第八章发酵供氧.ppt

第一节??? 微生物的需氧和溶解氧的控制 一、供氧与微生物呼吸代谢产物的关系 呼吸强度：单位重量干菌体在单位时间内的吸氧量。QO2（mmol O2/g干菌体·h） 耗氧速率：指单位体积培养液在单位时间内吸氧量。 r （mmol O2/L·h） 二、微生物的临界氧浓度（C临界） 菌体进行某种生理活动时，对发酵液中溶氧浓度的最低要求；不同菌种、同种菌在不同生理期具有不同的C临界值； 三、发酵过程溶解氧的变化 四、溶解氧控制的意义 第二节?????传质理论 一、氧的传递途径与传质阻力 分为供氧和耗氧 供氧：空气中的氧从空气泡里通过气膜、气液界面和液膜扩散到液体主流中。 耗氧：氧分子自液体主流通过液膜、菌丝丛、细胞膜扩散到细胞内 第三节 影响氧传递速率的因素 一、搅拌 目的：增加溶氧、促进微生物悬浮混合 （1）搅拌改善溶氧速率 ①打碎气泡，增加接触面积 ②液体做涡流运动，增加接触时间 ③发酵呈湍流，减少液膜阻力，KLa增加 ④打散菌体，使推动力均一 （2）、搅拌器的形式、直径大小、转速、组数、搅拌器间距、在罐内的相对位置 ①搅拌器形式： 轴向式:浆式、锚式、框式、推进式 径向式：涡轮式 涡轮式的特点： 直径小，转速快，搅拌效率高，功率消耗较低 ②搅拌转速 P ∝ H搅 Q搅 H搅 : 液流速度压头 Q搅 :搅拌循环量 在湍流状态下，P∝H搅 Q搅∝n3d5 而 Q搅∝nd3 H搅 ∝n2d2 二、空气线速度 KLa与空气线速度Vs的关系 KLa ∝ Vs? Β在0.4～0.72之间 三、空气分布管 空气分布管的形式、喷口直径、管口与罐底距离 空气分布装置：单管、多孔环管、多孔分支环管 d/D＞0.3～0.4时，管口距罐底20～40mm d/D＝0.25～0.3时，管口距罐底40～60mm 四、氧分压 平衡状态时液体中氧的溶解度 五、发酵罐内液体柱高度 六、发酵罐体积 发酵罐大罐气液接触时间长、氧的溶解度高，搅拌和通风小些 七、发酵液的物理性质 粘度、表面张力、离子浓度 第四节?????? 溶氧系数的测定 一、亚硫酸盐氧化法 1.原理 利用亚硫酸根在铜或镁离子作为接触剂时被氧迅速氧化的特性来估计发酵设备的通气效果。 当亚硫酸盐浓度为0.018～0.47mol/L，温度20～45℃之间时，与氧反应的速度几乎不变，用碘量法测定未经氧化的亚硫酸钠，便可根据亚硫酸钠的氧化量来求得氧的溶解量。 优点：氧溶解和亚硫酸盐浓度无关，反应速度快，不需要特殊仪器 缺点：影响因素多，工作容积只能在4～80L以内测定才比较可靠 二、取样极谱法 原理：当电压为0.6~1.0V时，其扩散电流的大小随液体中溶解氧的浓度呈正比变化。 四、复膜电极测定ＫＬα 和 氧分析仪测定ＫＧα 原理：用能透过氧分子的薄膜将电极系统与被测定溶液分离开来，避免外界溶液的性质及通风搅拌所引起的湍动对测定的影响 测定和计算气膜体积溶氧系数 第六节 空气中的微生物与除菌方法 一、空气中的微生物 含量、种类随空气状况而异； 北方少，南方多，高空少，城市多，农村少 就种类而言，通常细菌芽孢、霉菌孢子居多；空气中的微生物一般附着在尘埃、雾滴上； 二、空气除菌方法 1.加热灭菌：采用加热手段（电、蒸汽、空压机）将空气加热到灭菌温度进行灭菌。 2.静电电除尘：被电离的空气离子在向电极快速移动过程中撞击上空气中的尘埃、菌体后，使菌体、尘埃移向电极，最终沉降吸附在电极上，以达到除尘除菌的目的。 3.介质过滤除尘、除菌 实际使用时根据具体发酵选用除菌方式，一般常用过滤除菌的方法。 三、介质过滤除菌 按过滤机制不同可分为绝对过滤和深层过滤。 绝对过滤：是利用微孔滤膜，其空隙小于0.5μm，甚至小于0.1μm 深层过滤：以纤维（棉花、玻璃纤维、尼龙）、颗粒状介质（活性炭）为过滤层（介质层厚），其空隙大于50μm；以超细玻璃纤维、石棉板、烧结金属板、聚四氟乙烯等作为过滤介质（介质层薄），其空隙大于0.5μm； （一）、绝对过滤 介质之间的空隙小于被滤除的微生物，当空气流过介质层后，空气中的微生物被滤除。 介质的空隙小于0.5μm， （二）、介质过滤 1、介质过滤机理 1）惯性碰撞作用 当微生物等颗粒随空气以一定的速度流动，在接近纤维时，气流碰到纤维而受阻，空气就改变运动方向绕过纤维继续前进。但微生物等颗粒由于具有一定的质量，在以一定速度运动时具有惯性，碰到纤维时，由于惯性作用而离开气流碰在纤维表面上，由于摩擦、粘附作用，被滞留在纤维表面上，这叫做惯性滞留作用 当气流达到一定速度时，它是介质过滤除尘的主要作用。