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Bioreactor Controls-II
13.3
在生物反应器中,氧气对好氧发酵至关重要。
富含氧气的培养基只能短暂地为高需氧生物提供氧气。
为了提高氧气的可利用性,通过位于最低层搅拌桨下方的鼓泡器,在压力下注入无菌或过滤的空气。
通气孔的孔径必须足够小,以产生细小的气泡,但又不能过小,以免因培养基中的固体物质而堵塞。
一种称为搅拌器的机械设备利用被称为叶轮的搅拌臂来搅动液体。这可以确保空气均匀分布,并有助于在整个培养液中维持一致的温度。
搅拌通过将大气泡破碎为微小气泡,增加氧气溶解的表面积,从而提高氧传递效率。此外,它还有助于减少易聚集生物体的细胞聚集现象。
为了进一步改善混合效果和气泡分散,可在发酵罐中安装挡板。挡板可干扰液体的旋转运动,从而抑制漩涡的形成。
在好氧发酵过程中,氧气对微生物生长和代谢产物生成至关重要。由于空气中氧气含量仅约为 20%,且氧气在水中的溶解度很低——在 20°C 时仅为 9 ppm——因此,提供充足的氧气便成为一个关键挑战,尤其是在酵母生长或柠檬酸生产等高需氧过程中。即使培养液达到完全饱和,所能提供的氧气也往往仅够维持几秒钟。