發(fā)酵-氧的供需及對(duì)發(fā)酵的影響課件

溶氧(DO)是需氧微生物生長(zhǎng)所必需。在發(fā)酵過(guò)程中有多方面的限制因素，而溶氧往往是最易成為控制因素。

在28℃氧在發(fā)酵液中的100％的空氣飽和濃度只有0.25mmol.L-1左右，比糖的溶解度小7000倍。在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期即使發(fā)酵液中的溶氧能達(dá)到100％空氣飽和度，若此時(shí)中止供氧，發(fā)酵液中溶氧可在幾分鐘之內(nèi)便耗竭，使溶氧成為限制因素。第六章氧的供需及對(duì)發(fā)酵的影響溶氧(DO)是需氧微生物生長(zhǎng)所必需。在發(fā)酵氧濃度對(duì)不同微生物生長(zhǎng)的影響氧濃度對(duì)不同微生物生長(zhǎng)的影響Mateles對(duì)許多菌體利用各種基質(zhì)所需的氧進(jìn)行了計(jì)算基質(zhì)微生物g氧/g干菌體葡萄糖大腸桿菌0.4甲醇假單孢菌C1.2辛烷假單孢菌1.7生長(zhǎng)于不同基質(zhì)上的不同微生物的需氧要求Mateles對(duì)許多菌體利用各種基質(zhì)所需的氧進(jìn)行了計(jì)算基

某些微生物的臨界氧濃度微生物溫度（?C）臨界氧濃度（mmol/L）固氮菌300.018大腸桿菌370.008酵母300.004產(chǎn)黃青霉240.022某些微生物的臨界氧濃度微生物溫度（?C）臨界氧濃度固第一節(jié)微生物對(duì)氧的需求一、描述微生物需氧的物理量比耗氧速度或呼吸強(qiáng)度（QO2）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位體積重量的細(xì)胞所消耗的氧氣，mmolO2·g菌-1·h-1

攝氧率(r)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位體積的發(fā)酵液所需要的氧量。mmolO2·L-1·h-1。r=QO2.X第一節(jié)微生物對(duì)氧的需求一、描述微生物需氧的物理量比耗氧速度二、溶解氧濃度對(duì)菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成的影響CCr:

臨界溶氧濃度,指不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度。CCrQO2CL二、溶解氧濃度對(duì)菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成的影響CCr:臨界溶氧濃發(fā)酵過(guò)程的溶氧變化發(fā)酵前期：由于微生物大量繁殖，需氧量不斷大幅度增加，此時(shí)需氧超過(guò)供氧，溶氧明顯下降發(fā)酵中后期，溶氧濃度明顯地受工藝控制手段的影響，如補(bǔ)料的數(shù)量、時(shí)機(jī)和方式等發(fā)酵后期由于菌體衰老，呼吸減弱，溶氧濃度也會(huì)逐步上升，一旦菌體自溶，溶氧就會(huì)明顯地上升

發(fā)酵過(guò)程的溶氧變化發(fā)酵前期：由于微生物大量繁殖，需氧量不斷大一般對(duì)于微生物：CCr:

＝1～15%飽和濃度例：酵母4.6*10-3mmol.L-1,1.8%產(chǎn)黃青霉2.2*10-2mmol.L-1,8.8%定義：氧飽和度＝發(fā)酵液中氧的濃度/臨界溶氧溶度所以對(duì)于微生物生長(zhǎng)，只要控制發(fā)酵過(guò)程中氧飽和度>1.一般對(duì)于微生物：CCr:＝1～15%飽和濃度例：酵母4問(wèn)題：一般微生物的臨界溶氧濃度很小，是不是發(fā)酵過(guò)程中氧很容易滿足。例：以微生物的攝氧率0.052mmolO2·L-1·S-1計(jì)，0.25/0.052=4.8秒注意：由于產(chǎn)物的形成和菌體最適的生長(zhǎng)條件，常常不一樣：

