《通气与搅拌》PPT课件

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1、第七章通气与搅拌在常压下（20℃）达到平衡时，氧在水中的溶解度仅为6.2ml／L（0.28mmol）。这些氧只能保证氧化8.3mg（即0.046mmol）葡萄糖，仅相当培养基中常用葡萄糖浓度的1‰。对于发酵液中每小时在1m3培养液中需要氧是溶解量的750倍。如果中断供氧，菌体会在几秒钟内耗尽溶氧。对好氧菌来说，生长的限制因子几乎总是氧的供应。第一节微生物对氧的需求一、描述微生物需氧的物理量比耗氧速度或呼吸强度（QO2）：单位时间内单位体积重量的细胞所消耗的氧气，mmolO2·g菌-1·h-1摄氧率(r)：单位时间内单位体积的发酵液所需要的氧量。mmol

2、O2·L-1·h-1。r=QO2.X二、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响CCrQO2CLCCr:临界溶氧浓度,指呼吸强度不再随着溶氧浓度变化而变化时的溶氧浓度；指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。在培养过程中不需要使溶解氧浓度达到或接近饱和值，而只要超过某一临界氧浓度即可。当不存在其他限制性基质时，如果溶氧浓度高于临界值，细胞的比耗氧速率保持恒定；如果溶氧浓度低于临界值，细胞的比耗氧速率大大下降，这时细胞处于半厌氧状态。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-

3、1,8.8%定义：氧饱和度＝发酵液中氧的浓度/临界溶氧溶度所以对于微生物生长，只要控制发酵过程中氧饱和度>=1.影响氧饱和浓度C*的主要因素温度氧饱和浓度C*：外界条件不改变，氧气在溶液中的浓度不随时间改变而改变时的氧的浓度溶液的性质氧在不同性质的溶液中的溶解度不一样，在同种溶液溶质含量不同的溶解度也不一样，一般说，溶质含量越高，氧的溶解度越小。氧分压在系统压力小于0.5MPa的情况下，氧在溶液中的溶解度与氧分压成正比。三、影响需氧的因素r=QO2.X菌体浓度QO2遗传因素菌龄营养的成分与浓度有害物质培养条件一、氧传递的动力和阻力传递过程的总推动力是气

4、相与细胞内的氧分压之差。在氧从气泡传递到细胞内要克服一系列的阻力，相对大小取决于流体力学特性、温度、细胞活性和浓度、液体的组成、界面特性以及其他因素。第二节氧在溶液中的传递气液相间的氧传递阻力：气膜和液膜中。液固相间的氧传递：细胞或细胞周围的液膜阻力可忽略。二、氧的传递方程式Nv：体积传氧速率kmol/m3.hC*：饱和溶氧浓度Kla:以(C*-C)为推动力的体积溶氧系数h-1传递：消耗：r=QO2.XNv＝Qm.X=rKla＝r/(C*-C)发酵液中供氧和需氧始终处于一个动态的平衡中氧的平衡最终反映在发酵液中氧的浓度上面当供氧大于需氧时，即Kla(C

5、*-C)>r时，发酵液的溶氧浓度随时间的延长而增加，直到趋近饱和溶氧浓度。当供氧小于需氧时，即Kla(C*-C)1涨塑性流体（淀粉组成的培养基发酵）

6、第四节影响供氧的因素一、影响氧传递动力的因素（一）提高饱和溶氧浓度的方法降低温度降低培养基中营养物质的含量提高发酵罐的氧分压（二）降低发酵液中的溶氧浓度减少通气量降低搅拌速率二、影响Kla的因素Kla反映了设备的供氧能力，发酵常用的设备为摇瓶与发酵罐。(一)影响摇瓶kla的因素摇瓶机往复，频率80-120分/次，振幅8cm旋转，偏心距25、12,转速250rpm装液量，一般取1/10左右：250ml15-25ml500ml30ml750ml80ml例：500ml摇瓶中生产蛋白酶，考察装液量对酶活的影响装液量30ml60ml90ml120ml酶活力713

7、73425392(二)影响发酵罐中Kla的因素已知在通风发酵罐中，全挡板条件下：Kla=K[(P/V)α(Vs)β(ηapp)-w]P/V—单位体积发酵液实际消耗的功率（指通气条件下，KW/m3）Vs—空气的直线速度（m/h）ηapp—发酵液的粘度（kgs/m2)α、β、w—指数，与搅拌器和空气分布器的形式有关K—经验常数1、理论上分析KLand通气量提高搅拌，调节kla的效果显著P=K•d5•n3•ρ例某一产品的发酵dnp0/vc产量4501801.6220%49784502802.1240%55645501802.6160%8455例黑曲霉生产糖化

8、酶n230230270通气比1:0.81:1.21:0.8产量181224162846提高d、