第五章 第三节溶氧的控制.pptVIP

第五章 发酵工艺过程控制第四节 氧对发酵的影响;;微生物对氧的需求;2.溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响;■ 某些微生物的临界氧浓度;一般对于微生物： Cr ＝1～25%饱和溶氧浓度;基质种类对微生物需氧的影响 Darlington(1964)以C3.92H6.5O1.94来表述100克酵母菌体(干重)的组分，并对由碳氢化合物和碳水化合物生产酵母推导得到如下方程式： ;Mateles(1971)推导得一种碳源与需氧间关系的方程式： 假定代谢产物仅为： 菌体、CO2、H2O； 以及菌体的正常组分： C为53％、N为12％、O为19%、H为7％，则 ;Mateles利用此关系式对许多菌体利用各种基质所需的氧进行了计算 ;假单孢菌 性质：?革兰氏染色阴性。呈直杆、卵圆到短杆状，少数能形成长杆状，大小一般为(0.5～1)μm×(1.5×4)μm；以极生鞭毛运动，鞭毛为单毛到丛毛；不产生鞘或突起物，无芽孢；在肉汁蛋白胨培养基上菌落大多呈圆形、凸状、全缘、半透明、闪光；生长24h内直径约为1～3mm；异养菌，不发酵葡萄糖和烷基胺、不氧化乙醇为乙酸；能利用多种有机化合物，作为惟一的或主要的碳源而生长；能液化明胶，分解蛋白质，少数需要氨基氮，大多数可利用无机氮；除了能利用反硝化作用为厌氧呼吸的一些种外，都是严格好氧；无光合作用、接触酶阳性、氧化酶阳性；大多数种能产生水溶性色素；生长温度为4～43℃；DNA的G+C含量为58％～70％(摩尔)。这属菌可在土壤、动植物表体、海水及淡水中找到。呼吸代谢，永不发酵。不固定氮素。能利用一碳化合物以外的碳化合物作为惟一的碳源。严格好氧，一些能利用反硝化作用作为厌氧呼吸的种除外。他们的活性在有机物质矿化方面具有重要的意义。;例如Cooney(1979)建议用下列方程式计算青霉素发酵： ;但是，由于菌体的代谢是受发酵液中的溶氧浓度的影响，故简单地依据总需求来供氧是欠妥的。溶氧浓度对 比摄氧率(QO2每克干菌体每小时所消耗的氧的毫摩尔数)用米氏型曲线表示。 ; （2）菌龄：生长旺盛期呼吸强度大，耗氧量大。;;2.溶氧对发酵的影响;;溶氧对发酵的影响;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.其中谷氨酸供氧不足,产生大量的乳酸和琥珀酸. 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：赖氨酸，异亮氨酸，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； 若供氧充足，产物的形成反而受抑制； 如：亮氨酸，缬氨酸，苯丙氨酸等 ;氧浓度对产物影响;实例：初级代谢------溶氧对氨基酸合成影响;Feren和Squires(1969)对顶头孢霉产生头孢菌素和卷曲霉素(Capreomycin)的研究即是一个氧对次级代谢影响的例子。 他们的研究表明，头孢菌素产生菌的临界氧浓度在0~7％的空气饱和度间；而对卷曲霉素产生菌则为13~23％。 但就抑制抗生素生物合成的溶氧浓度来说，对头孢菌素为10-20％；而对卷曲霉素则为8％。 因此，在生产头孢菌素时，应使其溶氧浓度大于临界值，而在生产卷曲霉素时，则应使其溶氧浓度低于临界值。 ;发酵过程中比耗氧速率（QO2）的变化;典型的分批发酵中氧浓度的变化规律（一定K La下）：;单从菌体生长考虑;每种产物发酵的溶氧浓度变化都有自己的规律;发酵过程中溶氧变化异常原因;溶氧监测的作用;四、溶解氧浓度的控制;（一）供氧的控制;机械搅拌可以提高通风效果的原因;3. 改变气体组成中的氧分压 用通入纯氧方法来改变空气中氧的含量，提高了C*值，因而提高了供氧能力。 纯氧成本较高，但对于某些发酵需要时，如溶氧低于临界值时，短时间内加入纯氧是有效而可行的。但有可能造成细胞氧中毒。 ;4. 改变罐压 增加罐压实际上就是改变氧的分压pO2来提高C*，从而提高供氧能力，但此法并不十分有效。主要原因是： ⑴ 提高罐压就要相应的增加空气压缩机的出口压 力，也就是增加了动力消耗。 ⑵ 发酵罐的强度也要相应增加 ⑶ 提高罐压后，产生的CO2溶解量也要增加，会 使培养液的pH值发生变化，这些对菌体生产都 极为不利。 ;5. 改变发酵液的理化性质 在发酵过程中,菌体本身的繁殖及代谢可引起发酵液性质不断改变, 因而显著地影响到氧的溶解速率，而且由于发酵液中菌丝浓度所引起的表观粘度的增加，可使通气速率下降。 如果培养基性质为限制氧传递因素时，就根据具体情况对培养液的某一物理性质所作改造，例如补加无菌水，改变培养基的成分等都可以改善通气效果，以适应菌的正常生长。 ;6. 加入传氧中间介质——氧载体