氧供需与传递.docVIP

第五章：氧的供需与传递： 名词解释： 1. 临界氧浓度：微生物的耗氧速率受发酵液浓度的影响，各种微生物对发酵液中溶氧浓度有一个最低要求这一溶氧浓度叫做“临界氧浓度” 。 2.氧的满足度：溶解氧浓度与临界氧浓度之比。 二.简答 1.生化反应器通气与搅拌的两个目的: ①使发酵液充分混合，以便形成均匀的微生物悬浮液，促使底物从发酵液向菌体内及代谢产物从菌体内向发酵液的传递。 ②供给微生物生长和代谢所需的氧气。临界氧浓度：微生物的耗氧速率受发酵液浓度的影响，各种微生物对发酵液中溶氧浓度有一个最低要求这一溶氧浓度叫做“临界氧浓度” 2.比生长速率和氧浓度的关系：u=um*c/(K02+c) 3.饱和溶氧浓度： 在一定温度和压力下，空气中的氧在水中的溶解度。(mol/m3) 例：25℃ 1×105Pa 0.25mol/m3 影响氧饱和浓度的主要因素: (温度:温度越高，氧饱和浓度越低 (溶液的性质：溶质含量越高，氧的溶解度越低 (氧分压 ：p=HC* 氧分压越高氧溶解度越高 影响微生物需氧量的因素: 菌种的生理特性、培养基组成、溶氧浓度和发酵工艺条件 溶氧对发酵的影响： (为了正确控制溶解氧浓度，有必要考察每一种发酵产物的（临界溶氧浓度）和（最适溶氧浓度），并使发酵过程保持在最适溶氧浓度。最适溶氧浓度的高低与（菌种特性）和（产物合成的途径）有关。 (需氧发酵并不是溶氧愈高愈好。适当高的溶氧水平有利于菌体生长和产物合成；但溶氧太高有时反而抑制产物的形成。 在发酵过程中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，如果杂菌本身耗氧能力不强，溶氧变化就可能不明显；② 菌体代谢发生异常现象，需氧要求增加，使溶氧下降；③ 某些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。又如消沫油因自动加油器失灵或人为加量过多，也会引起溶氧迅速下降。其他影响供氧的工艺操作，如停搅拌、闷罐（关闭排气阀）等．都会使溶氧发生异常变化。 在发酵过程中引起溶氧异常升高可能有下列原因 ： 在供氧条件没有发生变化的情况下，耗氧量的显著减少将导致溶氧异常升高。如： 1、菌体代谢出现异常，耗氧能力下降，使溶氧上升。 2、污染烈性噬菌体，影响最为明显，产生菌尚未裂解前，呼吸已受到抑制，溶氧就明显上升，菌体破裂后完全失去呼吸能力，溶氧就直线上升 耗氧速率：r=Qo2*X r——耗氧速率（mmolO2/l.h) QO2 ——比耗氧速率（mmolO2/g.h) X ——菌体浓度（g/l) 耗氧速率随微生物的种类、代谢途径和菌体浓度的不同而不同 供氧、耗氧和产物形成的关系通常有三种类型： （1）产物形成期的氧消耗与菌体生长期的最大需氧量一致； （2）产物形成期的最大需氧量超过菌体生长期的最大需氧量； （3）产物形成期的最大需氧量低于菌体生长期的最大需氧量。 比耗氧速率：单位菌体浓度的好氧速率，又称呼吸强度 氧的传递途径及传质阻力 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：氧自液体主流通过液膜、菌体丛、细胞膜扩散到细胞内。整个过程必须克服一系列 的阻力，才能被微生物利用。 (12供氧方面的阻力： ①气膜阻力1/k1，气体主流与气液界面的气膜阻力1/kG ，与空气情况有关； ②气液界面阻力1/k2 ，也与空气情况相关，只有具备高能量的氧分子才能透到液相中 去，而其余的则折返回气相； ③液膜阻力1/k3 ，气液界面至液体主流间的液膜阻力1/kL ，与发酵液的成分和浓度 有关； ④液流阻力1/k4，也与发酵液的成分和浓度有关，通常这不作为一项重要阻力，因在液 体主流中氧的浓度是假定不变的，当然这只有在适当搅拌的情况下才是这样。 (13.耗氧方面的阻力： ①细胞周围液膜阻力1/k5，与发酵液成分和浓度有关； ②菌丝丛或团内的扩散阻力1/k6：这种阻力与微生物的种类、特性和生理状态等有关。 单细胞的细菌和酵母不存在这种阻力，对于菌丝菌如霉菌等这种阻力最为突出。  ③细胞膜阻力1/k7 ，与微生物的生理特性相关； ④细胞内反应阻力1/k8：指氧分子与细胞内呼吸酶系反应时的阻力，与微生物的种类、 生理特性有关。 供氧阻力方面液膜阻力1/kL比较显著，是控制因素 耗氧方面,细胞周围液膜的阻力1/k5是很小的,主要阻