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氨基酸的制造是从水解蛋白质开始的，人们生产的第一种氨基酸——谷氨酸便是水解小麦面筋得到。1957年日本木下祝郎等分得一株L-谷氨酸产生菌，并用发酵法工业生产L-谷氨酸，并相继研究出发酵技术，从此开创了氨基酸发酵的历史[1]。目前，许多种氨基酸均可利用微生物发酵法进行生产，从而使氨基酸产量大大增加，使生产成本也大为降低。
氨基酸发酵产生菌基本都为好气性微生物，其生长繁殖和代谢活动都需要消耗氧气，只有在氧分子存在下，产生菌才能完成生物氧化作用，因此在整个发酵过程中需要不断地通入无菌空气，以满足产生菌的生长繁殖并积累所需要的代谢产物。但需氧微生物的氧化酶系是存在于细胞内的，微生物只能利用溶解于液体培养基中的氧，其生长、繁殖以及代谢直接受溶解氧量的影响。
溶解氧是氨基酸发酵生产工艺的一个非常重要的控制参数[2]，在一个发酵周期各阶段微生物所需氧量不同。若发酵液中溶解氧浓度过低，细胞的生长就会受到抑制，造成代谢异常，甚至会分解出酸性物质，使产物产量降低；若发酵前期溶解氧过高会使微生物提前衰老，不利于微生物分泌菌丝，致使菌种数量不足，也会使产物产量降低，也就是说溶解氧的控制高与低直接影响着发酵水平，因此在氨基酸发酵过程中，控制溶解氧是十分必要的。
一、溶解氧对氨基酸发酵的影响
溶解氧对发酵的影响分为两方面：一是溶氧浓度影响与呼吸链有关的能量代谢，从而影响微生物生长；另一是氧直接参与产物合成。
1、溶氧对微生物自身生长的影响
溶解氧对微生物自身生长的影响体现在多个方面，其中对微生物酶的影响是不可忽略的重要因素。研究表明，不同溶氧对谷氨酸发酵中两个关键酶（谷氨酸脱氢酶和乳酸脱氢酶）和代谢有影响：在过低溶氧条件下，TCA循环代谢流量减小，不足以平衡葡萄糖酵解速率，从而刺激了LDH的酶活，使代谢流转向乳酸生成，造成乳酸积累；而过高溶氧，GDH酶活明显降低，且TCA循环流量加大，生成大量CO2，造成碳源损失，两种情况均不利于谷氨酸生成。
2、溶氧对发酵产物的影响
对于好氧发酵来说，溶解氧通常既是营养因素，又是环境因素。特别是对于具有一定氧化还原性的代谢产物的生产来说，DO的改变势必会影响到菌株培养体系的氧化还原电位，同时也会对细胞生长和产物的形成产生影响。在黄胶原发酵中，虽然发酵液中的溶氧浓度对菌体生长速率影响不大，但是对菌体浓度达到最大之后的菌体的稳定期的长短及产品质量却有着明显的影响。
溶解氧浓度是发酵过程中的一个综合参数，它能很灵敏地反映出发酵过程中供氧和需氧两方面的变化。所以熟悉发酵过程中溶解氧浓度的变化情况，对发酵过程的控制及发酵工艺的改进都是很有帮助的。
发酵过程中溶解氧浓度的变化受很多因素影响，培养基成分和浓度、补料或加糖、产生菌的菌丝浓度和种龄、设备供氧能力的变化、加消泡剂及补水措施、改变通气量等，以及发酵过程中某些事故的发生都会使发酵液中的溶解氧浓度发生变化。总之，凡是影响供氧和需氧的所有因素都会使发酵液中的溶解氧浓度发生变化。
二、氨基酸发酵过程中溶解氧的控制措施
为使发酵液中溶解氧控制在一定的溶氧水平，需从供氧和需氧两方面着手。
1、供氧的控制
主要是设法提高氧传递的推动力和氧传递系数，生产中可以通过调节搅拌转速或通气速率来控制。同时要有适当的工艺条件来控制需氧量，使菌体的生长和产物形成对氧的需求量不超过设备的供氧能力。已知发酵液的需氧量，受菌体浓度、基质的种类和浓度以及培养条件等因素的影响，其中以菌浓的影响最为明显。发酵液的摄氧率随菌浓增大而增大，但氧的传递速率随菌浓的对数关系减少。因此可以控制菌的比生长速率比临界值略高一点，达到最适菌体浓度。这样既能保证产物的比生产速率维持在最大值，又不会使需氧大于供氧。这可以通过控制基质的浓度来实现，如控制补糖速率。除控制补料速度外，在生产上，还可采用调节温度（降低培养温度可提高溶氧浓度）。液化培养基、中间补水。添加表面活性剂等工艺措施，来改善溶氧水平。
