《6第六章氧的供需及对发酵的影响515》由会员分享，可在线阅读，更多相关《6第六章氧的供需及对发酵的影响515（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 溶氧溶氧(DO)是需氧微生物生长所必需。在发酵过程中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。有多方面的限制因素，而溶氧往往是最易成为控制因素。 在在28氧在发酵液中的氧在发酵液中的100的空气饱和浓度只有的空气饱和浓度只有0.25 mmol.L-1左右，比糖的溶解度小左右，比糖的溶解度小7000倍。在对数生倍。在对数生长期即使发酵液中的溶氧能达到长期即使发酵液中的溶氧能达到100空气饱和度，若空气饱和度，若此时中止供氧，发酵液中溶氧可在几分钟之内便耗竭，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。使溶氧成为限制因素。 第六
2、章 氧的供需及对发酵的影响妨遭恿嘶糠架润酌盂见沈览涩魂嘛博踢战啥芒吗枝圆趁向越哇壤罩茶蝉言6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515第一节 微生物对氧的需求一、描述微生物需氧的物理量一、描述微生物需氧的物理量比耗氧速度或呼吸强度（比耗氧速度或呼吸强度（QO2）：单位时间内单位体积）：单位时间内单位体积重量的细胞所消耗的氧气，重量的细胞所消耗的氧气，mmol O2g菌菌-1h-1 摄氧率摄氧率(r)：单位时间内单位体积的发酵液所需要的氧量。：单位时间内单位体积的发酵液所需要的氧量。mmol O2L-1h-1 。r= QO2 .X抖喳锗娃祷瞄粤了摈自澡京操鲸舵终叭余韩
3、阔岛端碉临蒂坍苑汕绎粤歼闷6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515二、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响二、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响CCrQO2CLCCr: 临界溶氧浓度临界溶氧浓度, 指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。践臀络辐敏螺酋值堕兆绊赎衔腥辅型祥挡锄灯狸盛晓悬意队王啃畸它臻颓6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515一般对于微生物：一般对于微生物： CCr: 115%饱和浓度饱和浓度例：例：酵母酵母 4.6*10-3 mmol.L-1, 1.8% 产黄青霉产黄青霉 2.2*10-
4、2 mmol.L-1, 8.8%定义定义：氧饱和度发酵液中氧的浓度氧饱和度发酵液中氧的浓度/临界溶氧溶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所以对于微生物生长，只要控制发酵过程中氧饱和度1.除杨伍刀扔陡盾诅曙判院汪扣袁贡萝卜枕叠釜迄猿铜据遵极傅捻国廉尧咨6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515问题：问题：一般微生物的临界溶氧浓度很小，是不是发酵过程中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。氧很容易满足。例：以微生物的摄氧率例：以微生物的摄氧率0.052 mmol O2L-1S-1 计，计， 0.25/0.052=4.8秒
5、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： 头孢菌素头孢菌素 卷须霉素卷须霉素生长生长 5% (相对于饱和浓度）相对于饱和浓度） 13%产物产物 13% 8%吃拂瘫蛇墒整驹豆汗盗伊里同遣痞拐痔床丈针狠瞄挥箩习屹臆擎得纷人持6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515三、影响需氧的因素三、影响需氧的因素r= QO2 .X 菌体浓度菌体浓度 QO2 遗传因素遗传因素 菌龄菌龄 营养的成分与浓度营养的成分与浓度 有害物质的积累有害物质的积累 培养条件培养条件概尊咙拣剂车臆瞥属科份死优敝姑缝器启耪侯眩灰泼有旋
6、凿册恐踢哎甄曲6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515第二节 反应器中氧的传递一、发酵液中氧的传递方程一、发酵液中氧的传递方程CCiPPi气膜气膜液膜液膜N：传氧速率：传氧速率 kmol/m2.hkg: 气膜传质系数气膜传质系数 kmol/m2.h.atmKl: 液膜传质系数液膜传质系数 m/h逗束策诗勺瓢警涎挠喂峦万拧夫诺营量净所廉茧澄档冈有排拙泥撵喀秒乔6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515C*P/H, 与气相中氧分压相平衡的液体中氧的浓度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以氧浓度为推动
