馮 濤， 夏建業(yè)， 儲(chǔ) 炬

（1. 華東理工大學(xué)生物反應(yīng)器工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200237；2. 國(guó)藥集團(tuán)威奇達(dá)藥業(yè)有限公司，山西大同 037300）

在微生物發(fā)酵的整個(gè)過程中，反應(yīng)器的混合、傳質(zhì)和剪切是影響發(fā)酵過程的3 個(gè)流場(chǎng)特征參數(shù)，這些參數(shù)與微生物發(fā)酵過程相關(guān)聯(lián)，因此反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)于微生物發(fā)酵起著至關(guān)重要的作用，是反應(yīng)器設(shè)計(jì)和發(fā)酵過程優(yōu)化中的一項(xiàng)重要技術(shù)[1]。工業(yè)發(fā)酵開發(fā)過程離不開搖瓶，菌種篩選、培養(yǎng)基優(yōu)化、發(fā)酵條件等都在搖瓶中進(jìn)行。此外，種子的培養(yǎng)條件優(yōu)化可通過搖瓶進(jìn)行培養(yǎng)放大[2]。因此，搖瓶?jī)?nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)菌種篩選、培養(yǎng)基優(yōu)化、種子培養(yǎng)條件優(yōu)化、發(fā)酵培養(yǎng)工藝放大等有十分重要的指導(dǎo)作用[3-4]。

克拉維酸(Clavulanic Acid, CA)是由棒狀鏈霉菌（Streptomyces clavuligerus）經(jīng)過好氧發(fā)酵產(chǎn)生的一種次級(jí)代謝產(chǎn)物，它是一種高效的β-內(nèi)酰胺酶抑制劑。據(jù)報(bào)道克拉維酸發(fā)酵培養(yǎng)基中最佳氮源為大豆蛋白[5-6]，最佳碳源為甘油[7-8]，由于發(fā)酵培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)成分比例較高，在發(fā)酵過程中發(fā)酵液黏度較高，嚴(yán)重影響發(fā)酵過程的氣液傳質(zhì)效果，從而影響克拉維酸的生物合成。

在液體發(fā)酵過程中，溶解氧的供給是合成克拉維酸分子的必要前提[9]，這就要求進(jìn)行克拉維酸發(fā)酵的反應(yīng)器內(nèi)有較強(qiáng)的攪拌混合作用和足夠的供氧能力，以滿足克拉維酸高效合成中高耗氧的需求。由于棒狀鏈霉菌為放線菌，隨著菌絲的生長(zhǎng)，菌絲會(huì)出現(xiàn)結(jié)網(wǎng)現(xiàn)象，導(dǎo)致發(fā)酵液黏度明顯增加，高耗氧、高黏度是克拉維酸發(fā)酵過程的一個(gè)顯著特點(diǎn)。為保證克拉維酸的正常合成，工業(yè)生產(chǎn)中在攪拌轉(zhuǎn)速達(dá)到最高速度后，往往被迫通過提高罐壓、降溫等措施來(lái)降低代謝活力以滿足代謝最低要求[10-12]。因此，通過優(yōu)化攪拌和設(shè)備參數(shù)，加強(qiáng)氣液傳質(zhì)，改善發(fā)酵微環(huán)境是優(yōu)化克拉維酸發(fā)酵的研究方向。

本文運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）對(duì)帶檔板與不帶擋板的3 L 搖瓶?jī)?nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)其中的種子培養(yǎng)過程及發(fā)酵過程分別進(jìn)行分析，為進(jìn)一步放大克拉維酸發(fā)酵過程提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 菌種

棒狀鏈霉菌（Streptomyces clavuligerus），由國(guó)藥集團(tuán)威奇達(dá)藥業(yè)有限公司提供。

1.2 培養(yǎng)基

種子培養(yǎng)基主要成分：甘油、豆餅粉、糊精。調(diào)節(jié)培養(yǎng)基pH 至7.0，在121 ℃下滅菌30 min。

搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基主要成分：黃豆餅粉、甘油、淀粉、嗎啉丙磺酸（MOPS）、三油酸甘油酯、K2HPO4及微 量 元 素（ NaCl 0.100 g/L，MgCl20.100 g/L，CaCl2·2H2O 0.100 g/L，F(xiàn)eCl30.030 g/L，CuCl20.005 g/L，MnSO40.005 g/L，ZnCl20.005 g/L，ZnSO40.065 g/L）；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基pH 至6.9，在121 ℃下滅菌30 min。

