版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、 溶氧溶氧(do)是需氧微生物生长所必需。在发酵过程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中有多方面的限制因素,而溶氧往往是最易成为控制因素。素。 在在28氧在发酵液中的氧在发酵液中的100的空气饱和浓度只有的空气饱和浓度只有0.25 mmol.l-1左右,比糖的溶解度小左右,比糖的溶解度小7000倍。在对数生倍。在对数生长期即使发酵液中的溶氧能达到长期即使发酵液中的溶氧能达到100空气饱和度,若空气饱和度,若此时中止供氧,发酵液中溶氧可在几分钟之内便耗竭,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。使溶氧成为限制因素。 第六
2、章 氧的供需及对发酵的影响第一节 微生物对氧的需求一、描述微生物需氧的物理量一、描述微生物需氧的物理量比耗氧速度或呼吸强度(比耗氧速度或呼吸强度(qo2):单位时间内单位体积):单位时间内单位体积重量的细胞所消耗的氧气,重量的细胞所消耗的氧气,mmol o2g菌菌-1h-1 摄氧率摄氧率(r):单位时间内单位体积的发酵液所需要的氧量。:单位时间内单位体积的发酵液所需要的氧量。mmol o2l-1h-1 。r= qo2 .x二、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响二、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响ccrqo2clccr: 临界溶氧浓度临界溶氧浓度, 指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度指不影响
3、呼吸所允许的最低溶氧浓度。一般对于微生物:一般对于微生物: ccr: 115%饱和浓度饱和浓度例:例:酵母酵母 4.6*10-3 mmol.l-1, 1.8% 产黄青霉产黄青霉 2.2*10-2 mmol.l-1, 8.8%定义定义:氧饱和度发酵液中氧的浓度氧饱和度发酵液中氧的浓度/临界溶氧溶度临界溶氧溶度所以对于微生物生长,只要控制发酵过程中氧饱和度所以对于微生物生长,只要控制发酵过程中氧饱和度1.问题:问题:一般微生物的临界溶氧浓度很小,是不是发酵过程中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。氧很容易满足。例:以微生物的摄氧率例:以微生物的摄氧率0.052 mmol o
4、2l-1s-1 计,计, 0.25/0.052=4.8秒秒注意:由于产物的形成和菌体最适的生长条件,常常不一样注意:由于产物的形成和菌体最适的生长条件,常常不一样: 头孢菌素头孢菌素 卷须霉素卷须霉素生长生长 5% (相对于饱和浓度)相对于饱和浓度) 13%产物产物 13% 8%三、影响需氧的因素三、影响需氧的因素r= qo2 .x 菌体浓度菌体浓度 qo2 遗传因素遗传因素 菌龄菌龄 营养的成分与浓度营养的成分与浓度 有害物质的积累有害物质的积累 培养条件培养条件第二节 反应器中氧的传递一、发酵液中氧的传递方程一、发酵液中氧的传递方程()()gilinkppk ccccippi气膜气膜液膜液
5、膜n:传氧速率:传氧速率 kmol/m2.hkg: 气膜传质系数气膜传质系数 kmol/m2.h.atmkl: 液膜传质系数液膜传质系数 m/hc*p/h, 与气相中氧分压相平衡的液体中氧的浓度与气相中氧分压相平衡的液体中氧的浓度( *)lnk cckl: 以氧浓度为推动力的总传递系数以氧浓度为推动力的总传递系数 (m/h)再令:单位体积的液体中所具有的氧的传递面积为再令:单位体积的液体中所具有的氧的传递面积为 a (m2/m3)( *)lnvk a ccnv:体积传氧速率:体积传氧速率 kmol/m3.hkla: 以以(c*-c)为推动力的体积溶氧系数为推动力的体积溶氧系数 h-1二、发酵液
