發(fā)布時間:2014-03-18 15:23:47
在大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)中，通常采用深層培養(yǎng)方式，氧的提供是給培養(yǎng)中的微生物通入無菌空氣來進(jìn)行。微生物細(xì)胞分散在培養(yǎng)液中，只能利用溶解氧。氧從空氣的氣泡傳遞到微生物細(xì)胞內(nèi)要克服一系列傳遞阻力。氧的傳遞途徑是氣相中的氧溶解在發(fā)酵液中，再傳遞到細(xì)胞內(nèi)的呼吸酶位置上而被利用。這一系列傳遞過程分為供氧和耗氧兩方面。
供氧：指空氣中氧氣從空氣泡里通過氣膜、氣液界面和液膜擴(kuò)散到液體主流中。
耗氧：指氧分子自液體主流通過液膜、菌絲叢、細(xì)胞膜擴(kuò)散到細(xì)胞內(nèi)。
這種傳氧對那些細(xì)胞濃度很高、細(xì)胞的生長受到液體中氧限制的體系尤為重要。
氧傳遞過程中要克服的阻力有：
?、購臍庀嘀黧w到氣液界面的氣膜傳遞阻力1/kc，與空氣情況有關(guān)；
?、跉庖航缑娴膫鬟f阻力1/k1，與空氣情況有關(guān)，只有具備高能量的氧分子才能透到液相中去，其余的返回氣相；
?、蹚臍庖航缑嫱ㄟ^液膜的傳遞阻力1/kL，與發(fā)酵液的成分和濃度有關(guān)；
?、芤合嘀黧w的傳遞阻力1/kIB，與發(fā)酵液的成分和濃度有關(guān)，通常不作為重要阻力，因在液體主流中氧的濃度是假定不變的，但只有在適當(dāng)攪拌的情況下才這樣；
⑤細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)表面的傳遞阻力1/kIc，與微生物的種類、生理特性狀態(tài)有關(guān)，但細(xì)菌和酵母的細(xì)胞不存在這種阻力，對于菌絲這種阻力是最為突出的；
?、薰虩峤缑娴膫鬟f阻力1/ks，與微生物的生理特性有關(guān)；
?、呒?xì)胞團(tuán)內(nèi)的傳遞阻力1/kA；
?、嗉?xì)胞壁的阻力1/kw；
?、岱磻?yīng)阻力1/kR，是指氧分子與細(xì)胞內(nèi)呼吸酶系反應(yīng)時的阻力，與微生物的種類、生理特性有關(guān)。
由于氧是難溶氣體，所以在供氧方面液膜是一個控制過程，即1/kL是較為顯著的，使氣泡和液體充分混合而產(chǎn)生湍流可以減少這方面的阻力。在耗氧方面阻力主要是1/kA與1/kW，即菌絲叢內(nèi)與細(xì)胞壁阻力所引起的，但攪拌可以減少逆向擴(kuò)散的梯度，因此也可以降低這方面的阻力。
細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)阻力1/kR可隨下列因素中任一種而產(chǎn)生：
?、倥囵B(yǎng)基成分與其相應(yīng)的酶的作用失活。
?、凇┥?xiàng)l件如溫度、pH等不適于酶的反應(yīng)。
?、垡恍┐x物的積累或其不能及時從反應(yīng)處移去。
這些阻力的相對大小取決于流體力學(xué)特性、溫度、細(xì)胞的活性和濃度、液體的組成、界面特性以及其他因素。這些阻力有供氧方面的氧傳遞阻力，還有耗氧方面的阻力。而氧從空氣泡到細(xì)胞的總傳遞阻力是以上各項(xiàng)的總和。這些阻力不是等量齊觀的，而是有主次之分。當(dāng)細(xì)胞以游離狀態(tài)存在于液體中時，有的阻力消失，而當(dāng)細(xì)胞吸附在氣液界面上時，則有的阻力消失。
本文參考《發(fā)酵工程原理與技術(shù)》一書。
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