發(fā)酵過程工藝控制培養(yǎng)基和溶氧

發(fā)酵過程工藝控制培養(yǎng)基和溶氧第1頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章發(fā)酵工程總論第二章發(fā)酵設備第三章發(fā)酵工業(yè)原料及其處理第四章發(fā)酵滅菌與無菌空氣制備第五章發(fā)酵菌種的制備第六章發(fā)酵工業(yè)放大第七章微生物發(fā)酵機制第八章發(fā)酵動力學第九章發(fā)酵過程工藝控制第十章發(fā)酵染菌及防治第十一章發(fā)酵工業(yè)廢物、廢水處理和資源化技術第十二章展望發(fā)酵工程第2頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章發(fā)酵過程工藝控制1培養(yǎng)基對發(fā)酵的影響2氧對發(fā)酵的影響3溫度對發(fā)酵的影響及控制4pH對發(fā)酵過程的影響及控制5泡沫對發(fā)酵的影響及控制6流加補料的控制7co2濃度和呼吸商8微生物培養(yǎng)過程的參數(shù)檢測發(fā)酵染菌及其防治發(fā)酵工程第3頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月本章的重點和難點重點：培養(yǎng)基、氧、溫度、pH、氧的需求、泡沫、補料對發(fā)酵的影響及其調控。難點：影響發(fā)酵因素的調控2/jing/C76/zcr-1.htm第4頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月學習本章的目的

微生物發(fā)酵的生產水平除取決于生產菌種本身的性能外，還必須予以微生物合適的環(huán)境條件才能發(fā)揮和表現(xiàn)出它的優(yōu)良生產能力。研究和了解與生產菌種相關的環(huán)境條件，如培養(yǎng)基組成、溫度、pH、氧的需求、泡沫、發(fā)酵過程中補料等，可以為掌握菌種在發(fā)酵過程中的代謝變化規(guī)律，進行合理的生產工藝控制提供理論基礎。

第5頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月§9-1培養(yǎng)基對發(fā)酵的影響及控制發(fā)酵工程碳源的種類和濃度對發(fā)酵過程的影響及控制氮源的種類和濃度對發(fā)酵的影響及控制磷酸鹽濃度的影響及控制第6頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月一、碳源的種類和濃度對發(fā)酵過程的影響及控制（一）碳源的種類對發(fā)酵的影響及控制