1.3 培養(yǎng)條件

搖瓶種子培養(yǎng)：將解凍后的孢子懸液0.5 mL 接種于100 mL 種子培養(yǎng)基中，28 ℃恒溫培養(yǎng)72 h，搖床轉(zhuǎn)速為（160±10）r/min。

搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)：將0.25 mL 種子液接種于發(fā)酵培養(yǎng)基中，25 ℃恒溫培養(yǎng)168 h，搖床轉(zhuǎn)速為（160±10）r/min。

搖床：旋轉(zhuǎn)振蕩搖床，型號(hào)SPH-322D，振幅Φ100 mm，購(gòu)自上海世平實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

顯微鏡：Olympus BX-53，顯微成像系統(tǒng)Cellsens。

1.4 帶擋板與不帶擋板的3L 培養(yǎng)用搖瓶

三角搖瓶是實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行發(fā)酵工藝研究最便利的生物反應(yīng)器，它也被用在克拉維酸搖瓶工藝開發(fā)過程中[13-15]。搖瓶?jī)?nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的充分解析，對(duì)理解工業(yè)發(fā)酵罐克拉維酸發(fā)酵工藝具有十分重要的研究?jī)r(jià)值。本文使用的三角搖瓶全容積3 L，購(gòu)自博美玻璃儀器廠。帶有一個(gè)擋板的搖瓶如圖1 所示。

圖1 帶一個(gè)擋板的3 L 搖瓶Fig. 1 3 L Flask with one baffle

1.5 搖瓶流場(chǎng)的CFD 模型

搖瓶在搖床上的運(yùn)動(dòng)是一種繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的特殊公轉(zhuǎn)，并且轉(zhuǎn)動(dòng)過程中瓶身前后左右各面的方位不變（設(shè)前后左右表面分別對(duì)應(yīng)南（S）北（N）西（W）東（E）4 個(gè)方位，在公轉(zhuǎn)過程中這幾個(gè)方位保持不變）。在CFD 模型中不能通過簡(jiǎn)單的繞軸運(yùn)動(dòng)對(duì)此運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬，因?yàn)槠矿w中不同位置的流體微團(tuán)在同一時(shí)刻受到的轉(zhuǎn)動(dòng)離心力是不同的，需要對(duì)其進(jìn)行建模。

以上運(yùn)動(dòng)可以看作是搖瓶不動(dòng)，而搖瓶?jī)?nèi)的發(fā)酵液流體微元均受到重力及繞該流體微元周期性運(yùn)動(dòng)的離心力的共同作用?；诖耍赏ㄟ^以下模型對(duì)每個(gè)流體微元進(jìn)行受力分析。如圖2 所示，搖瓶中發(fā)酵液流體微元各自繞其固定的軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)角速度為 ω ，旋轉(zhuǎn)半徑為r，流體微元同時(shí)受到離心力fc及重力fg的作用，并且滿足：

圖2 搖瓶運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)酵液流體微元受力分析Fig. 2 Analysis of the fluid micro-element force in the fermentation liquid during shake flask movement

這樣搖瓶?jī)?nèi)流體共受到3 個(gè)方向的質(zhì)量力的作用，相應(yīng)的加速度為：

1.6 搖瓶流場(chǎng)中氣液傳質(zhì)數(shù)值模型

1.7 搖瓶氣液兩相流場(chǎng)模擬

采用Euler-Euler 法對(duì)搖瓶?jī)?nèi)的氣液兩相流動(dòng)進(jìn)行建模，氣相和液相均作為連續(xù)相處理，按照培養(yǎng)基裝量位置對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行初始化，此交界面以下為液體，交界面以上為氣體。搖瓶?jī)?nèi)氣液兩相流動(dòng)形成的自由表面通過流體體積法（VOF）進(jìn)行追蹤。

