溫度對發(fā)酵的影響及其控制

溫度對發(fā)酵的影響及其控制第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六制作團隊制作總監(jiān)沈俊秀主講人祁娟

技術(shù)顧問周戴內(nèi)容編輯：李程張正濤葉強第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六研究內(nèi)容1、影響發(fā)酵溫度的因素2、溫度對微生物發(fā)酵的影響3、最適溫度的選擇與控制第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六（一）影響發(fā)酵溫度的因素發(fā)酵熱Q發(fā)酵生物熱Q生物攪拌熱Q攪拌蒸發(fā)熱Q蒸發(fā)輻射熱Q輻射第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六（一）影響發(fā)酵溫度的因素發(fā)酵熱是引起發(fā)酵過程溫變化的原因。所謂發(fā)酵熱就是發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量。在發(fā)酵過程中產(chǎn)生菌分解基質(zhì)產(chǎn)生熱量，機械攪拌產(chǎn)生熱量，而罐壁散熱、水分蒸發(fā)、空氣排氣帶走熱量。發(fā)酵熱Q發(fā)酵第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六

在發(fā)酵過程中，菌體不斷利用培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)，將其分解氧化而產(chǎn)生的能量，其中一部分用于合成高能化合物（如ATP）提供細胞合成和代謝產(chǎn)物合成需要的能量，其余一部分以熱的形式散發(fā)出來，這散發(fā)出來的熱就叫生物熱。微生物進行有氧呼吸產(chǎn)生的熱比厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱多。生物熱Q生物（一）影響發(fā)酵溫度的因素第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六

培養(yǎng)過程中生物熱的產(chǎn)生具有強烈的時間性。生物的大小與呼吸作用強弱有關(guān)在培養(yǎng)初期，菌體處于適應期，菌數(shù)少，呼吸作用緩慢，產(chǎn)生熱量較少。菌體在對數(shù)生長期時，菌體繁殖迅速，呼吸作用激烈，菌體也較多，所以產(chǎn)生的熱量多，溫度上升快，必須注意控制溫度。

（一）影響發(fā)酵溫度的因素第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六培養(yǎng)后期，菌體已基本上停止繁殖，主要靠菌體內(nèi)的酶系進行代謝作用，產(chǎn)生熱量不多，溫度變化不大，且逐漸減弱。如果培養(yǎng)前期溫度上升緩慢，說明菌體代謝緩慢，發(fā)酵不正常。如果發(fā)酵前期溫度上升劇烈，有可能染菌，此外培養(yǎng)基營養(yǎng)越豐富，生物熱也越大。（一）影響發(fā)酵溫度的因素第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六

在機械攪拌通氣發(fā)酵罐中，由于機械攪拌帶動發(fā)酵液作機械運動，造成液體之間，液體與攪拌器等設(shè)備之間的摩擦，產(chǎn)生可觀的熱量。攪拌熱與攪拌軸功率有關(guān)，可用下式計算：

Q攪拌＝P×860×4186.8（焦耳/小時）

P——攪拌軸功率

4186.8——機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿臒峁Ξ斄?/p>

電機功率P=

E——額定電壓，I——額定電流

cosφ——功率因素，1千瓦時＝860×4186.8焦耳第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六

通氣時，引起發(fā)酵液的水分蒸發(fā)，水分蒸發(fā)所需的熱量叫蒸發(fā)熱。此外，排氣也會帶走部分熱量叫顯熱Q顯熱，顯熱很小，一般可以忽略不計。蒸發(fā)熱Q蒸發(fā)（一）影響發(fā)酵溫度的因素第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六發(fā)酵罐內(nèi)溫度與環(huán)境溫度不同，發(fā)酵液中有部分熱通過罐體向外輻射。輻射熱的大小取決于罐溫與環(huán)境的溫差。冬天大一些，夏天小一些，一般不超過發(fā)酵熱的5％。Q發(fā)酵＝Q生物＋Q攪拌－Q蒸發(fā)－Q輻射