碳源的種類對發(fā)酵的影響主要取決于其性質，即快速利用的碳源還是緩慢利用的碳源。快速利用的碳源（如葡萄糖）能較快地參與微生物的代謝、合成菌體、產生能量，并產生分解產物（如丙酮酸等），對菌體生長有利，但有的分解代謝產物對產物的合成會產生阻遏作用；緩慢利用的碳源多數(shù)為聚合物（如淀粉），不能被微生物直接吸收利用，需要微生物分泌胞外酶將聚合物分解成小分子物質，因此被菌體利用緩慢，有利于延長代謝產物的合成時間，特別是延長抗生素的分泌期。許多微生物藥物的發(fā)酵就是采用這種方法以獲得較高的產量，如乳糖、蔗糖、麥芽糖及半乳糖分別是青霉素、頭孢菌素C、核黃素及生物堿發(fā)酵的最適碳源。因此，選擇合適的碳源對提高代謝產物的產量非常重要。第7頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月例：在對青霉素發(fā)酵的早期研究中，人們就認識到了碳源的重要性。在快速利用的碳源葡萄糖培養(yǎng)基中，菌體生長良好，但合成的青霉素卻很少；而在緩慢利用的碳源乳糖培養(yǎng)基中，菌體生長緩慢，青霉素的產量卻有明顯的提高。它們的代謝變化如圖。3%乳糖3%葡萄糖內源殘?zhí)?%乳糖內源殘?zhí)?%葡萄糖時間/h青霉素效價/U\mL殘?zhí)琴|量濃度/mg\mL糖對青霉素生物合成的影響第8頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）碳源的濃度對發(fā)酵的影響及控制碳源的濃度對于菌體生長和產物的合成有著明顯的影響，如培養(yǎng)基中碳源含量超5%，細菌的生長會因細胞脫水而開始下降。酵母或霉菌可耐受更高的葡萄糖濃度，達200g/L，這是由于它們對水的依賴性較低。并且，在某一濃度下碳源會阻遏一個或更多的負責產物合成的酶，這稱之為碳分解代謝物阻遏。碳源濃度的優(yōu)化控制，通常采用經(jīng)驗法和發(fā)酵動力學法，即在發(fā)酵過程中采用中間補料的方法進行控制。在實際生產中，要根據(jù)不同的代謝類型來確定補糖時間、補糖量、補糖方式等。而發(fā)酵動力學法要根據(jù)菌體的比生長速率、糖比消耗速率及產物的比生產速率等動力學參數(shù)來控制。第9頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月例1：碳源濃度對產物形成的影響以酵母的Crabtree效應為典型例子，即酵母生長在高糖濃度下，即使溶氧充足，它還會進行厭氧發(fā)酵，從葡萄糖產生乙醇，如圖。當葡萄糖濃度大于0.15g/L時便產生乙醇。為了阻止乙醇的生成，需控制生長速率和葡萄糖濃度。在這種情況下采用補料分批或連續(xù)培養(yǎng)可以避免Crabtree效應的出現(xiàn)。酵母培養(yǎng)基中的Crabtree效應；糖濃度對乙醇比生產率、比生長速率和細胞得率的影響第10頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月例2：在利用重組畢赤酵母高密度發(fā)酵生產水蜂素的研究中發(fā)現(xiàn)，甲醇一方面作為碳源構成細胞骨架，使細胞生長；另一方面又作為能源物質用于菌體生長、維持外源蛋白的表達。提高碳源濃度可有效地增加產物表達的量，但甲醇濃度的提高會抑制細胞生長甚至導致細胞死亡。因此，利用甲醇傳感器控制甲醇的流加量，同時以限制性速度混合流加甘油，可獲得較高的水蛭素產量。第11頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、氮源的種類和濃度對發(fā)酵的影響及控制（一）氮源的種類對發(fā)酵的影響及控制1．氮源的種類根據(jù)氮的來源可分為無機氮和有機氮。發(fā)酵工業(yè)中常用的無機氮包括硝酸鹽、銨鹽、氨水等；有機氮包括豆餅粉、花生餅粉＋玉米漿、蛋白胨、酵母粉、酒糟、尿素等。和碳源一樣，也可以把氮源分為可快速利用氮源和緩慢利用氮源。前者包括氨基（或銨）態(tài)氮的氨基酸（或硫酸銨等）和玉米漿等；后者包括黃豆餅粉、花生餅粉、棉籽餅粉等蛋白質。第12頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2．不同種類氮源對發(fā)酵的影響及控制可快速利用氮源容易被菌體所利用，有利于菌體生長，但對某些代謝產物的合成，特別是對某些抗生素的合成產生調節(jié)作用而影響產量。例如，鏈霉菌的竹桃霉素發(fā)酵中，采用促進菌體生長的銨鹽濃度，能刺激菌絲生長，但抗生素的產量反而減少。銨鹽對柱晶白霉素、螺旋霉素同樣產生類似的調節(jié)作用。緩慢利用氮源對延長次級代謝產物的分泌期、提高產物的產量是有好處的。但一次性的投入也容易促進菌體生長和養(yǎng)分過早耗盡，導致菌體過早衰老而自溶，從而縮短產物的分泌期?？紤]到上述原因，發(fā)酵培養(yǎng)基一般選用含有快速和緩慢利用的混合氮源。例如：氨基酸發(fā)酵用銨鹽（硫酸銨或醋酸銨）和麩皮水解液、玉米漿作為氮源；鏈霉素發(fā)酵采用硫酸銨和黃豆餅粉作為氮源；紅霉素發(fā)酵采用硫酸銨和黃豆餅粉作為碳源，其中借助吸附緩釋原理，將無機氮儲存在一個庫中緩慢釋放，即培養(yǎng)基中無機氮源濃度高時將其納入庫中，菌絲生長需要時又可自動流加進來，以此來調節(jié)氮的利用。第13頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月氮源種類對發(fā)酵過程的影響除體現(xiàn)在其是快速利用氮源或緩慢利用氮源外，還有一些特殊的作用。例如，賴氨酸生產中，培養(yǎng)基中甲硫氨酸和蘇氨酸的存在可提高賴氨酸的產量，但由于純氨基酸價格昂貴，生產中常用黃豆水解液來代替。谷氨酸生產中，使用尿素作為氮源，尿素可發(fā)生氨基化，從而提高谷氨酸的產量。在使用StreptococcuszooepidemicusH23發(fā)酵產生透明質酸的試驗中，由于酵母粉中含有大量的生長因子，用酵母粉作為氮源，菌體生長良好，透明質酸的產量也最高。但使用TorulopsisglabrataWSH-IP12發(fā)酵產生丙酮酸時，同樣使用酵母粉作為氮源，當酵母粉濃度增加時，雖然細胞干重不斷增加但丙酮酸產量卻迅速下降。有機氮源除了作為菌體生長繁殖的營養(yǎng)外，有的還是產物的前體，如纈氨酸、半胱氨酸和α-氨基己二酸是合成青霉素和頭孢菌素的主要前體。無機氮源一般比有機氮源吸收利用快，但無機氮源的迅速利用常會引起pH的變化。第14頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）氨源的濃度對發(fā)酵的影響及控制與碳源相似，氮源的濃度過高，會導致細胞脫水死亡，且影響傳質；濃度過低，菌體營養(yǎng)不足，影響產物的合成。不同產物的發(fā)酵中，所需的氮的濃度也不同。例如，谷氨酸發(fā)酵需要的氮源比一般的發(fā)酵多得多。一般的發(fā)酵工業(yè)碳氮比為100∶（0.2～2.0），谷氨酸發(fā)酵的碳氮比為100∶（15～20），當碳氮比為100∶11以上，才開始積累谷氨酸。在谷氨酸發(fā)酵中，用于合成菌體的氮僅占總耗用氮的3%～6%，而30%～80%用于合成谷氨酸。在實際生產中，采用尿素或氨水作為氮源時，由于一部分用于調節(jié)pH，一些分解而逸出，往往實際用量很大。當培養(yǎng)基中糖濃度為12.5%，總尿素用量為3%時，含碳量為5%，含氮量為1.4%，此時碳氮比為100∶28。氨濃度對谷氨酸的產率也有影響。在菌體生長階段，如NH4+過量，會抑制菌體生長；在谷氨酸合成階段，如NH4+下不足，α-酮戊二酸不能還原氨基化，而積累α-酮戊二酸，如NH4+過量，使谷氨酸轉化為谷氨酰胺，都會影響谷氨酸的產量。在使用StreptococcuszooepidemicusH23

