《氧的供需与传递》PPT课件

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1、第六章氧的供需与传递溶氧(DO)是需氧微生物生长所必需。在发酵过程中有多方面的限制因素，而溶氧往往是最易成为控制因素。在28℃氧在发酵液中的100％饱和浓度只有0.25mmol.L-1左右，比糖的溶解度小7000倍。在对数生长期即使发酵液中的溶氧能达到100％空气饱和度，若此时中止供氧，发酵液中溶氧可在几秒(分)钟之内便耗竭，使溶氧成为限制因素。第六章氧的供需与传递微生物细胞对氧的需求氧在液体中的溶解特性影响氧的传递速率的主要因素控制溶氧的工艺手段第一节微生物细胞对氧的需求好气性微生物的生长发育和代谢活动都需要消耗氧气

2、。在发酵过程中必须供给适量无菌空气，才能使菌体生长繁殖，积累所需要的代谢产物。微生物只能利用溶解于液体中的氧。由于各种好气微生物所含的氧化酶体系（如过氧化氢酶、细胞色素氧化酶、黄素脱氢酶、多酚氧化酶等）的种类和数量不同，在不同环境条件下，各种需氧微生物的吸氧量或呼吸程度是不同的。一、发酵过程中氧的需求几个重要基本参数呼吸强度（比耗氧速率）单位质量的菌体(以干重计)在单位时间内消耗氧的量mmolO2/（g干细胞·h）。用Qo2表示。一、发酵过程中氧的需求几个重要基本参数耗氧速率指单位体积培养液在单位时间内的消耗氧的量，以

3、r表示，单位为[mmolO2/L·h]。一、发酵过程中氧的需求几个重要基本参数r=Qo2·X式中：r---耗氧速率mmolO2/L·h；Qo2---菌体呼吸强度mmolO2/（g干细胞·h）；X---发酵液中菌体浓度，（g/L）一、发酵过程中氧的需求几个重要基本参数临界氧浓度在溶氧浓度低时，呼吸强度随溶解氧浓度的增加而增加，当溶氧浓度达到某一值后，呼吸强度不再随溶解氧浓度的增加而变化时的溶解氧浓度。用C临界表示C临界满足微生物呼吸的最低溶氧浓度,对产物而言,不影响产物合成所允许的最低氧浓度。在临界氧浓度以下，微生物的呼

4、吸速率随溶解氧浓度降低而显著下降。好氧微生物临界氧浓度大约是饱和浓度的1-25％。临界溶氧浓度CCr:指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。二、微生物对氧的需求一般对于微生物：CCr:＝1～15%饱和浓度例：酵母4.6*10-3mmol.L-1,1.8%产黄青霉2.2*10-2mmol·L-1,8.8%定义：氧饱和度＝发酵液中氧的浓度/临界溶氧溶度对于微生物生长，只要控制发酵过程中氧饱和度>1.问题：一般微生物的临界溶氧浓度很小，是不是发酵过程中氧很容易满足?例：以微生物的耗氧速率0.052mmolO2·L-1·S-1计，

5、0.25/0.052=4.8秒(0.25为溶解氧浓度)培养液中的溶解氧最多可用4.8秒，因此必须连续通气。注意：由于产物的形成和菌体最适的生长条件，常常不一样：头孢菌素卷须霉素生长5%(相对于饱和浓度）13%产物>13%>8%细胞培养中耗氧规律培养初期：QO2逐渐增高，x较小。在对数生长初期：达到(QO2)m，但此时x较低，γ并不高。C.在对数生长后期：达到γm,此时QO2<(QO2)m，x

6、.培养后期：S→0，QO2↓↓,γ↓↓二、微生物对氧的需求影响微生物需氧量的因素很多菌体浓度XQo2遗传因素菌龄营养的成分与浓度有害物质的积累培养条件r=Qo2·X培养条件培养基组成、溶氧浓度和发酵工艺条件等Darlington,1964,酵母成分表示为C3.92H6.5O1.94从碳氢化合物和碳水化合物生成酵母的反应可用下式表示：7.4CH2+6.135O2=C3.92H6.5O1.94+3.22CO2+3.98H2O6.67CH2O+2.1O2=C3.92H6.5O1.94+2.75CO2+3.42H2O碳源的性质

7、决定着发酵的需氧量。菌龄幼龄呼吸强度大但菌体浓度低，总的耗氧量也低晚龄呼吸强度弱，但菌体浓度高，总的耗氧量也高三、培养的目的不同，选取不同的供氧条件★获取细胞本身：保持溶解氧的浓度高于临界溶氧浓度。从而满足微生物的最大需氧而得到最高的微生物的细胞产量。★以获得细胞代谢产物为目的，溶氧对代谢产物影响有不同的情况①代谢产物的生成的最佳需氧量与细胞生长的最佳需氧量相同。采用供养的浓度大于临界溶氧浓度。②代谢产物的生成的最佳需氧量与细胞生长的最佳需氧量高。尽可能的提高供氧浓度。脯氨酸、谷氨酸、赖氨酸、苏氨酸等。③代谢产物的生成

8、的最佳需氧量与细胞生长的最佳需氧量低。使氧的满足度小于1，如苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、头孢霉素的生产。四、氧在液体中的溶解特性饱和溶氧浓度：在一定温度和压力下，空气中的氧在水中的溶解度。(mmol/L)例：25℃1×105Pa0.25mmol/L四、氧在液体中的溶解特性影响氧饱和浓度的主要因素（1）温度随温度的升高气体分子的运动加