[发明专利]高密度发酵过程中二氧化碳对微生物生长及代谢抑制作用的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及发酵工程技术领域，具体涉及一种高密度发酵过程中二氧化碳对微生物生长及代谢抑制作用的测量方法。

背景技术

二氧化碳是微生物生长过程中的代谢产物之一，它对细菌、酵母菌和霉菌等微生物生长和代谢过程都有一定的影响。起初人们只是利用二氧化碳控制致病菌和食物腐烂菌的生长以便保护食品及水的质量，后来却发现在发酵过程中微生物自身代谢出的大量二氧化碳会对微生物生长和代谢产生一定的抑制作用。因为在细胞生长代谢旺盛期，随着细胞浓度的增大，细胞代谢出的二氧化碳会大幅度增多，导致培养液中溶解的二氧化碳浓度升高。同时随着发酵罐体积的增大，发酵罐内静压强的升高，也会增大培养液中二氧化碳的浓度。因此，正确的测定二氧化碳对微生物生长代谢过程的抑制作用，对于大型发酵罐的设计以及消除和避免工业发酵工程中二氧化碳产生的不良影响都具有重要意义。

目前常用的测定二氧化碳对微生物生长和产物代谢的抑制作用的方法有两种：一是在发酵过程的进气中连续加入一定浓度的二氧化碳，考察不同浓度二氧化碳对微生物生长代谢的影响(连续通入法)；二是在发酵过程的某一段时间内加入一定浓度的二氧化碳(脉冲法)，来考察二氧化碳的抑制作用。事实上细胞仅在生长代谢的旺盛期才有大量二氧化碳生成排出。前一种方法在发酵的初期就加入一定量的二氧化碳，与实际发酵过程很不相符，容易导致对二氧化碳抑制作用的测量评估过高；第二种方法有效地克服了第一种方法中的缺点，可以利用调节二氧化碳脉冲的浓度、二氧化碳的加入时机和持续时间，在不同的发酵时期通入不等量的二氧化碳。但测试过程中二氧化碳脉冲浓度高低和持续时间长短难以准确确定。同时，这两种方法在测试中所使用的二氧化碳都是人为的从外界加入的，并非微生物生长代谢过程所产生的，就难免会导致过高地估计二氧化碳的抑制作用。

因此，针对大规模工业化的微生物高密度发酵，仍需要更有效地测量发酵过程中自生二氧化碳对微生物生长及产物代谢抑制作用的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不需要从外界通入二氧化碳，而是利用发酵过程微生物自身代谢产生的二氧化碳来正确测量评估高密度发酵过程中二氧化碳对微生物生长及代谢抑制作用的测量方法，该方法能有效地避免因人为地通入外界产生的二氧化碳而过高估计二氧化碳抑制作用，使整个测量过程更接近实际发酵过程、测量结果更可靠。

本发明所采用的技术方案为：

一种高密度发酵过程中二氧化碳对微生物生长及代谢抑制作用测量方法，该方法利用发酵过程中微生物自身代谢产生的二氧化碳来测试二氧化碳对微生物生长及代谢抑制作用，而不需要将外界二氧化碳通入发酵体系中。

所述测量方法包括以下步骤：

(1)参照发酵：在微生物发酵过程中，给发酵罐连续通入1.0～2.0vvm的含氧气体，给微生物生长及代谢提供充足的氧气，使发酵液中溶氧浓度大于30％，检测发酵过程中发酵罐出口二氧化碳浓度、发酵罐内微生物细胞浓度、微生物代谢产物浓度；

(2)测试发酵：微生物发酵的其它条件同参照发酵，只是改变通入发酵罐的含氧气体量为参照发酵中通入含氧气体量的50％～150％，检测发酵过程中发酵罐出口二氧化碳浓度、发酵罐内微生物细胞浓度、微生物代谢产物浓度；

(3)比较参照发酵过程和测试发酵过程中发酵罐出口二氧化碳浓度、发酵罐内微生物细胞浓度、微生物代谢产物浓度的差异，而发酵液中溶解的二氧化碳浓度与发酵罐出口气相中的二氧化碳浓度成正比，即可得到高密度发酵过程中二氧化碳对微生物生长及代谢抑制作用的评估。

与现有技术相比，本发明具有以下显著优点和有益效果：本发明提出的高密度发酵过程中二氧化碳对微生物生长及代谢抑制作用的测量方法，利用发酵过程微生物自身代谢产生的二氧化碳，不需要从外界加入二氧化碳，而是通过改变发酵过程中通入气体的流量来改变排出气体中二氧化碳的浓度，从而将细胞置于不同浓度的二氧化碳环境里，检测二氧化碳对发酵过程微生物生长及其代谢产物的抑制作用，能有效地避免因人为地通入外界产生的二氧化碳而过高估计二氧化碳抑制作用，使整个测量过程更接近实际发酵过程、测量结果更可靠。

附图说明

图1所示的是本发明实施例的参照发酵中发酵罐出口二氧化碳浓度、发酵罐内微生物细胞浓度、微生物代谢产物浓度随发酵过程的变化情况图；

图2所示的是本发明实施例的测试发酵I中发酵罐出口二氧化碳浓度、发酵罐内微生物细胞浓度、微生物代谢产物浓度随发酵过程的变化情况图。

具体实施方式