發(fā)酵工藝控制(編輯修改稿)
2025-02-03 11:10 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 影響微生物對(duì)氧需求的因素 攝氧率： 單位體積培養(yǎng)液，在單位時(shí)間內(nèi)耗氧量。 r = QO2X X— 細(xì)胞濃度。 氧的滿足度： 溶解氧濃度與臨界氧濃度之比。 產(chǎn)物形成的最佳氧濃度有時(shí)與細(xì)胞生長(zhǎng)最佳氧濃度不同，需氧量差別較大，各有不同。 影響微生物攝氧率的因素 ① 菌種； ② 溶解氧濃度； ③細(xì)胞濃度； ④培養(yǎng)基成分和濃度： 如：碳源，利用速度不同攝氧率不同； ⑤ pH； ⑥溫度：溫度高，臨界值增高； ⑦有毒物積累。抑制呼吸； ⑧揮發(fā)性中間物（有機(jī)酸），加強(qiáng)。 培養(yǎng)基的流變特性 培養(yǎng)基的流變特性影響： 動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳遞，繼而影響各種發(fā)酵條件。如： 溶氧速率、氣體交換、發(fā)酵溫度、營(yíng)養(yǎng)物補(bǔ)充、PH值的調(diào)節(jié)等。 培養(yǎng)液是 一多相體系，由液相、固相（菌體，不溶性培養(yǎng)基組分）和氣相構(gòu)成。 ① 牛頓流體和非牛頓流體 牛頓型流體：服從牛頓黏性定律，黏度只是溫度的函數(shù)，與流變狀態(tài)無(wú)關(guān)。即發(fā)酵罐中任何局部黏度相同，與攪拌速度、半徑無(wú)關(guān)。 （清細(xì)菌、酵母液） 非牛頓型流體：不服從牛頓黏性定律，其黏度不僅受溫度影響，而且隨流動(dòng)狀態(tài)而異?？煞譃閹追N類(lèi)型的流體。與切變率 r有關(guān)。 （放線菌、霉菌、高濃度細(xì)菌、酵母培養(yǎng)液） ② 非牛頓流體的攪拌功率 罐中非牛頓流體的平均切變率與攪拌速 度成正比。 _ 平均切變率 r = k N k— 無(wú)因次常數(shù) N— 攪拌器轉(zhuǎn)速 對(duì)不同的非牛頓流體，采用不同型式和大小的攪拌器，k值一般在 1013之間。 在發(fā)酵過(guò)程中，培養(yǎng)液的黏度系數(shù) K、流變特征指數(shù) n表現(xiàn)出時(shí)變性。 影響供氧的因素 由氧傳質(zhì)方程式： OTR=KLα（ C*CL） 可知，以下因素影響氧傳遞速率： （ 1）影響 KLα的因素 ； （ 2）影響推動(dòng)力 （ C*CL） 的因素 。 （ 1）影響 KLα的因素 ① 攪拌： 汽泡變小，增大汽液相接觸面積；延長(zhǎng)汽泡在液體中的停留時(shí)間；增加湍動(dòng)程度，減小氣泡外液膜厚度，減小阻力；使培養(yǎng)基成分和細(xì)胞均勻分布，利于營(yíng)養(yǎng)物吸收，代謝物擴(kuò)散。攪拌比通氣速度對(duì) KLα的影響更明顯。 但攪拌速度過(guò)高，會(huì)對(duì)細(xì)胞造成損傷，并會(huì)增加傳熱的負(fù)擔(dān)。 通氣效率還與罐體積（越小越好）、罐形狀、結(jié)構(gòu)、攪拌器形式、擋板有關(guān)。 （ 1）影響 KLα的因素 ② 空氣流量： 供氧，帶走廢氣。 KLα隨空氣流量增加而增加，但有限度。 如超過(guò)限度，攪拌器在空氣泡中空轉(zhuǎn)，不能分散空氣，攪拌功率下降。氣沿軸逸出。 （ 1）影響 KLα的因素 ③ 培養(yǎng)液性質(zhì)的影響： 微生物生長(zhǎng)繁殖和代謝可引起發(fā)酵液密度、黏度、表面張力、擴(kuò)散系數(shù)的變化。這些性質(zhì)的變化都會(huì)影響 KLα值。 如：黏度增大，滯留液膜厚度增加，傳質(zhì)阻力增大；同時(shí)黏度影響擴(kuò)散系數(shù)，使通氣效率降低。 綜合操作條件和流體性質(zhì)對(duì) KLα的影響，有： KLα=f(Di,N,ωs,DL,181。,ρ ,σ ,g) （ 1）影響 KLα的因素 ④ 微生物生長(zhǎng)的影響： 細(xì)胞濃度增加， KLα值變小，細(xì)胞濃度相同時(shí)，球狀菌懸液的 KLα值是絲狀菌懸液 KLα值的兩倍。 （流動(dòng)特性，稠度差別較大） （ 1）影響 KLα的因素 ⑤ 消沫劑的影響： 分布于氣液截界面，增大傳遞阻力，使 KL下降（雖使 α 增大）。 產(chǎn)生泡沫原因多樣，其中發(fā)酵性泡沫氧低，CO2高，不易破， “ 逃液 ” 。 消沫劑雖然使 KL下降，但最終會(huì)有 效的改善發(fā)酵液的通氣效率。 （消泡沫的重要手段） （ 1）影響 KLα的因素 ⑥ 離子強(qiáng)度的影響： 氣泡在電解質(zhì)溶液中，比在水中小很多， α較大， KLα值也比水大。并隨濃度增加而增大。 丙酮、乙醇、甲醇等有機(jī)溶劑也有類(lèi)似情況。 （ 2）影響推動(dòng)力的因素 提高推動(dòng)力實(shí)際上是增加氧的飽和度 C*。 影響因素有： ① 溫度：常壓下，隨溫度升高而降低。 ②溶質(zhì)的影響：隨濃度增加氧飽和度下降。電解質(zhì)，因鹽析作用而降低；有機(jī)溶液，升高。 ③罐壓：罐壓增加，溶解氧濃度增加，但 CO2也增加且更快。不利于液相中 CO2排出。對(duì)細(xì)胞滲透壓有不利影響。 ④純氧：富氧通氣、溶解氧增加。但生產(chǎn)成本提高，不夠經(jīng)濟(jì)。 液相體積氧傳遞系數(shù) KLα的測(cè)定 常握供氧，需氧情況，要測(cè)定： 溶解氧濃度，攝氧率和液相體積氧傳遞系數(shù) KLα。 ：
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