第四章 发酵过程控值钠温度2.pptVIP

第四章 发酵过程控制 第二节 温度变化及其控制 ;第二节 温度变化及其控制 ;每种微生物对温度的要求可用最适温度、最高温度、最低温度来表征。在最适温度下，微生物生长迅速；超过最高温度微生物即受到抑制或死亡；在最低温度范围内微生物尚能生长，但生长速度非常缓慢，世代时间无限延长。在最低和最高温度之间，微生物的生长速率随温度升高而增加，超过最适温度后，随温度升高，生长速率下降，最后停止生长，引起死亡。 ;微生物受高温的伤害比低温的伤害大，即超过最高温度，微生物很快死亡；低于最低温度，微生物代谢受到很大抑制，并不马上死亡。这就是菌种保藏的原理。;;什么是液晶状态？ 液晶状态是指某些有机物在发生固相到液相转变时的过渡状态称为液晶态。 由固态转变为液晶态的温度称为熔点，以T1表示； 由液晶态转变为液态的温度称为清亮点，以T2表示。 T1与T2之间的温度称为液晶温度范围。 那么为什么不同微生物对温度的要求不同呢？根据细胞膜脂质成分分析表明，不同最适温度生长的微生物，其膜内磷脂组成有很大区别。嗜热菌只含饱和脂肪酸，而嗜冷菌含有较高的不饱和脂肪酸。;2、蛋白质结构; 嗜冷菌具有在0℃合成蛋白质的能力。这是由于其核糖体、酶类以及细胞中的可溶性因子等对低温的适应，蛋白质翻译的错误率最低。;4、合成冷休克蛋白 低温微生物适应低温的另一机制是合成冷休克蛋白 将大肠杆菌从370C突然转移到100C条件时细胞中会诱导合成一组冷休克蛋白，它们对低温的生理适应过程中发挥着重要作用，检测嗜冷酵母的冷休克反应，发现冷刺激后冷休克蛋白在很短时间内大量产生。 耐冷菌由于生活在温度波动的环境中，它们必须忍受温度的快速降低，这与它们产生的冷休克蛋白是密切相关的。;二、温度的影响与控制;K与温度有关 E越大温度变化对K的影响越大 一方面温度提高酶反应加快，另一方面温度提高酶失活速度也加快。;发酵工程控制;2、温度影响发酵方向;（二）最适温度的选择;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； ???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。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。但也有的菌种产物形成比生长温度高。如谷氨酸产生菌生长30～320C，产酸34～370C。最适温度选择要根据菌种与发酵阶段做试验。;根据计算机对发酵温度最佳点的计算，得到青霉素发酵的最适温度是起初5h维持在30℃，随后降到25℃培养35h，再降到20C培养85h，最后回升到25℃培养40h放罐。采用这种变温培养在该试验条件下比25‘C恒温培养所得青霉素产量高14.7％。;2、根据培养条件选择;3、根据菌生长情况 菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长慢，维持较高温度时间可长些。培养条件适宜，如营养丰富，通气能满足，那么前期温度可髙些，以利于菌的生长。 总的来说，温度的选择根据菌种生长阶段及培养条件综合考虑。要通过反复实践来定出最适温度。;三、发酵过程引起温度变化的因素;Q发酵为： Q发酵＝Q生物十Q搅拌—Q蒸发—Q辐射 (12—1) 由于Q生物及Q蒸发在发酵过程中是随时间变化的，因此发酵热在整个发酵过程中，也是随时间变化的。为了要使发酵维持在适当的温度下进行，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)。;1、生物热Q生物;生物热与发酵类型有关; 培养过程中生物热的产生具有强烈的时间性。 生物热的大小与呼吸作用强弱有关 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。 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。 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。;2、搅拌热Q搅拌;3、蒸发热Q蒸发 ;（二）发酵热的测定;(2) 通过罐温度的自动控制，先使罐温达到恒定，再关闭自控装置，测量温度随时间上升的速率，按下式求出发酵热： Q发酵＝(Ml C 1十M2C2）S 式中： Ml——发酵液的重量，(kg)； M2——发酵罐的重量，(kg)