CN1922303A - 氧辅助的发酵方法 - Google Patents

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Abstract

一种发酵方法应用大致纯的氧。该氧是注入发酵容器的唯一反应性气体。氧仅仅依靠它本身的压力通过容器。所述方法可应用机械搅拌的发酵罐和空气带升式发酵罐。机械搅拌的发酵罐包括一个分析仪(35)，它用来测定排气管内的氧浓度，以及相应地调节流入容器的新鲜氧的流量。在空气带升式发酵罐中，一个分析仪测定容器液面上空间内的氧浓度，并且操纵阀，所述阀根据测定的浓度要么再循环来自液面上空间的气体，要么将气体排到外部。将氮气流定期地注入容器以驱除二氧化碳和其它气体，从而控制发酵培养基的pH。本发明大为改善了工业发酵工艺的效率。

Description

氧辅助的发酵方法
                      发明背景
本发明涉及发酵方法，并且提供了应用大致纯的氧支持发酵过程的方法和装置。
发酵是一种通过活的生物，或者通过生物产生的酶引起化学变化的过程。通常，这类生物是单细胞植物例如酵母、霉菌或真菌。发酵反应可能是厌氧的，即不添加氧，或者可能是需氧的，即依赖于氧的。
发酵方法是需氧的还是厌氧的取决于该方法应用的特定微生物，而未必取决于终产物。对于应用需氧或厌氧方法的选择通常取决于实际考虑。例如，可通过任一方式制备柠檬酸，但是至于工业规模生产，优选应用需氧法，这是由于经济因素例如底物、产率等。
最适细胞生长和产物生成取决于发酵培养基的设计。必须小心提供足量的空气、所需的痕量元素、以及细胞的特定营养要求。微生物将优先于任何其它碳化合物消耗葡萄糖作为能源。从发酵罐需氧地支持的最大群体计算要装入培养基的糖的量。还有，必须可获得可同化的氮。大多数细胞将应用氨，就像应用氨基酸那样容易。所以，铵盐通常包含于配制的培养基中。
通过发酵法生产的产物的产率最终取决于应用的微生物的细胞生长。基于需氧发酵的生长曲线形状，证明在发酵循环开始时生长速率是最关键的，而且为使产率最大化，应当加强的就是那部分循环。
就需氧发酵方法来说，细胞的生长速率又取决于氧被吸收入该体系的速率。本发明的目的是加强氧的这种吸收。
很多有价值的化学品、食品、饮料、药物和农场产品都是通过需氧发酵生产的。为了满足对终产物日益增长的需要，通过要求提高氧供给的高浓度肉汤提高了该方法的生产率。在其中细胞呈指数生长的发酵期的过程中，对氧的需求最高。在该发酵期，广泛的初级代谢产生很高的氧需求，必须满足它以便刺激细胞生长。该发酵期中的高粘度抑制氧传递，导致缺氧的条件和更低的产率。
有两大类发酵系统。机械搅拌的发酵罐包括一个容器，它具有用于搅拌该容器的内含物的机械装置。通常，所述机械装置包括具有很多叶轮片的轴。空气带升式发酵罐不用机械搅拌器，而是仅仅依赖于穿过容器的内含物的空气泡，既是为了使氧传递最大化又是为了搅拌所述内含物。
发酵过程的一种产物是二氧化碳。除非排放到外界，二氧化碳生成碳酸，它将杀死发酵工艺中应用的微生物。所以，实际的工业化发酵工艺必须包括用于除去二氧化碳的装置。
空气中含约21％的氧，其余是约78％的氮和约1％的其它气体。当空气用作发酵过程中的唯一氧源时，可利用空气的流动来除去二氧化碳。由于普通空气中氧的浓度低，可从空气获得的氧大部分保持未溶解而从发酵罐排到大气中。需氧发酵工艺利用溶解的氧进行；未溶解的任何氧都不会影响该工艺。未溶解的氧的排出使得难于获得甚至最小的所需溶解氧水平，即，维持实现要求的产量必要的微生物生长所需的水平。