6、中氧的平衡二、发酵液中氧的平衡发酵液中供氧和需氧始终处于一个动态的平衡中发酵液中供氧和需氧始终处于一个动态的平衡中传递:传递:)*(ccaknvl消耗:消耗:r= qo2 .x氧的平衡最终反映在发酵液中氧的浓度上面氧的平衡最终反映在发酵液中氧的浓度上面三、供氧的调节三、供氧的调节( *)lnvk a ccc有一定的工艺要求,所以可以通过有一定的工艺要求,所以可以通过kla 和和c*来调节来调节其中其中c*p/hnvhpkla第六章 氧的供需及对发酵的影响调节调节kla是最常用的方法,是最常用的方法,kla反映了设备的供氧能力,反映了设备的供氧能力,一般来讲大罐比小罐要好。一般来讲大罐比小罐要好
7、。 45升升 1吨吨 10吨吨搅拌速度搅拌速度 250 rpm 120 120供氧速率供氧速率 7.6 10.7 20.1第三节 影响kla的因素 kla反映了设备的供氧能力,发酵常用的设备为摇反映了设备的供氧能力,发酵常用的设备为摇瓶与发酵罐。瓶与发酵罐。一、影响摇瓶一、影响摇瓶kla的因素的因素为装液量和摇瓶机的种类为装液量和摇瓶机的种类摇瓶机摇瓶机往复,频率往复,频率80-120分分/次,振幅次,振幅8cm旋转,偏心距旋转,偏心距25、12,转述转述250rpm装液量,一般取装液量,一般取1/10左右:左右: 250ml 15-25 ml 500ml 30 ml 750ml 80 ml例
8、:例: 500 ml 摇瓶中生产蛋白酶,考察装液量对酶活的影响摇瓶中生产蛋白酶,考察装液量对酶活的影响 装液量装液量 30 ml 60ml 90ml 120ml 酶活力酶活力 713 734 253 92二、影响发酵罐中二、影响发酵罐中kla的因素的因素已知在通风发酵罐中,全挡板条件下:已知在通风发酵罐中,全挡板条件下:(/) ()gsklak p vv230.4500.56()ggp ndpcq350pkn d()klandq1、理论上分析、理论上分析kland通气量提高搅拌,调节提高搅拌,调节kla的效果显著的效果显著例例 某一产品的发酵某一产品的发酵 d n p0/v c 产量产量 45
9、0 180 1.62 20% 4978 450 280 2.12 40% 5564 550 180 2.61 60% 8455例例 黑曲霉生产糖化酶黑曲霉生产糖化酶 n 230 230 270 通气比通气比 1:0.8 1:1.2 1:0.8 产量产量 1812 2416 2846提高提高d、n显著提高显著提高c,提高了产量提高了产量提高提高n, 比提高比提高q有效有效2、实际上:、实际上:对于转速的调节有时是有限度的对于转速的调节有时是有限度的通风的增加也是有限的通风的增加也是有限的蒸发量大蒸发量大中间挥发性代谢产物带走中间挥发性代谢产物带走例:红曲霉生产色素用于食品工业,静止培养改为通气培
10、例:红曲霉生产色素用于食品工业,静止培养改为通气培 养,比色法测定产量:养,比色法测定产量:通气通气 静止静止 1.4 2.0 3.1 6.8 19.5 od 0.28 0.7 8.3 15.6 14.3 6.2提高提高下降下降所以这些因素的存在,发酵设备的供养是有限的所以这些因素的存在,发酵设备的供养是有限的3、小型发酵罐和大型发酵罐调节、小型发酵罐和大型发酵罐调节kla的特点的特点 小型发酵罐,转速可调小型发酵罐,转速可调 大型发酵罐,转速往往不可调大型发酵罐,转速往往不可调 大型反应器的合理设计大型反应器的合理设计 对现有设备一定要注意工艺配套对现有设备一定要注意工艺配套4、影响、影响k
11、la的其它因素的其它因素空气分布器空气分布器液体的粘度液体的粘度第四节 cl、r和kla的测定一、一、cl的测定的测定1、化学法、化学法2、溶氧电极、溶氧电极 极谱型极谱型(阴极阴极):o2+2h+2e h2o2 原电池型原电池型(阴极阴极):o2+2h2o+4e 4oh- 极谱型电极由于其阴极面积很小,电流输出也相应极谱型电极由于其阴极面积很小,电流输出也相应小,且需外加电压,故需配套仪表,通常还配有温度补小,且需外加电压,故需配套仪表,通常还配有温度补偿,整套仪器价格较高,但其最大优点莫过于它的输出偿,整套仪器价格较高,但其最大优点莫过于它的输出不受电极表面液流的影响。这点正是原电池型电极
12、所不不受电极表面液流的影响。这点正是原电池型电极所不具备的。原电池型电极暴露在空气中时其电流输出约具备的。原电池型电极暴露在空气中时其电流输出约530a(主要取决于阴极的表面积和测试温度主要取决于阴极的表面积和测试温度),可以不用,可以不用配套仪表,经一电位器接到电位差记录议上便可直接使配套仪表,经一电位器接到电位差记录议上便可直接使用。用。 膜:耐温、透气、不通水膜:耐温、透气、不通水 测定:一般是得到相对值测定:一般是得到相对值二、二、r的测定的测定1、物料衡算、物料衡算 流量(进口空气中氧的氧含量流量(进口空气中氧的氧含量出口空气中的氧含量)出口空气中的氧含量)r= 发酵液体积发酵液体积
