发酵工程8-2温度对发酵过程的影响与控制.ppt

温度对发酵的影响及其控制
一、温度对生长的影响
不同微生物的生长对温度的要求不同，根据它们对温度的要求大致可分为四类：
嗜冷菌适应于0～260C生长，
嗜温菌适应于15～430C生长，
嗜热菌适应于37～650C生长，
嗜高温菌
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1、生物热Q生物
在发酵过程中，菌体不断利用培养基中的营养物质，将其分解氧化而产生的能量，其中一部分用于合成高能化合物（如ATP）提供细胞合成和代谢产物合成需要的能量，其余一部分以热的形式散发出来，这散发出来的热就叫生物热。
微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多。
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培养过程中生物热的产生具有强烈的时间性。
生物的大小与呼吸作用强弱有关
在培养初期，菌体处于适应期，菌数少，呼吸作用缓慢，产生热量较少。
菌体在对数生长期时，菌体繁殖迅速，呼吸作用激烈，菌体也较多，所以产生的热量多，温度上升快，必须注意控制温度。
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培养后期，菌体已基本上停止繁殖，主要靠菌体内的酶系进行代谢作用，产生热量不多，温度变化不大，且逐渐减弱。
如果培养前期温度上升缓慢，说明菌体代谢缓慢，发酵不正常。如果发酵前期温度上升剧烈，有可能染菌，此外培养基营养越丰富，生物热也越大。
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2、搅拌热Q搅拌
在机械搅拌通气发酵罐中，由于机械搅拌带动发酵液作机械运动，造成液体之间，液体与搅拌器等设备之间的摩擦，产生可观的热量。搅拌热与搅拌轴功率有关，可用下式计算：
Q搅拌＝P×860×（焦耳/小时）
P——搅拌轴功率
——机械能转变为热能的热功当量
电机功率P=
E——额定电压，I——额定电流
cosφ——功率因素，1千瓦时＝860×
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3、蒸发热Q蒸发
通气时，引起发酵液的水分蒸发，水分蒸发所需的热量叫蒸发热。此外，排气也会带走部分热量叫显热Q显热，显热很小，一般可以忽略不计。
4、辐射热Q辐射
发酵罐内温度与环境温度不同，发酵液中有部分热通过罐体向外辐射。辐射热的大小取决于罐温与环境的温差。冬天大一些，夏天小一些，一般不超过发酵热的5％。
Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射
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（二）发酵热的测定
有二种发酵热测定的方法。
一种是用冷却水进出口温度差计算发酵热。在工厂里，可以通过测量冷却水进出口的水温，再从水表上得知每小时冷却水流量来计算发酵热。
Q发酵＝GCm(T出－T进)
Cm——水的比热
G——冷却水流量
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另一种是根据罐温上升速率来计算。先自控，让发酵液达到某一温度，然后停止加热或冷却，使罐温自然上升或下降，根据罐温变化的速率计算出发酵热。
也可以根据化合物的燃烧值估算发酵过程生物热的近似值。
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因为热效应决定于系统的初态和终态，而与变化途径无关，反应的热效应可以用燃烧值来计算，特别是有机化合物，燃烧热可以直接测定。
反应热效应等于反应物的燃烧热总和减去生成物的燃烧热的总和。
ΔH＝∑（△H）反应物－∑（△H）产物
如谷氨酸发酵中主要物质的燃烧热为：
葡萄糖
谷氨酸
玉米浆
菌体 20934KJ/Kg
尿素
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四、最适温度的选择
最适温度的选择应从菌体的生长和产物的合成两方面加以考虑。整个发酵周期内仅选一个最适温度不一定好，因适合菌体生长的温度不一定适合产物的合成。
如谷氨酸生产菌的最适生长温度为30-34℃，产谷氨酸的温度为34-37℃。
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（1）微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要求的温度范围也不同。
如黑曲霉生长温度为370C，
谷氨酸产生菌棒状杆菌的生长温度为30～340C，
青霉菌生长温度为300C。
1、根据菌种及生长阶段选择
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在发酵前期由于菌量少，发酵目的是要尽快达到大量的菌体，取稍高的温度，促使菌的呼吸与代谢，使菌生长迅速；
在中期菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长中期，从而提高产量，因此中期温度要稍低一些，可以推迟衰老。因为在稍低温度下氨基酸合成蛋白质和核酸的正常途径关闭得比较严密有利于产物合成。
发酵后期，产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要，就又提高温度，刺激产物合成到放罐。
（2）根据生长阶段选择
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如四环素生长阶段280C，合成期260C后期再升温；黑曲霉生长370C，产糖化酶32～340C。