第7章 发酵工业中氧的供需.ppt

本章内容 一、细胞对氧的需求（为什么要供氧？为什么要控制溶氧？） 二、发酵过程中氧的传递（如何实现供氧？如何控制溶氧？） 三、影响氧传递的因素 四、摄氧率、溶解氧、KLa（溶氧系数）的测定 （一）氧在微生物发酵中的作用（对于好气性微生物而言） 呼吸作用 直接参与一些生物合成反应 影响微生物耗氧的因素 微生物本身遗传特征的影响 培养基的成分和浓度 碳源种类 耗氧速率：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（续） 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 溶解氧浓度对细胞生长和产物合成的影响可能是不同的，所以须了解长菌阶段和代谢产物形成阶段的最适需氧量。 氧传递速率已成为许多好气性发酵产量的限制因素。 目前，在发酵工业上氧的利用率很低，因此提高传氧效率，就能大大降低空气消耗量，从而降低设备费和动力消耗，且减少泡沫形成和染菌的机会, 大大提高设备利用率。 供氧的实现形式 摇瓶水平：摇床转速慢，装量多 搅拌缓和，通气缓和 表面通气，膜透析（扩散） 摇瓶水平：转速快，装量少 通无菌空气并搅拌 气升式 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Ws ② 操作条件 搅拌：转速N，搅拌功率PG 发酵液体积V，液柱高度HL ? ③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 A. 设备规模的影响 单位体积的液体的搅拌功率的指数α随培养装置的规模而相应变化 如: 小试 9L→α=0.95 中试 500L→α=0.67 生产规模 27T～54T→α=0.50 B. 设备形状结构的影响 如20T的伍式发酵罐：α=0.72, ? =0.11 小结： 了解微生物对氧的需求并掌握其中的基本概念。 掌握反应器氧的传递方程，及其参数的测定。 深入理解KLa的意义，了解反应器放大的基本概念。 掌握发酵过程中溶氧浓度的调节方法，并认识监控 溶氧浓度的意义。 * * 速度和比速的概念 * 反应动力学的研究，现象的描述。 * * 氧的调节，如何调节。 * （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，转速250rpm 装液量，一般取1/10左右： 250ml 15-25 ml 500ml 30 ml 750ml 80 ml 例： 500 ml 摇瓶中生产蛋白酶，考察装液量对酶活的影响 装液量 30 ml 60ml 90ml 120ml 酶活力 713 734 253 92 可见，在放大过程中，KLa在相同条件下会减小。 已知在通风搅拌发酵罐中，全挡板条件下： （二）、影响发酵罐中KLa的因素 平叶 箭叶 弯叶 1、理论上分析 KLa n d 通气量 提高搅拌，调节KLa的效果显著 Q 搅拌器直径 搅拌器转速 例 某一产品的发酵 d n p0/v c 产量 450