氧的供需及对发酵的影响.pptVIP

用溶氧电极测定OUR，要求电极响应时间短，能跟上摄氧率的变化 测定前先用纯水标定电极，得到单位电流代表的溶氧浓度： i饱——在饱和氧浓度C*时的电流值 i残——氧浓度为零时电极所具有的电流 2、溶氧电极 第三十页，共四十七页，2022年，8月28日 若测定某培养时间的摄氧率，则关闭通气阀，保持搅拌，在罐顶通氮气，赶走上面的空气。此时，由于耗氧，CL下降，仪表上电流值也不断下降 △t——停止供气后CL下降到最低点时所需时间 △i——在△t时间内的电流变化 第三十一页，共四十七页，2022年，8月28日 三、KLa的测定 1、亚硫酸盐法（冷膜） 氧→ 亚硫酸钠的氧化 KLa.C* = 亚硫酸浓度的降低 Cu2+ 2Na2SO3+O2 → 2Na2SO4 第三十二页，共四十七页，2022年，8月28日 2、平衡法 OUR KLa= ———— C*-CL 例：一个装料为7L的实验室小罐，通气量为1VVM（标态），发酵液的CL＝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 式中C*可以查得，CL可以用溶氧电极测得，OUR也可算出，因此可求得KLa值 第三十三页，共四十七页，2022年，8月28日 待溶氧到最低点后再恢复通气。这样可以得到溶氧随时间变化的曲线 用溶氧仪测定发酵过程的溶氧，开始时供氧和需氧达到平衡，溶氧是一条水平线 这时停止通气，保持搅拌，在罐顶通入氮气，赶掉氧气。由于微生物对氧的利用，溶氧迅速下降，过一段时间溶氧下降缓慢 3、动态法 第三十四页，共四十七页，2022年，8月28日 △CL/△t=KLa(C*-CL)-OUR CL=-1/KLa(△CL/△t+OUR)+C* 将CL对△CL/△t+OUR作图，得到一条直线，斜率为-1/KLa因此可求得KLa，延长直线与纵坐标相交点为C* 溶解氧浓度随通气变化的情况 KLa的求取 OUR OUR 第三十五页，共四十七页，2022年，8月28日 JIAXING UNIVERSITY 氧的供需及对发酵的影响 第一页，共四十七页，2022年，8月28日 溶氧(DO)是需氧微生物生长所必需。在发酵过程中有多方面的限制因素，而溶氧往往是最易成为控制因素。 在28℃氧在发酵液中的100％饱和浓度只有0.25 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分钟之内便耗竭，使溶氧成为限制因素。 第二页，共四十七页，2022年，8月28日 7.4.1 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(OUR，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 X : 菌体密度, g菌/L 第三页，共四十七页，2022年，8月28日 二、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响 cCr QO2 cL cCr: 临界溶氧浓度, 指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度, 一般用空气氧饱和度表示。 第四页，共四十七页，2022年，8月28日 一般对于微生物： CCr: ＝1～15%饱和浓度 例：酵母 4.6*10-3 mmol.L-1, 1.8% 产黄青霉 2.2*10-2 mmol.L-1, 8.8% 定义：临界溶氧浓度＝临界时发酵液中氧的浓度/ 氧饱和度 所以对于微生物生长，只要控制发酵过程中氧浓度 不低于临界氧浓度即可 微生物 温度 临界氧值/(mmol O2/L) 温度/C 临界氧值/(mgO2/L) 大肠杆菌 37.6 0.0082 0.0031 15.0 0.26 酵母 34.8 0.0046 0.0037 20.0 0.60 产黄青霉 30.0 0.0090 0.0220 24.0 0.40 第五页，共四十七页，2022年，8月28日 问题：一般微生物的临界溶氧浓度很小，是不是发酵过程中氧很容易满足 例：以微生物的摄氧率0.052 mmol O2·L-1·S-1 计， 0.25/0.052=4.8秒( 0.25 为溶解氧浓度) 注意：由于产物的形成和菌体最适的生长条件，常常不一样： 头孢菌素 卷须霉素 生长阶段 5-7% (相对于饱和浓度） 13-23% 产物合成