基于CFD模拟的七烯甲萘醌发酵过程优化

作者：殷峻杰; 刘龙; 李江华; 许志国; 汪坤; 丁健^*

来源：食品与生物技术学报, 2023, 42(05): 78-87.

DOI：10.3969/j.issn.1673-1689.2023.05.011

• 搅拌釜反应器
• 挡板摇瓶
• 计算流体力学
• 氧传质速率
• 剪切力

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。

• 单位
  江南大学; 生物工程学院