發(fā)酵產生透明質酸的試驗中，當酵母粉的濃度為20g/L時，透明質酸的含量、細胞干重、細胞產率均達到最大值，殘?zhí)亲畹?。例如，繼續(xù)提高酵母粉濃度，殘?zhí)巧撸毎芍睾屯该髻|酸都逐漸下降。第15頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月此外，為了調節(jié)菌體生長和防止菌體衰老自溶，除了基礎培養(yǎng)基中的氮源外，有時還需要補加氮源來控制濃度。生產上常用的方法有：第一，補加有機氮源，根據(jù)微生物的代謝情況，添加某些具有調節(jié)生長代謝的有機氮源，如酵母粉、玉米漿、尿素等。例如，青霉素發(fā)酵中，后期出現(xiàn)糖利用緩慢、菌體濃度變稀、菌絲展不開，pH下降的現(xiàn)象，補加尿素水溶液就可改變這種狀況并提高產量。第二，補加無機氮源，工業(yè)中常用的方法是補加氨水或硫酸銨，其中氨水既可作為無機氮源，又可調節(jié)pH。在抗生素的發(fā)酵工業(yè)中，補加氨水可提高產量，如果與其他條件配合，有些抗生素的發(fā)酵單位可提高50%。如在紅霉素的發(fā)酵生產中加入氨調節(jié)pH，并且可作為無機氮源，能提高紅霉素的產率和有效組分的比例。（二）氨源的濃度對發(fā)酵的影響及控制第16頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月三、磷酸鹽濃度的影響及控制磷是構成蛋白質、核酸和ATP的必要元素，足微生物生長繁殖所必需的成分，也是合成代謝產物所必需的營養(yǎng)物質。在發(fā)酵過程中，微生物從培養(yǎng)基中攝取的磷一般以磷酸鹽的形式存在。因此，在發(fā)酵工業(yè)中，磷酸鹽的濃度對菌體的生長和產物的合成有一定的影響。微生物生長良好時，所允許的磷酸鹽濃度為0.32～300mmol/L，但次級代謝產物合成良好時所允許的磷酸鹽最高平均濃度僅為lmmol/L。當提高到l0mmol/L時，可明顯抑制其合成。菌體生長所允許的濃度和次級代謝產物合成所允許的濃度相差懸殊。因此，控制磷酸鹽濃度對微生物次級代謝產物發(fā)酵的意義非常大。例如，桿菌肽發(fā)酵中無機磷酸鹽的濃度應控制在0.1～lmmol/L，這時可以合成桿菌肽，不受其影響。但是，如果濃度高于lmmol/L，則桿菌肽合成明顯受到抑制。但也有一些產物要求磷酸鹽濃度高些，如黑曲霉NRRL330菌種生產α-淀粉酶，若加入0.2%磷酸二氫鉀則活力可比低磷酸鹽提高3倍。還有報道用地衣芽孢桿菌生產α-淀粉酶時，添加超過菌體生長所需的磷酸鹽濃度，則能顯著增加α-淀粉酶的產量。第17頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月在磷酸鹽濃度的控制方面，通常是在基礎培養(yǎng)基中采用適當?shù)臐舛冉o予控制。高濃度磷酸鹽對許多抗生素，如鏈霉素、新霉素、四環(huán)素、土霉素、金霉素、萬古霉素等的合成具有阻遏和抑制作用，磷酸鹽濃度太低時，菌體生長不夠，也不利于抗生素合成。因此，常采用生長亞適量（對菌體生長不是最適合但又不影響生長的量）的磷酸鹽濃度。磷酸鹽最適濃度取決于菌種特性、培養(yǎng)條件、培養(yǎng)基組成和原料來源等因素，并結合具體條件和使用的原材料進行實驗來確定。培養(yǎng)基中的磷含量還可能因配制方法和滅菌條件不同而有所變化，在使用時應特別小心。在發(fā)酵過程中，若發(fā)現(xiàn)代謝緩慢、耗糖低的情況，可適量的補充磷酸鹽。如：在西所米星發(fā)酵中，高濃度磷酸鹽會提高發(fā)酵液中淀粉水解酶活力和丙酮酸濃度、降低堿性磷酸酯酶活力，對西所米星合成產生抑制。所以，西所米星發(fā)酵生產中采用分段控制發(fā)酵液中的磷酸鹽濃度，在菌體生長期控制在3.14mmol/L以內，在產物合成期應控制0.lmmol/L以下。第18頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章發(fā)酵過程工藝控制1培養(yǎng)基對發(fā)酵的影響2氧對發(fā)酵的影響3溫度對發(fā)酵的影響及控制4pH對發(fā)酵過程的影響及控制5泡沫對發(fā)酵的影響及控制6流加補料的控制7co2濃度和呼吸商8微生物培養(yǎng)過程的參數(shù)檢測發(fā)酵染菌及其防治發(fā)酵工程第19頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月§9-2氧對發(fā)酵的影響及控制1、細胞對氧的需求2、培養(yǎng)過程中氧的傳質理論3、溶解氧的測定方法4、氧傳遞系數(shù)的測定5、影響氧傳遞速率的主要因素6、控制溶氧的工藝手段發(fā)酵工程第20頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月