頭孢菌素卷須霉素生長(zhǎng)5%(相對(duì)于飽和濃度）13%產(chǎn)物>13%>8%問(wèn)題：一般微生物的臨界溶氧濃度很小，是不是發(fā)酵過(guò)程中氧很容易根據(jù)需氧不同，可將初級(jí)代謝發(fā)酵分為：a.供氧充足條件下，產(chǎn)量最大；若供氧不足，合成受強(qiáng)烈抑制；如：谷氨酸，精氨酸，脯氨酸等b.供氧充足條件下，可得最高產(chǎn)量；若供氧受限，產(chǎn)量受影響不明顯；如：異亮氨酸，賴氨酸，蘇氨酸等c.若供氧受限，細(xì)胞呼吸受抑制時(shí)，才獲得最大量產(chǎn)物；若供氧充足，產(chǎn)物形成反而受抑制；如：亮氨酸，纈氨酸，苯丙氨酸等根據(jù)需氧不同，可將初級(jí)代謝發(fā)酵分為：實(shí)例一對(duì)黃色短桿菌生物合成氨基酸時(shí)發(fā)現(xiàn)：菌體的臨界溶氧濃度為0.01mg/L當(dāng)溶氧濃度低于1.0時(shí)，谷氨酸和天冬氨酸族氨基酸合成受到影響，但苯丙氨酸，纈氨酸和亮氨酸最佳合成的溶氧濃度分別為0.55、0.60和0.85。實(shí)例一對(duì)黃色短桿菌生物合成氨基酸時(shí)發(fā)現(xiàn)：菌體的臨界溶氧濃度為從合成途徑中可知，谷氨酸和天冬氨酸族的氨基酸來(lái)自于三羧酸循環(huán)(TCA)的中間體，而苯丙氨酸、纈氨酸和亮氨酸來(lái)自于糖酵解的中間體，即來(lái)自于丙酮酸和磷酸稀醇式丙酮酸。從合成途徑中可知，谷氨酸和天冬氨酸族的氨基酸來(lái)自于三羧酸循環(huán)Feren和Squires(1969)對(duì)頂頭孢霉產(chǎn)生頭孢菌素和卷曲霉素的研究即是一個(gè)氧對(duì)次級(jí)代謝影響的例子。他們的研究表明，頭孢菌素產(chǎn)生菌的臨界氧濃度在0~7％的空氣飽和度間；而對(duì)卷曲霉素產(chǎn)生菌則為13~23％。但就抑制抗生素生物合成的溶氧濃度來(lái)說(shuō)，對(duì)頭孢菌素為低于10-20％；而對(duì)卷曲霉素則為8％。因此，在生產(chǎn)頭孢菌素時(shí)，應(yīng)使其溶氧濃度遠(yuǎn)大于臨界值，而在生產(chǎn)卷曲霉素時(shí)，則應(yīng)使其溶氧濃度低于臨界值。

實(shí)例二Feren和Squires(1969)對(duì)頂頭孢霉產(chǎn)生頭孢菌素三、影響需氧的因素r=QO2.X菌體濃度QO2遺傳因素菌齡營(yíng)養(yǎng)的成分與濃度有害物質(zhì)的積累培養(yǎng)條件三、影響需氧的因素r=QO2.X菌體濃度QO2第二節(jié)反應(yīng)器中氧的傳遞一、發(fā)酵液中氧的傳遞方程CCiPPi氣膜液膜N：傳氧速率kmol/m2.hkg:氣膜傳質(zhì)系數(shù)kmol/m2.h.atmKl:液膜傳質(zhì)系數(shù)m/h第二節(jié)反應(yīng)器中氧的傳遞一、發(fā)酵液中氧的傳遞方程CCiPPiC*＝P/H,與氣相中氧分壓相平衡的液體中氧的濃度Kl:以氧濃度為推動(dòng)力的總傳遞系數(shù)(m/h)再令：?jiǎn)挝惑w積的液體中所具有的氧的傳遞面積為a(m2/m3)Nv：體積傳氧速率kmol/m3.hKla:以(C*-C)為推動(dòng)力的體積溶氧系數(shù)h-1C*＝P/H,與氣相中氧分壓相平衡的液體中氧的濃度Kl:二、發(fā)酵液中氧的平衡發(fā)酵液中供氧和需氧始終處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡中傳遞：消耗：r=QO2.X氧的平衡最終反映在發(fā)酵液中氧的濃度上面二、發(fā)酵液中氧的平衡發(fā)酵液中供氧和需氧始終處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡三、供氧的調(diào)節(jié)C有一定的工藝要求，所以可以通過(guò)Kla和C*來(lái)調(diào)節(jié)其中C*＝P/HNvHPKla三、供氧的調(diào)節(jié)C有一定的工藝要求，所以可以通過(guò)Kla和C*調(diào)節(jié)Kla是最常用的方法，kla反映了設(shè)備的供氧能力，一般來(lái)講大罐比小罐要好。

