溶解氧对发酵影响和控制.ppt

1、供氧与微生物呼吸代谢产物的关系 呼吸强度：QO2（mmol O2/g干菌体·h） 耗氧速率：r （mmol O2/L·h） 2、微生物的临界氧浓度（C临界） 3、溶氧浓度对产物合成的影响 产物合成临界氧浓度？ 最佳产物合成氧浓度不一定与最适生长溶氧浓度或生长临界氧浓度相同。 （一）、氧的传递途径与传质阻力 分为供氧和耗氧两方面 供氧：空气中的氧从空气泡里通过气膜、气液界面和液膜扩散到液体主流中。 耗氧：氧分子自液体主流通过液膜、菌丝丛、细胞膜扩散到细胞内 由此可见，氧从空气泡到达细胞的总传递阻力为上述各阻力之和： 氧在克服上述阻力进行传递的过程中需要推动力，传递过程中的总推动力就是气相与细胞内的氧分压之差，这一总推动力消耗于从气相到细胞内的各项串联的传递阻力。当氧的传递达到稳态时，总的传递速率与串联的各步传递速率相等，这时通过单位面积的传递速率为： 微生物发酵过程中，通入发酵罐内的氧不断溶解于培养液中，以供菌体细胞代谢之用。这种由气态氧转变成溶解态氧的过程与液体吸收气体的过程相同，所以可用描述气体溶解于液体的双膜理论中的传质公式表示发酵过程氧的传质速率： 由于不可能测定界面处的氧分压和氧浓度，为了计算方便，通常情况下，改用总传质系数和总推动力表示，在稳定状态时，有： 在实际应用中，常以包含传质界面积的容积传质系数计算，因此，在单位体积的培养液中，氧的传质速率可表示为： 氧传质方程 主要是设法提高氧传递的推动力和液相体积氧传递系数KLα。 发酵液中氧的饱和度C*主要受温度、罐压及发酵液性质的影响。而这些参数在优化了的工艺条件下，已经很难改变。因此，在实际生产中通常从提高氧的体积传质系数KLα着手，提高设备的供氧能力。 。 1、搅拌 目的：增加溶氧、促进微生物悬浮混合 （1）搅拌改善溶氧速率 ①打碎气泡，增加接触面积 ②液体做涡流运动，增加接触时间 ③发酵呈湍流，减少液膜阻力，KLa增加 ④打散菌体，使推动力均一 2、空气流度 3、空气分布管 空气分布管的形式、喷口直径、管口与罐底距离的相对位置对氧溶解速率有较大的影响。 空气分布装置：单管、多孔环管、多孔分支环管 4、发酵液的物理性质 5、氧分压 平衡状态时液体中氧的溶解度 三、发酵过程中溶解氧的检测 1、发酵过程中溶解氧检测的意义 了解菌对氧的利用规律 溶解氧浓度作为发酵异常情况的指示 引起溶氧异常下降可能有下列原因：①污染好气性杂菌，大量的溶氧被消耗掉，使溶氧在较短时间内下降到零附近；②菌体代谢发生异常现象，需氧要求增加，使溶氧下降；③影响供氧的设备或工艺控制发生故障或变化，也能引起溶氧下降，如搅拌功率消耗变小或搅拌速度变慢，影响供氧能力，使溶氧降低。 引起溶氧异常升高的原因：主要是耗氧量的显著减少将导致溶氧异常升高。如污染烈性噬菌体，使产生菌呼吸受到抑制，溶氧上升，当菌体破裂后，完全失去呼吸能力，溶氧直线上升。 3、发酵过程中溶解氧（DO）的检测方法 复膜电极测定ＫＬα 和 氧分析仪测定ＫＧα 1、原理：用能透过氧分子的薄膜将电极系统与被测定溶液分离开来，避免外界溶液的性质及通风搅拌所引起的湍动对测定的影响。 * 第五节、溶解氧浓度对发酵的影响及控制 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秒（分）钟之内便耗竭，使溶氧成为限制因素。 X ---发酵液中菌体浓度，（kg/m3）； 一、溶解氧浓度对发酵的影响 菌体进行某种生理活动时，对发酵液中溶氧浓度的最低要求； 不同菌种、同种菌在不同生理期具有不同的C临界值； Ccritical Dissolved Oxygen Concentration 一般来说， C临界为 0.003-0.05mmol/L 而r为25~100mmol/L.h 某些微生物的临界氧浓度 0.022 24 产黄青霉 0.004 30 酵 母 0.008 37 大肠杆菌 0.018 30 固 氮 菌 临界氧浓度 （mmol/L） 温度（?C） 微 生 物 一般微生物生长临界氧浓度是饱和浓度的1%-30%。 根据需氧不同，可将初级代谢发酵分为： a. 供氧充足条件下，产量最大；若供氧不足，合成受强烈抑制； 如：谷氨酸，精氨酸，脯氨酸等 b.供氧充足条件下，可得最高产量；若供氧受限，产量受影响不明显； 如：异亮氨酸，赖氨酸，苏氨酸等 c.若供氧受限，细胞呼吸受抑制时，才获得最大量产物；若供