發(fā)酵工藝控制溫度對發(fā)酵的影響及控制

發(fā)酵工藝控制——溫度對發(fā)酵的影響及控制微生物發(fā)酵生產(chǎn)的水平最基本的是取決于生產(chǎn)菌種的性能，但有了優(yōu)良的菌種還需要有最佳的環(huán)境條件即發(fā)酵工藝加以配合，才能使其生產(chǎn)能力充分。因此必須研究生產(chǎn)菌種的最佳發(fā)酵工藝條件，如營養(yǎng)要求、培養(yǎng)溫度、對氧的需求等，據(jù)此設計合理的發(fā)酵工藝，使生產(chǎn)菌種處于最佳成長條件下，才能取得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的效果。溫度對發(fā)酵的影響及控制與溫度變化有關的。溫度對發(fā)酵的影響是多方面且錯綜復雜的，液的物理性質(zhì)和生物合成方向等方面。一、溫度對發(fā)酵的影響（一）、溫度影響微生物細胞生長的動力學來看，溫度升高，反應速度加快，呼吸強度增加，最終導致細胞生長繁殖加快。但隨著溫度的上升，酶失活的速度也越大，使衰老提前，發(fā)酵周期縮短，這對發(fā)酵生產(chǎn)是極為不利的。（二）、溫度影響產(chǎn)物的生成量。（三）、溫度影響生物合成的方向。例如，在四環(huán)類抗生素發(fā)酵中，金色鏈絲菌能同時產(chǎn)生四環(huán)素和金霉30℃35℃金霉素的合成幾乎停止，只產(chǎn)生四環(huán)素。（四）、溫度影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)例如，溫度對氧在發(fā)酵液中的溶解度就有很大響，隨著溫度的升高，氣體在溶液中的溶解度減小，氧的傳25℃時最小。二、影響發(fā)酵溫度變化的因素：發(fā)酵熱就是發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量。Q =Q 發(fā)酵 生物

-Q -Q攪拌 蒸發(fā) 輻射1、生物熱是生產(chǎn)菌在生長繁殖時產(chǎn)生的大量熱量。生物熱主要是培養(yǎng)基中碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等物質(zhì)被分解CONH2

時釋放出的大量能量。主要用于合成高能化合物， 供微生物生命代謝活動及熱能散發(fā)。菌體在生長繁殖過程中，釋放出大量熱量。生物熱的大小與菌種遺傳特性、菌齡有關，還與營養(yǎng)基質(zhì)有關。在相同條件下，培養(yǎng)基成分越豐富，產(chǎn)生的生物熱也就越大。2、攪拌熱通風發(fā)酵都有大功率攪拌，攪拌的機械運動造成液體之間，液體與設備之間的摩擦而產(chǎn)生的熱。Q =3600（P/V）攪拌3600：熱功當量（kJ/（kW.h））（P/V）：通氣條件下單位體積發(fā)酵液所消耗的功率（kW/m3）3、蒸發(fā)熱廣泛接觸進行熱交換。同時必然會引起水分的蒸發(fā)；蒸發(fā)所需的熱量即為蒸發(fā)熱。蒸發(fā)熱的計算：Q =G（I-I），G：空氣流量，按干重計算，kg/h；蒸發(fā) 2 1I、I：進出發(fā)酵罐的空氣的熱焓量，J/kg（干空氣）1 24、輻射熱由于發(fā)酵罐內(nèi)外溫度差，通過罐體向外輻射的熱量。的5%。輻射熱的大小取決于罐內(nèi)外的溫差，受環(huán)境溫度變化的影響，冬天影響大一些，夏季影響小些。5、顯熱（Q）排出氣體所帶的熱。三、發(fā)酵熱的測定Q=G.C（t-t）/VW 2 1式中 G——冷卻水的流量(kg/h)；C——水的比[kJ／(kg?℃)]；Wtt——分別為冷卻水的進、出口溫度(℃)； V--發(fā)酵液的體(m)。2 1下式計算發(fā)酵熱Q=(MC+Mc).Sll 22M一系統(tǒng)中發(fā)酵液的質(zhì)量(kg)；Ml 2

一發(fā)酵罐的質(zhì)量(kg)；C—發(fā)酵液的比熱[kJ／(kg?℃)]；C—發(fā)酵罐材料的比熱[kJ／(kg?℃))；l 2S—溫度上升速率(℃／h)。四、最適溫度的選擇與發(fā)酵溫度的控制（一）溫度的選擇最適溫度是一種相對概念，是指在該溫度下最適于菌的生長或發(fā)酵產(chǎn)物的生成。選擇最適溫度應該考慮微生物生長的最適溫度和產(chǎn)物合成的最適溫度。最適發(fā)酵溫度與菌種，培養(yǎng)基成分，培養(yǎng)條件和菌體生長階段有關。在抗生素發(fā)酵中，細胞生長和代謝產(chǎn)物積累的最適溫度往往不同。例如，青霉素產(chǎn)生菌生長的最適溫度為30℃，24．7℃。至于何時應該選擇何種溫度，則要看當時生長與生物合成哪一個是主要方面。在生長初期，抗生素還未開始合成，菌絲體濃度很低時，以促進菌絲體迅速生長繁殖為目的時，應該選擇最適于菌絲體生長的溫度。當菌絲體濃度達到一定程度，到了抗生素分泌期時，此時生物合成成為主要方面，就應該滿足生物合成的最適溫度，這樣才能促進抗生素的大量合成。在乳酸發(fā)酵中30℃酵階段選擇不同的最適溫度。培養(yǎng)基成分和濃度、菌體生長階段和培養(yǎng)條件等。例如，溶解氧濃度是受溫度影響的，其溶解度隨溫度的下降而增加。因此當通氣條件較差時，可以適當降低溫度以增加溶解氧濃度。在較低的溫度下，既可使氧的溶解度相應大一些，又能降低菌體的生長速率，減少氧的消耗量，這樣可以彌補較差的通氣條件造成的代謝異常。最適溫度的選擇還應考慮培養(yǎng)基成分和濃度的不同，在使用濃度較稀或較易利用的培養(yǎng)基時，過高的培養(yǎng)溫度會使營養(yǎng)物質(zhì)過早耗竭，而導致菌體過早自溶，使產(chǎn)物合成提前終止，產(chǎn)量下降。例如，玉米漿比黃豆餅粉更容易利用，因此在紅霉素發(fā)酵中，提高發(fā)酵溫度使用玉米漿培養(yǎng)基的效果就不如黃豆餅粉培養(yǎng)基的好，提高溫度有利于菌體對黃豆餅粉的利用。因此，在各種微生物的培養(yǎng)過程中，各個發(fā)酵階段的最適溫度的選擇是從各方面綜合進行考慮確定的