发酵工程：7第七章 氧的供需及对发酵的影响.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,,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。,第六章 氧的供需及对发酵的影响,氧的供需及对发酵的影响,,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,）：,单位时间内单位重量的细胞所消耗的氧气，,mmol,O2,g,菌,-1,h-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,O2,L-1,h-1,。,r=QO2.X,氧的供需及对发酵的影响,微生物对氧的需求,,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.,氧的供需及对发酵的影响,微生物对氧的需求,,卷须霉素,生长,5%(,相对于饱和浓度）,13%,产物,13%8%,氧的供需及对发酵的影响,微生物对氧的需求,,Q,O,2,.X,菌体浓度,Q,O,2,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,氧的供需及对发酵的影响,微生物对氧的需求,,反应器中氧的传递,一、发酵液中氧的传递方程,C,C,i,P,P,i,气膜,液膜,N,：,传氧速率,kmol/m,2,.h,k,g,:,气膜传质系数,kmol/m,2,.h.atm,K,l,:,液膜传质系数,m/h,氧的供需及对发酵的影响,反应器中氧的传递,,(m,2,/m,3,),N,v,：,体积传氧速率,kmol/m,3,.h,K,la,:,以,(C*-C),为推动力的体积溶氧系数,h,-1,氧的供需及对发酵的影响,反应器中氧的传递,,Q,O,2,.X,氧的,平衡最终反映在发酵液中氧的浓度上面,氧的供需及对发酵的影响,反应器中氧的传递,,rpm 120 120,供氧速率,7.6 10.7 20.1,不同的设备供氧能力不一样,氧的供需及对发酵的影响,反应器中氧的传递,,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,发酵罐,氧的供需及对发酵的影响,影响,Kla,的因素,,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,氧的供需及对发酵的影响,影响,Kla,的因素,,n p,0,/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,比提高,Q,有效,氧的供需及对发酵的影响,影响,Kla,的因素,,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，发酵设备的供氧是有限的,氧的供需及对发酵的影响,影响,Kla,的因素,,小,小 大,氧的供需及对发酵的影响,影响,Kla,的因素,,al.,2001;Lowe et al.,1998),。,这种液相一般具有比水更高的溶氧能力，且与发酵液互不相溶，称为氧载体,oxygen-vector),。,通常使用的氧载体主要有,:,液态烷烃、油酸、甲苯、全氟化碳、豆油等。,氧的供需及对发酵的影响,影响,Kla,的因素,,4OH,-,氧的供需及对发酵的影响,CL,、,r,和,Kla,的测定,,=-r,dt,氧的供需及对发酵的影响,CL,、,r,和,Kla,的测定,,=,亚硫酸浓度的降低,Cu,2+,2Na,2,SO,3,+O,2,2Na,2,SO,4,氧的供需及对发酵的影响,CL,、,r,和,Kla,的测定,,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,C,L,一般有一个低谷，在对数生长的末期,氧的供需及对发酵的影响,溶氧浓度的变化及其控制,,=r,：,摄氧率,TEMP,：,温度,AGIT,：,搅拌转速,DO,：,溶氧浓度,氧的供需及对发酵的影响,溶氧浓度的变化及其控制,,P+X,=a+b,氧的供需及对发酵的影响,溶氧浓度的变化及其控制,,小通风,12,小时后 增加通风,原因：,0-12,小时菌体量较小，采用小通风,12,氧的供需及对发酵的影响,溶氧浓度的变化及其控制,,mg/ml,24,小时增加,22.55 mg/ml,30,小时增加,18.25 mg/ml,36,小时增加,12.34 mg/ml,初期 与 前期,氧的供需及对发酵的影响,溶氧浓度的变化及其控制,,