导图社区 氧的供需与传递
发酵工程之氧的供需与传递知识总结，包括氧在微生物细胞中的作用、微生物需氧特征的定量描述、影响微生物需氧的因素、氧的传递途径及传递阻力等内容。
发酵优化设计思维导图：包含试验设计方法，PB设计-因子筛选（二水平的部分试验设计，通过对每个因子取两水平来进行分析，通过比较各个因子两水平之间的差异来确定因子的显著性）等等
发酵工程知识总结：包含菌种的来源，菌种退化和菌种保藏，发酵高产菌种选育，微生物菌种的扩大培养（种子的制备过程，种子质量的控制）等等
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第14章DNA的生物合成读书笔记
氧的供需与传递
氧在微生物细胞中的作用
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
微生物需氧特征的定量描述
呼吸强度
摄氧率
影响微生物需氧的因素
微生物需氧量的一般变化规律
延迟期：DNA的复制蛋白质的合成 菌体代谢旺盛 呼吸强度增加 生物量低
对数生长初期：呼吸强度达到最大 生物量较低
对数生长后期：呼吸强度略有降低 菌体浓度较高
对数生长末期：细胞活力降低 呼吸强度大幅下降 菌体浓度最高
发酵后期：呼吸强度大幅下降 生物量也开始减少
微生物遗传特征不同
影响微生物对氧的亲和力
培养基组成及其浓度
菌龄
发酵条件的影响
pH 温度
产物的代谢类型
氧的传递途径及传递阻力
供氧
气膜阻力
气液界面阻力
液膜阻力
液流阻力
耗氧
细胞周围液膜阻力
固液界面的传递阻力
菌丝从或细胞团的扩散阻力
细胞壁的阻力
细胞内反应阻力
氧传递方程
三点科学假设
亨利定律
研究气体在液体中溶解平衡的定律
在一定温度下，稀薄溶液中气体溶质的蒸汽分压与该气体溶质浓度成正比
当气体在液体中的溶解度不高时才能成立
气体越难溶亨利定律越准确
当溶质在气相和液相中分子状态相同时才能成立
双膜理论
氧传递过程达到稳态时，总的氧传递速率与串联的各步传氧速率相等
采用总传质系数和总推动力，那么，在稳定状态时no2为Kg（P—P*）=KL（C*—CL）
氧传递方程的构建
体积传氧速率OTR
发酵体系中氧的供需动态关系
微生物的耗氧与发酵罐供氧存在动态变化关系
氧的供需稳态过程中，细胞浓度变化对呼吸强度及溶氧浓度的影响
发酵体系中影响推动力的因素
温度
溶质
溶剂
氧分压
微生物的耗氧能力
KLa的准数关联式
KLa=f（d，N，Ws，Dl，n，p，0，g）
发酵体系中影响KLa的因素
搅拌
将空气分散成细小气泡---气泡接触面积（a）增大
使发酵液分布均匀、菌体分散
通气
通气量较低时，通气量越大，KLa越大
通气量超过上限时，搅拌功率下降
培养体系
物理性质
营养物质浓度高，氧传递速率降低
离子强度
离子强度增加，KLa增加，降低推动力
离子强度对贝塔值的影响较小，贝塔值在0.35-0.39之间
表面活性剂
增加气液界面厚度，降低传质系数KL
将大气泡变为小气泡，增加比表面积
发酵规模
主要通过改变a值实现
发酵规模大 值小 KLa小，传氧速率小
发酵设备
搅拌器
平叶
a值 平叶＞箭叶 贝塔值 平叶＜箭叶
弯叶
a和贝塔值较高 KLa值也比较大
箭叶
破损情况 平叶＞箭叶＞弯叶 翻动流体的能力 箭叶＞弯叶＞平叶
搅拌器的直径大小 组数等也对KLa产生影响
溶解氧的测定方法
化学法
利用物质的氧化还原反应 向样品中加入硫酸锰和碱性溶液，生成氢氧化锰沉淀 再与样品的溶解氧发生反应生成锰酸锰 加入硫酸释放出游离的碘 再用标准化硫酸钠滴定至颜色发生改变 根据滴定的硫酸钠的量 得到发酵液中氧含量
缺点：当样品中存在氧化还原物质或样品带有颜色时 测验结果发生偏差
极谱法
原理是氧化还原反应，但该法不是颜色反应，更适合发酵液中溶解氧的测定
缺点：阴极表面极易被污染，会影响电极反应 样品中存在的其他氧化还原物质也会影响电极反应
复膜氧电极法
在阴极表面覆盖了一层膜，从而保护阴极不受污染 测得的是氧从液相主体到阴极的扩散速率----扩散速率与氧分压之间存在一定的关系，复膜氧电极法测得的是液体中的氧分压
摄氧率的测定方法
瓦氏呼吸法
瓦氏呼吸仪
物料衡算法
根据发酵罐中氧的物质守恒构建的等式
氧电极法
原理：物料衡算
KLa的测定方法
亚硫酸盐氧化法
原理：氧化还原反应
优点 无需特殊仪器
缺点 结果准确性较低 不能对发酵过程实测 仅能测定发酵设备的KLa
取样极谱法
利用极谱法测定溶解氧变化 进而根据氧传递方程计算出KLa值
优点 发酵状态下KLa的实时测定
缺点 样品取出后，罐压降低 静止状态与实际摄氧率不同 测定准确性低 误差大
对发酵液中的氧进行物料衡算
动态法
人为制造不稳定环境 观察溶解氧的变化
复膜电极法
实时测定溶解氧浓度 菌体耗氧速率 计算KLa
可以反应发酵过程中KLa的实际情况