对上述基于空气的发酵系统的一种通常解决方法是增大空气流量。但是该方法仅仅当氧需求适中时才有用。如果反应具有高的氧摄取速率，增大的空气流量往往淹没机械搅拌的发酵罐中的叶轮。在空气带升式发酵罐中，增大的空气流动可以流化容器中的整个内含物，并且可将该内含物吹出发酵罐。
装配更大的搅拌器和马达可改善发酵罐中的氧传递速率，但是这样做成本高。即使如果不关心投资费用，大搅拌器和功率更大的马达仅仅能提供氧传递速率的渐进的改善。
对于输送到发酵过程的氧量的增大问题的另一个可能的解决方法是应用富氧空气。该富氧空气可通过将纯氧加到进入容器以前的普通空气流中而产生。由于可能发生与氧的应用相关的火灾，所以必须小心以保证氧不流回空气导管。还有，必须小心以防油从空气压缩机泄漏，从而防止这样的油与氧接触。
由于与普通空气使用同一鼓泡器将富氧空气分布到容器的内含物中，所以富氧空气的溶解效率就与普通空气的一样差。此外，除普通空气外还使用纯氧就增加了系统的成本，因为必须操纵两个独立的供应源。所以，发酵系统中富氧空气的应用仅仅是边际经济的，所以只有有限的效果。
本发明通过提供一种系统和方法解决了上述问题，所述系统和方法中，将大致纯的氧安全地注入发酵容器内。本发明提供了改进的发酵方法和装置，它具有大为改善的效率，而且其中操作成本大大降低了。
                       发明概述
本发明包括发酵方法和装置，其中，将大致纯的氧导入发酵培养基。
在它的最基本形式中，所述方法包括，将大致纯的氧导入发酵容器，于是纯氧是从外部源注入容器的唯一反应性气体。在机械搅拌的发酵罐的情况下，氧是从容器外部导入容器的唯一气体。在空气带升式发酵罐的情况下，可能有另外的氮气或其它惰性气体的物流，将它定期地通入是为了带走发酵过程的二氧化碳和其它不需要的产物。在两种情况下，没有鼓风机或压缩机等被用来使氧通过所述系统。而是仅仅由氧供应源中氧的压力使氧通过容器。
当应用机械搅拌的发酵罐实施本发明的方法时，随着氧被导入容器，通过机械装置搅拌容器的内含物。一个氧分析仪监测从容器排出的废气中氧的浓度，以及调节一个阀来控制来自氧供应源的新鲜氧的流量。这样，将废气中氧的浓度保持在比得上普通空气中的氧浓度的水平。还有，二氧化碳容易通过排气口从系统流出。
在空气带升式发酵罐的情况下，又是将氧导入容器，但优选用扩散器，它将氧导向容器整个空间的各部位。一个氧分析仪连续地测定容器液面上空间内的氧浓度。如果该浓度大于需要的设定值，分析仪就开启一个阀，将液面上空间的气体再次导入容器内。如果所述浓度小于需要的设定值，分析仪就开启排气阀，从液面上空间将气体排到容器外部。优选将废气中氧的浓度保持在等于或低于普通空气中的氧浓度。
一个pH控制单元监测发酵培养基的pH。当pH降到预定的设定值时，表示培养基中存在太多的二氧化碳，所述控制单元就操作一个阀，让氮气或另一种相对惰性的气体流过容器，将二氧化碳以及通过发酵过程形成的其它不需要的气体带出发酵培养基并且带入液面上空间。然后从液面上空间排出二氧化碳和氮，这是由于二氧化碳的积累减小了液面上空间中氧的浓度，于是引起排气阀自动开启。
本发明还包括用来实施上述方法的装置。
所以本发明的主要目的是提供用于发酵的改进方法和装置。
本发明进一步的目的是提供一种发酵方法，其中，应用大致纯的氧来驱动该方法，而且其中，大为减少了与纯氧的应用相关的危险。
本发明又一个目的是提供应用大致纯的氧的发酵方法，其中，可用现有的发酵设备、以最小的改动来实施该方法。
本发明又一个目的是提供应用大致纯的氧的发酵方法，其中，氧是从发酵容器外部注入发酵罐的唯一气体。
