微生物发酵氧的供需与传递.pptx

第五章 氧的供需与传递;微生物细胞对氧的需求和溶解氧的控制 培养过程中氧的传质理论 溶氧传递系数的测定方法 影响氧传递速率的主要因素 发酵液中溶解氧的测定和控制;第一节微生物细胞对氧的需求和溶解氧的控制;一、供氧与微生物呼吸及代谢产物的关系;微生物吸氧量的表示;r：微生物耗氧速率，mmol/(L·h) QO2：菌体呼吸强度， mmol/(g·h) cX：发酵液中菌体的质量浓度，g/L;影响微生物耗氧速率的因素;碳源;二、微生物的临界氧浓度;临界氧浓度（c临界）;若不存在其他限制性基质时： CL＜Ccr时，QO2随CL的增加而增大； CL＞Ccr时，QO2恒定。;三、控制发酵液中溶解氧的意义;温度 溶液性质 氧分压;;溶液浓度mol/L;系统总压力小于0.5MPa，氧在溶液中的溶解度只与氧的分压成直线关系。;25℃、1×105Pa时，空气中的氧在纯水中的溶解度为0.25mmol/L左右，在培养基中的溶解度更低，约为0.21mmol/L。 微生物的临界氧浓度一般为0.003~0.05 mmol/L ，只能维持菌体正常生命活动20～50s。因此，必须采取强化供氧。 ;微生物培养的供氧方式;第二节 培养过程中氧的传质理论;一、氧的传递途径与传质阻力;二、气体溶解过程的双膜理论;发酵液中的供氧和需氧始终处于动态平衡中 供氧： 耗氧： 某瞬间溶氧浓度变化：;第三节 溶氧传递系数的测定方法;一、亚硫酸盐氧化法;氧一溶解于液体中就立即被还原，溶液中氧浓度为0：;N：平均溶氧速率，mol O2/(ml·min)； VS：取样量，ml； c：Na2S2O3标准溶液的浓度，mol/L； Δt：两次取样间隔时间，min； ΔV：两次滴定所用Na2S2O3标准溶液的体积差，ml； Kd：以压力差为推动力的体积溶氧系数，molO2/(ml·min·MPa)。;优点： 操作简便，且在相当清洁的条件下能得到非常精确的结果； 取样均匀； 不需要特殊仪器。 缺点： 发酵罐内如有极少量的表面活性剂，都可导致测定值不精确； 亚硫酸钠溶液对菌体生长有影响，且流变学性质与发酵液差别较大，加之氧传递影响因素较多，故测定值不能反映真实培养状态下的溶氧； 只在工作容积为4～80L的设备中测定比较可靠，且仅能表示培养设备通气效率的优劣。;二、取样极谱法;?;优点： 由于氧的分解电压最低，发酵液中的其他物质对测定的影响甚微，因此，此法可直接用于发酵状态的溶氧传递系数的测定。 缺点： 溶解氧浓度的测定需要从设备中取样后测定，样品压力由罐压降至大气压，测定的氧浓度不准确，且静止条件下测得的摄氧率与实际培养状态不完全一致，误差较大。;三、物料衡算法;例：一个装料为7L的实验室小罐，通气量为100L/h，发酵液的溶氧浓度为25%，空气进入时的氧含量为21%，废气排出的氧含量为19.8%，求此时菌体的摄氧率和发酵罐的KLa。;四、动态法;优点： 只需要溶氧电极，即可测得实际发酵系统的KLa。 缺点： 对于高黏度的发酵液，停止供气后，气泡的释放速度缓慢，或由于高搅拌速度所产生的表面曝气作用，会影响cL-t曲线的正确性。;五、复膜电极测定KLa和氧分析仪测定KGa;?;第四节 影响氧传递速率的主要因素;一、溶液的性质对氧溶解度的影响;二、气-液比表面积对氧溶解度的影响;三、影响氧传递系数的因素;1、搅拌;（1）搅拌桨的功能;（2）搅拌桨参数;搅拌器的形式;搅拌器的间距;搅拌转速和叶径;;挡板;2、空气线速度;3、空气分布管;4、发酵液性质;泡沫;5、表面活性剂;6、离子强度;7、菌体浓度;第五节 发酵液中溶解氧的测定和控制;二、发酵液中溶解氧的测定方法;1、化学法;2???极谱法;?;三、控制发酵液中溶解氧的工艺手段;1、改变通气速率（增大通风量）;2、改变搅拌速度;3、改变气体组成中的氧分压;4、改变罐压;5、改变发酵液的理化性质;6、加入氧载体;影响需氧的工艺条件;溶氧控制措施的比较