《氧的供需与传递》word版

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1、第五章：氧的供需与传递：一．名词解释：1.临界氧浓度：微生物的耗氧速率受发酵液浓度的影响，各种微生物对发酵液中溶氧浓度有一个最低要求这一溶氧浓度叫做“临界氧浓度”。2.氧的满足度：溶解氧浓度与临界氧浓度之比。二.简答1.生化反应器通气与搅拌的两个目的:①使发酵液充分混合，以便形成均匀的微生物悬浮液，促使底物从发酵液向菌体内及代谢产物从菌体内向发酵液的传递。②供给微生物生长和代谢所需的氧气。临界氧浓度：微生物的耗氧速率受发酵液浓度的影响，各种微生物对发酵液中溶氧浓度有一个最低要求这一溶氧浓度叫做“

2、临界氧浓度”2.比生长速率和氧浓度的关系：u=um*c/(K02+c)3.饱和溶氧浓度：在一定温度和压力下，空气中的氧在水中的溶解度。(mol/m3)例：25℃1×105Pa0.25mol/m3影响氧饱和浓度的主要因素:温度:温度越高，氧饱和浓度越低溶液的性质：溶质含量越高，氧的溶解度越低氧分压：p=HC*氧分压越高氧溶解度越高4.影响微生物需氧量的因素:菌种的生理特性、培养基组成、溶氧浓度和发酵工艺条件5.溶氧对发酵的影响：为了正确控制溶解氧浓度，有必要考察每一种发酵产物的（临界溶氧浓度）和（

3、最适溶氧浓度），并使发酵过程保持在最适溶氧浓度。最适溶氧浓度的高低与（菌种特性）和（产物合成的途径）有关。需氧发酵并不是溶氧愈高愈好。适当高的溶氧水平有利于菌体生长和产物合成；但溶氧太高有时反而抑制产物的形成。6.在发酵过程中引起溶氧异常下降可能有下列原因：①污染好气性杂菌，大量的溶氧被消耗掉，使溶氧在较短时间内下降到零附近，如果杂菌本身耗氧能力不强，溶氧变化就可能不明显；②菌体代谢发生异常现象，需氧要求增加，使溶氧下降；③某些设备或工艺控制发生故障或变化，也能引起溶氧下降，如搅拌功率消耗变小或

4、搅拌速度变慢，影响供氧能力，使溶氧降低。又如消沫油因自动加油器失灵或人为加量过多，也会引起溶氧迅速下降。其他影响供氧的工艺操作，如停搅拌、闷罐（关闭排气阀）等．都会使溶氧发生异常变化。7.在发酵过程中引起溶氧异常升高可能有下列原因：在供氧条件没有发生变化的情况下，耗氧量的显著减少将导致溶氧异常升高。如：1、菌体代谢出现异常，耗氧能力下降，使溶氧上升。2、污染烈性噬菌体，影响最为明显，产生菌尚未裂解前，呼吸已受到抑制，溶氧就明显上升，菌体破裂后完全失去呼吸能力，溶氧就直线上升8.耗氧速率：r=Qo

5、2*Xr——耗氧速率（mmolO2/l.h)QO2——比耗氧速率（mmolO2/g.h)X——菌体浓度（g/l)耗氧速率随微生物的种类、代谢途径和菌体浓度的不同而不同9.供氧、耗氧和产物形成的关系通常有三种类型：（1）产物形成期的氧消耗与菌体生长期的最大需氧量一致；（2）产物形成期的最大需氧量超过菌体生长期的最大需氧量；（3）产物形成期的最大需氧量低于菌体生长期的最大需氧量。10.比耗氧速率：单位菌体浓度的好氧速率，又称呼吸强度11.氧的传递途径及传质阻力供氧：空气中的氧从空气泡里通过气膜、气液

6、界面和液膜扩散到液体主流中。耗氧：氧自液体主流通过液膜、菌体丛、细胞膜扩散到细胞内。整个过程必须克服一系列的阻力，才能被微生物利用。*12供氧方面的阻力：①气膜阻力1/k1，气体主流与气液界面的气膜阻力1/kG，与空气情况有关；②气液界面阻力1/k2，也与空气情况相关，只有具备高能量的氧分子才能透到液相中去，而其余的则折返回气相；③液膜阻力1/k3，气液界面至液体主流间的液膜阻力1/kL，与发酵液的成分和浓度有关；④液流阻力1/k4，也与发酵液的成分和浓度有关，通常这不作为一项重要阻力，因在液体

7、主流中氧的浓度是假定不变的，当然这只有在适当搅拌的情况下才是这样。*13.耗氧方面的阻力：①细胞周围液膜阻力1/k5，与发酵液成分和浓度有关；②菌丝丛或团内的扩散阻力1/k6：这种阻力与微生物的种类、特性和生理状态等有关。单细胞的细菌和酵母不存在这种阻力，对于菌丝菌如霉菌等这种阻力最为突出。③细胞膜阻力1/k7，与微生物的生理特性相关；④细胞内反应阻力1/k8：指氧分子与细胞内呼吸酶系反应时的阻力，与微生物的种类、生理特性有关。14.供氧阻力方面液膜阻力1/kL比较显著，是控制因素15.耗氧方面

8、,细胞周围液膜的阻力1/k5是很小的,主要阻力是细胞膜阻力和菌丝从阻力，但搅拌可以减少逆向扩散的梯度，因此也降低了这方面的阻力。细胞内反应阻力，只在以下三种情况下才会产生：（1）培养基成分与其相应的酶的作用失活；（2）一些生理条件如温度、pH值等不适于酶的反应；（3）一些代谢产物积累或不能及时从反应处移去。16.双膜理论:①在气泡与包围着气泡的液体之间存在着界面，在界面的两旁具有两层稳定的薄膜，即气泡一侧存在着一层气膜，液体一侧存在着一层液膜②在气液界面上，空气中氧的分压与溶于液体中的氧浓度处于