本发明又一个目的是提供发酵方法和装置，其中，输送氧通过所述系统的唯一手段是氧本身的压力。
本发明又一个目的是改进发酵方法的效率，即，通过改善这种方法的产率同时减小与它相关的费用。
本发明又一个目的是提供一种空气带升式发酵罐，它自动脱除所述系统中的过剩二氧化碳。
懂得本领域技术的读者通过阅读下文的附图简述、本发明详述和附后的权利要求书将认识到本发明的其它目的和优点。
                       附图简述
图1提供了本发明一个优选的实施方案的示意图，其中，发酵是在机械搅拌的发酵罐内进行的。
图2提供了本发明另一个优选的实施方案的示意图，其中，发酵是在空气带升式发酵罐内进行的。
图3提供了扩散器的一部分的透视图，本发明用所述扩散器使空气泡在发酵容器的内含物中分散。
图4提供了用来制作本发明的扩散器的管子的一部分的侧面正视图，显示沿它的周边让氧气逸出的成排的孔。
图5提供了用来制作本发明的扩散器的管子的一部分的剖面图，显示环绕它的周边布置的孔的位置。
                       发明详述
本发明基于这一发现，即，使用通过适当的喷射技术注入发酵容器的纯氧大为改善了发酵工艺的氧利用，同时保持高安全水平。氧的直接注入保证了高纯度氧在发酵罐内安全的、受控制的溶解。在本发明中，纯氧物流是从外部源注入容器的唯一反应性气体。
对于典型的发酵循环来说，在发醇过程开始时需氧量较低。在一定的滞后时间后，微生物呈指数形式生长，而且需氧量迅速地增大。此时直接注入氧能使发酵培养基中氧的溶解量显著增大，并且避免了缺氧，所以提高了操作的效率。当纯氧溶于培养基时，培养基中的氧浓度比应用普通空气代替纯氧时的浓度大五倍。纯氧的应用还增大了氧溶解的速率。而且，如前所述，只有溶解的氧才影响发酵过程。在循环后期，发酵罐内生物量的生长达到静止期，所以对氧的需求减少了。
发酵过程的效率直接涉及氧利用效率，它是溶解的氧量/单位注入发酵罐的氧量。就本发明来说，发酵过程的产率与现有技术的工艺相比可增大高达65％。
图1提供了本发明一个优选的实施方案的示意图。该实施方案应用机械搅拌的发酵罐。发酵罐由装有发酵培养基3的容器1限定。利用连接到旋转轴7的一个或多个叶轮或者搅拌器5和6搅拌容器的内含物。为阐述简便起见，没有显示使轴旋转的马达或其它装置。
现已发现，由于它应用大致纯的氧，本发明的机械搅拌的发酵罐只需要应用一片叶轮。该叶轮具有剪切离开位于叶轮附近的扩散器的氧气泡的作用。该剪切作用使气泡变得更细地分散，所以气泡更容易溶入培养基。此外，纯氧代替空气的应用进一步促进氧的溶解，由于很少或没有氮气干扰溶解过程。为此，本发明不需与现有技术所需的完全相同量的机械引起的湍流度。
然而，很多现有机械搅拌的发酵罐具有两个或更多个通常在不同的竖直位置间隔的叶轮。本发明可利用这样的系统，而且不必改变叶轮数量。如果只应用一个叶轮，它应当位于容器底部附近，优选离底部约10～12英寸。只应用一个叶轮的优点是机械负荷的减小，它减小了能量费用。在图1中，以虚线显示叶片6，象征其实该叶轮是任选的。叶轮5表示通常存在于所有利用机械搅拌的系统中的叶轮。
将大致纯的氧的物流注入发酵容器1。氧来自氧供应源9。氧供应源可以是盛有液态或气态氧的槽。如果氧呈液态形式贮存，就利用汽化装置11将氧转化为气体。氧也可作为压缩气体贮存，或者它可就地连续地产生，例如通过空气分离膜系统或变压吸附(PSA)单元，此时将省去汽化装置。
然后，气态氧通过氧控制单元13，它包括一块控制板14。氧离开单元13流过机械可调的氧流量控制阀15和止回阀17，再通过扩散器19流入所述容器。