45升1噸10噸攪拌速度250rpm120120供氧速率7.610.720.1調(diào)節(jié)Kla是最常用的方法，kla反映了設(shè)備的供氧能力，一般來(lái)第三節(jié)影響Kla的因素

Kla反映了設(shè)備的供氧能力，發(fā)酵常用的設(shè)備為搖瓶與發(fā)酵罐。一、影響搖瓶kla的因素為裝液量和搖瓶機(jī)的種類搖瓶機(jī)往復(fù)，頻率80-120分/次，振幅8cm旋轉(zhuǎn)，偏心距25、12,轉(zhuǎn)述250rpm第三節(jié)影響Kla的因素Kla反映了設(shè)備的供氧能裝液量，一般取1/10左右：250ml15-25ml500ml30ml750ml80ml例：

500ml搖瓶中生產(chǎn)蛋白酶，考察裝液量對(duì)酶活的影響裝液量30ml60ml90ml120ml酶活力71373425392裝液量，一般取1/10左右：例：500ml搖瓶中生產(chǎn)蛋二、影響發(fā)酵罐中Kla的因素已知在通風(fēng)發(fā)酵罐中，全擋板條件下：二、影響發(fā)酵罐中Kla的因素已知在通風(fēng)發(fā)酵罐中，全擋板條件下1、理論上分析KLand通氣量提高攪拌，調(diào)節(jié)kla的效果顯著1、理論上分析KLand通氣量提高攪拌，調(diào)節(jié)kla的效果顯著例某一產(chǎn)品的發(fā)酵dnp0/vc產(chǎn)量4501801.6220%49784502802.1240%55645501802.6160%8455例黑曲霉生產(chǎn)糖化酶n230230270通氣比1:0.81:1.21:0.8產(chǎn)量181224162846提高d、n顯著提高C,提高了產(chǎn)量提高N,比提高Q有效例某一產(chǎn)品的發(fā)酵例黑曲霉生產(chǎn)糖化酶提高d、n顯著提高C2、實(shí)際上：對(duì)于轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)有時(shí)是有限度的通風(fēng)的增加也是有限的蒸發(fā)量大中間揮發(fā)性代謝產(chǎn)物帶走2、實(shí)際上：對(duì)于轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)有時(shí)是有限度的通風(fēng)的增加也是有限的例：紅曲霉生產(chǎn)色素用于食品工業(yè)，靜止培養(yǎng)改為通氣培養(yǎng)，比色法測(cè)定產(chǎn)量：通氣靜止1.42.03.16.819.5OD0.280.78.315.614.36.2提高下降所以這些因素的存在，發(fā)酵設(shè)備的供養(yǎng)是有限的例：紅曲霉生產(chǎn)色素用于食品工業(yè)，靜止培養(yǎng)改為通氣培通氣3、小型發(fā)酵罐和大型發(fā)酵罐調(diào)節(jié)kla的特點(diǎn)小型發(fā)酵罐，轉(zhuǎn)速可調(diào)大型發(fā)酵罐，轉(zhuǎn)速往往不可調(diào)大型反應(yīng)器的合理設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備一定要注意工藝配套3、小型發(fā)酵罐和大型發(fā)酵罐調(diào)節(jié)kla的特點(diǎn)小型發(fā)酵罐，轉(zhuǎn)速4、影響Kla的其它因素空氣分布器液體的粘度4、影響Kla的其它因素空氣分布器液體的粘度第四節(jié)CL、r和Kla的測(cè)定一、CL的測(cè)定1、化學(xué)法第四節(jié)CL、r和Kla的測(cè)定一、CL的測(cè)定1、化學(xué)法2、溶氧電極極譜型(陰極)：O2+2H++2e→H2O2原電池型(陰極)：O2+2H2O+4e→4OH-2、溶氧電極極譜型(陰極)：O2+2H++2e原電池型(極譜型電極由于其陰極面積很小，電流輸出也相應(yīng)小，且需外加電壓，故需配套儀表，通常還配有溫度補(bǔ)償，整套儀器價(jià)格較高，但其最大優(yōu)點(diǎn)莫過(guò)于它的輸出不受電極表面液流的影響。這點(diǎn)正是原電池型電極所不具備的。原電池型電極暴露在空氣中時(shí)其電流輸出約5～30μA(主要取決于陰極的表面積和測(cè)試溫度)，可以不用配套儀表，經(jīng)一電位器接到電位差記錄議上便可直接使用。膜：耐溫、透氣、不通水測(cè)定：一般是得到相對(duì)值極譜型電極由于其陰極面積很小，電流輸出也相應(yīng)二、r的測(cè)定1、物料衡算