好氣性微生物的生長發(fā)育和代謝活動都需要消耗氧氣，因為好氣性微生物只有氧分子存在情況下才能完成生物氧化作用。因此，供氧對需氧微生物是必不可少的，在發(fā)酵過程中必須供給適量無菌空氣，才能使菌體生長繁殖積累所需要的代謝產物。而需氧微生物的氧化酶系是存在于細胞內原生質中，因此，微生物只能利用溶解于液體中的氧。發(fā)酵液中溶解氧的多少，一般以溶解氧系數(shù)（Kd）表示。由于各種好氣微生物所含的氧化酶體系（如過氧化氫酶、細胞色素氧化酶、黃素脫氫酶、多酚氧化酶等）的種類和數(shù)量不同，在不同環(huán)境條件下，各種需氧微生物的吸氧量或呼吸程度是不同的。第21頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月比耗氧速率（呼吸強度）：

單位質量的干細胞在單位時間內消耗氧的量molO2/（kg干細胞·s）用Qo2表示。臨界溶氧濃度：

好氧性微生物生長繁殖所需要的最低溶解氧的濃度。(mol/m3)攝氧率(耗氧速率）：

指單位體積培養(yǎng)液在單位時間內的消耗氧的量，以r表示，單位為[molO2/m3·s]。一、細胞對氧的需求

飽和溶氧濃度：

在一定溫度和壓力下，空氣中的氧在水中的溶解度。(mol/m3)1、三個基本概念第22頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月r=Qo2·X式中：r---微生物耗氧速率[molO2/m3·s]；Qo2---菌體呼吸強度（比耗氧速率）；molO2/（kg干細胞·s）；X---發(fā)酵液中菌體濃度（kg/m3）一、細胞對氧的需求

