第六章 氧的供需及对发酵的影响(2006).ppt

1、华东理工大学生物工程学院发酵工程精品课程溶解氧是好氧微生物生长所必需的。发酵过程中有许多限制因素，而溶解氧往往是最容易控制的因素。发酵液中氧气在28和100时的空气饱和浓度仅为约0.25毫摩尔升-1，比糖的溶解度低7000倍。在对数生长期，即使发酵液中的溶解氧可以达到100%的空气饱和度，如果此时停止供氧，发酵液中的溶解氧可以在几秒钟(分钟)内耗尽，这使得溶解氧成为限制因素。第六章氧供需及其对发酵的影响，微生物的氧需求影响溶氧的因素溶氧的测定溶氧监测在发酵过程中的意义，氧供需及其对发酵的影响，第1节微生物的氧需求，1。描述微生物需氧量的物理量、比耗氧率或呼吸强度(QO2):每单位时间每单位细胞

2、重量消耗的氧、每单位时间每单位体积发酵液所需的氧。O2L-1h-1 .r=QO2。x、氧供需及其对发酵的影响、微生物对氧的需求、第二、溶解氧浓度对细胞生长和产物形成的影响、CCr、QO2、CL、CCr:临界溶解氧浓度是指在不影响呼吸的情况下允许的最小溶解氧浓度。氧的供需及其对发酵的影响，微生物的氧需求，一般为微生物：CCr: 115%饱和浓度，例如：酵母4.610-3 mmolL-1，黄晴产1.8%真菌2.210-2 mmolL-1，8.8%，定义：氧饱和度只要控制发酵过程中的氧饱和度，氧的供需及其对发酵的影响，以及微生物对氧的需求，问题：普通微生物的临界溶解氧浓度是非常低的以微生物摄氧速率为

3、0.052毫摩尔O2L-1S-1，为0.25/0.052=4.8秒。请注意，由于产品的形成和细菌的最佳生长条件，它们往往是不同的：头孢菌素姜黄素生长5%(相对于饱和浓度)13%，产品13% 8%，氧气的供应和需求及其对发酵的影响。胡银昌，水产养殖，2003，氧气供需及其对发酵的影响，微生物对氧气的需求，3。影响需氧量的因素，r=QO2。x，细胞浓度，QO2，遗传因素，细菌年龄，营养成分和浓度，有害物质的积累，培养条件，氧的供应和需求及其对发酵的影响，微生物对氧的需求，No. C，Ci，P，Pi，气膜，液膜，n:氧转移速率kmol/m2.h kg:气膜质量转移系数kmol/m2 . H atmk

4、l :液膜质量转移系数m/h，氧的供应和需求及其对发酵的影响，反应器中的氧转移，C*P*H， 气相氧分压Kl:利用氧浓度作为总转移系数(m/h)的驱动力，然后使单位体积液体中氧的转移面积a (m2/m3)，NV:体积氧转移速率kmol/m3 . h Kl :利用(C*-C)作为体积溶解氧系数h-1的驱动力，氧的供给和需求及其对发酵的影响。 发酵液中的氧气供应和需求总是处于动态平衡中，伴随着转移、消耗，氧气的平衡最终反映在发酵液中的氧气浓度、氧气的供应和需求及其对发酵的影响、反应器中氧气的转移，以及第三，氧气供应的调节。C有一定的工艺要求，所以C* P * H和NV可以通过Kla和C*调节，45

5、升，1吨，10吨，搅拌速度，250转/分，120，120，供氧速率，7.6，10.7，20.1，不同的设备有不同的供氧和供氧需求，它们对发酵的影响，以及反应器中氧的转移。第三部分，影响Kla的因素反映了设备的供氧能力。常用的发酵设备有：摇瓶发酵罐，供氧和需氧及其对发酵的影响，影响kla的因素，第一，影响摇瓶Kla的因素有装液量和摇瓶机的类型，摇瓶机，往复，频率80-120分钟/次，振幅8厘米，旋转，偏心25，12，报250转/分，供氧和需氧，一般取1/10左右：250毫升，15-25毫升，300毫升，750毫升，80毫升，为装液量30毫升，60毫升，90毫升，120毫升，酶活713 734，2

