第五节_溶解氧浓度对发酵的影响ppt课件.ppt

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1、第五节溶解氧浓度对发酵的影响及控制氧是一种难溶于水的气体。在25℃，1×105Pa条件下，纯氧在水中的溶解度为1.26mmol/L，空气中的氧在纯水中的溶解度更低（0.25mmol/L）。在28℃氧在在发酵液中的溶解度只有0.22mmol/L，而发酵液中的大量微生物耗氧迅速（耗氧速率大于25~100mmol/L.h），因此，供氧对于好氧微生物来说是非常重要的。在对数生长期，即使发酵液被空气饱和，若此时停止供氧，发酵液中溶氧可在几分钟之内便耗尽。在好氧深层培养中，氧气的供应往往是发酵能否成功的重要限制因素之一。一、溶解氧浓

2、度对发酵的影响1、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耗氧速率(r)：单位体积的发酵液在单位时间内的耗氧量。mmolO2·L-1·h-1。r=QO2.X2、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响CCr:临界溶氧浓度,指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。CCrQO2CL当不存在其他限制性基质时，溶解氧浓度高于临界值，细胞的比耗氧速率保持恒定；如果溶解氧浓度低于临界值，细胞的比耗氧速率就会大大下降，或者是微生物的呼吸速率随溶解氧浓度降低而显

3、著下降，细胞处于半厌气状态，代谢活动受到阻碍。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，0.25/0.052=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%(

4、相对于饱和浓度）13%产物>13%>8%3.培养过程中细胞耗氧的一般规律疣孢漆斑霉在分批培养时呼吸强度的变化培养初期：QO2逐渐增高，x较小。在对数生长初期：达到(QO2)m，但此时x较低，γ并不高。C.在对数生长后期：达到γm,此时QO2<(QO2)m，x

5、：油脂或烃类>葡萄糖>蔗糖>乳糖培养基浓度浓度大,QO2↑;浓度小,QO2↓菌龄的影响:一般幼龄菌QO2大,晚龄菌QO2小影响微生物耗氧的因素发酵条件的影响pH值→通过酶活来影响耗氧特征;温度→通过酶活及溶氧来影响耗氧特征：T↑,DO2↓代谢类型(发酵类型)的影响若产物通过TCA循环获取,则QO2高,耗氧量大；若产物通过EMP途径获取,则QO2低,耗氧量小。二、发酵液溶解氧浓度的控制1、发酵液中氧的传递方程CPPi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

6、*＝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-12、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3、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增加C*的办法：★在通气中掺入纯氧，提高氧分压；★提高罐压调节Kla

7、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7.610.720.12、影响KLa的因素发酵罐的形状，结构（几何参数）搅拌器，空气分布器（几何参数）通气：表观线速度Ws②操作条件搅拌：转速N，搅拌功率PG发酵液体积V，液柱高度HL③发酵液的性质：如影响发酵液性质的表面活性剂、离子强度、菌体量①设备参数A.搅拌对KLa的影响转速N↑→PG↑→KLa↑搅拌作用(影响KLa原理)将通入培养液的空气分散成细小的气泡，防止小气泡的凝并，从而增大气液相的接

8、触面积，即a↑→KLa↑→溶氧↑搅拌产生涡流，延长气泡在液体中的停留时间，溶氧↑搅拌造成湍流，减小气泡外滞流液膜的厚度，从而减小传递过程的阻力，即1/KL↓→KL↑→KLa↑→溶氧↑搅拌使菌体分散，避免结团，有利于固液传递中接触面积的增加，使推动力均一；同时，也减少菌体表面液膜的厚度，有利于氧的传递。N并不是越大越好