發酵過程中可以利用增加攪拌速度、增加氣體流速或增加氣體分壓等 等增加培養液中的溶解氣體量，在傳統的攪拌式發酵槽中可以利用提高攪 拌速度達成非常高的氣體傳質速率 (gas mass transfer rate)，但會增加剪切 力對於微生物有害的風險 (Hensirisak et al. 2002)。氣液界面表面積和氣泡 滯留時間 (residence time) 是限制氧氣運送至微生物的因素，氣液面積可以 透過改變界面量來控制，但此因素很難控制。前人發現當利用 sparger 時，
能增加發酵槽中的氧氣傳質速率 (氧氣在 25°C 溶解度為 0.0084 g/L)，該 系統的主要優點是因其藉由微小泡泡 (microbubbles) 增加界面表面積 (interfacial surface area)，可以在相當低的攪拌速度下增加傳質速率，此外 由於氣泡變小上升速度較慢，增加其在發酵槽中滯留的時間 (Hensirisak et al. 2002)。在本實驗中可以發現通入空氣發酵時，使用 sparger 時能提高 ORP (由 -17 mV 提升至 27 mV)，顯示其提升培養液中的溶解氧 (圖十一 (A))。
乳酸桿菌被認為是具發酵代謝能力的耐氧厭氣菌，通常無法產生具活 性的電子傳遞鏈 (electron transport chain，ETC)，過去研究顯示乳酸桿菌在 有 氧 ( 氧 氣 的 存 在 ) 或 呼 吸 生 長 ( 在 有 氧 培 養 下 添 加 haem 及 生長特性，如最大生質濃度 (biomass concentration)、比生長速率 (specific growth rate)、發酵時間、醣類的消耗及菌體產率皆顯著地受 pH 控制的參 數影響 (Rault et al. 2009)。前人的研究提出了幾種乳酸菌的最適培養 pH 值 : Streptococcus thermophilus (pH 6.5)、L. bulgaricus (pH 5.8 至 6.0) 及
58 (Hutkins & Nannen 1993)，與酸性發酵 (acidic fermentations) 相比，能產生 較高的生長速率及產率 (growth yields 和 productivity) (Savoie et al. 2007)。
由於弱有機酸的非解離型態誘導細胞質的酸化，導致質子動力的崩解，使 得營養物質的傳遞及酵素反應受到抑制，進而使 DNA 變性及細胞失活。
將細胞外的 pH 值維持在一個較高的值，有助於其穩定細胞內的 pH 值，
從而減少乳酸的抑制作用 (Rault et al. 2009)。發酵 pH 值同時也對於細胞 內 pH (internal pH，pHi)、pH 梯度 (pH gradient，dpH)、質子動力、膜電 位、NADH/NAD 比率、ATP 含量、ATP 形成速率、乳酸脫氫酶與 ATPase 酶的合成，以避免變性蛋白的有害絮聚 (deleterious aggregation)。chaperones 扮演保護功能性蛋白並使錯誤折疊蛋白質重新折疊的角色，而蛋白酶則去 除不可逆的受損蛋白將其降解成胺基酸後回收，為細胞提供最後一道防線 (圖七)。本實驗結果顯示當 NTU 101 於氧化壓力、pH、冷、熱及滲透壓
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逆境中，顯示以 N2 培養會降低 DnaJ、DnaK、sHsp 和 GroES 的表現量，
控制於最適 pH 會再進一步降低 DnaJ、DnaK 及 GroES 的表現，即 NTU 101 的生長限制和這三個基因的表現量有關。而在有氧環境、較高或較低 pH 值的逆境下大量表現 Csp、DnaJ、DnaK、sHsp 和 GroES 均參與蛋白 質的摺疊修復機制，顯示 NTU 101 透過重新摺疊或降解受損蛋白，使細 胞從逆境中恢復，從而恢復蛋白質的穩定狀態及促進細胞存活 (圖二十 二)。
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圖二十二、推測 NTU 101 於逆境下修復受損大分子的機制示意圖。
Surmise that schematic representation of the molecular mechanisms Figure 22.
repairing damaged macromolecules in NTU 101 during stress.
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