流量（進(jìn)口空氣中氧的氧含量—出口空氣中的氧含量）r=————————————————————————發(fā)酵液體積氧的濃度：氧分壓儀二、r的測(cè)定1、物料衡算流量（進(jìn)口空氣中氧的氧含量2、溶氧電極停止供氣：dCL——=-rdt2、溶氧電極停止供氣：dCL三、Kla的測(cè)定1、亞硫酸鹽法（冷膜）氧→亞硫酸鈉的氧化Kla.C*=亞硫酸濃度的降低Cu2+

2Na2SO3+O2→2Na2SO4三、Kla的測(cè)定1、亞硫酸鹽法（冷膜）氧→亞硫酸鈉的氧化K2、平衡法

rKla=————C*-CL例：一個(gè)裝料為7L的實(shí)驗(yàn)室小罐，通氣量為1VVM（標(biāo)態(tài)），發(fā)酵液的CL＝25%、空氣進(jìn)入時(shí)的氧含量為21%，廢氣排出的氧含量為19.8%，求此時(shí)菌體的攝氧率和發(fā)酵罐的Kla2、平衡法r例：一個(gè)裝料為7L的實(shí)驗(yàn)室3、動(dòng)態(tài)法不同的測(cè)定方法得出的kla是不一樣的3、動(dòng)態(tài)法不同的測(cè)定方法得出的kla是不一樣的第四節(jié)溶氧濃度的變化及其控制一、典型的分批發(fā)酵中氧濃度的變化規(guī)律（一定Kla下）：rXQCL一般有一個(gè)低谷，在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)的末期第四節(jié)溶氧濃度的變化及其控制一、典型的分批發(fā)酵中氧濃度的變二、發(fā)酵過(guò)程中溶氧的控制1、溶氧控制的策略微生物反應(yīng):

XS→P+Xπ=a+bμ二、發(fā)酵過(guò)程中溶氧的控制1、溶氧控制的策略微生物反應(yīng):發(fā)酵——氧的供需及對(duì)發(fā)酵的影響課件菌體生長(zhǎng)期：開始的細(xì)胞生長(zhǎng)好后的細(xì)胞酶系統(tǒng)Ⅰ酶系統(tǒng)Ⅱ關(guān)鍵因子產(chǎn)物合成菌體生長(zhǎng)期：開始的細(xì)胞生長(zhǎng)好后的細(xì)胞酶系統(tǒng)Ⅰ酶系統(tǒng)Ⅱ關(guān)鍵產(chǎn)物形成期：底物產(chǎn)物酶系統(tǒng)Ⅱ

