《发酵工艺学》课程教学课件（PPT讲稿）第七章 发酵工业中氧的需求

第七嶂发酵工业中氧的供需

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本章内容 第一节、细胞对氧的需求（为什么要供氧？为什 么要控制溶氧？) 第二节、发酵过程中氧的传递（如何实现供氧？ 如何控制溶氧？) 第三节、影响氧传递的因素 第四节、摄氧率、溶解氧、Ka的测定 2

本章内容 第一节、细胞对氧的需求(为什么要供氧？为什 么要控制溶氧？） 第二节、发酵过程中氧的传递（如何实现供氧？ 如何控制溶氧？） 第三节、影响氧传递的因素 第四节、摄氧率、溶解氧、KLa的测定 2

第一节细胞对氧的需求 一、氧在微生物发酵中的作用 二、微生物的耗氧特征 三、影响微生物耗氧的因素 四、溶解氧控制的意义 3

第一节 细胞对氧的需求 一、氧在微生物发酵中的作用 二、微生物的耗氧特征 三、影响微生物耗氧的因素 四、溶解氧控制的意义 3

一、氧在微生物发酵中的作用 对于好气性微生物而言，只有溶解状态的分子态的氧才能被 微生物利用。 1、呼吸作用：作为呼吸链电子传递系统末端的电子受体，与 氢离子结合生成水，同时释放出大量能量，供细胞生长和代 谢使用。 2、氧可以作为中间体直接参与一些生物合成反应 CH,CH,OHO,→CH,COOH

一 、氧在微生物发酵中的作用 对于好气性微生物而言，只有溶解状态的分子态的氧才能被 微生物利用。 1、呼吸作用：作为呼吸链电子传递系统末端的电子受体，与 氢离子结合生成水，同时释放出大量能量，供细胞生长和代 谢使用。 2、氧可以作为中间体直接参与一些生物合成反应 CH CH OH CH COOH O 3 2 3 ⎯⎯2 → 4

二、微生物的耗氧特征 1.微生物需氧量的表示方式 微生物对氧的需求受菌体代谢活动变化的影响，常用呼吸强度和耗 氧速率两种方法来表示。 (1)呼吸强度（比耗氧速率） Qo2：单位质量干菌体在单位时间内 消耗氧的量。 单位：mmolO2/(kg干菌体h)。 (2)摄氧率Y（耗氧速率)：单位体积培养液在单位时间内消耗氧 的量。单位：mmolO2/(m3.h)。 呼吸强度和耗氧速率之间的关系如下 Y=Qo2'xX—细胞浓度，kg(干重)/m3 5

1.微生物需氧量的表示方式 微生物对氧的需求受菌体代谢活动变化的影响，常用呼吸强度和耗 氧速率两种方法来表示。 (1)呼吸强度（比耗氧速率） QO2 ：单位质量干菌体在单位时间内 消耗氧的量。 单位：mmolO2 /（kg干菌体·h）。 (2) 摄氧率γ（耗氧速率）：单位体积培养液在单位时间内消耗氧 的量。单位：mmolO2 /（m3·h）。 呼吸强度和耗氧速率之间的关系如下 γ=QO2·x x——细胞浓度，kg(干重)/m3 二、微生物的耗氧特征 5

2.Q,与溶氧浓度C关系 (1)当C>Cc时，Qo2=(Qo2)m (2)当C<C时 Qo2= ko+CL ko:亲和常数（半饱和常数），单位：mol/m k特征：k越大，亲和能力越小，Qo2越小。 不同微生物的k特征值不一样，可以此作为通气操作的依据。 6

2. QO2与溶氧浓度CL关系 (1) 当CL>Ccr时， QO2 ＝ (QO2 )m (2) 当CL< Ccr时， k0： 亲和常数（半饱和常数），单位：mol/m3 k0特征： k0越大，亲和能力越小，QO2越小。 不同微生物的k0特征值不一样，可以此作为通气操作的依据。 0 L O2 m L O2 k C (Q ) C Q + = 6

3)Cr的定义 微生物的比耗氧速率受发酵液中氧的浓度的影响，各种微 生物对发酵液中溶氧浓度有一个最低要求，即不影响呼吸 所允许的最低溶氧浓度，称为临界氧浓度，以C表示。 CL>Ccr,Qo2保持恒定 ■CL<Ccr,Qo2大大下降 cr CL

(3) Ccr的定义 ◼ 微生物的比耗氧速率受发酵液中氧的浓度的影响，各种微 生物对发酵液中溶氧浓度有一个最低要求，即不影响呼吸 所允许的最低溶氧浓度，称为临界氧浓度，以Ccr表示。 ◼ CL> Ccr，QO2 保持恒定 ◼ CL< Ccr， QO2 大大下降 7

一 般对于微生物：Ccr:=1~15%饱和浓度 例：酵母4.6*10-3mm0l.L1,1.8% 产黄青霉2.2*10-2mm0L1,8.8% 定义：饱和氧浓度：指发酵液中溶解氧的最大值 氧饱和度=发酵液中实际溶氧浓度/临界溶氧溶度 所以对于微生物生长，要控制发酵过程中氧饱和度>1 8

一般对于微生物： 微生物对氧的需求 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：饱和氧浓度：指发酵液中溶解氧的最大值 氧饱和度＝发酵液中实际溶氧浓度/临界溶氧溶度 所以对于微生物生长，要控制发酵过程中氧饱和度>1 8

3.培养过程中细胞耗氧的一般规律 o Qo.[(h-mg) 口干重(mg摇瓶) pH A.培养初期：Qo2逐渐增高，x较小。 B.在对数生长初期：达到(Qo2)m,但此时x较低， Y并不高。 0. 在对数生长后期：达到Ym,此时Q2<(Qo2m

3. 培养过程中细胞耗氧的一般规律 A. 培养初期： QO2逐渐增高，x较小。 B. 在对数生长初期：达到(QO2 )m，但此时x较低， γ并不高。 C. 在对数生长后期：达到γm, 此时 QO2< (QO2 )m 。 9

D. 对数生长期末：S↓，0TR↓，Qo21 而Yx(Q2,X,OTR),虽然x=Xm,但Qo2 0TR占主导地位，所以Y↓ E.培养后期：S→0，Q2↓↓，x↓Y↓1

D. 对数生长期末：S↓, OTR↓, QO2 ↓ 而γ∝(QO2 , x , OTR), 虽然x=xm,但 QO2、 OTR 占主导地位，所以 γ↓ E. 培养后期：S→0，QO2 ↓↓, x↓γ↓↓ 10