7、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：体积传氧速率 kmol/m3.hKla: 以以(C*-C)为推动力的体积溶氧系数为推动力的体积溶氧系数 h-1颂亭舷姓驰辙抗涂宪祝氏椽锈昔婆室膏线帽闻她幻筐还肠吼性统聚辅枉般6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515二、发酵液中氧的平衡二、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发酵液中供氧和需氧始终处于一个动态的平衡中传递：传递：消耗：消耗：r= QO2 .X氧的平衡最终反映在发酵液中氧的浓度
8、上面氧的平衡最终反映在发酵液中氧的浓度上面秩龄娄掩迂解锋听老邢错锑召简粥书重利乐息皋值弗鬃远史葱钱涕像忘沙6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515三、供氧的调节三、供氧的调节C有一定的工艺要求，所以可以通过有一定的工艺要求，所以可以通过Kla 和和C*来调节来调节其中其中C*P/HNvHPKla第六章 氧的供需及对发酵的影响照藤界丘天和严迈茹宙扒侍肮很哮焊伴哼计喊薯沤公即俭海蚌酚庸千鸣查6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515调节调节Kla是最常用的方法，是最常用的方法，kla反映了设备的供氧能力，一反映了设备的供氧能力，一般来讲
9、大罐比小罐要好。般来讲大罐比小罐要好。 45升升 1吨吨 10吨吨搅拌速度搅拌速度 250 rpm 120 120供氧速率供氧速率 7.6 10.7 20.1泞搂龟拼岭吵幽辊枝荐烁供擎夕写算舞蔚啥仔讥嵌瑶市贬瓷犬郴夏梦孜蓝6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515第三节 影响Kla的因素 Kla反映了设备的供氧能力，发酵常用的设备为摇反映了设备的供氧能力，发酵常用的设备为摇瓶与发酵罐。瓶与发酵罐。一、影响摇瓶一、影响摇瓶kla的因素的因素为装液量和摇瓶机的种类为装液量和摇瓶机的种类摇瓶机摇瓶机往复，频率往复，频率80-120分分/次，振幅次，振幅8cm旋转，偏心距
10、旋转，偏心距25、12,转述转述250rpm茨连取哄畴溶省鹤郴鲍掣驰氏凉拖烹陕此朴裕聊绢盘申傣冷眉凋豁芦恰自6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515装液量，一般取装液量，一般取1/10左右：左右： 250ml 15-25 ml 500ml 30 ml 750ml 80 ml例：例： 500 ml 摇瓶中生产蛋白酶，考察装液量对酶活的影响摇瓶中生产蛋白酶，考察装液量对酶活的影响 装液量装液量 30 ml 60ml 90ml 120ml 酶活力酶活力 713 734 253 92喉谆禹霸俊虽雍吵肄殿稠悸父剁畴辽块棋驴咏玉酵惹帧凸棍野盟幂侈晒伦6第六章氧的供需及对发酵
11、的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515二、影响发酵罐中二、影响发酵罐中Kla的因素的因素已知在通风发酵罐中，全挡板条件下：已知在通风发酵罐中，全挡板条件下：乒浆搪逃物斩嘛雾喊表乓贫华癸苟受胯粤绸幻陪丹构综庸课罐保双掩吊辉6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响5151、理论上分析、理论上分析KLand通气量提高搅拌，调节提高搅拌，调节kla的效果显著的效果显著都雁云腿肄吼坑注粗正也厘挑墅搬馆蕾银篮臀披茸砍石错谜纸她蝇祝烷啦6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515例例 某一产品的发酵某一产品的发酵 d n p0/v c 产量产量
12、 450 180 1.62 20% 4978 450 280 2.12 40% 5564 550 180 2.61 60% 8455例例 黑曲霉生产糖化酶黑曲霉生产糖化酶 n 230 230 270 通气比通气比 1:0.8 1:1.2 1:0.8 产量产量 1812 2416 2846提高提高d、n显著提高显著提高C,提高了产量提高了产量提高提高N, 比提高比提高Q有效有效累篱师瑞阉卖穷揭瓜殉粪双泽被汇丸迫惰误忙皋绦异困咸细沾版站译翱骗6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响5152、实际上：、实际上：对于转速的调节有时是有限度的对于转速的调节有时是有限度的通风的增
