6第六章 发酵工程中的供氧.ppt

《6第六章 发酵工程中的供氧.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第六章发酵过程中的供养1大多数发酵产品是由需氧微生物产生的。在需氧菌的发酵过程中必须连续不断地向发酵液中通入无菌空气，微生物利用空气中的氧进行呼吸作用、物质代谢和能量代谢。如葡萄糖在微生物体内的有氧氧化：C6H12O6+6O2→H2O+6CO2+能量微生物只能利用溶解于水中的葡萄糖和氧。葡萄糖在水中的最大溶解度可达70%(W/V)左右。而氧难溶于水，在一个大气压和25℃的条件下，发酵液中氧的饱和溶解度约为0.2mmol/L(6.4mg/L)。如果发酵过程中微生物的需氧量按20~50mmol/(L·h)计算，培养液中的溶解氧只能维持

2、菌体正常生命活动20~50s。2如果不连续向发酵液中供给氧气，菌体的呼吸就会受到强烈抑制。因此，在微生物的能量代谢活动中，氧的供给十分重要；不间断地补充发酵液中的溶解氧，保证菌体的正常代谢活动，是需氧发酵中要解决的重大课题。在各种代谢产物的发酵过程中，随着生产能力的不断提高(新菌种选育和加富培养技术应用)，微生物的需氧量不断增加，对发酵没备供氧能力的要求也愈来愈高。溶解氧浓度已成为发酵生产中提高生产能力的限制因素。所以，处理好发酵过程中的供氧和需氧之间的关系，是研究最佳化发酵工艺条件的关键因素之一。3第七章通气与搅拌第一节工业发酵

3、过程中氧的需求第二节氧在溶液中的传递第三节影响供氧的因素第四节溶解、摄氧率和KLa的测定(自学)4第一节工业发酵过程中氧的需求一、微生物对氧的需求二、氧在液体中的溶解特性三、影响微生物需氧量的因素5在发酵过程中，微生物对氧的需求量不同，耗氧量可用两个物理量表示。1.摄氧率(r)即单位体积发酵液每小时消耗氧的量，单位为mmol/(L·h)。2.呼吸强度(亦称氧比消耗速率，QO2)即单位重量的干菌体每小时消耗氧的量，单位为mmol/(g·h)。两个物理量的关系为：r=QO2·X，其中X为发酵液中菌体浓度，单位为g/L。r值的范围一般在

4、25~100mmol/L·h；QO2一般在1.5~15mmol/g·h；一、微生物对氧的需求6微生物的呼吸强度的大小受多种因素的影响，其中发酵液中的溶解氧浓度(CL)对呼吸强度(QO2)的影响如图所示。当溶氧浓度低时，呼吸强度随溶解氧浓度的增加而增加，当溶氧浓度达某一值后，呼吸强度不再随溶解氧浓度的增加而变化，此时的溶氧浓度称为呼吸临界氧浓度，以C临界表示。一、微生物对氧的需求C临界7影响微生物呼吸临界氧浓度的主要因素有以下几点。(1)微生物的种类与培养温度：不同的微生物其呼吸临界氧浓度不同，同一种微生物在不同的培养温度下其呼吸临

5、界氧浓度也不相同，某些微生物的临界氧浓度■微生物温度（˚C）临界氧浓度（mmol/L）固氮菌300.018-0.049大肠杆菌37/150.0082/0.0031酵母35/200.0046/0.0037假单胞菌300.009米曲霉300.002酵母34.50.0046粘质沙雷氏菌310.015产黄青霉30/240.0090/0.022一、微生物对氧的需求8(2)微生物的生长阶段：次级代谢产物的发酵过程可分为菌体生长阶段和产物合成阶段，两个阶段的呼吸临界氧浓度分别以C长临和C合临表示，随菌种的生物学特性不同，两者表现出不同的关系：①

6、C长临∽C合临；②C长临＞C合临，如卷须霉素，C长临为13~23%，而C合临为8%以下；③C长临＜C合临，如头孢菌素C，C长临为5~7%，而C合临为10%~20%。已知多数品种的发酵中C长临＞C合临。一、微生物对氧的需求提示：生长临界溶氧溶度不一定与产物合成临界溶氧溶度相同。临界溶氧溶度并不等于其最适生长氧浓度。在培养过程中并不是维持溶氧越高越好。过高的溶氧对生长可能不利。顶头孢霉产生头孢菌素的临界氧浓度在0~7%的氧饱和度间，但低于10-20%就抑制抗生素生物合成；因此，在生产头孢菌素时，应使其溶氧浓度远大于临界值。顶头孢霉产生

7、卷曲霉素，临界氧浓度在13~23%，但高于8%就抑制抗生素生物合成；因此，在生产卷曲霉素时，则应使其溶氧浓度低于临界值。9氧溶解于水的过程是气体分子在水中的的扩散过程。空气与液体相接触，氧气分子就会溶解于液体之中，经过一定的接触时间，氧气分子在气液两相中的浓度就会达到动态平衡。若外界条件如温度、压力等不再变化，氧气在液体中的浓度就不再变化，此时的浓度即为该条件下在该溶液中的溶解氧的饱和浓度。用C*表示。单位可用mmol/L、mg/L等表示。二、氧在液体中的溶解特性10影响氧饱和浓度的主要因素有三。1、温度：随着温度升高，气体分子运

8、动加快，使溶液中的溶解氧的饱和浓度下降。0.1MPa下纯氧在水中的溶解度当纯水与自然状态的空气相平衡时，温度对氧饱和浓度的影响可用下列经验公式来计算（适用浓度为4~33ºC)C*=14.68/(31.6+t)C*：自然状态下水中氧的饱和浓度，mol