扩散器19的结构如图3～5所示。在优选的实施方案中，扩散器包括一个通常为环形的多孔管21，它在容器底部附近取向，并且限定一个与底面大致平行的平面。很多竖直部件23从环形管伸出，每一个竖直部件同样包括一个多孔管，如图3中所示。
图4提供了用来构成扩散器的管的一部分的侧面正视图，并且显示沿管的周边布置的成排的孔眼25。图5阐释了管的剖面图，它显示那些孔眼能使流体从管内部流到外部。
显示出管中的孔眼25呈通常对角排列。这种排列使氧气泡通过管道时产生涡旋效果。该涡旋效果产生更大的湍流度，从而实现氧与容器内含物的更充分混合。
在图1所示机械搅拌的发酵罐中，竖直部件较短，而且不完全延伸到较低叶片5的纵向位置。通过将氧气泡通到该叶轮或几个叶轮中最低的那个叶轮的水准附近，气泡很可能通过叶轮的作用被剪切，所以它们变得甚至更细地分散。通过使小气泡变得甚至更小，叶轮进一步促进氧在培养基中的溶解。所以就机械搅拌的系统来说，不必将氧分配在整个容器中，因为氧通过叶轮的作用变成更充分地扩散。
在优选的实施方案中，扩散器中的孔应当小而多。例如，这些孔可能具有1/16或1/8英寸的直径。这些尺寸通常小于应用现有技术扩散器时的那些。然而，不应当认为本发明受孔尺寸的选择的限制。小孔是期望的，因为小孔产生小气泡，它比大气泡更容易溶解。如前所示，如果氧不溶于培养基中，它就不能支持发酵过程。
排气口31将气体从容器1的液面上空间33导向外界环境。排气口与氧分析仪35连接，分析仪35测定废气中的氧浓度。如果氧浓度大于期望的值，分析仪就发送信号给可调的氧流量控制阀15，改变阀的设置以减小流入容器的氧的流量。如果氧浓度小于期望的值，分析仪就发送信号给阀15以增大流入容器的氧的流量。在优选的实施方案中，对分析仪35进行编程而将液面上空间33中氧的浓度保持在见于普通空气中的大约相同水平。所以，没有氧引起的爆炸危险，因为废气没有比见于普通空气中的更大的氧浓度。还应注意，废气中的氧浓度的测定，以及流入容器的新鲜氧的流量控制，都优选基本连续地进行。
发酵过程的关键副产物是二氧化碳。如前所述，二氧化碳生成碳酸，它往往杀死发酵罐中的微生物。所以，需要除去二氧化碳。这样做的一种优选手段是通过引起容器中的湍流。在图1所示机械搅拌的发酵罐中，通过叶轮产生湍流。除了它的如下其它作用以外，叶轮还具有这个作用，其它作用即，混合氧与容器的内含物，以及剪切氧气泡而使它们更容易溶于发酵培养基。
图2提供了本发明另一个优选实施方案的示意图，其中，发酵罐是空气带升式的。在空气带升式发酵罐中，由氧气泡本身的运动提供混合氧与容器内含物所需的湍流，所以容器内没有单独的叶轮或其它引起运动的装置。
如图2所示，发酵罐包括盛有发酵培养基53的容器51。如图1的实施方案中那样，存在扩散器55，它优选具有与图3～5中所示相似的结构，不同的是它的竖立部件更高，而且沿容器的垂直尺寸的大部分延伸，如图2所示。所以，在容器内很多部位释放氧，从而与发酵培养基充分地混合，还引起培养基内必要的湍流。
从供应源57获取氧。氧如果呈液态，就在汽化器59中汽化。如在其它实施方案中那样，如果氧作为压缩气体贮存或者通过膜或PSA系统就地产生，就省去汽化器。气态氧流入氧控制单元61，它包括控制板63。流出控制单元的氧通过流量控制阀65，以及止回阀67。然后氧被导入喷射器69，它将氧导入扩散器55。