13、加也是有限的通风的增加也是有限的蒸发量大蒸发量大中间挥发性代谢产物带走中间挥发性代谢产物带走题蒋首蚊瓣仔植邯蔓庙晕崖廊阉扳斌池席赂来躺巩柑湘茶鸡宴付引头图窘6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515例：红曲霉生产色素用于食品工业，静止培养改为通气培例：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：养，比色法测定产量：通气通气 静止静止 1.4 2.0 3.1 6.8 19.5 OD 0.28 0.7 8.3 15.6 14.3 6.2提高提高下降下降所以这些因素的存在，发酵设备的供养是有限的所以这些因素的存在，发酵设备的供养是有限的维聊廓傻苹
14、次贯碟嫂栏奎崩菊幌谋虑躇咯扒晋穿挠涉装央寝营蚤搏帮挟膛6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响5153、小型发酵罐和大型发酵罐调节、小型发酵罐和大型发酵罐调节kla的特点的特点 小型发酵罐，转速可调小型发酵罐，转速可调 大型发酵罐，转速往往不可调大型发酵罐，转速往往不可调 大型反应器的合理设计大型反应器的合理设计 对现有设备一定要注意工艺配套对现有设备一定要注意工艺配套嗅谰讥斩退导眯僳谦叔旗凝摆蚌啃谍楷帖洁译颐允周恢琅衡谬孝渡会保逊6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响5154、影响、影响Kla的其它因素的其它因素空气分布器空气分布器液体的
15、粘度液体的粘度籍月箱祸柜掖莹芭妓芒故们笺霄坎物培错往镶沉论促川丽局蓬罪氏抱耘纽6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515第四节 CL、r和Kla的测定一、一、CL的测定的测定1、化学法、化学法长实殖誓赎怎最烩卿猛谐汇朔斗鱼香衅浓挣吹湖澡冤雨妨么应辊望配比名6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响5152、溶氧电极、溶氧电极 极谱型极谱型(阴极阴极)：O2+2H+2e H2O2 原电池型原电池型(阴极阴极)：O2+2H2O+4e 4OH-暗池降吴腔割挥凶脚痹怪戌盾禁狡凤涅吾熬咙顷融亚瘸尔枯绝蜕懒楞屿酱6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第
16、六章氧的供需及对发酵的影响515 极谱型电极由于其阴极面积很小，电流输出也相应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具备的。原电池型电极暴露在空气中时其电流输出约530A(主要取决于阴极的表面积和测试温度主要取决于阴极的表面积和测试温度)，可以不用，可以不用配
17、套仪表，经一电位器接到电位差记录议上便可直接使配套仪表，经一电位器接到电位差记录议上便可直接使用。用。 膜：耐温、透气、不通水膜：耐温、透气、不通水 测定：一般是得到相对值测定：一般是得到相对值撑悸犀扦乍炙殖澡爱信坝轮缚晦渔抽燎乃彻溃苛碳只麓吝随做氛甄邓银党6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515二、二、r的测定的测定1、物料衡算、物料衡算 流量（进口空气中氧的氧含量流量（进口空气中氧的氧含量出口空气中的氧含量）出口空气中的氧含量）r= 发酵液体积发酵液体积氧的浓度：氧分压仪氧的浓度：氧分压仪撞罢颂书完班寻萨咬沟猜衔耕睦贷匪费艰乎披昨按昭惕荡顷锁弟酪姐绽砷6第六
18、章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响5152、溶氧电极、溶氧电极停止供气停止供气：dCL = -r dt日镁茵墅殴巩阶陪硅拂九魏酷界祁鞭悍悄鼻约袍荷塔伙踪卤靛赖写瞻镊楞6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515三、三、Kla的测定的测定1、亚硫酸盐法（冷膜）、亚硫酸盐法（冷膜）氧氧 亚硫酸钠的氧化亚硫酸钠的氧化Kla.C* = 亚硫酸浓度的降低亚硫酸浓度的降低 Cu2+ 2Na2SO3+O2 2Na2SO4棺营庄孙仰挎悼桥佬西抉挠涯祈络羡赣斧幢绎周椒巨澄稍牺断灸忱嘿邱惊6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515
19、2、平衡法、平衡法 rKla= C*-CL例例：一个装料为：一个装料为7L的实验室小罐，通气量为的实验室小罐，通气量为1VVM（标（标态），发酵液的态），发酵液的CL25%、空气进入时的氧含量为、空气进入时的氧含量为21%，废气排出的氧含量为，废气排出的氧含量为19.8%，求此时菌体的摄氧率和，求此时菌体的摄氧率和发酵罐的发酵罐的Kla寸刨赐旱慎咒藕繁绩拂诅落奉遍怨躬憾促次景河椒跑鸯订恍怂纯豁兰料寂6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响5153、动态法、动态法 不同的测定方法得出的不同的测定方法得出的kla是不一样的是不一样的笋陆蹲差挞墒炼吩侄阮宙理措冀钵烷果凄吩芍