2、耗氧速率與呼吸強度之間的關系第23頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3、注意點1)判斷：在生產中，要保證最高產物產量，供氧時必須使溶氧濃度大于臨界溶氧濃度（）。溶氧濃度大于臨界溶氧濃度可以得到最高的微生物濃度（）。2)碳源種類對細胞的耗氧速度沒有影響（）。

一、細胞對氧的需求

3)培養(yǎng)液中基質濃度對細胞的耗氧速度有很大的影響（）。

例如在鏈霉素的發(fā)酵過程中，初始的攝氧率為34molO2/m3·h，補料后（78h）升為40.9molO2/m3·h，隨著營養(yǎng)物質的消耗，在94h又降到15-20molO2/m3·h。第24頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4細胞的耗氧速率與培養(yǎng)時間及細胞濃度有關

Qo2干重PH疣孢漆斑霉在分批培養(yǎng)時比耗氧速率的變化Qo2干重r=Qo2·Xr請問耗氧速率和比耗氧速率(Qo2)在細胞培養(yǎng)的哪一階段達到最高值？第25頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5培養(yǎng)條件（如pH、溫度等）對細胞的需氧要求也有影響，一些有害代謝產物的積累，也會抑制細胞的呼吸。何謂氧的滿足度？問題1舉例說說各種氨基酸的生產與最佳溶氧濃度的關系？為什么？問題2舉例說說微生物的次級代謝產物的生產也與臨界溶氧濃度有關？問題3第26頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、培養(yǎng)過程中氧的傳質理論1、氧從氣泡到細胞的傳遞過程對于大多數(shù)微生物細胞的培養(yǎng)過程，細胞分散在培養(yǎng)液中，只能利用溶解氧，供氧都是在培養(yǎng)液中通往空氣來進行。氧從空氣泡傳遞到細胞內要克服一系列阻力，首先氧須從氣相溶解于培養(yǎng)基中，然后傳遞到細胞內的呼吸酶位置上被利用。第27頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月213456789氣液界面氣泡液膜液相主體固液界面細胞團液膜細胞膜細胞生物反應氧從氣泡到細胞的傳遞過程示意圖二、培養(yǎng)過程中氧的傳質理論

1、氧從氣泡到細胞的傳遞過程第28頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月213456789氣液界面氣泡液膜液相主體固液界面細胞團液膜細胞膜細胞生物反應氧從氣泡到細胞的傳遞過程示意圖

氧從空氣泡傳遞到細胞的過程中需要克服哪幾種阻力？p206問題1

氧的整個傳遞過程可分為供氧和耗氧兩個方面，請分別指出這兩個過程的傳氧路線？問題2第29頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2、氧的傳遞速率總方程式OTR=KLα（c*-cL）式中：OTR---單位體積培養(yǎng)液中的傳氧速率(mol/m3·s)；KL---以濃度差為推動力的總傳質系數(shù)（m/s)α–比表面積（m2/m3)KLα---以濃度差為推動力的體積傳遞系數(shù),(s-1）；cL---溶液中氧的實際濃度（mol/m3）；c*---與氣相中氧分壓p平衡時溶液中氧濃度,(mol/m3）。第30頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、培養(yǎng)過程中氧的傳質理論3、氣體溶解過程的雙膜理論氧首先由氣相擴散到氣液兩相接觸界面,再進入液相,界面的一側是氣膜,另一側是液膜,氧從氣相擴散到液相必須穿過這兩層膜。氧從空氣主流擴散到氣液界面的推動力是空氣中氧的分壓力與界面處氧分壓之差，氧穿過界面溶于液體，繼續(xù)擴散到液體中的推動力是界面處氧的濃度與液體中氧濃度之差。（P207）第31頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月三、溶解氧的測定方法

1、化學法

化學法的優(yōu)點是測定比較準確，能直接得到氧的濃度，往往是其他測定方法的基礎，也常用于衡量其他方法的準確性。2、極譜法3、復膜氧電極法4、壓力法復膜氧電極測定的是氧的分壓第32頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月四、氧傳遞系數(shù)（KLa）的測定1、亞硫酸鹽氧化法2、取樣極譜法3、物料衡算法4、動態(tài)法5、排氣法6、復膜電極法第33頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月五、影響氧傳遞速率的主要因素根據(jù)氣液傳遞速率方程：

