5发酵过程控制(溶氧).ppt

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1、发酵工程课件FermentationEngineering第五章发酵过程控制（3)主讲人：夏帆欢迎光临教学目的:了解描述微生物需氧的物理量、影响需氧的因素；掌握溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响、发酵过程中溶解氧的变化和溶解氧的控制；理解溶解氧和pH综合控制系统。教学重点、难点：临界溶解氧浓度、溶解氧浓度对产物形成的影响、发酵过程中溶解氧的变化、提高KLa的途径、溶解氧的控制、溶解氧和pH综合控制系统第3节溶解氧的供需及控制(2学时)7/20/20212长江大学生科院生物工程系溶解氧Disso

2、lveOxygen(DO)需氧微生物生长所必需。纯氧在水、盐或酸中的溶解1.26mmol/L在28℃氧在发酵液中100％的空气饱和浓度只有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15~30s便耗竭。生物氧化氧吸收率<1%,浪费、产泡沫、染菌。在发酵过程中有效而经济地供氧极为重要。7/20/20213长江大学生科院生物工程系内容速览一、描述微生物需氧的物理量二、影响需氧的因素三、溶氧浓度对菌体生

3、长和产物形成的影响四、发酵过程中溶解氧的变化五、反应器中氧的传递六、发酵过程中溶解氧的控制溶氧控制7/20/20214长江大学生科院生物工程系一、描述微生物需氧的物理量比耗氧速率或呼吸强度（QO2）：单位重量的细胞(干重)在单位时间内所消耗的氧气，mmolO2/(g菌·h)摄氧率(r)：单位体积的发酵液在单位时间内所需要的氧量。mmolO2·L-1·h-1。r=QO2.XX——细胞浓度（g/L)返回7/20/20215长江大学生科院生物工程系二、影响需氧的因素菌体浓度X：直接影响培养液的摄氧率。

4、QO2：呼吸强度又受到很多因素影响r=QO2.X7/20/20216长江大学生科院生物工程系二、影响需氧的因素呼吸强度QO2的影响因素（五点）遗传因素菌龄代谢类型培养基的成分与浓度发酵条件7/20/20217长江大学生科院生物工程系二、影响需氧的因素呼吸强度QO2的影响因素（五点）遗传因素：不同的微生物呼吸强度是不同的。一般为25～100mmolO2/(L·h)。菌龄：一般幼龄菌生长旺盛，呼吸强度大；老龄菌生长慢，呼吸强度小。代谢类型：若产物是通过三羧酸循环(TCA)获取，则呼吸强度高，如Glu

5、、天冬氨酸的生产；若糖酵解途径(EMP)，则呼吸强度低，如苯丙氨酸、亮氨酸的生产。7/20/20218长江大学生科院生物工程系培养基的成分与浓度培养基成分尤其是碳源对细胞的耗氧量有很大影响。培养基的浓度也会影响细胞的耗氧速率。营养丰富，菌体生长快，耗氧量大.此外，若培养基中含有生长抑制剂时，呼吸强度也回受到限制。不同碳源对青霉素摄氧率的影响内源呼吸？外源呼吸？如果外界没有供给能源，而是利用自身内部储存的能源物质进行呼吸在正常情况下，微生物利用外界供给的能源进行呼吸7/20/20219长江大学生科

6、院生物工程系发酵条件温度、pH通过对酶活性的影响而影响菌体细胞的耗氧温度还影响发酵液中的溶氧浓度有些有害物质的积累，如NH3、CO2会抑制微生物的呼吸返回7/20/202110长江大学生科院生物工程系三、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响CCrCCr：呼吸临界氧浓度,指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。如果对产物而言，便是不影响产物合成所允许的最低浓度。QO2CL（溶解氧浓度）当溶解氧浓度高于临界值时，微生物的呼吸强度保持恒定，与培养液中的氧浓度无关；当低于这个临界值时，微生物的呼吸强度受到溶解

7、氧浓度的影响，这时细胞的代谢活动会因溶解氧浓度的限制受到影响。p107Criticalcontentration7/20/202111长江大学生科院生物工程系注意：有时产物合成临界氧浓度和菌体生长所需的呼吸临界氧浓度会不一样：头孢菌素卷须霉素生长CCr为5%(相对于饱和浓度）CCr为13%产物>13%>8%（即低于13%时产物的形成会受到抑制）一般对于微生物：CCr:＝1～25%饱和浓度表7-5P107例：酵母4.6×10-3mmol.L-1,1.8%产黄青霉2.2×10-2mmol.L-1,8

8、.8%7/20/202112长江大学生科院生物工程系溶解氧浓度对菌体生长和产物的形成会产生不同的影响。对菌体生长的影响显而易见。谷氨酸、精氨酸和脯氨酸发酵时，若供氧不足，其积累就会明显降低，产生大量乳酸和琥珀酸。对抗生素发酵来说，氧的供给就更为重要。如金霉素发酵，在生长期短时间停止通风，就可能影响菌体在生产期的糖代谢途径，由HMP途径转向EMP途径，使金霉素产量减少。7/20/202113长江大学生科院生物工程系在培养过程中并不是维持溶氧越高越好。即使是专性好氧菌，过高的溶氧对生长可能不利。氧的