20、蓖线线缨沈即游砾凛访荤屋6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515第四节 溶氧浓度的变化及其控制一、典型的分批发酵中氧浓度的变化规律（一定一、典型的分批发酵中氧浓度的变化规律（一定Kla下）：下）：rXQCL一般有一个低谷，一般有一个低谷，在对数生长的末期在对数生长的末期惑竿恃旧钎舷砧笆苑顺脱渔期挂交患摊亏缕垃悯蕊索总设沥舱予姿咋吼辰6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515二、发酵过程中溶氧的控制二、发酵过程中溶氧的控制1、溶氧控制的策略、溶氧控制的策略微生物反应微生物反应: XS P+ X=a+b涡想咯孜颜恬应避戎迂压腐黑拯铝艳芯
21、吵党辉硒秆窑吟良零治孟慧砰怠毕6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515吭睁舞叠那琵流瑚忠玛朴樱即恍纂冗列场籍挡硷纤涅冯广冗恳礼树窃蜜斑6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515菌体生长期：菌体生长期：酶系统酶系统 酶系统酶系统 关键因子关键因子开始的细胞开始的细胞生长好后的细胞生长好后的细胞产物合成产物合成畜迄迅软炕洛紊哪跋缓郭忽撤脚瀑蒜蝎绍扛贮措猾册掣来毗界硫容易缘龟6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515产物形成期：产物形成期：底物底物产物产物酶系统酶系统 反应动力学问题反应动力学问题 情暂向卒沤
22、妒砂哑胆致层溅岁辨磕掺叛募翁略戈楼渠甘刑溜刽腆硫帧迅井6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515发酵过程的控制一般策略：前期有利于菌体生长，中后期有利用产物的合成溶氧控制的一般策略：前期大于临溶氧浓度，中后期满足产物的形成。够原烧舍热祷菇箩曝争盏赊陷姻奶帖谰辖畅细谚割蜕涩亢粮既袱筛健虽矾6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响5152、溶氧控制的实例、溶氧控制的实例GAXDO谷氨酸发酵谷氨酸发酵：要求：氧饱和度要求：氧饱和度1控制：控制：0-12小时小时 小通风小通风 12小时后小时后 增加通风增加通风原因：原因：0-12小时菌体小时菌体
23、量较小，采用小通风量较小，采用小通风12胎弊嘴们毫絮层欢停疟援丝炎匝室黎鱼徐缀肇校临首磷骄艾埋侵俱推拯顽6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515 一般认为，发酵初期较大的通风和搅拌而产生过大一般认为，发酵初期较大的通风和搅拌而产生过大的剪切力，对菌体的生长有时会产生不利的影响，所以的剪切力，对菌体的生长有时会产生不利的影响，所以有时发酵初期采用小通风，停搅拌，不但有利于降低能有时发酵初期采用小通风，停搅拌，不但有利于降低能耗，而且在工艺上也是必须的。但是通气增大的时间一耗，而且在工艺上也是必须的。但是通气增大的时间一定要把握好。定要把握好。例：例： 生产肌苷酸：
24、生产肌苷酸：通气量不变通气量不变 17.15 mg/ml24小时增加小时增加 22.55 mg/ml30小时增加小时增加 18.25 mg/ml36小时增加小时增加 12.34 mg/ml咋卓韵固锄矿泰使盗仿幕激捶禄朴暑会授仟暑痴把娩夜餐鹤掀罐嘻高冰哉6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515例例：某某厂厂青青霉霉素素发发酵酵的的工工艺艺研研究究*辉牵隶耍事胡弘魄砍龚酣濒痢役印檄商给达小隙陨到葵理获田淮你巧乏缔6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515三、发酵过程中溶氧浓度监控的意义三、发酵过程中溶氧浓度监控的意义1、考察工艺控制是否
25、满足要求、考察工艺控制是否满足要求2、其它异常情况的表征、其它异常情况的表征 染菌、噬菌体、设备和操作故障染菌、噬菌体、设备和操作故障3、间接控制的措施、间接控制的措施黔茧期辉镜护囤苇弱辅网理丁廊古彦彻隐字侩沛孟乒滨账鸦咬蛰涛日夫键6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515本章小节： 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 溶氧浓度的意义瘫银陌翘镶床组悦版亩疤漱磋署戊奴千凑沏确她纶迹憋禁做跟蹈捏墟苗她6第六章氧的供需及对发酵的影响5156第六章氧的供需及对发酵的影响515
