發(fā)酵和尾氣分析

發(fā)酵尾氣分析儀已經(jīng)是現(xiàn)在發(fā)酵中幾乎不可缺少的工具和方法。通過監(jiān)測食品發(fā)酵過程的尾氣含量，尋找其中的敏感參數(shù)，能夠分析吃發(fā)酵過程的Z佳干預點，進而采取相應措施對發(fā)酵過程進行優(yōu)化，對Z終提高產(chǎn)量和品質(zhì)有著重要意義。

在溫度、ｐＨ、溶解氧、尾氣組分等參數(shù)中，尾氣組分濃度的變化反映了整個發(fā)酵過程中物質(zhì)的變化情況，尤其對于耗氧和兼性好氧發(fā)酵來說，尾氣中ＣＯ２和Ｏ２的變化，反映了發(fā)酵過程中微生物的代謝狀態(tài)和代謝途徑，已經(jīng)被作為衡量發(fā)酵水平的重要指標氣體。通過在線檢測ＣＯ２和Ｏ２的變化，可以計算獲得攝氧率（ＯＵＲ）、二氧化碳釋放速率（ＣＥＲ）、呼吸熵（ＲＱ）等呼吸代謝參數(shù)。

ＯＵＲ是單位時間、單位體積發(fā)酵液中細胞消耗的氧氣量，ＣＥＲ是單位時間、單位體積發(fā)酵液中細胞釋放的二氧化碳量，ＲＱ是ＣＥＲ除以ＯＵＲ所得的商，這些指標直接反映了細胞的生長代謝狀態(tài)，對于發(fā)酵狀態(tài)識別、供氧控制優(yōu)化、流加補料以及故障預判等，都具有指導意義。尤其在工業(yè)發(fā)酵的放大過程中，大罐和小罐的細胞代謝特性是否一致是放大成功與否的關(guān)鍵，而要達到此目標，細胞代謝相關(guān)的宏觀生理參數(shù)尤為重要，這些參數(shù)在工業(yè)規(guī)模的發(fā)酵大罐中與實驗小罐一致時，發(fā)酵過程的放大就會取得成功。

尾氣分析的主要方法

目前，發(fā)酵尾氣的檢測方法主要有基于紅外和順磁原理的發(fā)酵尾氣分析儀和過程氣體質(zhì)譜分析儀。

尾氣分析儀只能檢測氧氣和二氧化碳的含量，采樣密度也不能太大，一臺儀器一般僅能同時監(jiān)測四路發(fā)酵尾氣。而近年來，過程氣體質(zhì)譜分析技術(shù)悄然興起，并具有很好的應用潛力。

與發(fā)酵尾氣分析儀相比，過程氣體質(zhì)譜分析儀具有分析速度快、檢測精度高、可監(jiān)測通道數(shù)多、可同時檢測多種氣體組分等優(yōu)勢。早在２０世紀９０年代，就已經(jīng)有質(zhì)譜儀應用于啤酒酵母的研究中，對攝氧率進行測定。

尾氣分析在有機酸發(fā)酵中的應用

有機酸包括乳酸、檸檬酸、葡萄糖酸等，均是常用的食品添加劑。乳酸具有很強的防腐保鮮功效，不但可以YJ、延長食品保鮮期，還有調(diào)味、保持食品色澤和提高產(chǎn)品質(zhì)量等作用。王然明等在乳酸發(fā)酵工藝控制研究中，應用過程質(zhì)譜儀分析尾氣，對于乳酸發(fā)酵過程代謝進行分析，利用質(zhì)譜儀分析尾氣對凝結(jié)芽孢桿菌發(fā)酵乳酸過程進行微耗氧發(fā)酵供氧６３２市場分析２０１５年第１期水平的精確控制，將菌體的攝氧率控制在０．７０ｍｍｏｌ／（Ｌ·ｈ）時，凝結(jié)芽孢桿菌發(fā)酵乳酸的Z佳合成速率可以達到２.７８ｇ／（Ｌ·ｈ）。該研究還發(fā)現(xiàn)，尾氣數(shù)據(jù)也是乳酸發(fā)酵終點判斷的有力依據(jù)，根據(jù)實時尾氣數(shù)據(jù)獲得生理參數(shù)的趨勢變化，及時判定發(fā)酵終點，并對發(fā)酵過程副產(chǎn)物的代謝進行分析，對提升乳酸產(chǎn)品質(zhì)量控制起到了非常關(guān)鍵的作用。質(zhì)譜儀提供的尾氣數(shù)據(jù)對于乳酸發(fā)酵產(chǎn)量和質(zhì)量均有提高，并可實現(xiàn)在線控制。

尾氣分析在氨基酸發(fā)酵中的應用

氨基酸發(fā)酵在發(fā)酵工業(yè)中占有重要地位，其發(fā)酵生產(chǎn)菌大多數(shù)為需氧菌或兼性厭氧菌，發(fā)酵液中的氧是菌體生長與代謝的必需品，因此，對發(fā)酵過程中氧的調(diào)控極為重要，尾氣中Ｏ２和ＣＯ２的含量可作為實際控制的參考指標。谷氨酸是目前世界上產(chǎn)量Zda的氨基酸，它不僅是日用調(diào)味品味精、雞精的主體，同時也是其他氨基酸制品、多種化學品、醫(yī)藥品、保健食品的重要原料，應用非常廣泛。肖杰等在對ＲＱ控制在谷氨酸發(fā)酵過程中的應用研究中發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)操作條件，可改變產(chǎn)酸期的ＲＱ水平，如果將發(fā)酵過程中的ＲＱ值控制在較低水平（０．５），ＴＣＡ循環(huán)通量可被控制在合理水平上，谷氨酸脫氫酶的高活力同時也得到保持，在這種較低水平的ＲＱ調(diào)控條件下，可以獲得較高水平的谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)酸率和糖轉(zhuǎn)化率。