机械搅拌的发酵罐和空气带升式发酵罐之间的一个差别是机械搅拌在混合氧与容器的内含物、以及增强氧在发酵培养基中的溶解方面通常更有效。所以，在空气带升式发酵罐中，液面上空间有可能出现更大量的纯氧。只要液面上空间中的氧尚未与容器的内含物反应，这种氧不但反映潜在的安全问题，还构成经济浪费。因此，空气带升式发酵罐配备了再循环装置，用来将未反应的氧返回容器，而且用于控制废气中的氧浓度。
氧分析仪73与一个延伸入液面上空间71的探头连接，并且测定该空间内的氧浓度。显示分析仪的方块还旨在表示一个传感器或转换器，它将压力读数转换为电流。然后应用电流控制常关闭的阀75和排气阀77的设置。应注意，该分析仪本身能产生一个或为压力或为电流的输出，而且在标号73标记的方块的位置中可应用很多不同的排列。
当液面上空间内的氧浓度升到高于预定的设定值时，分析仪73被编程为开启阀75，于是将气体从液面上空间导向喷射器69。利用喷射器将流体抽入阀，于是，流体可被输送入容器。因此，液面上空间内未用过的氧没有被排到外部，而是被再循环到容器，所以，它可再次与发酵培养基接触。
当液面上空间内的氧浓度降到低于预定的设定值时，分析仪引起排气阀77开启，同时保持阀75关闭。这样，液面上空间内的气体被排到大气中。
由于除了氧和各种有机气体以外，液面上空间内的一些气体将是二氧化碳，液面上空间气体的再循环引起二氧化碳气体与氧和其它有机气体一起再循环。二氧化碳的再循环具有不希望的减小培养基的pH的效果，所以有害于发酵过程所需的微生物的生长。
图2的实施方案包括克服培养基中太多二氧化碳这一问题的装置。控制单元87连续监测发酵培养基的pH，并且操作阀85以控制来自氮供应源81的气态氮的流动。我们也可利用某种其它的惰性气体或相对惰性的气体代替氮。当二氧化碳的浓度足够高而将pH降到低于预定的设定值时，阀85就开启，所以氮气通过氮扩散器83进入容器51。氮扩散器产生较大的氮气泡，它将发酵过程中形成的二氧化碳气体和其它不希望的有机气体带出发酵培养基并且带入液面上空间。二氧化碳向液面上空间的这种流动引起液面上空间内的氧浓度下降。最后，如前所述，液面上空间内的氧浓度下降将导致排气阀开启，于是能使二氧化碳排到外部。
氮扩散器83可按与氧扩散器相似的方式构造。然而，通常，氮扩散器中的孔优选大于氧扩散器的相应孔。在一个实例中，氮扩散器中的孔可能具有约0.125～0.250英寸范围内的直径。该实例不想限制本发明。更大的孔产生将二氧化碳带出培养基所需的更大的气泡。
还有，氮扩散器不包括用于氧扩散器的竖立部分。如果氮扩散器由管的通常环形部分构成，该环形部分应当具有不同于氧扩散器的相应部分的直径，所以，一个扩散器不妨碍另一个。在图2中，显示出氮扩散器83的直径略小于它上方的氧扩散器的直径。
将发酵培养基的pH优选保持在不干扰负责发酵过程的微生物的水平。氮的应用被自动地最优化，因为只有当需要调节培养基的pH时才供给氮。
在空气带升式发酵罐内应用氮不可能显著增加系统的成本。大多数发酵装置已经将氮用于其它用途。因此，对上述用途而言，氮通常是可获得的。
由于空气带升式发酵罐在氧首次通过容器时没有达到最佳混合，所以液面上空间内的氧浓度将大于机械搅拌的发酵罐的液面上空间内的氧浓度，但是仍小于普通空气中的氧浓度。为此，如前所述，当应用空气带升式发酵罐时，优选将氧从液面上空间再循环返回容器，并且将液面上空间内的氧浓度保持在预定的水平。在一个优选的实施方案中，预定的设定值可以是6％或8％的氧，或者显著小于21％的某个其它值。以这种方式操作进一步减小由于纯氧的操作所引起的爆炸的可能性。
