生化工程_刘晓兰_通气与搅拌1

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1、生化工程BiochemicalEngineering主讲:Dr.刘晓兰齐齐哈尔大学第四章通气与搅拌第一节细胞对氧的需求(Oxygendemandandrespiration)第二节培养过程中的氧传递和速率第三节氧传递速率与细胞呼吸的关系第四节Kla的测定(Kla–measurement)第五节反应器搅拌轴功率的计算第六节Kla与设备参数及操作变数之间的关系式第七节反应器中的Kla与其调节Introduction搅拌的作用：（1）混合均匀(需功率小)，（2）打碎气泡，有助溶氧（需功率大）。实例：醪液浓度啤酒发酵：较小，产生的二氧化碳使发酵液循环。乳酸发酵：高

2、，40~60rpm柠檬酸发酵：较高，110-120rpm所以，对好氧培养系统，除了均匀混合需要搅拌之外，搅拌的作用是强化溶氧。氧在水中的溶解度很低，培养液溶氧浓度更低，所以搅拌的更重要功能在于:打碎气泡，增加气液接触面积，提高传氧效率。Theoxygendemandofanindustrialprocessisgenerallysatisfiedbyaerationandagitation.Productivityislimitedbyoxygenavailabilityandthereforeitisimportanttothefactorsthataf

3、fectafermentersefficiencyinsupplyingO2本章的内容是讨论有关溶氧和搅拌之间的问题，目的是做到既满足细胞对氧的需求，又能尽量降低能量消耗。ThislectureconsiderstheO2requirement,quantificationofO2transferandfactorsinfluencingthetransferofO2intosolution.4-1细胞对氧的需求Oxygendemandandrespiration好氧细胞:通过呼吸链获得能量(供细胞的生长代谢使用),需要有分子态的氧作为呼吸链末端的电子受体

4、;此外，氧还直接参与一些生物反应，对于这些细胞，供氧不足就会抑制细胞的生长代谢。兼性厌氧微生物:如酵母菌和乳酸菌，在无氧条件下通过酵解来获得能量。绝对厌氧微生物：其它代谢途径获得能量，氧是一种有害物质。4.1.1Stoichiometry(化学计量学)ofrespirationToconsiderthestoichiometryofrespirationtheoxidationofglucosemayberepresentedas;C6H12O6+6O2=6H2O+6CO2AtomicweightofCarbonHydrogenOxygen12116Mol

5、ecularweightofglucoseis180Howmanygramsofoxygenarerequiredtooxidise180gofglucose?Answer192gSolubilityofOxygenBothcomponentsoxygenandglucosemustbeinsolutionbeforetheybecomeavailabletomicroorganismsOxygenis6000timeslesssolubleinwaterthanglucoseAsaturatedoxygensolutioncontainsonly10mg

6、dm-3ofoxygenImpossibletoaddenoughoxygentoamicrobialculturetosatisfyneedsforcompleterespirationOxygenmustbeaddedduringgrowthatasufficientratetosatisfyrequirementsComparisionofconc.anduptakeratesforglucoseandoxygenbyyeastProblemsencounteredinoxygentransportcanbeillustratedbycomparin

7、gtransportofglucosevsoxygen;1%Sugar(glucose)BrothO2sat@25oCConc.inbulkbroth10,000ppmapprox.7ppmCriticalconc100ppm0.8ppm(growthstops)Rateofdemand2.8mmoles/gcells/h7.7mmoles/gcells/hTheOxygenrequirementsofindustrialfermentationsOxygendemanddependantonconvertionofCarbon(C)tobiomassSt

8、oichiometryofconversionofoxygen,c