發(fā)酵罐中需氧微生物發(fā)酵的原理

　　雙膜理論 最初，生物化學(xué)工程是隨著第二次世界大戰(zhàn)后期興起的需氧微生物反應(yīng)（深層培養(yǎng)）、抗生素的大量生產(chǎn)而形成的。也可以說，生物化學(xué)工程是從解決供氧問題（送入大量無菌空氣，怎樣比較經(jīng)濟(jì)地滿足高氧量的問題）的必要性形成發(fā)展起來的。

　　一般微生物反應(yīng)所需的時(shí)間要比化學(xué)反應(yīng)的長(zhǎng)，在生產(chǎn)有用物質(zhì)的成本中，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用占的比例非常大，而其中大部分則為供給微生物反應(yīng)所必需的氧（通氣攪拌）的成本。被送入反應(yīng)器的空氣中，被微生物實(shí)際利用的氧的比例卻又低得驚人（20%以下的占多數(shù)），大部分未被利用的氧則從反應(yīng)器中排出。基于上述情況，需氧微生物反應(yīng)中氧的傳遞是很重要的。

　　需氧發(fā)酵時(shí)，氣-液體系中氧的傳遞極為重要。分批反應(yīng)或連續(xù)反應(yīng)過程中，微生物呼吸和底物微生物氧化所需要的氧，可分別從半分批或連續(xù)方式所通入的空氣中得到。常溫下，在與latm空氣相平衡的水中，氧的溶解度很低，僅在10ug/ml以下。可是，每立方米微生物培養(yǎng)體系中卻含有（1-10）*10的8次方個(gè)細(xì)胞。發(fā)酵罐這些細(xì)胞的需氧量*（與自然生態(tài)系統(tǒng)比較是個(gè)異常現(xiàn)象）。如果反應(yīng)過程中停止通氣，則在幾秒鐘內(nèi)溶氧濃度就變?yōu)?，因此，如何能比較經(jīng)濟(jì)地滿足這樣高的需氧量是個(gè)大問題。

　　發(fā)酵罐在微生物反應(yīng)過程中，物質(zhì)的傳遞是一個(gè)重要的因素。例如，基質(zhì)向細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散；發(fā)酵產(chǎn)物向細(xì)胞外擴(kuò)散；好氧性微生物反應(yīng)需要充分供給氧氣，這些都涉及傳質(zhì)過程。