在本发明的机械搅拌的发酵罐和空气带升式发酵罐二者中，大致纯的氧的物流是来自任何外部源的、直接参与发酵过程的唯一气体。在空气带升式发酵罐的情况下，除了用来带走二氧化碳的氮以外，没有来自容器外部的气体曾被输送入容器。在两种情况下，没有来自容器外部的周围空气曾被输送入容器。在机械搅拌的发酵罐的情况下，输入容器的仅有气体输入来自氧供应源。在空气带升式发酵罐的情况下，输入容器的气体输入要么来自氧供应源，要么来自从液面上空间再循环的气体，要么来自用来脱除二氧化碳的氮。从液面上空间再循环的气体不被认为来自任何外部源。
在图1和2中所示机械搅拌的发酵罐和空气带升式发酵罐二者中，扩散器的竖直部件具有等同于图3中所示竖立部件23那样的结构，不同的是，在图2的实施方案中，各竖直部件的高度更大。
本发明一个重要的特征是没有压缩机或没有空气管道。氧流过系统仅仅是由于氧供应源的压力。不存在压缩机不但减小了操作成本，而且消除了潜在的危险，因为没有可能与氧发生爆炸性反应的受热的油。还有，不存在空气管道不但减小了系统的复杂性，因而减小了成本，还消除了氧返流入空气管道的问题。在现有技术中，空气和氧被注入单独的流体管道进入发酵容器。在本发明中，只有一种含氧的气流从外部源注入容器。
本发明一个重要的特征是它可很容易地适合应用现有设备。本发明实际上可应用任何现有机械搅拌的发酵罐或空气带升式发酵罐，所以没有大的投资费用即可实施。
本发明可在连续的或间歇的发酵工艺中实施。
已证实在机械搅拌的、连续操作的发酵罐中，本发明的发酵工艺减小能量消耗多达35％，同时实现产率增大20～50％，它基于测定的残余糖(RS)含量。已测得氧利用率是输入的70～100％。
在间歇式发酵罐中，还证实本发明实现循环时间的显著缩短，从约24～30小时减少到约13～17小时。该结果直接转变为产量的增大。间歇式发酵罐还经历能量利用的减少，以及氧利用率的增大，比得上连续发酵罐经历的情况。
可通过各种方式修改本发明。例如，可改变扩散器的确切的结构，而且该结构不限于附图所示的环状结构。还可改变限定扩散器的管上的孔结构。应当将对于本领域技术人员而言显而易见的这些和其它修改看作属于如下权利要求书的实质和范围。

Claims (24)

1.在一种发酵方法中，该方法包括如下步骤：将发酵培养基放入容器，保持容器内的发酵培养基达能使容器内进行发酵过程的足够时间，以及从容器中取出产物；
改进之处在于，其中，当正在进行发酵过程时将大致纯的氧的物流注入容器；以及
其中，所述大致纯的氧的物流包含来自容器外部的任意源的、被注入容器的唯一反应性气体。
2.权利要求1的改进之处，其中，所述大致纯的氧的物流完全由于氧源内的压力通过容器。
3.权利要求1的改进之处，其中，所述方法进一步包括：机械搅拌发酵培养基，测定从容器伸出的排气管内氧的浓度，以及根据测定的氧的浓度调节进入容器的氧的流量。
4.权利要求3的改进之处，其中，所述测定和调节步骤基本是连续进行的。
5.权利要求1的改进之处，其中，实施所述方法时不用机械搅拌容器的内含物，而且其中，该方法包括，测定容器内液面上空间中的氧浓度，如果氧的浓度大于预定的水平，就将液面上空间的气体再循环到容器内，而如果氧的浓度小于预定的水平，就从液面上空间将气体排到容器外部的区域。
6.权利要求5的改进之处，其中，所述测定步骤大致是连续进行的。
7.在一种发酵方法中，该方法包括如下步骤：将发酵培养基放入容器，保持容器内的发酵培养基达能使容器内进行发酵过程的足够时间，以及从容器中取出产物；
改进之处在于，其中，当正在进行发酵过程时将大致纯的氧的物流注入容器；以及其中，所述大致纯的氧的物流包含来自容器外部的任意源的、被注入容器的唯一气体。