6、53 92，氧的供给和需求及其对发酵的影响，影响Kla的因素，2。影响发酵罐中kla的因素，氧气的供应和需求及其对发酵的影响，Kla，氧气的供应和需求及其对发酵的影响，Kla，众所周知，在通风搅拌发酵罐中，在全挡板条件下：氧气的供应和需求及其对发酵的影响，影响Kla的因素，1，提高搅拌和调节Kla的效果显著，氧气的供应和需求及其对发酵的影响，影响Kla的因素，例如， 某产品发酵产量为450 180 1.62 20% 4978 450 280 2.12 40% 5564 550 180 2.61 60% 8455，黑曲霉产糖化酶n 230 230 270，通气比1:0.8 1:1.2 13360

7、0.8，产量1812 2416 增加D和N显著增加C，增加产量和增加N，这比增加q更有效。氧气供应和需求及其对发酵的影响，影响Kla，2的因素。实际上，对于转速而言，通风量的增加也是有限的，例如大的蒸发、中间挥发性代谢物的去除、氧气的供需及其对发酵的影响、以及影响Kla的因素。例如，红曲霉为食品工业生产色素，静态培养改为通风培养，产量用比色法测定：通风静态1 . 42 . 03 . 16 . 8 19.5 OD 0.28 0.7 8.3 15.6 14.3 6.2。随着这些因素的存在，发酵设备的供氧受到限制，氧气的供需及其对发酵的影响，影响Kla的因素，3。小发酵罐和大发酵罐调节kla特性，小

8、发酵罐转速可调，而大发酵罐往往转速不可调，大反应器的合理设计必须注意工艺匹配、氧气供需及其对发酵的影响，以及影响Kla的因素。4.生物反应器放大的基本思想，小反应器和大反应器的区别：传输和传热，生物反应过程，剪切，混合，氧气供应，氧气供应和需求及其对发酵的影响，影响Kla的因素，氧气供应和需求及其对发酵的影响，箭叶，平叶，氧气供应和需求及其对发酵的影响，影响Kla的因素。氧气供需及其对发酵的影响，影响Kla的因素，发酵过程中搅拌速度和溶解氧的变化，平叶、箭叶和箭叶：溶解氧在约4小时内从90%下降到14.8%，通过不断增加转数，溶解氧水平始终保持在20%左右。平叶：8h左右降至23.43%；在中

9、后期，溶解氧水平一直在40%以上。氧气供需及其对发酵的影响，影响kla的因素，平叶、箭叶和庆大霉素的生产水平提高了40%以上，影响Kla的因素，影响Kla的因素，影响Kla的因素，影响Kla的因素，影响Kla的因素，影响Kla的因素，影响Kla的因素。发酵过程难以放大的原因是不可能同时实现几何相似性、流体运动学相似性和流体动力学相似性。当在小规模研究中没有观察到影响生产的重要因素，并且该因素成为放大的关键因素时，将导致整个发酵过程(供氧、混合和剪切)的失败。氧气供需及其对发酵的影响，影响Kla的因素，按r，Kla，搅拌功率按r，细菌细胞剪切搅拌器类型，转速等。搅拌器混合计算流体力学应用研究：大

10、型发酵罐中大功率搅拌器的加工及动平衡研究，传动技术及整体罐结构设计；，张思亮，中国生物技术，2005，氧气供需及其对发酵的影响，影响Kla的因素，根据r，Kla影响Kla的因素，搅拌桨的搅拌功率，Kla，N，D(搅拌功率)，Q(通气率)，大与小，小与大，氧气供需及其对发酵的影响，影响Kla的因素，氧气供需及其对发酵的影响，影响Kla的因素，氧气供需及其对发酵的影响，影响Kla的因素，通过在发酵液中引入新的液相来减少气液比Lowe等人，1998年).通常，这种液相比水具有更高的溶氧能力，并且与发酵液不相容，发酵液被称为氧载体。常用的氧载体主要包括：液态烷烃、油酸、甲苯、全氟化碳、大豆油等。氧气的