搖瓶?jī)?nèi)流體網(wǎng)格采用Ansys ICEM CFD 生成，利用四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，最大網(wǎng)格尺寸小于5 mm，不帶擋板搖瓶中共生成40 萬(wàn)網(wǎng)格，帶擋板搖瓶中生成60 萬(wàn)網(wǎng)格。

流場(chǎng)建模及數(shù)值模擬在Ansys CFX12.0 中進(jìn)行，湍流模型選用k-ε 雙方程模型。

2 結(jié)果與討論

2.1 搖床上搖瓶周期性旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形成流場(chǎng)的模擬

搖床的運(yùn)動(dòng)是振蕩（Shaking）而不是旋轉(zhuǎn)（Rotation），其工作原理如圖3 所示。因此，對(duì)搖床上安裝的搖瓶?jī)?nèi)流體運(yùn)動(dòng)的模擬不能采用簡(jiǎn)單的繞軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行建模，應(yīng)該在考慮搖瓶繞軸1 公轉(zhuǎn)外，同時(shí)考慮搖瓶繞自身軸心（軸2）的反向自轉(zhuǎn)。為探究可用于模擬搖瓶中流體流動(dòng)的真實(shí)模型，分別比較了單純繞軸1 公轉(zhuǎn)的模擬結(jié)果，以及利用1.5 節(jié)中討論的模型算法模擬搖瓶的運(yùn)動(dòng)。

圖3 搖床運(yùn)動(dòng)原理示意圖Fig. 3 Schematic diagram of shaker movement principle

模擬結(jié)果顯示，采用單純繞軸1 的旋轉(zhuǎn)無(wú)法模擬發(fā)酵液在搖瓶?jī)?nèi)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)。在形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的傾斜方向朝向旋轉(zhuǎn)軸的自由表面的流動(dòng)狀態(tài)下，不存在流體微元間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得混合和相間傳質(zhì)較小，完全不符合真實(shí)搖瓶中的發(fā)酵液流動(dòng)[18-19]。真實(shí)情況下，搖瓶在繞搖床旋轉(zhuǎn)中心軸運(yùn)動(dòng)的同時(shí)以相同大小的角速度逆向自旋，從而保持前后左右各面方位不變。運(yùn)用文中提出的旋轉(zhuǎn)離心加速度模型對(duì)搖瓶進(jìn)行模擬，如圖4 所示。

圖4 利用本文提出的旋轉(zhuǎn)離心加速度模型模擬得到的不同時(shí)刻氣液流動(dòng)自由表面（80 r/min）Fig. 4 Gas-liquid flow free surface at different time by the rotational centrifugal acceleration model proposed in this paper (80 r/min)

2.2 不同轉(zhuǎn)速下?lián)醢褰Y(jié)構(gòu)對(duì)搖瓶中流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響

通過CFD 模擬，比較了帶檔板與不帶擋板的3 L搖瓶中形成的流場(chǎng)。重點(diǎn)考察了不同攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)搖瓶中形成的氣液交界面面積、氣液比表面積、平均液膜傳質(zhì)系數(shù)（平均kL）以及平均kLa的影響，如圖5 所示。從圖5 可以看出，在較低轉(zhuǎn)速（40 r/min）下，擋板結(jié)構(gòu)對(duì)以上參數(shù)均無(wú)顯著影響。隨著轉(zhuǎn)速增加（80～160 r/min），同轉(zhuǎn)速下帶擋板的搖瓶?jī)?nèi)比不帶擋板的搖瓶?jī)?nèi)形成的氣液交界面面積和氣液比表面積明顯更大。而對(duì)于平均kL，擋板的作用則更加復(fù)雜。隨著轉(zhuǎn)速增加，帶擋板和不帶擋板的搖瓶?jī)?nèi)平均kL呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)，80 r/min 轉(zhuǎn)速下，不帶擋板搖瓶中平均kL明顯優(yōu)于帶擋板搖瓶中平均kL；轉(zhuǎn)速再增加時(shí)（120～160 r/min），擋板對(duì)平均kL的提升作用明顯，不帶擋板搖瓶中平均kL沒有出現(xiàn)提升作用，反而相對(duì)80 r/min 下的平均kL有所下降。綜合來(lái)看，帶檔板搖瓶?jī)?nèi)kLa隨轉(zhuǎn)速的增幅明顯大于不帶擋板搖瓶?jī)?nèi)kLa的增幅，并且轉(zhuǎn)速越高增幅越明顯。

