温度对发酵的影响及其控制

微生物发酵的生产水平取决于生产菌种的特性和发酵条件的控制。了解发酵工艺条件对过程的影响和掌握反映菌的生理代谢和发酵过程变化的规律，可以帮助人们有效地控制微生物的生长和生产。

常规的发酵条件：

罐温、搅拌转速、搅拌功率、空气流量、罐压、液位、补料、加糖、油或前体，通氨速率以及补水等。

表征过程性质的状态参数：

pH、溶氧（DO）、溶解CO2、氧化还原电位、尾气O2和CO2 含量、基质或产物浓度、代谢中间物或前体浓度、菌浓等。

间接状态参数：

比生长速率、摄氧率、释放速率（CER）、呼吸商（RQ）、基质消耗速率和产物合成速率等。

温度对发酵的影响和及其控制

微生物的生长和产物的合成都是在各种酶催化下进行的，温度是保证酶活性的重要条件，因此在发酵系统中必须保证稳定而合适的温度环境。

1、温度对微生物生长的影响

大多数微生物在20-40℃的温度范围内生长。嗜冷菌在温度低于20℃下生长速率最大，嗜中温菌在30-35℃左右生长，嗜热菌在50℃以上生长。

2、温度对发酵过程的影响

温度对青霉菌生长速率、呼吸强度和青霉素生产速率的影响如上图所示。可以看出，温度对参与生长繁殖、呼吸和青霉素形成的各种酶的影响是不同的。

3、温度对发酵液物理性质的影响

影响氧在发酵液中的溶解度

影响基质的分解速率：如菌体对硫酸盐吸收在25℃时最小

4、温度对生物合成方向的影响

研究发现，温度与微生物的调节机制关系密切。例如，在20℃时，氨基酸末端产物对其合成途径的第一个酶的反馈抑制作用，比在其正常生长温度37℃时更大。

5、影响发酵温度的因素

发酵热指的是发酵过程中释放出来的净热量，以J/(m3·h)为单位表示。

生物热：生产菌在生长繁殖过程中产生的热叫生物热。

营养基质被菌体分解产生大量的热能，部分用于合成高能化合物ATP，供给合成代谢所需要的能量，多余的热量则以热能的形式释放出来，形成生物热。

搅拌热：搅拌器转动引起的液体之间和液体与设备之间的摩擦所产生的热能。 蒸发热：空气进入发酵罐与发酵液广泛接触后，进行热交换，必然引起水分的蒸发，被空气和蒸发水分带走的热量。Q蒸发 =G´（I出-I进）

辐射热：由于罐外壁和大气间的温度差异而使发酵液中的部分热能通过罐体向大气辐射的热量。

发酵热在整个发酵过程中是随时间变化的。所以，为使发酵在一定温度下进行，必须采取措施——在夹套或蛇管内通入冷水加以控制（小型的发酵罐，在冬季和发酵初期，散热量大于产热量则需用热水保温。）

6、最适温度的选择

所谓最适温度是指在该温度下最适于菌的生长或产物的合成。对不同的菌种、不同的培养条件、不同的酶反应以及不同的生长阶段，最适温度有所不同。

•应根据发酵的不同时期，选择不同的培养温度。生长阶段，选最适生长温度，在产物分泌阶段，选最适生产生产温度。即变温控制。

•e.g 青霉素变温发酵：起初5小时，维持在30°C ，以后降到25 °C培养5小时，再降到到20°C培养28小时，最后又提高到25°C ，培养40小时，放罐。青霉素的产量比在25°C恒温发酵条件下提高14.7%。

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