氧的供需及对发酵的影响

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1、溶氧(dissolvedoxygen，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％的空气饱和浓度只有0.25mmol/L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。第六章氧的供需及对发酵的影响第一节微生物对氧的需求第二节发酵液中氧的供给第三节影响Kla的因素（供氧的调节）第四节与溶氧相关的参数测定第五节发酵过程中溶氧监控的意义第一节微生物对氧的需求一、描述

2、微生物需氧的物理量比耗氧速度(呼吸强度)（Qo2）：单位时间内单位重量的细胞所消耗的氧气，mmolO2·g-1cell·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。mmolO2·L-1·h-1。r=Qo2.X微生物温度/℃临界氧值/(mmolO2/L)温度/℃临界氧值/(mgO2/L)大肠杆菌37.80.00820.003115.00.26酵母34.80.00460.003720.00.60产黄青霉30.00.00900.022024.00.40几种微生物的呼吸临界氧值二、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响CCrQO2CLCCr:临

3、界溶氧浓度,指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。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/临界溶氧浓度所以对于微生物生长，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：以微生物的摄氧率0.052mmolO2·L-1·S-1计，0.25/0.052=4.8秒注意：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>1

4、3%>8%品种测定水温窒息点（mmol/l)相当于鲤鱼290.09-0.014%鲢鱼270.01-0.024-8%鲫鱼290.0042%氧对鱼类的影响胡隐昌，水产养殖,2003三、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的积累培养条件第二节反应器中氧的传递CP气膜液膜只有溶解于液相中的氧才可能被其中的微生物所利用双膜理论前提：气泡与包围着气泡的液体间存在接触面；气泡侧为气膜，液泡侧为液膜。O2以扩散方式，借浓度差由气液双膜进入液相。双膜之间两相界面上，氧分压强与溶于界面液膜中的氧浓度处于平衡关系；传质过程处于稳定

5、态，传质途径个各点氧浓度不随时间变化。双膜理论PiCi传氧方向界面第二节反应器中氧的传递一、发酵液中氧的传递方程CP气膜液膜N：传氧速率kmol/m2.hkg:气膜传质系数kmol/m2.h.atmKl:液膜传质系数m/hP:气相中氧的分压强C：液相溶解氧浓度双膜理论PiCi传氧方向界面C*＝P/H,与气相中氧分压相平衡的液体中氧的浓度Kl:以氧浓度为推动力的总传递系数(m/h)再令：单位体积的液体中所具有的氧的传递面积为a(m2/m3)Nv：体积传氧速率kmol/m3.hKla:以(C*-C)为推动力的体积溶氧系数h-1二、发酵液中氧的平衡发酵液中

6、供氧和需氧始终处于一个动态的平衡中传递：消耗：r=QO2.X氧的平衡最终反映在发酵液中氧的浓度上面三、供氧的调节C有一定的工艺要求，所以可以通过KLa和C*来调节其中C*＝P/HNvHPKLa调节KLa是最常用的方法，KLa反映了设备的供氧能力。45升1吨10吨搅拌速度250rpm120120供氧速率7.610.720.1不同的设备供氧能力不一样第三节影响KLa的因素KLa反映了设备的供氧能力。发酵常用的设备为：摇瓶发酵罐一、影响摇瓶KLa的因素为装液量和摇瓶机的种类摇瓶机往复，频率80-120分/次，振幅8cm旋转，偏心距25、12，转述250rp

7、m装液量，一般取1/10左右：250ml15-25ml500ml50ml750ml80ml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71373425392二、影响发酵罐中KLa的因素已知在通风搅拌发酵罐中，全挡板条件下：1、理论上分析KLand通气量提高搅拌转速，调节KLa的效果显著例某一产品的发酵dnp0/vc产量4501801.6220%49784502802.1240%55645501802.6160%8455例黑曲霉生产糖化酶n230230270通气比1:0.81:1.21:0.8产量

8、181224162846提高d、n显著提高C，提高了产量提高n，比提高Q有效2、实际上：对于转速的调节有时是