圖5 不同轉(zhuǎn)速下帶檔板與不帶擋板搖瓶中傳質(zhì)參數(shù)流場(chǎng)預(yù)測(cè)值對(duì)比（裝液量600 mL）Fig. 5 Comparison of flow field prediction values of mass transfer parameters between shaker flask with baffle and without baffle at different speeds (filling volume 600 mL)

通過進(jìn)一步比較不同轉(zhuǎn)速下?lián)u瓶?jī)?nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，尤其是氣液交界自由表面的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，可以更直觀地研究擋板結(jié)構(gòu)對(duì)搖瓶中流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響。圖6比較了不同轉(zhuǎn)速下帶檔板和不帶擋板搖瓶?jī)?nèi)氣液兩相流動(dòng)時(shí)的氣液交界自由表面形貌。采用相同顏色標(biāo)尺來(lái)表示流場(chǎng)中kLa的大小分布，紅色表示kLa最大值，藍(lán)色表示kLa最小值，其他顏色表示kLa介于兩者之間。從圖6 可以直觀地看出，同樣轉(zhuǎn)速下帶擋板搖瓶中形成的自由表面具有更多褶皺，而不帶擋板搖瓶中形成的自由表面更加光滑，這就是氣液交界面面積在帶擋板搖瓶中更大的原因[20]。

圖6 不同轉(zhuǎn)速下帶檔板和不帶擋板搖瓶中形成的氣液自由表面對(duì)比Fig. 6 Comparison of gas-liquid free surface formed by shaking flask with baffle and without baffle at different rotating speeds

模擬結(jié)果顯示，最大kLa往往分布在氣液自由表面沿旋轉(zhuǎn)方向的尾部邊緣，最小kLa則大多分布在沿旋轉(zhuǎn)方向前沿的內(nèi)部區(qū)域。文獻(xiàn)[21]報(bào)道旋轉(zhuǎn)搖瓶中的氣液傳質(zhì)多發(fā)生在液體在搖瓶壁面劃過后形成的薄層液膜中，按此理論氣液傳質(zhì)應(yīng)該在自由表面劃過的尾部最為劇烈，這與本文的研究結(jié)果一致。

表1 示出了不同轉(zhuǎn)速下帶檔板與不帶擋板搖瓶中平均剪切應(yīng)變率Y˙ 大小的比較。從表1 可以看出在較低的轉(zhuǎn)速（40 r/min）下兩者平均剪切應(yīng)變率相對(duì)偏差不大（2%）外，在80、120、160 r/min 轉(zhuǎn)速下帶檔板搖瓶比不帶檔板搖瓶相對(duì)偏差平均值高出27.3%。較高的平均剪切應(yīng)變率一方面促進(jìn)了氣液傳質(zhì)與混合能力，同時(shí)也為菌絲體斷裂形成更多分支提供了有利條件。

表1 不同轉(zhuǎn)速下帶檔板與不帶檔板搖瓶中平均剪切應(yīng)變率（SSR）大小對(duì)比Table 1 Comparison of average shear strain rate (SSR) in shaking flask with and without baffle at different rotational speeds

2.3 不同裝液量下帶檔板搖瓶中的模擬分析

進(jìn)一步考察帶擋板結(jié)構(gòu)的搖瓶中裝液量對(duì)流場(chǎng)參數(shù)的影響，如圖7 所示。由圖可見裝液量對(duì)平均kL（圖7（c））的影響較對(duì)氣液交界面面積（圖7（a））的影響明顯，隨著裝液量的增加平均kL增加幅度遠(yuǎn)大于氣液交界面面積增幅。圖7（b）中，隨著裝液量增加氣液比表面積迅速降低。綜上，隨著裝液量增加平均kLa先增大后降低（圖7（d）），在所考察的轉(zhuǎn)速下最優(yōu)裝液量為650 mL 左右。這與發(fā)酵實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果一致。