反應(yīng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題

產(chǎn)物形成期：底物產(chǎn)物酶系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題發(fā)酵過(guò)程的控制一般策略：前期有利于菌體生長(zhǎng)，中后期有利用產(chǎn)物的合成溶氧控制的一般策略：前期大于臨溶氧濃度，中后期滿足產(chǎn)物的形成。發(fā)酵過(guò)程的控制一般策略：前期有利于菌體生長(zhǎng)，中后期有利用產(chǎn)物2、溶氧控制的實(shí)例谷氨酸發(fā)酵：要求：氧飽和度>1控制：0-12小時(shí)小通風(fēng)12小時(shí)后增加通風(fēng)原因：0-12小時(shí)菌體量較小，采用小通風(fēng)GAXDO122、溶氧控制的實(shí)例谷氨酸發(fā)酵：要求：氧飽和度>1控制：0-1

一般認(rèn)為，發(fā)酵初期較大的通風(fēng)和攪拌而產(chǎn)生過(guò)大的剪切力，對(duì)菌體的生長(zhǎng)有時(shí)會(huì)產(chǎn)生不利的影響，所以有時(shí)發(fā)酵初期采用小通風(fēng)，停攪拌，不但有利于降低能耗，而且在工藝上也是必須的。但是通氣增大的時(shí)間一定要把握好。例：生產(chǎn)肌苷酸：通氣量不變17.15mg/ml24小時(shí)增加22.55mg/ml30小時(shí)增加18.25mg/ml36小時(shí)增加12.34mg/ml一般認(rèn)為，發(fā)酵初期較大的通風(fēng)和攪拌而產(chǎn)生過(guò)大的剪例：某廠青霉素發(fā)酵的工藝研究*例：某廠青霉素發(fā)酵的工藝研究*三、發(fā)酵過(guò)程中溶氧濃度監(jiān)控的意義1、考察工藝控制是否滿足要求2、其它異常情況的表征染菌、噬菌體、設(shè)備和操作故障3、間接控制的措施三、發(fā)酵過(guò)程中溶氧濃度監(jiān)控的意義1、考察工藝控制是否滿足要求本章小節(jié)：

了解微生物對(duì)氧的需求并掌握其中的基本概念

掌握反應(yīng)器氧的傳遞方程，及其參數(shù)的測(cè)定

深入理解Kla的意義，了解反應(yīng)器放大的基本概念

掌握發(fā)酵過(guò)程中溶氧濃度的調(diào)節(jié)方法，并認(rèn)識(shí)監(jiān)控溶氧濃度的意義本章小節(jié)：了解微生物對(duì)氧的需求并掌握其中的基本概念掌握反

溶氧(DO)是需氧微生物生長(zhǎng)所必需。在發(fā)酵過(guò)程中有多方面的限制因素，而溶氧往往是最易成為控制因素。

在28℃氧在發(fā)酵液中的100％的空氣飽和濃度只有0.25mmol.L-1左右，比糖的溶解度小7000倍。在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期即使發(fā)酵液中的溶氧能達(dá)到100％空氣飽和度，若此時(shí)中止供氧，發(fā)酵液中溶氧可在幾分鐘之內(nèi)便耗竭，使溶氧成為限制因素。第六章氧的供需及對(duì)發(fā)酵的影響溶氧(DO)是需氧微生物生長(zhǎng)所必需。在發(fā)酵氧濃度對(duì)不同微生物生長(zhǎng)的影響氧濃度對(duì)不同微生物生長(zhǎng)的影響Mateles對(duì)許多菌體利用各種基質(zhì)所需的氧進(jìn)行了計(jì)算基質(zhì)微生物g氧/g干菌體葡萄糖大腸桿菌0.4甲醇假單孢菌C1.2辛烷假單孢菌1.7生長(zhǎng)于不同基質(zhì)上的不同微生物的需氧要求Mateles對(duì)許多菌體利用各種基質(zhì)所需的氧進(jìn)行了計(jì)算基

某些微生物的臨界氧濃度微生物溫度（?C）臨界氧濃度（mmol/L）固氮菌300.018大腸桿菌370.008酵母300.004產(chǎn)黃青霉240.022某些微生物的臨界氧濃度微生物溫度（?C）臨界氧濃度固第一節(jié)微生物對(duì)氧的需求一、描述微生物需氧的物理量比耗氧速度或呼吸強(qiáng)度（QO2）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位體積重量的細(xì)胞所消耗的氧氣，mmolO2·g菌-1·h-1