11、供应和需求及其对发酵的影响，影响Kla的因素，溶解氧水平的增加，虾青素的合成，氧气的供应和需求及其对发酵的影响，影响Kla的因素，阅读报告：溶解氧对发酵的影响及其控制要求：字数不限于参考文献(2004年以后)，氧气的供应和需求及其对发酵的影响，影响Kla的因素，以及第iv 1节中CL，r和Kla的测定。化学方法，I2 2，氧的供应和需求及其对发酵的影响，氯、氧和氧的测定。溶解氧电极，极谱(阴极):O2 2H 2e H2O2，原电池(阴极):O2 2H2O 4e 4OH-，氧的供应和需求及其对发酵的影响，CL，r和Kla的测定，并且需要外部电压，因此，有必要匹配仪器，通常带有温度补偿。整套仪器价

12、格昂贵，但其最大的优点是其输出不受电极表面液体流动的影响。这正是电流电极所没有的。当电偶电极暴露在空气中时，其电流输出约为530A(主要取决于阴极的表面积和测试温度)，因此通过电位计连接到电位差记录表后可以直接使用，无需支持仪器。薄膜：耐高温、透气、不透水。测量：一般来说，相对值，氧气的供应和需求及其对发酵的影响，氯、氧和钾的测定，2和氧的测定。物料平衡，流量(入口空气中的氧含量和出口空气中的氧含量)，r=发酵液的体积，氧浓度：氧分压计，氧供需和对DCL=-r dt，氧供需及其对发酵的影响，CL，r和Kla的测定，3。Kla的测定，1。亚硫酸盐法(冷膜)，氧化氧亚硫酸钠，Kla。C*=亚硫酸浓

13、度的降低、cu2na2so3o2na2so4、氧气供应和需求及其对发酵的影响、CL、R和Kla的测定、R Kla=C*-CL，例如：一个小的实验室罐，装料量为7L，通风速率为1VVM(标准状态)，发酵液的CL25%，进入空气的氧气含量为21%，废气的氧气含量为19.8%。计算细菌的摄氧率、发酵罐的Kla、供氧和需氧及其对发酵的影响，并测定此时的氯、氧和Kla。不同测定方法得到的Kla不同。氧气的供应和需求及其对发酵的影响，CL、r和Kla的测定，溶解氧浓度的变化和控制，第5.1节。典型分批发酵中氧浓度的变化规律(在一定的kla下):r、x、cl，一般有一个波谷。华东理工大学学报，2000，氧供

14、需及其对发酵的影响，溶解氧浓度的变化与控制，OUR=r:摄氧率TEMP:温度AGIT:搅拌速度DO:溶解氧浓度，氧供需及其对发酵的影响，溶解氧浓度的变化与控制， 结论：当OUR(r)和DO反向变化时，说明限制因素是细胞代谢，此时溶解氧低于临界氧(此结论)，可以客观、动态地掌握临界氧水平和氧平衡的限制因素。氧气供需及其对发酵的影响，溶解氧浓度的变化和控制。发酵过程中溶解氧的控制。溶解氧控制策略，微生物反应：X S P X，=a b，氧的供给和需求及其对发酵的影响，溶解氧浓度的变化和控制，溶解氧浓度的变化和控制，细菌的生长期：初始细胞，生长细胞，产物合成，氧的供给和需求及其对发酵的影响，溶解氧浓度

15、的变化和控制，产物形成期：底物，产物，酶系统，反应动力学，氧的供给和需求及其对发酵的影响， 溶解氧浓度的变化与控制，发酵过程的一般控制策略：前期有利于细菌的生长，中后期是有益的，氧的供需及其对发酵的影响，溶解氧浓度的变化及其控制，2。 溶解氧控制的例子、GA、X、DO、谷氨酸发酵：要求：氧饱和度1，控制：0-12小时，12小时后小通风，增加通风，原因：0-12小时，少量细菌，小通风，11发酵初期大通风和搅拌产生过大的剪切力，有时对细菌的生长有不利影响。因此，有时在发酵初期采用小通风量和停止搅拌不仅有利于降低能耗，而且在工艺上也是必要的。然而，增加通风的时间必须把握好。例：肌苷酸生产：恒定通气17.15毫克/毫升，22.55毫克/毫升，30小时，18.25毫克/毫升，36小时，12.34毫克/毫升，早期和早期，氧的供应和需求，对发酵的影响，溶解氧浓度的