2、需氧的控制
发酵的需氧量家菌体浓度、基质的种类和浓度以及培养条件等因素的影响，菌体浓度增加时，发酵液摄氧率也按比例增加，但氧的传递速率却下降，为了获得最高的生产率，需要采用摄氧速率与传氧速率相平衡的菌体浓度，可以控制生产菌的比生长速率比临界值略高来达到最适浓度。最适菌体浓度既能保证产物的比生产速率维持在最大值，又不会使需氧大于供氧，超过此浓度，产物的比生产速率和体积都会迅速下降。这是控制最适溶解氧浓度的重要方法。
3、控制氧传递速率
发酵液中供氧能力的基本限制因素是氧的传递速率。氧由空气溶解到水中，再传递到菌体细胞表面，最终进入细胞内被利用。在此过程中，氧的传递阻力主要有气膜阻力、液膜阻力、细胞膜传质阻力等。
具体来说，可以从以下几个方面进行溶解氧的控制：
（1）适当加大通气量。
一般情况下，氧在水中的溶解度很低，在1个大气压及25℃时，空气中的氧在水中的溶解度为0.267mg/L，同樣条件下，氧在发酵液中的溶解度更低，约为0.2mg/L。通常通气量最少是所需量的2倍，有时可达5～10倍[4]。但空气流速过大，不利于空气在罐内的分散与停留，影响氧的传递，同时也会产生大量泡沫，还容易导致染菌及发酵液的浓缩。因此，单纯增大勇气量来提高溶氧系数并不一定取得好的效果，要提高发酵罐的供氧能力，通常采用提高搅拌功率与适当的通气量相结合[3]。
（2）条件许可情况下，适当提高搅拌转速。
在发酵罐内设置机械搅拌是提高溶解氧的一个有效方法[4]。其作用是搅拌可把发酵液中的气泡打碎，强化流体的湍流程度，使空气与发酵液充分混合，所、液、固三相更好地接触，能增加溶解氧速率，使产生菌悬浮混合均匀，促进代谢产物的速率。但是搅拌速度过大，也容易对细胞造成损伤。
（3）适当增加发酵罐压力。
增加发酵罐压力，即是增加空气压力，可使氧的溶解度增加。但是，过分增加罐中空气压力，会使罐压增大，空气压缩设备的动力也需增大，导致动力消耗增大，另外，罐压增大导致CO2的溶解度也会增大，对菌体生长也有不利的影响。氨基酸生产中，罐压一般为0.05～0.10Mpa，且发酵不同阶段的罐压也不一样。当然，也可采用含量氧量较多的空气或纯氧来增加氧的分压，同增也能增加溶解氧的量。
（4）适当提高空气的线速度
机械搅拌通风搅拌的溶氧系是随着空气量增多而增大的，当增加通风量时，空气速度相应增加，从而增大了溶氧；但是，在转速不变时，空气线速度过大会发生“过载”现象，即搅拌叶不能打散空气，气流形成大气泡在轴的周围逸出，使搅拌效率和溶氧速率都大大降低。因此，生产中要根据实际情况来选择空气的线速度，适当提高空气线速度的应避免空气“过载”现象。
发酵过程中参数的控制也很重要，为了满足发酵过程自动控制的需要，应尽可能在发酵罐内安装传感器检测发酵过程中溶解氧浓度、空气流量或搅拌转速等调节参数，以便随时监测溶氧状况，适时调节发酵培养条件，实现对发酵过程的优化和自动化控制。
参考文献：
[1]LEUCHTENBERGERW，HUTHMACHERK，DRAUZK.Biotechnologicalpro2ductionofaminoacidsandderivatives：Currentstatusandprospects[J].AppliedMicrobiologyandBiotechnology，2005，69（1）：1-8
[2] 张俊刚，张兰峰等.溶氧对氨基酸发酵的影响及控制[J].科技视界，2012.35，223.
