发酵工艺控制温度对发酵的影响及控制

1、发酵过程控制温度对发酵和控制的影响微生物的发酵生产水平首先取决于生产菌株的性能，但如果有优秀菌株，就要配合最佳环境条件发酵过程，以便充分发挥其生产能力。因此，为了生产营养要求、培养温度、氧气要求等菌株，研究最佳发酵工艺条件，据此设计合理的发酵工艺，使生产菌株处于最佳生长条件，才能达到高质量的高产效果。温度对发酵的影响及控制温度对发酵的影响及其调控是影响有机体生长和繁殖的最重要因素之一。因为某些生物化学的酶反应与温度变化有关。温度对发酵作用的影响是多方面的、复杂的，主要表现在细胞生长、产物合成、发酵液的物理性质及生物合成方向等方面。一、温度对发酵的影响(a)温度影响微生物细胞的生长随着温度的增加

2、，细胞的生长和繁殖加快。这是因为生长代谢和繁殖参与了酶。根据酶反应的动力学，温度升高，反应速度加快，呼吸强度增加，最终细胞的生长和繁殖速度加快。但是温度升高，酶的停用速度也会增大，老化提前，发酵周期缩短，对发酵生产非常不利。(b)温度影响产品的生成。(c)温度影响生物合成方向。例如，在四环素抗生素发酵中，金链长丝可以同时生产四环素和庆大霉素，在30 时，合成金霉素的能力更强。随着温度的增加，四环素的合成比例增加。温度超过35 ，氯丁霉素的合成几乎停止，只发生四环素。(d)，温度影响发酵液的物理性质。温度不仅会影响发酵过程中的各种反应速度，还会改变发酵液的物理特性，间接影响微生物的生物合成。例如

3、，发酵液中温度对氧的溶解度很大，温度越高，溶液中气体的溶解度就减少，氧气的输送速度也发生了变化。另外，温度还影响矩阵的分解率。例如，细菌在25 吸收的硫酸盐最少。二、影响发酵温度变化的因素：发酵热是发酵过程中释放的净热。Q发酵=Q生物Q搅拌-Q蒸发-Q辐射1、生物热生产细菌是生长和繁殖产生的大量热量。生热主要是培养基中碳水化合物、脂肪、蛋白质等物质分解成CO2、NH3时释放的大量能量。主要用于微生物生物代谢活动及热释放的高能化合物的合成。真菌在生长和繁殖过程中释放出大量的热量。生物热的大小与菌株的遗传特性、细菌年龄有关，也与营养气质有关。在相同的条件下，培养基成分越丰富，产生的生物热就越多。2

4、、热搅拌通风发酵都是具有大功率搅拌器搅拌的机械运动，由液体间、液体和设备之间的摩擦引起的热量。q混合=3600(P/V)3600:热空气当量(kJ/(kW.h)(P/V):通风条件下单位体积发酵液消耗的电力(kW/m3)3、蒸发热通过发酵罐的空气，其温度和湿度取决于季节和调节条件。空气进入发酵罐后，与发酵液广泛接触，交换。同时会引起水分蒸发。蒸发所需的热量是蒸发热。蒸发热计算：q蒸发=G(I2-I1)，G:气流，干重量计算，kg/h；I1，I2:进出发酵罐的空气焓量，J/kg(干空气)4、辐射热发酵罐内外的温差，通过坦克向外辐射的热量。辐射热可以通过水箱内外的温差来获得，一般不超过发酵热的5%

5、。辐射热的大小取决于坦克内外温差环境温度的变化，冬天影响更大，夏天影响更小。5，显热(显示q)气体排出带来的热量。三、发酵热测定通过测量一定时间的冷却水流动和冷却水流入、出口温度，按如下方法计算发酵热。q生效=G.CW.(t2-t1)/VG冷却剂流量(kg/h)；CW水的比热kj/(kg)；T2 t1分别是冷却剂入口，出口温度(c)。v发酵液的体积(m3)。发酵热通过自动控制发酵罐温度，先达到一定温度，然后关闭自动调节装置，测量温度随时间上升的速度q发酵=(MlCl M2c2)。sMl 1系统的发酵液质量(kg)；M2发酵罐质量(公斤)；Cl-发酵液的比热kj/(kg)；C2-发酵罐材料的比热

6、kj/(kg)；S-温度上升率(c/h)。四、最佳温度选择和发酵温度控制(a)选择温度最佳温度是相对的概念，指在该温度下细菌最适合的生长或发酵产物的生成。最佳温度选择应考虑微生物生长的最佳温度和产品合成的最佳温度。最佳发酵温度与菌株、培养基成分、培养条件和细菌生长阶段有关。在抗生素发酵中，细胞生长和代谢产物积累的最佳温度往往不同。例如，青霉素高产菌株生长的最佳温度为30 ，但生产青霉素的最佳温度为24.7 。什么时候选择什么温度取决于当时生长和生物合成的主要方面。生长初期，抗生素合成尚未开始，菌丝体浓度很低的时候，为了促进菌丝体的快速生长和繁殖，应该选择最适合菌丝体生长的温度。菌丝体浓度达到一

7、定水平的抗生素分泌时期，如果生物合成成为主要方面，就必须满足生物合成的最佳温度，才能促进抗生素的大量合成。乳酸发酵也有这种情况，链球菌乳酸的最佳生长温度为34 ，酸生产的最佳温度不超过30 。因此，不同的发酵阶段要选择不同的最佳温度。最佳发酵温度的选择实际上是相对的，必须根据其他发酵条件合理调整，需要考虑的因素包括菌种、培养基成分和浓度、细菌生长阶段及培养条件等。例如溶解氧浓度受温度的影响，其溶解度随温度的降低而增加。因此，如果通风条件差，可以适当降低温度，提高溶解氧浓度。在较低的温度下，氧气的溶解度会稍大，降低蘑菇的生长速度，减少氧气消耗量，从而减少通风，弥补代谢异常。适宜温度的选择还应考虑培养基成分和浓度的差异。使用浓度稀释或易于利用的培养基时，过度的培养温度会过早消耗营养素，过早自行溶解蘑菇，导致产品的合成提前，从而减少产量。例如，玉米浆比豆饼粉更易于使用，因此红霉素发酵中提高发酵温度，使用玉米粉培养基的效果不如豆饼培养基，提高温度有助于菌体利用豆饼粉。因此，在各种微生物的培养过程中，各发酵阶段的最佳温度选择从很多方面综合考虑。例如，在四环素发酵中使用温度调节功能，中后期保持低温度，延长抗生素分泌期，在放罐前将24h培养到2-3 ，最后24h的发酵单位可以提高50%以上。再举一个例子，青霉素发酵在最初5小时内上升到30，6-35h上升到25 ，36 - 85h