6第六章 氧的供需及对发酵的影响(5[1].5)

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1、溶氧(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-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，发酵液中溶氧可在几分钟之内便耗竭，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

2、需要的氧量。mmolO2·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.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

3、.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>13%>8%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一、发酵液中氧的传递方程CCiPPi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/hC*＝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

4、)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第六章氧的供需及对发酵的影响调节Kla是最常用的方法，kla反映了设备的供氧能力，一般来讲大罐比小罐要好。45升1吨10吨搅拌速度250rpm120120供氧速率7.610.720.1第三节影响Kla的因素Kla反映了设备的供氧能力，发酵常用

5、的设备为摇瓶与发酵罐。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71373425392二、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：1、理论上分析KLand通气量提高搅拌，调节kla的效果显著例某一产品的发酵dnp0/vc产量4501801.6220%49

6、784502802.1240%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有限度的通风的增加也是有限的蒸发量大中间挥发性代谢产物带走例：红曲霉生产色素用于食品工业，静止培养改为通气培养，比色法测定产量：通气静止1.42.03.16.819.5OD0.280.78.315.614.36.2提高下降所以这些因素的存在，发酵设备的供养是有限的3、小型发酵罐和大型发酵罐调

7、节kla的特点小型发酵罐，转速可调大型发酵罐，转速往往不可调大型反应器的合理设计对现有设备一定要注意工艺配套4、影响Kla的其它因素空气分布器液体的粘度第四节CL、r和Kla的测定一、CL的测定1、化学法2、溶氧电极极谱型(阴极)：O2+2H++2e→H2O2原电池型(阴极)：O2+2H2O+4e→4OH-极谱型电极由于其阴极面积很小，电流输出也相应小，且需外加电压，故需配套仪表，通常还配有温度补偿，整套仪器价格较高，但其最大优点莫过于它的输出不受电极表面液流的影响。这点正是原电池型电极所不具备的。原电池型电极暴露在空气中时其电流输出约5～30

8、μA(主要取决于阴极的表面积和测试温度)，可以不用配套仪表，经一电位器接到电位差记录议上便可直接使用。膜：耐温、透气、不通水测定：一般是得到相对值二、