生物化工基础-氧传递

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1、《生物化工基础》第八次作业化23   张猛《生物化工基础》第八次作业细胞生物反应器及氧传递化23  张猛2012011916一．查阅资料，各举出搅拌式反应器、气升式反应器和鼓泡式反应器的一个应用例子，要求列出具体的培养体系，发酵培养基配方，达到的细胞密度以及生产的具体产品。答：1）搅拌式生物反应器[1]背景介绍：搅拌式生物反应器悬浮培养水母雪莲细胞的研究本实验所采用的搅拌式生物反应器的结构示意图如下：图1. 搅拌式生物反应器示意图【具体培养体系】水母雪莲（Saussurea medusa Maxim）愈伤组织红色系，为实验室筛选所得。【悬浮培养基配方】悬浮培养基采用Murashige和Skoo

2、g设计的MS培养基*，附加0.5mg/L的6‐苄基腺嘌呤(6‐BA)、2mg/L的萘乙酸(NAA)、30g/L的蔗糖、10g/L的葡萄糖。*由于MS培养基成分复杂，考虑篇幅因素，将其配方列于最后的附录中，供参考。【达到的细胞密度】本实验中，发酵液中达到的细胞密度用细胞干重来表示。该实验对比相同营养条件下，水母雪莲细胞在摇瓶和搅拌式生物反应器中的生长情况，结果如下图所示：《生物化工基础》第八次作业化23   张猛图2. 摇瓶及反应器中的细胞生长情况从图中可以看到，无论在摇瓶中还是在反应器中，细胞的生长都经过的相同的阶段：经过4d左右的延迟期后，进入对数生长期（4d~9d），12d时细胞生长达到高

3、峰，随后进入稳定期。对于摇瓶而言，所能达到的最大细胞干重约为23g/L,而在搅拌式生物反应器中，达到的最大细胞干重约为14g/L.【生产的具体产品】水母雪莲(Saussurea medusa Maxim)为我国传统的中草药，含生物碱、黄酮等多种有效成分。本文关注于反应器的搅拌特性对该细胞发酵过程的带来的影响，初步探讨了搅拌式反应器中黄酮产量下降的原因，因此可为工业上利用水母雪莲细胞发酵生产黄酮提供参考依据。2）气升式反应器[2]背景介绍：利用稻谷壳水解液在气升式生物反应器中发酵生产单细胞蛋白本实验所采用的气升式生物反应器为外循环结构，总容积为11. 5L，上升管与下降管的直径比(D/d)为6.

4、6，罐体高径比(H/D )为2. 9，罐内可加装筛板，形成带筛板的外循环气升式生物反应器，其结构如下图所示：《生物化工基础》第八次作业化23   张猛图3. 气升式生物反应器结构示意图【具体培养体系】以稻谷壳为原料，采用酵母菌发酵的方法，生产单细胞蛋白。所用菌种为树状假丝母AS1. 257（Candida arboreaAS1. 257）。【发酵培养基配方】稻谷壳水解液（总糖浓度为4. 35%），尿素0. 6%，发酵培养基经121℃灭菌20min后冷却，用氨水调至pH4. 5～5. 0。【达到的细胞密度】本实验考虑了通风量对菌体干重及干基粗蛋白产量的影响，达到的细胞密度可用该时刻的菌体干重表示

5、，具体结果如下表所示：表1. 不同通风模式对发酵结果的影响从表1的结果看，经过48h培养后，在不同的通风模式下，生物量基本接近，约为21mg/mL。但从干基粗蛋白含量上看，前期取相对较小的通风量，而后期增加通风量有利于蛋白质的积累。因此，从生产成本上考虑发酵前期的通风量可取较小值，发酵后期取较大值。【生产的具体产品】所谓的单细胞蛋白，实际上是微生物蛋白，针对本体系而言，是用稻谷壳水解液所培养的酵母菌细胞。发酵结束后，经固液分离得到树状假丝酵母菌体，然后进行干燥处理，即可制得富含蛋白质的酵母粉，即为所谓的“单细胞蛋白”。《生物化工基础》第八次作业化23   张猛3）鼓泡式反应器[3]背景介绍：鼓

6、泡式光生物制氢反应器中光合细菌的生长及产氢特性分析本实验将鼓泡反应器与光生物反应器结合，采用590 nm单色光为光源，研究间歇性鼓入Ar气泡对光合细菌生长代谢、产氢特性的影响。实验装置如下图所示：图4. 鼓泡式光生物产氢实验系统【具体培养体系】本实验采用菌株为前期纯化，并经鉴定得到的具有高效产氢性能的沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonas palustrisCQK‐01）。【发酵培养基配方】本实验所采用的发酵培养基配方如下表所示：组分使用浓度（g/L）葡萄糖（有机碳源）10.0酵母膏（氮源）1.0CO(NH2)2（氮源）1.677生长因子1 (mL/L)K2HPO4·3H2O1.00

7、6KH2PO40.544MgSO4·7H2O0.2FeSO4·7H2O0.0417(NH4)6Mo7O24·4H2O0.001ZnSO4·7H2O0.001NaC10.2CaC120.01谷氨酸钠0.5表2. 鼓泡式反应器发酵培养基配方【达到的细胞密度】本实验采用菌液吸光度（OD600nm）的变化来反映液相中细菌生物量的变化情况，研究了不同间隔鼓泡操作条件（间隔3,6,12 h）对反应器内菌液吸光