[3] 刘晓波，李宗等.溶氧控制对氨基酸发酵的影响.[J].安徽农业科学，2008.36，7978.
[4]张夙夙.溶氧对氨基酸发酵的影响及控制[J].安徽农学通报，2014.12，25.
氨基酸发酵产生菌基本都为好气性微生物，其生长繁殖和代谢活动都需要消耗氧气，只有在氧分子存在下，产生菌才能完成生物氧化作用，因此在整个发酵过程中需要不断地通入无菌空气，以满足产生菌的生长繁殖并积累所需要的代谢产物。但需氧微生物的氧化酶系是存在于细胞内的，微生物只能利用溶解于液体培养基中的氧，其生长、繁殖以及代谢直接受溶解氧量的影响。
溶解氧是氨基酸发酵生产工艺的一个非常重要的控制参数[2]，在一个发酵周期各阶段微生物所需氧量不同。若发酵液中溶解氧浓度过低，细胞的生长就会受到抑制，造成代谢异常，甚至会分解出酸性物质，使产物产量降低；若发酵前期溶解氧过高会使微生物提前衰老，不利于微生物分泌菌丝，致使菌种数量不足，也会使产物产量降低，也就是说溶解氧的控制高与低直接影响着发酵水平，因此在氨基酸发酵过程中，控制溶解氧是十分必要的。
一、溶解氧对氨基酸发酵的影响
溶解氧对发酵的影响分为两方面：一是溶氧浓度影响与呼吸链有关的能量代谢，从而影响微生物生长；另一是氧直接参与产物合成。
1、溶氧对微生物自身生长的影响
溶解氧对微生物自身生长的影响体现在多个方面，其中对微生物酶的影响是不可忽略的重要因素。研究表明，不同溶氧对谷氨酸发酵中两个关键酶（谷氨酸脱氢酶和乳酸脱氢酶）和代谢有影响：在过低溶氧条件下，TCA循环代谢流量减小，不足以平衡葡萄糖酵解速率，从而刺激了LDH的酶活，使代谢流转向乳酸生成，造成乳酸积累；而过高溶氧，GDH酶活明显降低，且TCA循环流量加大，生成大量CO2，造成碳源损失，两种情况均不利于谷氨酸生成。
2、溶氧对发酵产物的影响
对于好氧发酵来说，溶解氧通常既是营养因素，又是环境因素。特别是对于具有一定氧化还原性的代谢产物的生产来说，DO的改变势必会影响到菌株培养体系的氧化还原电位，同时也会对细胞生长和产物的形成产生影响。在黄胶原发酵中，虽然发酵液中的溶氧浓度对菌体生长速率影响不大，但是对菌体浓度达到最大之后的菌体的稳定期的长短及产品质量却有着明显的影响。
溶解氧浓度是发酵过程中的一个综合参数，它能很灵敏地反映出发酵过程中供氧和需氧两方面的变化。所以熟悉发酵过程中溶解氧浓度的变化情况，对发酵过程的控制及发酵工艺的改进都是很有帮助的。
发酵过程中溶解氧浓度的变化受很多因素影响，培养基成分和浓度、补料或加糖、产生菌的菌丝浓度和种龄、设备供氧能力的变化、加消泡剂及补水措施、改变通气量等，以及发酵过程中某些事故的发生都会使发酵液中的溶解氧浓度发生变化。总之，凡是影响供氧和需氧的所有因素都会使发酵液中的溶解氧浓度发生变化。
二、氨基酸发酵过程中溶解氧的控制措施
为使发酵液中溶解氧控制在一定的溶氧水平，需从供氧和需氧两方面着手。
1、供氧的控制
主要是设法提高氧传递的推动力和氧传递系数，生产中可以通过调节搅拌转速或通气速率来控制。同时要有适当的工艺条件来控制需氧量，使菌体的生长和产物形成对氧的需求量不超过设备的供氧能力。已知发酵液的需氧量，受菌体浓度、基质的种类和浓度以及培养条件等因素的影响，其中以菌浓的影响最为明显。发酵液的摄氧率随菌浓增大而增大，但氧的传递速率随菌浓的对数关系减少。因此可以控制菌的比生长速率比临界值略高一点，达到最适菌体浓度。这样既能保证产物的比生产速率维持在最大值，又不会使需氧大于供氧。这可以通过控制基质的浓度来实现，如控制补糖速率。除控制补料速度外，在生产上，还可采用调节温度（降低培养温度可提高溶氧浓度）。液化培养基、中间补水。添加表面活性剂等工艺措施，来改善溶氧水平。