攝氧率(r)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位體積的發(fā)酵液所需要的氧量。mmolO2·L-1·h-1。r=QO2.X第一節(jié)微生物對(duì)氧的需求一、描述微生物需氧的物理量比耗氧速度二、溶解氧濃度對(duì)菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成的影響CCr:

臨界溶氧濃度,指不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度。CCrQO2CL二、溶解氧濃度對(duì)菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成的影響CCr:臨界溶氧濃發(fā)酵過(guò)程的溶氧變化發(fā)酵前期：由于微生物大量繁殖，需氧量不斷大幅度增加，此時(shí)需氧超過(guò)供氧，溶氧明顯下降發(fā)酵中后期，溶氧濃度明顯地受工藝控制手段的影響，如補(bǔ)料的數(shù)量、時(shí)機(jī)和方式等發(fā)酵后期由于菌體衰老，呼吸減弱，溶氧濃度也會(huì)逐步上升，一旦菌體自溶，溶氧就會(huì)明顯地上升

發(fā)酵過(guò)程的溶氧變化發(fā)酵前期：由于微生物大量繁殖，需氧量不斷大一般對(duì)于微生物：CCr:

＝1～15%飽和濃度例：酵母4.6*10-3mmol.L-1,1.8%產(chǎn)黃青霉2.2*10-2mmol.L-1,8.8%定義：氧飽和度＝發(fā)酵液中氧的濃度/臨界溶氧溶度所以對(duì)于微生物生長(zhǎng)，只要控制發(fā)酵過(guò)程中氧飽和度>1.一般對(duì)于微生物：CCr:＝1～15%飽和濃度例：酵母4問(wèn)題：一般微生物的臨界溶氧濃度很小，是不是發(fā)酵過(guò)程中氧很容易滿足。例：以微生物的攝氧率0.052mmolO2·L-1·S-1計(jì)，0.25/0.052=4.8秒注意：由于產(chǎn)物的形成和菌體最適的生長(zhǎng)條件，常常不一樣：

頭孢菌素卷須霉素生長(zhǎng)5%(相對(duì)于飽和濃度）13%產(chǎn)物>13%>8%問(wèn)題：一般微生物的臨界溶氧濃度很小，是不是發(fā)酵過(guò)程中氧很容易根據(jù)需氧不同，可將初級(jí)代謝發(fā)酵分為：a.供氧充足條件下，產(chǎn)量最大；若供氧不足，合成受強(qiáng)烈抑制；如：谷氨酸，精氨酸，脯氨酸等b.供氧充足條件下，可得最高產(chǎn)量；若供氧受限，產(chǎn)量受影響不明顯；如：異亮氨酸，賴氨酸，蘇氨酸等c.若供氧受限，細(xì)胞呼吸受抑制時(shí)，才獲得最大量產(chǎn)物；若供氧充足，產(chǎn)物形成反而受抑制；如：亮氨酸，纈氨酸，苯丙氨酸等根據(jù)需氧不同，可將初級(jí)代謝發(fā)酵分為：實(shí)例一對(duì)黃色短桿菌生物合成氨基酸時(shí)發(fā)現(xiàn)：菌體的臨界溶氧濃度為0.01mg/L當(dāng)溶氧濃度低于1.0時(shí)，谷氨酸和天冬氨酸族氨基酸合成受到影響，但苯丙氨酸，纈氨酸和亮氨酸最佳合成的溶氧濃度分別為0.55、0.60和0.85。實(shí)例一對(duì)黃色短桿菌生物合成氨基酸時(shí)發(fā)現(xiàn)：菌體的臨界溶氧濃度為從合成途徑中可知，谷氨酸和天冬氨酸族的氨基酸來(lái)自于三羧酸循環(huán)(TCA)的中間體，而苯丙氨酸、纈氨酸和亮氨酸來(lái)自于糖酵解的中間體，即來(lái)自于丙酮酸和磷酸稀醇式丙酮酸。從合成途徑中可知，谷氨酸和天冬氨酸族的氨基酸來(lái)自于三羧酸循環(huán)Feren和Squires(1969)對(duì)頂頭孢霉產(chǎn)生頭孢菌素和卷曲霉素的研究即是一個(gè)氧對(duì)次級(jí)代謝影響的例子。他們的研究表明，頭孢菌素產(chǎn)生菌的臨界氧濃度在0~7％的空氣飽和度間；而對(duì)卷曲霉素產(chǎn)生菌則為13~23％。但就抑制抗生素生物合成的溶氧濃度來(lái)說(shuō)，對(duì)頭孢菌素為低于10-20％；而對(duì)卷曲霉素則為8％。因此，在生產(chǎn)頭孢菌素時(shí)，應(yīng)使其溶氧濃度遠(yuǎn)大于臨界值，而在生產(chǎn)卷曲霉素時(shí)，則應(yīng)使其溶氧濃度低于臨界值。

