第六章发酵工业中的传氧ppt课件.ppt

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1、第六章发酵工业中氧的供需本章内容一、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的测定一、细胞对氧的需求（一）氧在微生物发酵中的作用（二）可利用氧的特征（三）微生物的耗氧特征（四）溶解氧控制的意义（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（二）可利用氧的特征只有溶解状态的氧才能被微生物利用。1.微生物需氧量的表示方式(1)呼吸强度（比耗氧速率）QO2：单位质量干菌体在单位时间内消耗氧的量。单位：mmolO2/（kg干菌体·h

2、）。(2)摄氧率γ（耗氧速率）：单位体积培养液在单位时间内消耗氧的量。单位：γ=QO2·xx——细胞浓度，kg(干重)/m32.QO2与溶氧浓度CL关系(1)当CL>Ccr时，QO2＝(QO2)m(2)当CLCcr，QO2保持恒定CL

3、r，QO2大大下降微生物对氧的需求一般对于微生物：CCr:＝1～15%饱和浓度例：酵母4.6×10-3mmol.L-1,1.8%产黄青霉2.2×10-2mmol·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.（三）培养过程中细胞好氧的一般规律培养初期：QO2逐渐增高，x较小。在对数生长初期：达到(QO2)m，但此时x较低，γ并不高。在对数生长后期：达到γm,此时QO2<(QO2)m，x

4、以γ↓E.培养后期：S→0，QO2↓↓,γ↓↓酵母的呼吸强度与溶氧浓度的关系疣孢漆斑霉在分批培养时呼吸强度的变化影响微生物耗氧的因素微生物本身遗传特征的影响，如k0↑，QO2↓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

5、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。（四）溶解氧控制的意义二、发酵过程中氧的传递（一）供氧的实现形式（二）发酵过程中氧的传递1.氧的传递途径与传质阻力2.气体溶解过程的双膜理论3.氧传递方程4.发酵过程耗氧与供氧的动态关系(一)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

6、速快，装量少通无菌空气并搅拌气升式发酵罐水平需氧量小发酵罐需氧量大1.细胞培养体系氧的传递过程气泡细胞滞流区滞流区气-液界面液-细胞团界面细胞团细胞膜液相主体生化反应（二）发酵过程中氧的传递(1)双膜理论的基本前提气泡和包围着气泡的液体之间存在着界面，在界面的气泡一侧存在着一层气膜，在界面液体一侧存在着一层液膜；气膜内气体分子和液膜内液体分子都处于层流状态，氧以浓度差方式透过双膜；气泡内气膜以外的气体分子处于对流状态，称为气体主流，任一点氧浓度，氧分压相等；液膜以外的液体分子处于对流状态，称为液体主流，任一点氧浓度、氧分压相等。2.气体溶解过程的双膜理论双膜理论的气液接触

7、在双膜之间界面上，氧分压与溶于液体中氧浓度处于平衡关系;氧传递过程处于稳定状态时，传质途径上各点的氧浓度不随时间而变化。气膜传递阻力1/kG气液界面传递阻力1/kI液膜传递阻力1/kL液相传递阻力1/kLB细胞或细胞团表面的液膜阻力1/kLC固液界面传递阻力1/kIS细胞团内的传递阻力1/kA细胞膜、细胞壁阻力1/kW反应阻力1/kR供氧方面的阻力耗氧方面的阻力氧的传递阻力(2)传质理论传质达到稳态时，总的传质速率与串联的各步传质速率相等，则单位接触界面氧的传递速率为：nO2—单位接触界面的氧传递速率，P、Pi—气相中和气、液