发酵过程中的氧供应

发酵工程之发酵过程中的氧供应知识总结，包括氧的重要性、影响微生物需氧的因素、发酵过程中的氧传递等等。

发酵过程中氧的供应

• 氧的重要性
  • 作为电子呼吸链末端的电子受体
  • 直接参与一些生物合成反应
• 影响微生物需氧的因素
  • （1）微生物本身遗传特征的影响
  • （2）培养基的成分和浓度
    • 碳源种类——耗氧速率：油脂或烃类>葡萄糖> 蔗糖>乳糖
    • 培养基浓度——浓度大, QO2 ↑; 浓度小, QO2↓
  • （3）菌龄的影响:一般幼龄菌QO2大,晚龄菌QO2小
  • （4）发酵条件（pH、溶氧浓度）
    • pH值→ 通过酶活来影响耗氧特征;
    • 温度→ 通过酶活及溶氧来影响耗氧特征：T ↑, DO↓
  • （5）代谢类型(发酵类型)
  • （6）CO2的积累，保持良好的排气，降低罐压。
• 发酵过程中氧的传递
  • 氧传递的途径与传质阻力
    • 供氧(气膜1 /KG+液膜传递阻力1/KL)
      • 气膜传递阻力1/KG
      • 气液界面传递阻力1/KI
      • 液膜传递阻力1/KL 
      • 液相传递阻力1/KLB
    • 耗氧，主要为细胞团内和细胞膜壁阻力（ 1/KA+1/KW ）
      • 细胞或细胞团表面的液膜阻力1/KLC
      • 固液界面传递阻力1/KIS
      • 细胞团内的传递阻力1/KA
      • 细胞膜、细胞壁阻力1/KW
      • 反应阻力1/KR
  • 氧的传递方程
    • OTR=KLa(C-CL)
    • KLa作为一项处理，称为体积溶氧系数或体积传质系数
    • a—气液比表面积，单位体积的内界面，m2/m3
• 影响氧传递速率KL a的主要因素
  • 搅拌
  • 空气线速度
  • 空气分布管
  • 发酵液的物理性质
  • 泡沫
  • 氧的分压
  • 发酵罐内液柱高度
  • 发酵罐体积
• 影响发酵过程中氧推动力的因素
  • （1）温度
    • T ↑ ，Cw* ↓ ，推动力↓
  • （2）溶质
    • 溶质↑ ， Cm*↓
  • （3）溶剂
  • （4）氧分压
• 影响氧传递的共需的动态关系
  • 溶解氧浓度取决于氧传递与耗氧的相对差值
  • 供氧量至少要满足需氧量，二者平衡
  • 最低的通气条件
  • • 细胞的最大耗氧量与最大供氧量之比
    • Da与X成正比
    • y随X细菌浓度增加而减小，即：溶氧浓度CL随细菌的增加而减小