圖7 帶檔板搖瓶中不同裝液量下流場(chǎng)參數(shù)CFD 模擬預(yù)測(cè)值（搖床轉(zhuǎn)速120 r/min）Fig. 7 CFD simulation prediction value of flow field parameters under different liquid loading in shaking flask with gear plate (rotating speed of shaking table 120 r/min)

2.4 搖瓶中流場(chǎng)對(duì)克拉維酸種子培養(yǎng)及發(fā)酵培養(yǎng)的影響

為驗(yàn)證CFD 模擬結(jié)果，在不帶擋板搖瓶及帶檔板搖瓶中分別進(jìn)行了種子培養(yǎng)過程及發(fā)酵培養(yǎng)過程的實(shí)驗(yàn)研究。

帶檔板搖瓶及不帶擋板搖瓶中克拉維酸種子培養(yǎng)過程的實(shí)驗(yàn)對(duì)比如圖8 所示。由圖8（b）可知，帶檔板搖瓶中菌體量明顯小于不帶擋板搖瓶菌體量。該結(jié)果驗(yàn)證了同樣操作條件下，由于擋板結(jié)構(gòu)的存在使流場(chǎng)中形成更大的剪切作用，從而細(xì)胞的表觀比生長(zhǎng)速率受到抑制，形成了相對(duì)較低的菌體濃度。培養(yǎng)結(jié)束前即使在菌濃相對(duì)較低的狀態(tài)下，帶檔板搖瓶中美蘭褪色時(shí)間仍比不帶擋板搖瓶褪色時(shí)間短（圖8（c）），充分說(shuō)明了帶檔板搖瓶中氣液傳質(zhì)能力更高，從而表現(xiàn)出更高的克拉維酸生產(chǎn)能力，導(dǎo)致更高的發(fā)酵液黏度（圖8（d））。

圖8 帶檔板與不帶擋板搖瓶中種子培養(yǎng)過程參數(shù)變化對(duì)比Fig. 8 Comparison of seed culture parameters in shaking flask with baffle and without baffle

進(jìn)一步比較了帶檔板和不帶檔板3 L 搖瓶中克拉維酸發(fā)酵培養(yǎng)過程，研究了裝液量分別為150、250、500、650、900 mL 時(shí)的菌絲變化，在1000 倍顯微鏡下觀察并記錄菌絲特征，見表2 和圖9。經(jīng)過對(duì)比菌絲分支程度、內(nèi)涵物顆粒發(fā)現(xiàn)，隨著裝液量的增加，兩種搖瓶中均出現(xiàn)不同程度的供氧不足，菌絲形態(tài)出現(xiàn)了顯著的差異。帶有擋板的搖瓶，前期生長(zhǎng)階段菌絲快速生長(zhǎng)并伴隨大量分支，當(dāng)裝液量大于650 mL時(shí)，菌絲有少量結(jié)團(tuán)；而沒有擋板的搖瓶，在相同裝液量的情況下，菌絲快速生長(zhǎng)易形成團(tuán)球，導(dǎo)致氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)無(wú)法傳遞至菌團(tuán)內(nèi)部，影響菌團(tuán)內(nèi)菌絲正常代謝。通過對(duì)比培養(yǎng)后期菌絲特征，可以看出帶有擋板的搖瓶中，菌絲呈現(xiàn)明顯的次級(jí)代謝特征，菌絲分化斷裂伴隨有內(nèi)含物的積累。整個(gè)過程菌絲的形態(tài)變化進(jìn)一步證明了檔板結(jié)構(gòu)更容易形成較大剪切，促使培養(yǎng)前期菌絲產(chǎn)生更多分支，加速前期菌絲快速生長(zhǎng)，從而有利于培養(yǎng)后期的菌絲分化。

