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第六章 发酵过程中的通气和搅拌 葡萄糖在生物体内的有氧氧化 C6H12O6＋6O2→6H2O＋6CO2＋能量，1mol（180克）葡萄糖完全水解需要6mol（192克）氧，微生物只能利用溶解在水中的葡萄糖和氧，葡萄糖的溶解度70％（W/V）。而一个大气压25度下，氧的溶解度6.4mgO2/L，如生产中的需氧量按20－50mmolO2/L.H计算的话，培养液中的溶解氧只能维持微生物正常的生命活动20－50秒。 第一节 发酵过程中氧的需求 一 微生物对氧的需求 氧－细胞组成。产物组成。代谢所需元素。好气微生物的最终电子受体。通过氧化磷酸化为生物体提供能量 摄氧率：单位体积培养液每小时消耗的氧 mmol（O2）/L.h 呼吸强度：单位干菌体每小时消耗氧量mmol（O2）/g(干菌)。 在溶氧浓度低的情况下，呼吸强度随溶解氧的浓度的增加而增加，当溶解氧达到一定的值以后，呼吸强度就不再变化。此时的溶解氧浓度称之为呼吸临界氧浓度。C临界，在抗生素的发酵过程中，微生物生长阶段和产物代谢阶段的C是不同的。多数品种的C长临C合临 二 氧在液体中的溶解特性 三 影响微生物需氧量的因素 （一）微生物的种类和生长阶段 菌体处于对数生长阶段的呼吸强度较高，生长阶段的摄氧率大于产物合成的摄氧率。 （二）培养基的组成 一般来说，碳源浓度在一定范围内，需氧量随碳源浓度的增加而增加。 （三）培养液中溶解氧浓度CL的影响 当培养液中的溶解氧浓度CL高于菌体的C长临时，菌体的呼吸就不受影响，如果CL低于C长临时，则代谢产生了变化。 （四）培养条件 一般说来，温度越高，营养成分越丰富，其呼吸强度的临界值也增加 （五）二氧化碳的影响 已知在相同条件下，二氧化碳在水中的溶解度是氧溶解度的30倍，所以要及时把二氧化碳排除罐内。 第二节 氧在溶液中的传递 一 氧传递的阻力 在需氧发酵中，气态氧必须先溶解于培养液中，然后才能传递至细胞表面，再经过简单的扩散作用进入细胞内，参与菌体内的氧化等生化反应。 二 氧的传递方程式 第三节 发酵液的流变学 微生物的发酵液是由三相体系组成，液相固相气相，在液相中有可溶性营养物质、盐类、代谢产物。固相中包含菌丝体或菌丝团，不溶性的营养物质。气相中包含无菌空气、二氧化碳。 一 液流类型 二 发酵液的流变学 第四节 影响供氧的因素 一 影响氧传递推动力的因素 1 提高饱和溶氧浓度的方法：降低培养温度、降低培养基的营养物质的含量、提高发酵罐内的氧分压。空气通过装有吸附氮气的介质，减少氮含量，相对提高氧分压。 2 降低发酵液中的氧溶解浓度。 二 影响液相体积氧传递系数的因素 1 搅拌效率的影响 搅拌的作用：使发酵罐中的温度和营养物质均一，三相均衡。把空气分割成小气泡，增加气液接触面积，强化发酵液的湍流程度，减少菌丝结团，尽快排除废气。 2 空气流速 气泛现象：特定条件下，通入发酵罐内的空气流速达到一定的值时，使搅拌功率下降，当空气流速再增加时，搅拌功率不再增加，此时的空气流速称为气泛点。 3发酵液理化性质的影响 发酵过程的控制 微生物的发酵类型 投料方式：分批、补料、连续发酵 是否需氧：需氧、厌氧发酵 菌体生长与碳源消耗及产物合成之间的关系:生长、部分、非偶联 生长偶联型发酵：产物是直接源于产能的初级代谢，菌体生长、糖的分解代谢和产物形成几乎是平行的，因而菌体生长和产物形成期并不是分开的。 部分生长偶联：两个阶段（生长、合成）比较明显 非生长偶联：第一阶段菌体生长占主体，菌体生长速率和基质消耗速率基本同步，第二阶段以产物合成为主，只有少量的菌体产生和少量基质的消耗。 发酵过程的工艺控制 一 物理参数 1温度：全程不同阶段的温度 2压力： 正压保持无菌，同时与氧、二氧化碳的溶解度有关。0.02-0.05MPa 3 搅拌转速 4 搅拌功率kW/m3 5 空气流量 指每分钟内每单位体积发酵液通入空气的体积。一般控制在0.5-1.5v/v.min 6 粘度 二 化学参数 1 PH 2 基质浓度（糖、氮、磷） 3 溶解氧浓度（mmol/l mg/l） 4 氧化还原电位 5 产物浓度 6 废气中氧 二氧化碳的含量 三 生物参数 1 菌体浓度 2 菌丝形态 第三节 发酵过程中的代谢变化 一 初级代谢产物发酵的代谢变化 初级代谢：生物细胞在生命活动中进行的与菌体的生长、繁殖相关的一类代谢活动。基本特征：菌体进入发酵罐后经过生长、繁殖，并达到一定的浓度，出项延迟期、对数生长期、静止期、死亡期。用静止期的菌种接种，既是能生长也会出现延迟期。 二 次级