發酵生產溶解氧：精準控制溶解氧，解鎖高效生產

   控制溶解氧的核心意義在于，通過精確調節這一關鍵參數，可以平衡菌體生長與產物合成，直接決定代謝流向，從而在保證產品質量的同時，最大限度地提高產率和生產效益。

     氧氣給多了或給少了，都可能出問題：要么菌長不好，要么想要的產品產不出來，反而產生一堆別的東西。這就好比種地，不同時節澆水施肥的量都不同。

  另外，往發酵罐里通空氣需要相應的能耗成本，但真正被用掉的氧氣其實很少，大部分都白白跑掉了，是一種很大的浪費。

      所以，如何根據發酵的不同階段，聰明地控制好溶解氧，既讓菌好好生長、多出產品，從而保證產品的成本與質量，就是一門需要仔細研究的學問。下面我們就來看看工業發酵中溶氧檢測及控制溶解氧的意義。

 溶解氧是衡量發酵液內溶解的分子態氧氣濃度的關鍵參數，在工業發酵中至關重要。它通常以相對飽和度（%） 來表示，即當前溶解氧量占該條件下飽和溶解氧量的百分比。這種表示方法比絕對濃度（如mg/L）更直觀，便于在不同溫度、壓力條件下進行跨批次比較和工藝控制。

 目前，工業上主要依賴溶氧電極進行在線實時檢測。主流的電極技術可分為兩類：

1. 膜電極（也稱極譜型電極）：這是應用最經典、最廣泛的技術。其核心原理是氧氣透過一層選擇性透氣膜，在陰極被還原并產生電流信號，該電流與氧分壓成正比。它的優點是技術成熟、穩定性好，但需要定期更換電解液和膜。

2. 光學電極（熒光法電極）：這是近年來快速發展的新技術。其原理是利用特定波長的光激發熒光物質，而溶解氧會“淬滅”其熒光強度與壽命，通過檢測熒光變化來精確計算氧濃度。它的最大優點是無需消耗氧氣、幾乎免維護（無需換膜補液），響應速度快，且不易受攪拌流速影響。

 在設備供應商方面，梅特勒-托利多（Mettler Toledo）和漢密爾頓（Hamilton） 是長期主導市場的國際品牌，以其高精度、可靠性和完整的傳感器生態系統被廣泛應用。同時，像西爾曼這樣的國內廠商近年來也開始發力，憑借快速的技術迭代、更具競爭力的成本以及本地化的服務支持，在市場上逐漸占據一席之地，為用戶提供了更多元化的選擇。

  現代發酵過程已經可以通過以上可靠的傳感技術（無論是成熟的膜電極還是先進的光學電極）與來自主流或新興廠商的硬件設備，實現了對溶解氧這一關鍵參數的精準、穩定監控，這也為我們優化工藝控制提供了數據支持。

溶解氧濃度對細胞生長和產物合成的影響可能是不同的，即對于細胞生長的最佳氧濃度不一定是產物的最佳濃度，換言之，發酵不同階段對氧的需求不同。

例如，谷氨酸發酵過程中，在菌體生長繁殖階段比谷氨酸生成階段對溶氧要求低，在菌體生長繁殖階段，若供氧過量，在生物素限量的情況下，抑制菌體生長；而在發酵產酸階段，若供氧不足，發酵的主產物將由谷氨酸轉為乳酸。但是，如果供氧過量，則不利于α-酮戊二酸進一步還原氨基化而積累大量α-酮戊二酸。因此，了解菌體生長繁殖階段和代謝產物形成階段的最適耗氧量，就可以合理地控制整個發酵過程不同階段氧的供給。

 由于空氣中的氧在發酵液中溶解度很低，因此，發酵行業中給發酵液通氣時空氣中氧的利用率很低。

 如在抗生素發酵過程中，被微生物利用的氧不超過空氣中氧含量的2%；在谷氨酸發酵過程中，氧的利用率僅為10%~30%。所以，大量經過凈化處理的無菌空氣在給發酵液通氣過程中因溶解少被大量浪費掉。

  因此，必須設法提高發酵工業好氧發酵的傳氧效率，工業上提高傳氧效率，主要從設備、工藝和材料三方面入手：設備上，通過改進攪拌槳、使用自吸式發酵罐等來打散氣泡、增大接觸面積；工藝上，根據發酵階段精準調控通氣量，并控制泡沫；材料上，可添加氧載體（如正十二烷）作為“氧氣巴士”，直接提高氧氣在發酵液中的溶解和傳遞效率。這些方法的綜合運用，可以大大降低無菌空氣消耗量，降低設備運行成本和動力消耗，而且還可以減少泡沫形成和染菌的可能。