第七章溫度對(duì)發(fā)酵的影響及控制

第七章溫度對(duì)發(fā)酵的影響及控制第一頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日溫度對(duì)發(fā)酵的影響影響發(fā)酵溫度變化的因素溫度的控制本節(jié)內(nèi)容第二頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日1溫度對(duì)發(fā)酵的影響微生物的生長(zhǎng)繁殖及合成代謝產(chǎn)物都需要在合適的溫度下才能進(jìn)行溫度的變化影響各種酶反應(yīng)的速率和蛋白質(zhì)的性質(zhì)溫度對(duì)菌體生長(zhǎng)的酶反應(yīng)和代謝產(chǎn)物合成的酶反應(yīng)的影響往往是不同的溫度能改變菌體合成代謝產(chǎn)物的方向第三頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日溫度變化影響多組分次級(jí)代謝產(chǎn)物的組分比例溫度能影響微生物的代謝調(diào)控機(jī)制溫度的變化影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)第四頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日發(fā)酵液的黏度、基質(zhì)和氧在發(fā)酵液中的溶解度和傳遞速率、某些基質(zhì)的分解吸收速率等，都受溫度變化的影響，進(jìn)而影響發(fā)酵動(dòng)力學(xué)特性和產(chǎn)物的生物合成。第五頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日第六頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日2影響發(fā)酵溫度變化的因素溫度的變化是發(fā)酵過(guò)程熱能產(chǎn)生和散失的綜合效應(yīng)。產(chǎn)熱的因素有生物熱Q生物、攪拌熱Q攪拌散熱的因素有：蒸發(fā)熱Q蒸發(fā)、輻射熱Q輻射、顯熱Q顯熱Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌-Q蒸發(fā)-

Q顯熱-

Q輻射為了使發(fā)酵能在一定溫度下進(jìn)行，要設(shè)法進(jìn)行控制。第七頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日生物熱產(chǎn)生菌在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中產(chǎn)生的熱能生物熱的大小隨菌種和培養(yǎng)基成分的不同而變化生物熱的大小還隨培養(yǎng)時(shí)間的不同而不同。在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期釋放的熱量最大生物熱的大小與菌體的呼吸強(qiáng)度有對(duì)應(yīng)的關(guān)系第八頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日用途：合成高能化合物，供微生物生命代謝活動(dòng)熱能散發(fā)影響生物熱的因素：生物熱隨菌株，培養(yǎng)基，發(fā)酵時(shí)期的不同而不同。生物熱的大小還與菌體的呼吸強(qiáng)度有對(duì)應(yīng)關(guān)系。第九頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)抗生素高產(chǎn)量批號(hào)的生物熱高于低產(chǎn)量批號(hào)的生物熱。說(shuō)明抗生素合成時(shí)微生物的新陳代謝十分旺盛。

1、抗生素相對(duì)活性為12、抗生素相對(duì)活性為0.5發(fā)酵過(guò)程中生物熱的變化第十頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日在四環(huán)素發(fā)酵中，還發(fā)現(xiàn)生物熱和菌的呼吸強(qiáng)度的變化有對(duì)應(yīng)關(guān)系，特別是在80小時(shí)以前。從此實(shí)驗(yàn)中還可看到，當(dāng)產(chǎn)生的生物熱達(dá)到高峰時(shí)，糖的利用速度也最大。另外也有人提出，可從菌體的耗氧率來(lái)衡量生物熱的大小。

四環(huán)素生物合成過(guò)程中系列參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程1：效價(jià)；2：呼吸強(qiáng)度；3：生物熱；4：糖濃度第十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日攪拌熱攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)引起的液體之間和液體與設(shè)備之間的磨擦所產(chǎn)生的熱量Q攪拌=（P/V）?3600近似計(jì)算

