带档板摇瓶中流场数值模拟及克拉维酸发酵培养研究

提出了一种用于模拟摇瓶内气液两相流动的计算流体力学模型-旋转离心加速度模型,利用该模型成功模拟了摇瓶内的气液两相流动,并分别考察了摇瓶挡板、转速、装液量等参数对传质及剪切环境的影响。结果表明:摇瓶内加装挡板可增加气液传质能力,并且提供了更大的剪切环境;提高转速有利于提升气液传质能力,特定转速下存在提供最大气液传质能力的最佳装液量。最后,利用流场模拟结果,分析了带挡板摇瓶较不带挡板摇瓶对克拉维酸种子及其发酵培养结果更好的原因。该文方法可推广到其他品种发酵摇瓶的流场分析。

基于CFD模拟的七烯甲萘醌发酵过程优化

七烯甲萘醌(menaquinone-7,MK-7)是维生素K2的重要组成部分之一,前期研究发现,摇瓶培养条件下MK-7的最高产量远高于搅拌釜反应器培养条件下的最高产量。为缩小从摇瓶放大至3 L搅拌釜反应器带来的差异,使用计算流体力学(CFD)及动态吸收法对不同转速下摇瓶与搅拌釜反应器内的剪切力及氧气传递性能进行比较,并探讨氧气供应及剪切力对枯草芽孢杆菌BS20菌体生长与MK-7合成的影响。结果表明,充足的氧气供应对菌体生长及MK-7合成有促进作用,但过高的剪切力会对菌体产生破坏作用,降低MK-7的产量。基于上述结果,在3 L搅拌釜反应器中,以较低搅拌转速(400 r/min)保证低剪切力,同时采用通富氧空气(氧气体积分数55%)的方式提高供氧水平,MK-7产量达到296.25 mg/L,比对照批次(氧气体积分数21%)提高152%,达到摇瓶培养最高水平的79%。本研究在搅拌釜反应器中所采用的降低搅拌转速、提高进气氧体积分数的方法,能够有效提高对剪切敏感且高好氧微生物的发酵性能。