汙泥（ní）膨脹;另一方麵會降低細菌分解的效果,延長處理時間,甚至導致生物處理失效.而氧氣（qì）過量(即過量曝氣（qì）)則會由於絮凝劑遭到破壞而導致懸浮固體（tǐ）沉降 性變差,同時使能耗過高。
（二）溶氧對發酵產物的影響
對於好氧發（fā）酵來說，溶解氧通常既是營養因素，又（yòu）是環境因（yīn）素。特別是對於具有一定氧化還原性質的代謝產物（wù）的生產來說，DO的改變（biàn）勢必會影響到菌株培養體係的氧化還原電位，同時也會對細胞生長（zhǎng）和產物的形成產生影響。
在黃原（yuán）膠（jiāo）發酵中，雖然發酵液中的溶氧濃度對菌體生長速（sù）率影響不大,但是對菌體濃（nóng）度達到（dào）最大之後的（de）菌（jun1）體的穩定期的長短及產品質量卻有著明顯的影響。
需氧（yǎng）微生物酶的活性對氧有著很（hěn）強的依賴性。穀（gǔ）氨（ān）酸發酵中，高溶氧條件下乳酸脫氫酶(LDH)活性明（míng）顯比低溶氧條件下的LDH酶（méi）活要低，產酸中後期（qī）穀氨酸（suān）脫（tuō）氫酶(GDH)的酶活下降（jiàng）很快（kuài）,這可能是由於在高溶氧條件（jiàn）下,劇（jù）烈的通氣和攪拌加劇了菌體（tǐ）的死亡速度和發酵活性的衰減。
DO值的高低還會（huì）改（gǎi）變微生物代謝途徑，以致改變發酵環境甚至使目標產物發生（shēng）偏（piān）離（lí）。研究（jiū）表明，L-異亮氨酸（suān）的代謝流量與溶氧濃度有密切關係，可以通過控製（zhì）不同（tóng）時期的溶氧來改變發酵過程中的代謝流分布（bù）,從而改（gǎi）變Ile等氨基酸合成（chéng）的代謝流量。
二、溶氧量的控製（zhì）
對 溶（róng）解（jiě）氧進行控（kòng）製的目的是把溶解氧濃度值穩定控（kòng）製在一定的期望值或範（fàn）圍內。在微生（shēng）物發酵過程中,溶解氧濃度與（yǔ）其它過程參數的關係極為複雜,受到生物反應器中 多種物理、化學和微生物因素的影響和製約。從（cóng）氧的傳遞速率方程也可看出，對DO值的控製主要集中在（zài）氧（yǎng）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（shǒu）要（yào）因素是控製氧分（fèn）壓（C*）。高密度培養往往采用通入純氧的方式提高氧分壓，而厭氧發酵則采用各種方式將氧 分壓控製在（zài）較低水（shuǐ）平。如啤酒發酵，麥汁（zhī）充氧（yǎng）和酵母接種階段，一般要求（qiú）氧（yǎng）含量達到8～10PPM；而啤（pí）酒發酵階段，一般啤（pí）酒中的含氧量不得超過2PPM。
此 外，由於氧是難溶（róng）氣體，一定溫度和壓力下，DO值（zhí）有一上限。為此，向發酵液中加入（rù）氧載體是提高DO值（zhí）的一個行之有效的方法。實驗表明，在發酵基質（zhì）中添加 5%正十二烷，可明顯地（dì）提高發酵介質中的溶氧水平，改善供（gòng）氧條件（jiàn），維持（chí）溶氧的相對穩定（dìng），增加（jiā）菌（jun1）體濃度，提高L-天冬（dōng）酞胺酶發酵水平(21%左右)。
（二）控製氧傳遞速率。氧傳遞速率（lǜ）主要考慮KLa的影響因素。從一定意義上講，KLa愈大，好氧生物反應器的傳質性能愈好。
控 製KLa的途徑可分為操作變量、反應液的理化性質和反應器的結構3個部分。操作變量（liàng）包（bāo）括溫度、壓力、通風量（liàng）和轉速(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、氧的溶解度、發（fā）酵液的（de）組（zǔ）成成分、發酵液（yè）的流（liú）動狀（zhuàng）態、發酵類型等；反（fǎn）應器的結構指反應器的類型、反應器各部分尺寸的比例、空氣（qì）分布器（qì） 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（zhōng）並不（bú）是維持DO越高（gāo）越（yuè）好。即使是專性好氣菌，過高的DO對生長可能不利。過量的氧形成新生（shēng）O，超氧化物O2-和過氧（yǎng）化物基O22-，破壞（huài）許多細胞組分，進（jìn）而破壞微生物生（shēng）長。
三、結束語
發 酵液中的氧含量對菌體（tǐ）生長和產物形成都有著重要的影響，溶氧量的控製主要從（cóng）氧的溶（róng）解和傳遞兩個方（fāng）麵考慮。隨著計算機和自動化（huà）技術（shù）的發展，發酵工業中從DO 的測量到分析控製都正逐（zhú）步走向自動及控製一體化模式，研究利用DO作為補料的在線（xiàn）控製信號[9]將大大提高了（le）發酵調控的準確性和自動化性能。
然而（ér），在DO測量（liàng）方麵目前使用較多的三種方（fāng）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（diào）控信號響應時間方麵還有（yǒu）待進一步提高（gāo）。