實(shí)例二Feren和Squires(1969)對(duì)頂頭孢霉產(chǎn)生頭孢菌素三、影響需氧的因素r=QO2.X菌體濃度QO2遺傳因素菌齡營(yíng)養(yǎng)的成分與濃度有害物質(zhì)的積累培養(yǎng)條件三、影響需氧的因素r=QO2.X菌體濃度QO2第二節(jié)反應(yīng)器中氧的傳遞一、發(fā)酵液中氧的傳遞方程CCiPPi氣膜液膜N：傳氧速率kmol/m2.hkg:氣膜傳質(zhì)系數(shù)kmol/m2.h.atmKl:液膜傳質(zhì)系數(shù)m/h第二節(jié)反應(yīng)器中氧的傳遞一、發(fā)酵液中氧的傳遞方程CCiPPiC*＝P/H,與氣相中氧分壓相平衡的液體中氧的濃度Kl:以氧濃度為推動(dòng)力的總傳遞系數(shù)(m/h)再令：?jiǎn)挝惑w積的液體中所具有的氧的傳遞面積為a(m2/m3)Nv：體積傳氧速率kmol/m3.hKla:以(C*-C)為推動(dòng)力的體積溶氧系數(shù)h-1C*＝P/H,與氣相中氧分壓相平衡的液體中氧的濃度Kl:二、發(fā)酵液中氧的平衡發(fā)酵液中供氧和需氧始終處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡中傳遞：消耗：r=QO2.X氧的平衡最終反映在發(fā)酵液中氧的濃度上面二、發(fā)酵液中氧的平衡發(fā)酵液中供氧和需氧始終處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡三、供氧的調(diào)節(jié)C有一定的工藝要求，所以可以通過(guò)Kla和C*來(lái)調(diào)節(jié)其中C*＝P/HNvHPKla三、供氧的調(diào)節(jié)C有一定的工藝要求，所以可以通過(guò)Kla和C*調(diào)節(jié)Kla是最常用的方法，kla反映了設(shè)備的供氧能力，一般來(lái)講大罐比小罐要好。

45升1噸10噸攪拌速度250rpm120120供氧速率7.610.720.1調(diào)節(jié)Kla是最常用的方法，kla反映了設(shè)備的供氧能力，一般來(lái)第三節(jié)影響Kla的因素

Kla反映了設(shè)備的供氧能力，發(fā)酵常用的設(shè)備為搖瓶與發(fā)酵罐。一、影響搖瓶kla的因素為裝液量和搖瓶機(jī)的種類搖瓶機(jī)往復(fù)，頻率80-120分/次，振幅8cm旋轉(zhuǎn)，偏心距25、12,轉(zhuǎn)述250rpm第三節(jié)影響Kla的因素Kla反映了設(shè)備的供氧能裝液量，一般取1/10左右：250ml15-25ml500ml30ml750ml80ml例：

