《氧化還原電位or》word版

《《氧化還原電位or》word版》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫(kù)。

1、氧化還原電位（ORP）控制發(fā)酵過(guò)程氧化還原電位優(yōu)化釀酒酵母乙醇生產(chǎn)摘　要　利用氧化還原電極,研究了在厭氧條件下將氧化還原電位值(ORP)控制在不同水平(-50mV、-100mV、-150mV、-230mV)對(duì)乙醇發(fā)酵過(guò)程的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,不同的ORP值水平對(duì)乙醇得率,甘油形成、有機(jī)酸分泌、生物量和菌體死亡率的影響有明顯的差異。當(dāng)ORP為-50mV時(shí)的生物量是ORP為-100mV時(shí)的1.26倍、ORP為-150mV時(shí)的1.86倍、ORP為-230mV時(shí)的2.59倍,甘油濃度分別是后三者的1.2倍、1.1倍、1.7倍,而乙醇濃度卻分別只有后三者的0.87倍、

2、0.49倍、0.51倍。綜合考慮生物量、乙醇濃度、甘油產(chǎn)量、殘?zhí)堑臏y(cè)定結(jié)果,表明將ORP控制在-150mV時(shí)對(duì)乙醇發(fā)酵極為有利。說(shuō)明可以用ORP電極來(lái)精確控制厭氧發(fā)酵條件,從而為酵母細(xì)胞合理分配代謝流以實(shí)現(xiàn)乙醇生產(chǎn)最優(yōu)化的宏觀控制提供了一種有效的手段?！　⊙趸€原電位(ORP)是指水溶液或培養(yǎng)基中可得到或失去的自由電子,一般以毫伏(mV)為單位,可以為正值也可以為負(fù)值。ORP值越高說(shuō)明溶液的氧化水平越高,相對(duì)容易失去電子,反之亦然。在微生物的發(fā)酵過(guò)程中,發(fā)酵液一般來(lái)說(shuō)并不處于氧化還原平衡的狀態(tài)。這是因?yàn)槲⑸锛?xì)胞吸收培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)成分,通過(guò)內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)

3、與其胞內(nèi)的代謝過(guò)程相連來(lái)獲取能量用于生長(zhǎng),維持和產(chǎn)物的合成。在培養(yǎng)過(guò)程對(duì)氧化電位進(jìn)行檢測(cè)具有非常重要的生物學(xué)意義。它可以:(1)給操作人員提供必要的信息以保證微生物生長(zhǎng)在合適的氧化還原環(huán)境下;(2)在厭氧條件下測(cè)定溶氧電極檢測(cè)限之外的痕量氧值;(3)在生物工程下游技術(shù)中,監(jiān)測(cè)ORP值可以提供某種化學(xué)物質(zhì)是否存在或化學(xué)物質(zhì)之間轉(zhuǎn)換的證據(jù);(4)一定的ORP值是蛋白質(zhì)正確折疊,尤其是二硫鍵形成的關(guān)鍵因素。Yun-HuinLin等[1]利用氧化還原電極監(jiān)測(cè)克拉維酸的生產(chǎn)過(guò)程,發(fā)現(xiàn)ORP對(duì)克拉維酸的生成有著比溶氧更好的關(guān)聯(lián)性,利用氧化還原電極進(jìn)行調(diào)控將克拉維酸的產(chǎn)量

4、提高了96%。在微生物培養(yǎng)過(guò)程中,氧化還原電極所測(cè)的電位反映了進(jìn)行最快的氧化還原電對(duì),因此可以利用該電極對(duì)正在變化的化學(xué)物質(zhì)的相對(duì)濃度進(jìn)行檢測(cè)。由于培養(yǎng)基中O2/H2O氧化還原電對(duì)的氧化性要遠(yuǎn)大于培養(yǎng)基中存在的其他物質(zhì),因此即使培養(yǎng)基中僅僅含有痕量氧,也可以在氧化還原電極上產(chǎn)生信號(hào)。所以,可以用氧化還原電極檢測(cè)痕量的溶氧,得到溶氧電極檢測(cè)限之外的測(cè)量值。ORP電極的檢測(cè)原理是基于溶液中的金屬電極上進(jìn)行的電子交換達(dá)到平衡時(shí)具有的氧化還原電位(ORP)值,此值與溶氧、pH和溫度有關(guān):E=E0+(RTPnF)ln(αoPαR)=(RTP4F)lnpO2+RTPF)

5、ln[H+][2]其中E0:標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位值;αo:氧化型物質(zhì)的活度;αR:還原型物質(zhì)的活度;pO2:溶液中溶氧平衡的氧分壓。由上式可以看出若控制好發(fā)酵液的溫度和pH值,氧化還原電位值就僅僅與溶氧相關(guān)。本文利用這一特點(diǎn),研究了在乙醇發(fā)酵過(guò)程中控制氧化還原電位ORP對(duì)乙醇生產(chǎn)過(guò)程的影響。由于控制不同的ORP值主要影響的是發(fā)酵液中的溶氧水平,而溶氧水平對(duì)釀酒酵母乙醇生產(chǎn)而言有利有弊:一方面微量的溶氧是釀酒酵母保持細(xì)胞活性,提高對(duì)乙醇的耐受性所必須的[6];而另一方面如果溶氧水平過(guò)高則氧會(huì)抑制糖酵解途徑的活性[7],取代乙醛作為電子受體直接減少乙醇合成的前體物質(zhì)

6、,生長(zhǎng)大量菌體,浪費(fèi)碳源,降低乙醇得率。因此,當(dāng)ORP值維持在-150mV和-230mV時(shí),乙醇途徑是主要的產(chǎn)能途徑,所以qethanol在整個(gè)發(fā)酵期間降幅較小;而在ORP值維持在-50mV和-100mV時(shí),由于菌體產(chǎn)能對(duì)乙醇途徑的依賴性減弱所以qethanol降幅較大。ORP值越低乙醇的得率系數(shù)越高(表2),說(shuō)明厭氧程度越深乙醇途徑的效率越大。當(dāng)ORP值為-230mV時(shí),其得率系數(shù)YPPS(WPW)最高(0.47),但其乙醇濃度較ORP值為-150mV時(shí)低,究其原因是殘?zhí)菨舛冗_(dá)到了3.2%(WPW),而殘?zhí)菨舛雀邔?duì)工業(yè)生產(chǎn)而言是不能容忍的。因此,綜合得率系

7、數(shù)、最終的乙醇濃度和殘?zhí)?我們得出控制ORP值在-150mV是極為有利的。所以,對(duì)酒精生產(chǎn)而言,控制發(fā)酵液中的溶氧水平是必須的,但傳統(tǒng)的溶氧電極無(wú)法在較低溶氧值的情況下讀數(shù),因此無(wú)法對(duì)厭氧發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè),而氧化還原電極給我們提供了一個(gè)新的精細(xì)監(jiān)測(cè)手段,可以對(duì)厭氧程度進(jìn)行定量。超高壓處理對(duì)蒸餾白酒氧化還原電位的影響。新酒的氧化還原電位為980mV，高于陳酒的氧化還原電位940mV。超高壓處理使新酒的氧化還原電位下降，并隨處理壓力的升高逐浙接近于陳酒的氧化還原電位。氧化還原電位的高低反映體系的反應(yīng)趨勢(shì)。氧化還原電位越大，體系越易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；反之，體系不易發(fā)生

8、化學(xué)反應(yīng)。新酒的氧化還原電位較高，體系易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)