圖9 3 L 帶擋板與不帶擋板搖瓶中克拉維酸發(fā)酵菌絲形態(tài)（裝液量650 mL，培養(yǎng)120 h）Fig. 9 Clavulanic acid mycelium morphology in 3 L flask with baffle and without baffle (Filling volume 650 mL, cultivation 120 h)

表2 帶檔板和不帶擋板搖瓶中不同裝液量下菌絲形態(tài)對(duì)比（培養(yǎng)120 h）Table 2 Comparison of mycelium morphology under different filling volume in shake flasks with baffle and without baffle (cultivation 120 h)

圖10 示出了帶擋板和不帶擋板搖瓶中裝液量對(duì)克拉維酸發(fā)酵的影響，隨著裝液量的增加，兩種搖瓶表現(xiàn)出明顯相反的克拉維酸合成量變化趨勢(shì)。隨著裝液量的增加，無(wú)擋板搖瓶中克拉維酸合成量呈下降趨勢(shì)；而帶擋板搖瓶正好相反，克拉維酸合成量隨裝液量增加而增加，當(dāng)裝液量為650 mL 時(shí)，克拉維酸合成量達(dá)到最高值，當(dāng)裝液量繼續(xù)增大克拉維酸合成量不增反降。由前面流場(chǎng)分析可知，發(fā)酵液中氣液傳質(zhì)能力的差異主要是由兩種規(guī)格搖瓶中氣液傳質(zhì)能力差異引起的。2.3 節(jié)不同裝液量下帶擋板搖瓶中的模擬結(jié)果也表明，帶擋板搖瓶中平均kLa隨著裝液量增加而增加，當(dāng)裝液量大于650 mL時(shí)平均kLa不再增加，因而克拉維酸合成量不再增加。

圖10 帶檔板與不帶擋板搖瓶中裝液量對(duì)克拉維酸發(fā)酵的影響Fig. 10 Effect of filling volume in shaking flask with baffle and without baffle on clavulanic acid fermentation

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種用于模擬搖瓶在搖床上運(yùn)動(dòng)的計(jì)算流體力學(xué)模型，采用周期性旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)加速度來(lái)模擬搖瓶運(yùn)動(dòng)對(duì)其內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，從而真實(shí)地模擬了流體旋轉(zhuǎn)形成的氣液交界的自由表面。

利用搖瓶氣液兩相流的模型，分別在不同搖床轉(zhuǎn)速、裝液體積情況下，對(duì)搖瓶?jī)?nèi)形成的流場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)模擬研究，分別考察了以上因素對(duì)氣液交界面面積大小、比表面積大小、液膜傳質(zhì)系數(shù)、剪切力大小、以及平均氣液傳質(zhì)能力的影響。結(jié)果表明：裝液量不變情況下，平均體積氣液傳質(zhì)系數(shù)隨著轉(zhuǎn)速增加而增大，且加裝擋板對(duì)傳質(zhì)能力提升明顯；形成的剪切力也隨著轉(zhuǎn)速增加而增加，且?guī)醢鍝u瓶的剪切力明顯大于不帶擋板搖瓶的剪切力，這也解釋了帶檔板搖瓶對(duì)克拉維酸種子培養(yǎng)和發(fā)酵具有促進(jìn)作用的原因；進(jìn)一步考察裝液量對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明轉(zhuǎn)速大小對(duì)剪切力的影響遠(yuǎn)大于裝液量的作用，不同裝液量下幾乎得到相同的剪切力，但是特定轉(zhuǎn)速下存在與之相統(tǒng)一的最優(yōu)的裝液量。

帶檔板搖瓶中形成的相對(duì)高的剪切力及相對(duì)充足的供氧條件為克拉維酸發(fā)酵提供了更好的流場(chǎng)條件，即供給足量的氧氣分子參與克拉維酸分子的生物合成，同時(shí)也提供了有利于菌絲分支數(shù)提高的剪切環(huán)境。本文從流場(chǎng)研究的角度揭示了流場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)于發(fā)酵過程的重要影響，從而提供了一種用于優(yōu)化搖瓶培養(yǎng)條件的數(shù)值模擬方法，該方法可推廣到其他發(fā)酵產(chǎn)品。