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溶氧速率是如何影响发酵的

2020.5.18

1.溶氧目的

①使发酵液充分混合,以便形成均匀的微生物悬浮液,促使底物从发酵液向菌体内及代谢产物从菌体内向发酵液的传递。

②供给微生物生长和代谢所需的氧气。

临界氧浓度:微生物的耗氧速率受发酵液浓度的影响,各种微生物对发酵液中溶氧浓度有一个最低要求这一溶氧浓度叫做“临界氧浓度”

2.比生长速率和氧浓度的关系:

u=um*c/(K02+c)

3.影响微生物需氧量(BOD)的因素:

菌种的生理特性、培养基组成、溶氧浓度和发酵工艺条件

4.溶氧对发酵的影响:

为了正确控制溶解氧浓度,有必要考察每一种发酵产物的(临界溶氧浓度)和(最适溶氧浓度),并使发酵过程保持在最适溶氧浓度。最适溶氧浓度的高低与(菌种特性)和(产物合成的途径)有关。

需氧发酵并不是溶氧愈高愈好。适当高的溶氧水平有利于菌体生长和产物合成;但溶氧太高有时反而抑制产物的形成。

5.在发酵过程中引起溶氧异常下降可能有下列原因:

①污染好气性杂菌,大量的溶氧被消耗掉,使溶氧在较短时间内下降到零附近,如果杂菌本身耗氧能力不强,溶氧变化就可能不明显;

②菌体代谢发生异常现象,需氧要求增加,使溶氧下降;

③某些设备或工艺控制发生故障或变化,也能引起溶氧下降,如搅拌功率消耗变小或搅拌速度变慢,影响供氧能力,使溶氧降低。又如消沫油因自动加油器失灵或人为加量过多,也会引起溶氧迅速下降。其他影响供氧的工艺操作,如停搅拌、闷罐(关闭排气阀)等.都会使溶氧发生异常变化。

6.在发酵过程中引起溶氧异常升高可能有下列原因:

在供氧条件没有发生变化的情况下,耗氧量的显著减少将导致溶氧异常升高。如:

1、菌体代谢出现异常,耗氧能力下降,使溶氧上升。

2、污染烈性噬菌体,影响最为明显,产生菌尚未裂解前,呼吸已受到抑制,溶氧就明显上升,菌体破裂后完全失去呼吸能力,溶氧就直线上升。

7.影响传氧速率的因素:

(1)搅拌:

搅拌能把大的空气气泡打成微小气泡,增加了接触面积,而且小气泡的上升的速度要比大气泡慢,因此接触时间也增长。搅拌使液体作涡流运动,使气泡不是直线上升而是做螺旋运动上升,延长了气泡的运动路线,即增加了气液的接触时间。搅拌使发酵液呈湍流运动,从而减少了气泡周围液膜的厚度,减少液膜阻力,因而增大了kLa。

④搅拌使菌体分散,避免结团,有利于固液传递过程中的接触面积增加,使推动力均一。

搅拌器的型式及流型:直叶搅拌桨(二级)、斜叶搅拌桨一级,机械压迫式消泡桨(一级)、四块档料板

(2)空气流速:

只有在增大Q的同时也相应提高转速N,使Pg不至过分降低的情况下,才能最有效地提高Kla。

(3)空气分布管:单管、多孔环管及多孔分支环管,发酵工业大多采用单管空气分布器

喷口直径越小,气泡的直径越小,溶氧系数就越大

(4)氧分压:

增加空气压力即增大罐压或用含氧较多的空气或纯氧都能增加氧的分压

(5)罐内液柱高度:

通风效率是随发酵罐的高径比H/D的增大而增加,H/D=2~3为宜

(6)罐容     

(7)醪液性质

(8)温度

(9)有机物质和表面活性剂 

(10)离子强度:

电解质溶液的氧传递系数K Lα比水大,而且随电解质浓度的增加, K Lα也有较大的增加。


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