3600：熱功當(dāng)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）第十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日蒸發(fā)熱空氣進(jìn)入發(fā)酵罐與發(fā)酵液廣泛接觸后，引起水分蒸發(fā)所需的熱能，即為蒸發(fā)熱。蒸發(fā)熱的計(jì)算：

Q蒸發(fā)=G（I2-I1）

G：空氣流量，按干重計(jì)算，kg/hI1

、I2

：進(jìn)出發(fā)酵罐的空氣的熱焓量，J/kg（干空氣）第十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日Q顯水的蒸汽熱和廢氣因溫度差異排放時(shí)所帶走的熱量第十四頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日輻射熱由于罐外壁和大氣間的溫度差異而使發(fā)酵液中的部分熱量能通過(guò)罐體向大氣輻射，此部分熱量即為輻射熱取決于管內(nèi)溫度與外界氣溫的差值，差值越大，散熱越多。輻射熱可通過(guò)罐內(nèi)外的溫差求得，一般不超過(guò)發(fā)酵熱的5%。第十五頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日發(fā)酵熱發(fā)酵熱：Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌-Q蒸發(fā)-Q顯-Q輻射由于Q生物、Q蒸發(fā)、Q顯熱，在發(fā)酵過(guò)程中是隨時(shí)間變化的，因此發(fā)酵熱在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中也隨時(shí)間變化，引起發(fā)酵溫度的波動(dòng)。第十六頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日3溫度的控制最適溫度的選擇溫度的控制第十七頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日溫度變化的一般規(guī)律與控制的一般原則接種后發(fā)酵溫度有下降趨勢(shì)，此時(shí)可適當(dāng)升高溫度，以利于孢子萌發(fā)和菌體的生長(zhǎng)繁殖；待發(fā)酵液溫度開始上升后，應(yīng)保持在菌體的最適生長(zhǎng)溫度；到主發(fā)酵旺盛階段，溫度應(yīng)控制在比最適生長(zhǎng)溫度低些，即代謝產(chǎn)物合成的最適溫度；到發(fā)酵后期，溫度下降，此時(shí)適當(dāng)升溫可提高產(chǎn)量。選擇是相對(duì)的，要考慮培養(yǎng)基成分、濃度；溶氧（溫升氧降）；生長(zhǎng)階段；培養(yǎng)條件等。第十八頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日最適溫度的選擇最適發(fā)酵溫度是指既適合菌體的生長(zhǎng)又適合代謝產(chǎn)物合成的溫度菌體生長(zhǎng)的最適溫度和產(chǎn)物合成的最適溫度往往是不一致的最適發(fā)酵溫度隨菌種、培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)條件、菌體生長(zhǎng)階段而改變發(fā)酵溫度的確定，從理論上講整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中不應(yīng)只選一個(gè)培養(yǎng)溫度第十九頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日最適生長(zhǎng)溫度與最適生產(chǎn)溫度往往是不一致的，可采用變溫發(fā)酵。第二十頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日最適溫度分最適生長(zhǎng)溫度和最適產(chǎn)物合成溫度，兩者往往不同，各階段可用不同溫度。如：青霉素分別為：30℃和24.7℃。青霉素發(fā)酵的溫度控制0-5h：30°C6-35h：25°C36-85h：20°C86-125h：25°C05358512530252025第二十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日在生長(zhǎng)階段，應(yīng)選擇最適生長(zhǎng)溫度；在產(chǎn)物分泌階段，應(yīng)選擇最適生產(chǎn)溫度。發(fā)酵溫度可根據(jù)不同菌種、不同產(chǎn)品進(jìn)行選擇。總結(jié)第二十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日溫度的控制工業(yè)生產(chǎn)中，因發(fā)酵中釋放了大量的發(fā)酵熱，需要冷卻的情況較多利用自動(dòng)控制或手動(dòng)調(diào)整的閥門，將冷卻水通入發(fā)酵罐的夾層或蛇行管中，通過(guò)熱交換來(lái)降溫，保持恒溫發(fā)酵。第二十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日