輻射熱Q輻射（一）影響發(fā)酵溫度的因素第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六

（二）溫度對微生物發(fā)酵的影響1、溫度對微生物細胞生長的影響；一方面，最適溫度范圍內(nèi)，生長速率隨溫度的上升而增加，一般每升高10℃，生長速率大致增長一倍。當溫度超過最適生長溫度時，生長速率隨溫度增加而迅速下降。另一方面，不同生長階段的微生物對溫度的反應不同。第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六2、溫度對產(chǎn)物形成的影響；從酶反應動力學來看，發(fā)酵溫度升高，酶反應速率增大，生長代謝速度加快，但酶本身容易過熱而失活，表現(xiàn)在菌體容易衰老，發(fā)酵周期縮短，影響最終的產(chǎn)量。（二）溫度對微生物發(fā)酵的影響第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六3、溫度影響產(chǎn)物合成的方向。例如，四環(huán)素發(fā)酵中所用的金色鏈霉菌，其發(fā)酵過程中能同時產(chǎn)生金霉素，在溫度低于30℃時，合成金霉素的能力較強；合成四環(huán)霉素的能力隨溫度的升高而增大，當達到35℃時，只產(chǎn)生四環(huán)霉素，金霉素的合成幾乎停止。

（二）溫度對微生物發(fā)酵的影響第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六（三）最適溫度的選擇各種微生物按照其生長速度的適宜溫度可分為最低溫度、最適溫度和最高溫度。最高溫度最低溫度最適溫度第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六（三）最適溫度的選擇

最適溫度的選擇應從菌體的生長和產(chǎn)物的合成兩方面加以考慮。整個發(fā)酵周期內(nèi)僅選一個最適溫度不一定好，因適合菌體生長的溫度不一定適合產(chǎn)物的合成。第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六（三）最適溫度的選擇

1、根據(jù)菌種及生長階段選擇2、根據(jù)培養(yǎng)條件選擇3、根據(jù)菌生長情況第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六1、根據(jù)菌種及生長階段選擇

（1）微生物種類不同，所具有的酶系及其性質(zhì)不同，所要求的溫度范圍也不同。如黑曲霉生長溫度為370C，谷氨酸產(chǎn)生菌棒狀桿菌的生長溫度為30～340C，青霉菌生長溫度為300C。第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六（2）根據(jù)生長階段選擇在發(fā)酵前期由于菌量少，發(fā)酵目的是要盡快達到大量的菌體，取稍高的溫度，促使菌的呼吸與代謝，使菌生長迅速；在中期菌量已達到合成產(chǎn)物的最適量，發(fā)酵需要延長中期，從而提高產(chǎn)量，因此中期溫度要稍低一些，可以推遲衰老。因為在稍低溫度下氨基酸合成蛋白質(zhì)和核酸的正常途徑關(guān)閉得比較嚴密有利于產(chǎn)物合成。發(fā)酵后期，產(chǎn)物合成能力降低，延長發(fā)酵周期沒有必要，就又提高溫度，刺激產(chǎn)物合成到放罐。（三）最適溫度的選擇第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六如四環(huán)素生長階段280C，合成期260C后期再升溫；黑曲霉生長370C，產(chǎn)糖化酶32～340C。但也有的菌種產(chǎn)物形成比生長溫度高。如谷氨酸產(chǎn)生菌生長30～340C，產(chǎn)酸34～370C。最適溫度選擇要根據(jù)菌種與發(fā)酵階段做試驗。（三）最適溫度的選擇第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六

2、根據(jù)培養(yǎng)條件選擇溫度選擇還要根據(jù)培養(yǎng)條件綜合考慮，靈活選擇。通氣條件差時可適當降低溫度，使菌呼吸速率降低些，溶氧濃度也可髙些。培養(yǎng)基稀薄時，溫度也該低些。因為溫度高營養(yǎng)利用快，會使菌過早自溶。（三）最適溫度的選擇第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六菌生長快，維持在較高溫度時間要短些；菌生長慢，維持較高溫度時間可長些。培養(yǎng)條件適宜，如營養(yǎng)豐富，通氣能滿足，那么前期溫度可髙些，以利于菌的生長。（三）最適溫度的選擇第22頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六（三）最適溫度的選擇

在四環(huán)素的發(fā)酵過程中，采用變溫控制，在中后期保持一個較低的溫度以延長抗生素分泌期，放罐前24小時提高2-3℃，這能使最后24小時抗生素產(chǎn)量提高50%。

青霉素發(fā)酵，最初5小時維持30℃，6-35小時為35℃，36-85小時為20℃，最后40小時再升到25℃這樣比恒溫培養(yǎng)可提高14.7%的產(chǎn)量第23頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六溫度對發(fā)酵的影響及其控制

溫度直接影響酶的反應，從而影響生物體的生命活動。同一菌種的