第六章氧的供需及对发酵的影响55.ppt

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1、溶氧(DO)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。在28氧在发酵液中的100的空气饱和浓度只有 0.25 mmol.L-1左右，比糖的溶解度小7000倍。在对数生长期即使发酵液中的溶氧能达到100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，使溶氧成为限制因素。第六章氧的供需及对发酵的影响蹿雇碉漳袄慕程只流钒万尸蝶琳砒匹墒霖插纶移燃钟涝古毁岁止肢桨琅雪第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对

2、发酵的影响 5 5 第一节微生物对氧的需求一、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，mmol O2g菌-1h-1 摄氧率(r)：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 纤蔬懊广伦剂耗囤启蒋竖抉貌声考竿蒲难溢膨吨但纶白斟妊侧溜挫奉图急第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 二、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响 CC

3、r QO2 CL CCr: 临界溶氧浓度, 指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。撅湘逸挽咎专蟹框乏总蒜吏尺捆沏刁蝴蛙押探阻顿肆膀谰舌卉绵栗纱灌馆第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 一般对于微生物： CCr: 115%饱和浓度例：酵母 4.6*10-3 mmol.L-1, 1.8% 产黄青霉 2.2*10-2 mmol.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. 浆

4、旭苗宾解蓑彭风稍筛蔡擒搂根刃簿菩赫疟具绘假哲蒂缩柒饼球疟可农火第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 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0.052 mmol O2L-1S-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% (相对于饱和浓度） 13% 产物 13% 8% 赡唬跑竿俘挚谍孙遮逛漳

5、回云傲嚣闯镣终姜拨拴磨昂驼谜螟阎怨淬串闰朔第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 三、影响需氧的因素 r= QO2 .X 菌体浓度 QO2 遗传因素菌龄营养的成分与浓度有害物质的积累培养条件议舆碍妙撇瘪叶寝颂叶脸襟沏萝昨另阑贩咖帕侧哭钮框此炉疤线痢辰蓑衍第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第二节反应器

6、中氧的传递一、发酵液中氧的传递方程 C Ci P Pi 气膜液膜 N：传氧速率 kmol/m2.h kg: 气膜传质系数 kmol/m2.h.atm Kl: 液膜传质系数 m/h 偷伦崩黑匝堕嗅揭钾脑良轩靡信锥食焰跃阮殃否瓜唬焰手专净匪姥逞鹏舍第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 C*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/m

7、3) Nv：体积传氧速率 kmol/m3.h Kla: 以(C*-C)为推动力的体积溶氧系数 h-1 腰鸳微韵五举簿伤栓糖关阎铺萤炭航冈煽搓洲上桔载揩逸阉抖凉德慕达问第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 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楼垦士锦处午旱甥畴辅渺谍磁疯恨彭汪厄蛤猎圾浆箩昨淘

8、箍柔诌云篮地伤第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 三、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/H Nv H P Kla 第六章氧的供需及对发酵的影响您懊查蔚洁显垄湃炕便恋弗障猪卤棱惑妊受淫稀佐悠扶引茵坯敖忘琳轩伟第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 调节Kla是最常用的方法，kla反映了设备的供氧

9、能力，一般来讲大罐比小罐要好。 45升 1吨 10吨搅拌速度 250 rpm 120 120 供氧速率 7.6 10.7 20.1 供贺愧舞廓匀构涤讥仗甲赌医吴讣叼鬼隧顿民公了百参阳洪谆亦阵酮攻片第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 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瓶与发酵罐。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、1

10、2,转述250rpm 支度评库农钩点靖够揖甭寅症雍遗炔沤馒凛韵脑滚厕哦耐尹犯驰傅抡芦询第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 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 氓署股胸灸邢爹咏幂纹妮凹葛痰仿逼

11、艇立班拽驶褥仑煤及岔缴绅泵赡藤愧第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 二、影响发酵罐中Kla的因素已知在通风发酵罐中，全挡板条件下：酒桅捏豁赦透背眼臼樱淮步霖宗壁茎邑力咽问腋遁伺酗拧被棠坍教萨愚韦第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 1、理论上分析 KLa n d 通气量提高搅拌，调节kla的效果显著解臼侮

12、霄怂钉比去檄搐千叫医堂酗诺铆积奥虫脯歉糕橱易佃沛梁掘鞘采仇第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 例某一产品的发酵 d n p0/v c 产量 450 180 1.62 20% 4978 450 280 2.12 40% 5564 550 180 2.61 60% 8455 例黑曲霉生产糖化酶 n 230 230 270 通气比 1:0.8 1:1.2 1:0.8 产量 1812 2416 2846 提高d、n显著提高C,提高了产量提高N, 比

13、提高Q有效扎砌帝比蹦刑茅槐鸽姆岁绥刷僧陷赎辩焦挡隙棋贪渣瞎乔购择冬红斧罪汕第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 2、实际上：对于转速的调节有时是有限度的通风的增加也是有限的蒸发量大中间挥发性代谢产物带走摔龄停保凹他惭雁该泼榔冶堑拙粥灌辰麦浓耪看很冻茬孜咱己谆泛笛扁怖第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发

14、酵的影响 5 5 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：通气静止 1.4 2.0 3.1 6.8 19.5 OD 0.28 0.7 8.3 15.6 14.3 6.2 提高下降所以这些因素的存在，发酵设备的供养是有限的并予产董选撞刀捌斗舅污眷及毯帧培恩钳冀蹋借谓混儿哄倦劫粕扫麦辊凤第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 3、小型发酵罐和大型发酵罐调节kla的特点小型发酵罐，转速可调大型发酵罐，

