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恒鑫牌THI消泡剂

氧的传递途径与传质阻力

发布时间:2014-03-18 15:23:47

在大规模发酵生产中,通常采用深层培养方式,氧的提供是给培养中的微生物通入无菌空气来进行。微生物细胞分散在培养液中,只能利用溶解氧。氧从空气的气泡传递到微生物细胞内要克服一系列传递阻力。氧的传递途径是气相中的氧溶解在发酵液中,再传递到细胞内的呼吸酶位置上而被利用。这一系列传递过程分为供氧和耗氧两方面。 供氧:指空气中氧气从空气泡里通过气膜、气液界面和液膜扩散到液体主流中。
  耗氧:指氧分子自液体主流通过液膜、菌丝丛、细胞膜扩散到细胞内。
  这种传氧对那些细胞浓度很高、细胞的生长受到液体中氧限制的体系尤为重要。
氧传递过程中要克服的阻力有:
  ①从气相主体到气液界面的气膜传递阻力1/kc,与空气情况有关;
  ②气液界面的传递阻力1/k1,与空气情况有关,只有具备高能量的氧分子才能透到液相中去,其余的返回气相;
  ③从气液界面通过液膜的传递阻力1/kL,与发酵液的成分和浓度有关;
  ④液相主体的传递阻力1/kIB,与发酵液的成分和浓度有关,通常不作为重要阻力,因在液体主流中氧的浓度是假定不变的,但只有在适当搅拌的情况下才这样;
  ⑤细胞或细胞团表面的传递阻力1/kIc,与微生物的种类、生理特性状态有关,但细菌和酵母的细胞不存在这种阻力,对于菌丝这种阻力是最为突出的;
  ⑥固热界面的传递阻力1/ks,与微生物的生理特性有关;
  ⑦细胞团内的传递阻力1/kA;
  ⑧细胞壁的阻力1/kw;
  ⑨反应阻力1/kR,是指氧分子与细胞内呼吸酶系反应时的阻力,与微生物的种类、生理特性有关。
由于氧是难溶气体,所以在供氧方面液膜是一个控制过程,即1/kL是较为显著的,使气泡和液体充分混合而产生湍流可以减少这方面的阻力。在耗氧方面阻力主要是1/kA与1/kW,即菌丝丛内与细胞壁阻力所引起的,但搅拌可以减少逆向扩散的梯度,因此也可以降低这方面的阻力。 细胞内反应阻力1/kR可随下列因素中任一种而产生:
  ①培养基成分与其相应的酶的作用失活。
  ②—些生理条件如温度、pH等不适于酶的反应。
  ③一些代谢物的积累或其不能及时从反应处移去。
这些阻力的相对大小取决于流体力学特性、温度、细胞的活性和浓度、液体的组成、界面特性以及其他因素。这些阻力有供氧方面的氧传递阻力,还有耗氧方面的阻力。而氧从空气泡到细胞的总传递阻力是以上各项的总和。这些阻力不是等量齐观的,而是有主次之分。当细胞以游离状态存在于液体中时,有的阻力消失,而当细胞吸附在气液界面上时,则有的阻力消失。 本文参考《发酵工程原理与技术》一书。
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