13、氧的浓度:氧分压仪氧的浓度:氧分压仪2、溶氧电极、溶氧电极停止供气停止供气:dcl = -r dt三、三、kla的测定的测定1、亚硫酸盐法(冷膜)、亚硫酸盐法(冷膜)氧氧 亚硫酸钠的氧化亚硫酸钠的氧化kla.c* = 亚硫酸浓度的降低亚硫酸浓度的降低 cu2+ 2na2so3+o2 2na2so42、平衡法、平衡法 rkla= c*-cl例例:一个装料为:一个装料为7l的实验室小罐,通气量为的实验室小罐,通气量为1vvm(标(标态),发酵液的态),发酵液的cl25%、空气进入时的氧含量为、空气进入时的氧含量为21%,废气排出的氧含量为废气排出的氧含量为19.8%,求此时菌体的摄氧率和发,求此时
14、菌体的摄氧率和发酵罐的酵罐的kla3、动态法、动态法 不同的测定方法得出的不同的测定方法得出的kla是不一样的是不一样的第四节 溶氧浓度的变化及其控制一、典型的分批发酵中氧浓度的变化规律(一定一、典型的分批发酵中氧浓度的变化规律(一定kla下):下):rxqcl一般有一个低谷,一般有一个低谷,在对数生长的末期在对数生长的末期二、发酵过程中溶氧的控制二、发酵过程中溶氧的控制1、溶氧控制的策略、溶氧控制的策略微生物反应微生物反应: xs p+ x=a+b x,p t p x 0 t1 0t1growth phase t1endproducing phase 菌体生长期:菌体生长期:酶系统酶系统 酶
15、系统酶系统 关键因子关键因子开始的细胞开始的细胞生长好后的细胞生长好后的细胞产物合成产物合成产物形成期:产物形成期:底物底物产物产物酶系统酶系统 反应动力学问题反应动力学问题 发酵过程的控制一般策略:前期有利于菌体生长,中后期有利用产物的合成溶氧控制的一般策略:前期大于临溶氧浓度,中后期满足产物的形成。2、溶氧控制的实例、溶氧控制的实例gaxdo谷氨酸发酵谷氨酸发酵:要求:氧饱和度要求:氧饱和度1控制:控制:0-12小时小时 小通风小通风 12小时后小时后 增加通风增加通风原因:原因:0-12小时菌体小时菌体量较小,采用小通风量较小,采用小通风12 一般认为,发酵初期较大的通风和搅拌而产生过大一般认为,发酵初期较大的通风和搅拌而产生过大的剪切力,对菌体的生长有时会产生不利的影响,所以的剪切力,对菌体的生长有时会产生不利的影响,所以有时发酵初期采用小通风,停搅拌,不但有利于降低能有时发酵初期采用小通风,停搅拌,不但有利于降低能耗,而且在工艺上也是必须的。但是通气增大的时间一耗,而且在工艺上也是必须的。但是通气增大的时间一定要把握好。定要把握好。例:例: 生产肌苷酸:生产肌苷酸:通气量不变通气量不变 17.15 mg/ml24小时增加小时增加 22.55 mg/ml30小时增加小时增加 18.25 mg/ml36小时增加小时增加 12.34 mg/ml例例:某厂
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 2024年度幼儿园食堂员工服务合同书2篇
- 2024年度实验室场地租赁及环保检测服务合同3篇
- 2024年度单位与物业公司公共区域维护合同范本2篇
- 2024版城市综合体报警系统设计与安装合同3篇
- 2024年时尚模特演出合作合同版
- 内蒙古大学《世界贸易组织专题(双语)》2023-2024学年第一学期期末试卷
- 内蒙古北方职业技术学院《现代服务业管理》2023-2024学年第一学期期末试卷
- 2024年房产抵押借款标准化协议样本
- 2024年土地流转合同书-土地流转项目法律风险防范补充协议3篇
- 2024上海消防设施维护保养与应急预案编制合同3篇
- 《物流系统规划与设计》课程教学大纲
- 浙江标准农贸市场建设与管理规范
- 护理质控分析整改措施(共5篇)
- 金属矿山安全教育课件
- 托盘演示教学课件
- 中华农耕文化及现实意义
- DBJ61-T 112-2021 高延性混凝土应用技术规程-(高清版)
- 2023年高考数学求定义域专题练习(附答案)
- 农产品品牌与营销课件
- 苏科版一年级心理健康教育第17节《生命更美好》教案(定稿)
- 车辆二级维护检测单参考模板范本
评论
0/150
提交评论