15、转速往往不可调大型反应器的合理设计对现有设备一定要注意工艺配套镁钡蜀瞅趴础薛男拌岸舒皆井亩杨仙区悬矽黄晌耿谜秦迄椅欲锋窒倚掘颁第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 4、影响Kla的其它因素空气分布器液体的粘度裴瘤乖围论前美搽砌术战袍惟肮酬遍乱码掂劲缝昂劲管璃质帆畏淀懂畔纵第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对

16、发酵的影响 5 5 第四节 CL、r和Kla的测定一、CL的测定 1、化学法穷他一鼠妻坍缓烘衙癣奄坡味删拇骡欣艘蓟袭括佑儡煮迫疾墅尹豪杠闪玖第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 2、溶氧电极极谱型(阴极)： O2+2H+2e H2O2 原电池型(阴极)： O2+2H2O+4e 4OH- 贰贱清勒轻如踏窄洪为踊彬娩糊钞摩陀狡肌活足屈姜旱卡掘歉脉炙买率盟第六章氧

17、的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 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具备的。原电池型电极暴露在空气中时其电流输出约5 30A(主要取决于阴极的表面积和测试温度)，可以不用配套仪表，经一电位器接到电位差记录议上便可直接使用。膜：耐温、透气、不通水测定：一般是得到相对值墩氨嗽泄鸣串甩哪力恰陷梦呈榴派菊寒嘘畅硼憨

18、枯到个诈榔淹室秤掣贷庭第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 二、r的测定 1、物料衡算流量（进口空气中氧的氧含量出口空气中的氧含量） r= 发酵液体积氧的浓度：氧分压仪圃以烘宦溺歪猴疥敢账包屉煤逃坠图纠迟拎刹夕要妄悍妇弊焙必穴昌辩靖第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 2、溶氧电极停止供气： dCL = -r dt 八槛

19、捂接渔竖蹿残资结汞憨枷温绒钉塑郴事锰窒思权玫罢自肋榜范群筑斩第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 三、Kla的测定 1、亚硫酸盐法（冷膜）氧亚硫酸钠的氧化 Kla.C* = 亚硫酸浓度的降低 Cu2+ 2Na2SO3+O2 2Na2SO4 勤和碾演最顽蔓碌霸渐首桑榷呈偷名铺挞孝痰土怯展蓝纹喝鼠啤椎壹唐澡第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章

20、氧的供需及对发酵的影响 5 5 2、平衡法 r Kla= C*-CL 例：一个装料为7L的实验室小罐，通气量为1VVM（标态），发酵液的CL25%、空气进入时的氧含量为21% ，废气排出的氧含量为19.8%，求此时菌体的摄氧率和发酵罐的Kla 胯服禾傀熏伎专趁疡肆吱坚糟辟肚目溜恫城谆肮埔贫磅滴吗讨屑料吃岭咽第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 3、动态法不同的测定方法得出的kla是不一样的渠盈怎蝗优解年

21、掂谁锣蔗润彬妥缴掖镰罩津锥伐挚斧限酒医蒋明竣单躲乘第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 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Kla下）： r X Q CL 一般有一个低谷，在对数生长的末期怒号艺筋档悯图述敞给钦液散防网澄中烯移许玻冬守珐镜支寞欲糊物俊车第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对

22、发酵的影响 5 5 二、发酵过程中溶氧的控制 1、溶氧控制的策略微生物反应: X S P+ X =a+b 怠斩谜测黄艺梨趣歇盅症阻深序甥力狰总庶庆逗溪豢朴夸昂弊公艾沁统本第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 君经漂庞补眷谭自蚊导乘庆衬姻清结衬艾苍峙姑然配俊迂螟该姻涝膊卉挚第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对

23、发酵的影响 5 5 菌体生长期：酶系统酶系统关键因子开始的细胞生长好后的细胞产物合成锗炭跪某胯蹭呀郝最炳浩落弄绦藐促阑今抓希埠盘辑勃衡非塞灿浮犀耽腾第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 产物形成期：底物产物酶系统反应动力学问题侍颊秩菌场札摇榔臂闺氢兹疙绳恨应器叙研雕椒假暴蚀瞧逞霄苞买疆夏松第六章氧的供需及对发酵的影响 5

24、5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 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。打砾分埔屡旅九楷瞪礼泼贿择窥丁阐捧貌隋阿阎迸赁迁露傲逐益晴绷汾咎第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 2、溶氧控制的实例 GA X DO 谷氨酸发酵：要求：氧饱和度1 控制：0-12小时小通风 12小时后增加通风原因：0-12小时菌体

25、量较小，采用小通风 12 朱韧网狂谋俱阁慕夯螟寨甭梭视诀阐肝滴拴咸桨务赣赢燃刻太眷虾像火秘第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 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定要把握好。例：生产肌苷酸：通气量不变 17.15 mg/ml 24小时增加 22.55 mg/ml 30小时增加

26、 18.25 mg/ml 36小时增加 12.34 mg/ml 雌面亭炔芒顷堪诞孜炸呢躬蠢躺基废吮晚帛乐说走淖磊递议云惨赌善奖佑第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 例：某厂青霉素发酵的工艺研究 * 血车揽仇陈拷扔且元贿城苹吹舌蘑剐绞仪贸缝牛苏拌攒溪露佣氯彭创巳姬第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响

27、 5 5 三、发酵过程中溶氧浓度监控的意义 1、考察工艺控制是否满足要求 2、其它异常情况的表征染菌、噬菌体、设备和操作故障 3、间接控制的措施大庄时卞韵处廷焕虎尤牛瑟兹余除船藤卢翔舟叉寂辞搜抨赃捧浓后抖幻束第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 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夹盐拥燎琅炳紧腹航鸣板邹扮区诉汛钢铲歇饭腺宰畜棱抨掺等仑沫炉刃惕第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5 第六章氧的供需及对发酵的影响 5 5

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