8.在一种空气带升式发酵方法中，该方法包括如下步骤：将发酵培养基放入容器，保持容器内的发酵培养基达能使容器内进行发酵过程的足够时间，以及从容器中取出产物；
改进之处在于，其中，当正在进行发酵过程时将大致纯的氧的物流注入容器；以及其中，所述大致纯的氧的物流的压力构成用于使所述氧通过容器的唯一手段。
9.权利要求8的改进之处，其中，进行所述方法时没有机械搅拌容器的内含物，而且其中，该方法包括，测定容器内液面上空间中的氧浓度，如果氧的浓度大于预定的水平，就将液面上空间的气体再循环到容器内，而如果氧的浓度小于预定的水平，就从液面上空间将气体排到容器外部的区域。
10.权利要求9的改进之处，其中，所述方法还包括：测定发酵培养基的pH，以及当培养基中的pH已达到预定的值时将相对惰性的气体通入容器以便将二氧化碳从培养基排出。
11.机械搅拌的发酵罐，它包括：
a)一个能容纳发酵培养基的容器；
b)一个布置在该容器内的机械搅拌器；
c)一个位于该容器内的扩散器；
d)一个大致纯的氧的供应源，该氧供应源与所述扩散器流体连通，该氧供应源是连接到扩散器的、在容器外部的唯一气体源；以及
e)一个用于测定从容器伸出的排气管内氧的浓度的分析仪，该分析仪连接一个用于控制从氧供应源到扩散器的氧流量的可调阀。
12.权利要求11的发酵罐，其中，所述扩散器包括一个由空心管构成的环，所述管具有也有孔眼的部件，其中所述部件和管都与氧供应源流体连通。
13.权利要求12的发酵罐，其中，所述搅拌器包括叶轮，而且其中，所述部件延伸到叶轮附近。
14.权利要求13的发酵罐，其中，所述容器具有一个底部，而且其中，所述部件位于容器底部的附近。
15.空气带升式发酵罐，它包括：
a)一个能容纳发酵培养基的容器；
b)一个位于该容器内的扩散器；
c)一个大致纯的氧的供应源，该氧供应源与所述扩散器流体连通；以及
d)一个用于测定容器内液面上空间中的氧浓度的分析仪，该分析仪连接一个用于控制气体从液面上空间返回容器的流动的可调阀，该分析仪还连接一个从液面上空间排放气体的排气阀。
16.权利要求15的发酵罐，它还包括一个喷射器，将它放置以接收来自供应源的氧和接收从液面上空间流出并且流过所述可调阀的气体。
17.权利要求15的发酵罐，其中，所述扩散器包括一个由具有孔眼的空心管构成的环，以及很多从所述环伸出的部件，所述部件也具有孔眼，其中所述部件和管都与氧供应源流体连通。
18.权利要求17的发酵罐，其中，所述部件沿容器垂直尺寸的实质部分延伸。
19.权利要求15的发酵罐，它还包括一个pH控制单元，用来测定发酵培养基的pH，以及当培养基的pH达到预定的值时引起相对惰性的气体注入容器。
20.一种发酵方法，它包括，将大致纯的氧通入盛有发酵培养基的容器，从而促进所述培养基中的发酵，其中，所述大致纯的氧是容器外部的、被注入容器的唯一反应性气体。
21.权利要求20的方法，其中，完全由于氧的压力使氧通过容器。
22.一种发酵方法，它包括，将大致纯的氧通入盛有发酵培养基的容器，从而促进所述培养基中的发酵，其中，所述大致纯的氧的压力是使氧通过容器的唯一手段。
23.一个发酵罐，它包括一个容器，以及大致纯的氧的供应源，该氧供应源与所述容器流体连通，其中，所述氧供应源是容器外部的、与容器流体连通的唯一反应性气体源。
24.一个发酵罐，它包括一个容器，以及大致纯的氧的供应源，该氧供应源与所述容器流体连通，其中，所述氧供应源的压力是使氧通过容器的唯一手段。
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