500ml搖瓶中生產(chǎn)蛋白酶，考察裝液量對(duì)酶活的影響裝液量30ml60ml90ml120ml酶活力71373425392裝液量，一般取1/10左右：例：500ml搖瓶中生產(chǎn)蛋二、影響發(fā)酵罐中Kla的因素已知在通風(fēng)發(fā)酵罐中，全擋板條件下：二、影響發(fā)酵罐中Kla的因素已知在通風(fēng)發(fā)酵罐中，全擋板條件下1、理論上分析KLand通氣量提高攪拌，調(diào)節(jié)kla的效果顯著1、理論上分析KLand通氣量提高攪拌，調(diào)節(jié)kla的效果顯著例某一產(chǎn)品的發(fā)酵dnp0/vc產(chǎn)量4501801.6220%49784502802.1240%55645501802.6160%8455例黑曲霉生產(chǎn)糖化酶n230230270通氣比1:0.81:1.21:0.8產(chǎn)量181224162846提高d、n顯著提高C,提高了產(chǎn)量提高N,比提高Q有效例某一產(chǎn)品的發(fā)酵例黑曲霉生產(chǎn)糖化酶提高d、n顯著提高C2、實(shí)際上：對(duì)于轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)有時(shí)是有限度的通風(fēng)的增加也是有限的蒸發(fā)量大中間揮發(fā)性代謝產(chǎn)物帶走2、實(shí)際上：對(duì)于轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)有時(shí)是有限度的通風(fēng)的增加也是有限的例：紅曲霉生產(chǎn)色素用于食品工業(yè)，靜止培養(yǎng)改為通氣培養(yǎng)，比色法測(cè)定產(chǎn)量：通氣靜止1.42.03.16.819.5OD0.280.78.315.614.36.2提高下降所以這些因素的存在，發(fā)酵設(shè)備的供養(yǎng)是有限的例：紅曲霉生產(chǎn)色素用于食品工業(yè)，靜止培養(yǎng)改為通氣培通氣3、小型發(fā)酵罐和大型發(fā)酵罐調(diào)節(jié)kla的特點(diǎn)小型發(fā)酵罐，轉(zhuǎn)速可調(diào)大型發(fā)酵罐，轉(zhuǎn)速往往不可調(diào)大型反應(yīng)器的合理設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備一定要注意工藝配套3、小型發(fā)酵罐和大型發(fā)酵罐調(diào)節(jié)kla的特點(diǎn)小型發(fā)酵罐，轉(zhuǎn)速4、影響Kla的其它因素空氣分布器液體的粘度4、影響Kla的其它因素空氣分布器液體的粘度第四節(jié)CL、r和Kla的測(cè)定一、CL的測(cè)定1、化學(xué)法第四節(jié)CL、r和Kla的測(cè)定一、CL的測(cè)定1、化學(xué)法2、溶氧電極極譜型(陰極)：O2+2H++2e→H2O2原電池型(陰極)：O2+2H2O+4e→4OH-2、溶氧電極極譜型(陰極)：O2+2H++2e原電池型(極譜型電極由于其陰極面積很小，電流輸出也相應(yīng)小，且需外加電壓，故需配套儀表，通常還配有溫度補(bǔ)償，整套儀器價(jià)格較高，但其最大優(yōu)點(diǎn)莫過(guò)于它的輸出不受電極表面液流的影響。這點(diǎn)正是原電池型電極所不具備的。原電池型電極暴露在空氣中時(shí)其電流輸出約5～30μA(主要取決于陰極的表面積和測(cè)試溫度)，可以不用配套儀表，經(jīng)一電位器接到電位差記錄議上便可直接使用。膜：耐溫、透氣、不通水測(cè)定：一般是得到相對(duì)值極譜型電極由于其陰極面積很小，電流輸出也相應(yīng)二、r的測(cè)定1、物料衡算

流量（進(jìn)口空氣中氧的氧含量—出口空氣中的氧含量）r=————————————————————————發(fā)酵液體積氧的濃度：氧分壓儀二、r的測(cè)定1、物料衡算流量（進(jìn)口空氣中氧的氧含量2、溶氧電極停止供氣：dCL——=-rdt2、溶氧電極停止供氣：dCL三、Kla的測(cè)定1、亞硫酸鹽法（冷膜）氧→亞硫酸鈉的氧化Kla.C*=亞硫酸濃度的降低Cu2+

2Na2SO3+O2→2Na2SO4三、Kla的測(cè)定1、亞硫酸鹽法（冷膜）氧→亞硫酸鈉的氧化K2、平衡法

rKla=———