第7章 氧的供需与传递.pptVIP

第七章 氧的供需与传递 讲授内容 微生物对氧的需求 氧传递理论 发酵液的流变特性 影响氧传递速率的因素 溶氧系数的测定 控制溶氧的手段 【教学目的与要求】了解发酵液的流变特性，掌握氧传递理论及影响氧传递的因素、控制溶氧的手段和溶氧系数的测定方法。 【教学重点与难点】氧传递理论及影响氧传递的因素、控制溶氧的手段和溶氧系数的测定方法。 思考题： 1、名词解释： 微生物的呼吸强度、临界氧浓度、摄氧率、 氧的满意度 2、影响体积溶氧系数的因素？ 3、体积溶氧系数的测定方法？ 4、提高发酵液溶解氧的手段？ 5、氧传递的步骤？ 第一节 微生物对氧的需求 大多数发酵过程是好氧发酵，无论菌体的生长还是产物的代谢都需要大量的氧气。 氧是一种难溶性的气体，20℃时空气中的氧在纯水中的溶解度为0.25mol/m3(0.25mmol/L)左右，在相同的条件下，有机物和无机盐存在，溶解度更低，约为0.21mol/L。工业微生物比呼吸速率为0.1~0.4kg氧/h.g干细胞。合成细胞1kg/h.g干细胞。溶氧成为限制因素，发酵液的通风溶氧十分重要 事实证明，氧的供应不足，可能引起产生菌不可避免的损失或导致代谢产物的变化。调节溶氧浓度，有效经济地供氧很重要。 氧是构成细胞本身和代谢产物的成份之一，也是微生物利用基质产生能量供给细胞维持、生长代谢的需要。还直接参与一些生物反应。 发酵需氧量与菌体的种类和培养基的性质有关。菌体的生成是一个复杂的过程，不能用简单的化学计量计算。 酵母的细胞组成每100g干细胞可用C3.92 H6.5O1.94表示。 由碳水化合物和碳氢化合物生成酵母细胞的反应 6.67CH2O+2.1O2= C3.92 H6.5O1.94 +2.75CO2 +3.42 H2O 7.4CH2+6.135O2= C3.92 H6.5O1.94 +3.32CO2 +3.98H2O 由此看出：生成每百克酵母干细胞从碳氢化合物需氧量是碳水化合物需氧量的三倍。 影响微生物对氧需求的因素 微生物的呼吸强度QO2： 单位重量干菌体在单位时间内所吸取的氧量。 当氧是限制性基质时，耗氧速率： QO2——比耗氧速率molO2/(kg.s ) (QO2)m ——最大比耗氧速率molO2/(kg.s ) CL ——溶氧浓度mol/m3 KO ——氧的米氏常数mol/m3 临界氧浓度： Ccr 当培养基中不存在其他限制性基质时，不影响好氧性微生物生长繁殖的最低氧浓度。在这个氧浓度以下，溶氧成为限制因素，细胞的比耗氧 摄氧率 耗氧速率 ： 单位体积培养液在单位时间内消耗氧的量。 摄速率 耗氧速率用r来表示： r=QO2 ·X r——微生物耗氧速率 moLO2/(m3·s) moLO2/(L·h) X——培养液中菌体浓度 kg (干重) / m3 ，g/L 摄氧率与培养时间和细胞浓度有关，分批培养中，变化很大。疣孢漆斑霉 氧的满意度：溶解氧浓度与临界氧浓度的比值。 此外，培养条件对细胞的需氧要求也有关系。 对初级代谢产物：产物生成的溶氧浓度与细胞生成的临界氧浓度可能相同、也可不同如氨基酸. 对次级代谢产物：同样存在如头孢霉素和卷顺霉素 表中数值为饱和溶氧浓度的% 因此，头孢霉素的生产应高于临界氧浓度；卷顺霉素的生产，应低于临界氧浓度。 小结、 不同微生物的需氧量不同，最大比耗氧速率和临界氧浓度各不相同； 不同时期微生物的需氧量，产物生成的溶氧浓度与细胞生成的临界氧浓度可能相同、也可不同。 第二节 氧传递理论 氧传递的阻力 气——液相的氧传递理论 传质方程 一、氧传递的阻力 深层培养，微生物只能利用溶解氧，供氧一般采用通入空气。氧从气泡传递到微生物细胞需要克服一系列的阻力。 1、气相主体到气液界面的气膜传递阻力1/KG 2、气液界面传递阻力1/KI 3、从气液界面到液膜传递阻力1/KL 4、液相主体的传递阻力1/KLB 5、细胞或细胞团的表面的阻力1/KLC 6、固液界面的传递阻力1/KIS 7、细胞团内的传递阻力1/KA 8、细胞壁的传递阻力1/KW 9、反应阻力1/KR 二、气——液相的氧传递理论 氧由气相侧传递到液相，气——液氧传递，此过程气液界面传递阻力1/KI可忽略。 主要阻力是气膜和液膜的传递阻力，表述最多是传统的双膜理论 该理论的前提: a.气泡与包围气泡的液体存在界面，气泡侧有气膜， 液泡