中国农业大学：《发酵工程》课程教学资源（PPT课件）第六章 发酵工艺控制（发酵工程单元操作）第三节 氧的供给

第三节氧的供给

第三节 氧的供给

微生物的培养方法 好氧 固体培养 厌氧 实验室 液体培养 好氧 厌氧 微生物培养法 固体培养 好氧 厌氧 生产实践 液体培养 好氧 厌氧

微生物的培养方法

一、氧的供需 实验室中，通过摇瓶机往复运动或偏心旋转运 动供氧。 ■中试规模和生产规模的培养装置采用通入无菌 压缩空气并同时进行搅拌的方式。 ■近年来开发出无搅拌装置的节能培养设备，如 气升式发酵罐。 ■细胞对鼓泡通气和机械搅拌产生的剪切作用敏 感

一、氧的供需 ◼ 实验室中，通过摇瓶机往复运动或偏心旋转运 动供氧。 ◼ 中试规模和生产规模的培养装置采用通入无菌 压缩空气并同时进行搅拌的方式。 ◼ 近年来开发出无搅拌装置的节能培养设备，如 气升式发酵罐。 ◼ 细胞对鼓泡通气和机械搅拌产生的剪切作用敏 感

■ 在常压下(20℃)达到平衡时，氧在水中的溶解度仅 为6.2ml/L(0.28mmo1)。这些氧只能保证氧化8.3mg (即0.046mmo1)葡萄糖，仅相当培养基中常用葡萄糖 浓度的1%。 ■除葡萄糖外，培养基中的无机或有机养料一般都可保 证微生物使用几小时至几天。 ■ 对好氧菌来说，生长的限制因子几乎总是氧的供应。 ■只有将培养液装成浅层时，氧才不至于成为限制因子

◼ 在常压下（20℃）达到平衡时，氧在水中的溶解度仅 为6.2ml／L（0.28mmol）。这些氧只能保证氧化8.3mg （即0.046mmol）葡萄糖，仅相当培养基中常用葡萄糖 浓度的1‰。 ◼ 除葡萄糖外，培养基中的无机或有机养料一般都可保 证微生物使用几小时至几天。 ◼ 对好氧菌来说，生长的限制因子几乎总是氧的供应。 ◼ 只有将培养液装成浅层时，氧才不至于成为限制因子

提高溶氧速率的措施 在进行液体培养时，一般可通过增加液体与氧的接触 面积或提高氧分压来提高溶氧速率， ■ 具体措施有： ■ ①浅层液体培养： ②利用往复式或旋转式摇床(shaker)对三角瓶培养 物作振荡培养； ■ ③在深层液体培养器的底部通入加压空气，并用气体 分布器使其以小气泡形式均匀喷出； ■ ④对培养液进行机械搅拌，并在培养器的壁上设置阻 挡装置

提高溶氧速率的措施 ◼ 在进行液体培养时，一般可通过增加液体与氧的接触 面积或提高氧分压来提高溶氧速率， ◼ 具体措施有： ◼ ①浅层液体培养； ◼ ②利用往复式或旋转式摇床（shaker）对三角瓶培养 物作振荡培养； ◼ ③在深层液体培养器的底部通入加压空气，并用气体 分布器使其以小气泡形式均匀喷出； ◼ ④对培养液进行机械搅拌，并在培养器的壁上设置阻 挡装置

1.在实验室进行好氧菌培养 的具体方法 (1)试管液体培养装液量可多可少。此法的通气效果 般均不够理想，仅适合培养兼性厌氧菌。 (2)三角瓶浅层培养在静止状态下，三角瓶内的通气 状况与其中装液量和棉塞通气程度对微生物的生长速 度和生长量有很大的关系。此法一般也仅适宜培养兼 性厌氧菌

1.在实验室进行好氧菌培养 的具体方法 ◼ （1）试管液体培养装液量可多可少。此法的通气效果 一般均不够理想，仅适合培养兼性厌氧菌。 ◼ （2）三角瓶浅层培养在静止状态下，三角瓶内的通气 状况与其中装液量和棉塞通气程度对微生物的生长速 度和生长量有很大的关系。此法一般也仅适宜培养兼 性厌氧菌

(3)摇瓶培养即将三角瓶内培养液用8层纱布包住瓶 口，以取代一般的棉花塞，同时降低瓶内的装液量， 把它放到往复式或旋转式摇床上作有节奏的振荡，以 达到提高溶氧量的目的。 (4)台式发酵罐体积一般为几升至几十升，并有多种 自动控制和记录装置

◼ （3）摇瓶培养 即将三角瓶内培养液用8层纱布包住瓶 口，以取代一般的棉花塞，同时降低瓶内的装液量， 把它放到往复式或旋转式摇床上作有节奏的振荡，以 达到提高溶氧量的目的。 ◼ （4）台式发酵罐体积一般为几升至几十升，并有多种 自动控制和记录装置

2.氧的性质及发酵液中实际需氧量 ■难溶气体，在25度和105Pa时，氧在纯水中的溶解度 为0.25-0.28mo1/m3。 ■对于发酵液中每小时在1m3培养液中需要氧是溶解量 的750倍。如果中断供氧，菌体会在几秒钟内耗尽溶氧

2.氧的性质及发酵液中实际需氧量 ◼ 难溶气体，在25度和105 Pa时，氧在纯水中的溶解度 为0.25-0.28mol/m3 。 ◼ 对于发酵液中每小时在1 m3 培养液中需要氧是溶解量 的750倍。如果中断供氧，菌体会在几秒钟内耗尽溶氧

二、细胞对氧的需求 ■氧作为受氢体 ■ 氧直接参与一些生物反应

二、细胞对氧的需求 ◼ 氧作为受氢体 ◼ 氧直接参与一些生物反应

1.微生物的吸氧量 ■常用呼吸强度和耗氧速率表示。 ■ 呼吸强度：单位质量的干菌体在单位时间内 所吸取的氧量，Qo2， 表示微生物的绝对耗 氧量。也称比耗氧速率。 go.= Q0)CL K。+C Qo.一一比耗氧速率或呼吸强度，molO2/(kg千细胞$ (Qo)m一最大比耗氧速率，mol02/(kg干细胞s) CL一一溶解氧浓度，mol/m; Kc一一氧的米氏常数，mol/m3

1.微生物的吸氧量 ◼ 常用呼吸强度和耗氧速率表示。 ◼ 呼吸强度：单位质量的干菌体在单位时间内 所吸取的氧量，QO2 ，表示微生物的绝对耗 氧量。也称比耗氧速率