2、需氧的控制
发酵的需氧量家菌体浓度、基质的种类和浓度以及培养条件等因素的影响，菌体浓度增加时，发酵液摄氧率也按比例增加，但氧的传递速率却下降，为了获得最高的生产率，需要采用摄氧速率与传氧速率相平衡的菌体浓度，可以控制生产菌的比生长速率比临界值略高来达到最适浓度。最适菌体浓度既能保证产物的比生产速率维持在最大值，又不会使需氧大于供氧，超过此浓度，产物的比生产速率和体积都会迅速下降。这是控制最适溶解氧浓度的重要方法。
3、控制氧传递速率
发酵液中供氧能力的基本限制因素是氧的传递速率。氧由空气溶解到水中，再传递到菌体细胞表面，最终进入细胞内被利用。在此过程中，氧的传递阻力主要有气膜阻力、液膜阻力、细胞膜传质阻力等。
具体来说，可以从以下几个方面进行溶解氧的控制：
（1）适当加大通气量。
一般情况下，氧在水中的溶解度很低，在1个大气压及25℃时，空气中的氧在水中的溶解度为0.267mg/L，同樣条件下，氧在发酵液中的溶解度更低，约为0.2mg/L。通常通气量最少是所需量的2倍，有时可达5～10倍[4]。但空气流速过大，不利于空气在罐内的分散与停留，影响氧的传递，同时也会产生大量泡沫，还容易导致染菌及发酵液的浓缩。因此，单纯增大勇气量来提高溶氧系数并不一定取得好的效果，要提高发酵罐的供氧能力，通常采用提高搅拌功率与适当的通气量相结合[3]。
（2）条件许可情况下，适当提高搅拌转速。
在发酵罐内设置机械搅拌是提高溶解氧的一个有效方法[4]。其作用是搅拌可把发酵液中的气泡打碎，强化流体的湍流程度，使空气与发酵液充分混合，所、液、固三相更好地接触，能增加溶解氧速率，使产生菌悬浮混合均匀，促进代谢产物的速率。但是搅拌速度过大，也容易对细胞造成损伤。
（3）适当增加发酵罐压力。
增加发酵罐压力，即是增加空气压力，可使氧的溶解度增加。但是，过分增加罐中空气压力，会使罐压增大，空气压缩设备的动力也需增大，导致动力消耗增大，另外，罐压增大导致CO2的溶解度也会增大，对菌体生长也有不利的影响。氨基酸生产中，罐压一般为0.05～0.10Mpa，且发酵不同阶段的罐压也不一样。当然，也可采用含量氧量较多的空气或纯氧来增加氧的分压，同增也能增加溶解氧的量。
（4）适当提高空气的线速度
机械搅拌通风搅拌的溶氧系是随着空气量增多而增大的，当增加通风量时，空气速度相应增加，从而增大了溶氧；但是，在转速不变时，空气线速度过大会发生“过载”现象，即搅拌叶不能打散空气，气流形成大气泡在轴的周围逸出，使搅拌效率和溶氧速率都大大降低。因此，生产中要根据实际情况来选择空气的线速度，适当提高空气线速度的应避免空气“过载”现象。
发酵过程中参数的控制也很重要，为了满足发酵过程自动控制的需要，应尽可能在发酵罐内安装传感器检测发酵过程中溶解氧浓度、空气流量或搅拌转速等调节参数，以便随时监测溶氧状况，适时调节发酵培养条件，实现对发酵过程的优化和自动化控制。
参考文献：
[1]LEUCHTENBERGERW，HUTHMACHERK，DRAUZK.Biotechnologicalpro2ductionofaminoacidsandderivatives：Currentstatusandprospects[J].AppliedMicrobiologyandBiotechnology，2005，69（1）：1-8
[2] 张俊刚，张兰峰等.溶氧对氨基酸发酵的影响及控制[J].科技视界，2012.35，223.
[3] 刘晓波，李宗等.溶氧控制对氨基酸发酵的影响.[J].安徽农业科学，2008.36，7978.
[4]张夙夙.溶氧对氨基酸发酵的影响及控制[J].安徽农学通报，2014.12，25.