OTR=KLα（c*-cL）凡是影響推動力c*-cL、比表面積α和傳遞系數(shù)的因素都會影響氧傳遞速率。1、溶液的性質對氧的溶解度的影響

隨溫度的升高而降低與酸的種類及濃度有關電解質溶液氧的溶解度降低（為什么）

第34頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月要提高氧在溶液中的溶解度的方法有多種，其中最簡單的方法是增加罐壓。但是要注意的是增加罐壓雖然提高了氧的分壓，從而增加了氧的溶解度，但其他氣體成分（如CO2）分壓也相應增加，且由于CO2的溶解度比氧大得多，因此不利于液相中CO2的排出，而影響了細胞的生長和產物的代謝，所以增加罐壓是有一定限度的。另一種方法是增加空氣中氧的含量，進行富氧通氣操作。即通過深冷分離法、吸附分離法及膜分離法制得富氧空氣，然后通入培養(yǎng)液。目前由于這三種分離方法的成本都較高，富氧通氣還處于研究階段。提高氧在溶液中的溶解度的最直接方法方法有哪些？問題第35頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2、氣液比表面積

比表面積：氣泡表面積與體積之比，比表面積越大，氧傳遞速率越大，主要體現(xiàn)以下三個方面：A、氣液比表面積的大小取決于截留在培養(yǎng)液的氣體體積以及氣泡的大小。截留在液體中的氣體越多，氣泡的直徑越小，那么氣泡比表面積就越小。B、攪拌對比表面積的影響較大。因為攪拌一方面可使氣泡在液體中產生復雜的運動，延長停留時間，增大氣體的截留率，另一方面攪拌的剪切作用又使氣泡粉碎，減小氣泡的直徑。說說攪拌對比表面積的影響？問題C、增大通氣量可增加空氣的截留率，從而使比表面積增大。

第36頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3、攪拌

攪拌的作用：

把通入的氣體打碎，強化湍流程度，使空氣與發(fā)酵液充分混合，氣、液、固三相更好地接觸，增加了溶氧速率，使微生物懸浮混合均勻，促進代謝產物的傳質速率。攪拌器的型式、直徑大小、轉速、組數(shù)、攪拌器間距以及在罐內的相對位置等對氧的傳遞速率都有影響。##攪拌器##第37頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月1）攪拌能把大的空氣泡打碎成為微小氣泡，增加了氧與液體的接觸面積，而且小氣泡的上升速度要比大氣泡慢，相應地氧與液體的接觸時間也就增長；2）攪拌使液體作渦運動，使氣泡不是直線上升而是作螺旋運動上升，延長了氣泡的運動路線，增加了氣液的接觸時間；3）攪拌使發(fā)酵液呈湍流運動，從而減少氣泡周圍液膜的厚度，減少液膜阻力，因而增大了KL值；4）攪拌使菌體分散，避免結團，有利于固液傳遞中的接觸面積的增加，使推動力均一，同時也減少了菌體表面液膜的厚度，有利于氧的傳遞。采用機械攪拌是普通提高溶氧系數(shù)的行之有效的方法。它能從以下幾個方面改善溶氧速率：第38頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月在發(fā)酵生產中，攪拌有何作用？問題1在發(fā)酵生產中，攪拌是如何改善溶氧速率的？問題2攪拌器的型式、直徑大小、轉速、組數(shù)、攪拌器間距以及在罐內的相對位置等對氧的傳遞速率都有影響。第39頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4、空氣的線速度

氧傳遞系數(shù)KLα是隨空氣量的增加而增大的，當增加通風量時，空氣的線速度也就相應地增大，從而增加了溶氧，氧傳遞系數(shù)KLα相應地也增大。當然過大的空氣線速度會使攪拌槳葉不能打散空氣，氣流形成大氣泡在軸的周圍逸出，使攪拌效率和溶氧速率都大大降低。第40頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5、空氣分布管

空氣分布管的型式、噴口直徑及管口與罐底距離的相對位置對氧溶解速率有較大的影響。當通風量較小時，噴口的直徑越小，氣泡的直徑也就越小，相應地溶氧系數(shù)就越大。而當通風量超過一定值后，氣泡的直徑與通風量有關，與噴口的直徑無關。

第41頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月6、培養(yǎng)液的性質

在發(fā)酵過程中，由于微生物的生命活動，分解并利用培養(yǎng)液中的基質，大量繁殖菌體，積累代謝產物等等都引起培養(yǎng)液的性質的改變，特別是粘度、表面張力、離子液度、密度、擴散系數(shù)等，從而影響到氣泡的大小、氣泡的穩(wěn)定性，進而對氧傳遞系數(shù)KLα帶來很大的影響。