《发酵工艺控制修改》PPT课件

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1、第4章发酵工艺控制生化生产工艺学TechnologyofBiochemicalsproduction第一节温度对发酵的影响及其控制一、发酵热------发酵过程中释放出的净热量。[J/m3·h]或------单位体积的发酵液在单位时间内释放出来的净热量。Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q显–Q辐射1、生物热（Q生物）◇产生菌在生长繁殖过程中本身会产生大量的热，此为生物热。◇这种热的主要来源是培养基中的碳水化合物、脂肪和蛋白质等的分解。◇释放出的能量部分用来合成高能化合物(ATP),部分用来合成产物，其余的则以热的形式散发出来

2、影响生物热的因素：菌株特性培养基成分和浓度发酵时期◇菌株对营养物质利用的速率越大，培养基成分越丰富，生物热也就越大。◇发酵旺盛期的生物热大于其它时间的生物热（四环素20-50小时；苏云金杆菌10-18小时）2、搅拌热（Q搅拌）搅拌带动发酵液作机械运动，造成液体之间、液体和设备之间的摩擦，产生数量可观的热。搅拌热与搅拌轴功率有关，可用下式计算：Q=P×860×4186.8(J/h)P---搅拌轴功率，kW860×4186.8---机械能转变为热能的热功当量，J/kW.h影响因素：搅拌器的类型及搅拌速度3、蒸发热（Q蒸发)空气进

3、入发酵罐后，就和发酵液广泛接触进行热交换，同时必然会引起水分的蒸发，蒸发所需的热量即为蒸发热。4、显热（Q显）排出气体所带的热5、辐射热（Q辐射）◇因罐内外的温度不同，发酵液中有部分热通过罐体向外辐射。◇辐射热的大小决定于罐内外的温差1）菌种特性2）培养基（成分及配比）3）发酵阶段4）搅拌类型及搅拌速度5）通气速度（影响Q蒸发和Q显）6）罐内外的温差影响发酵温度的因素：由于Q生物、Q蒸发、Q显在发酵过程中随时间而变化，因此发酵热在整个发酵过程中也随时间变化。为了使发酵在一定温度下进行，必须采取措施加以控制。二、发酵热的测定方

4、法一：通过测定一定时间内冷却水的流量和冷却水的进出口温度，由下式求得这段时间内的发酵热：Q发酵=GC(t2-t1)/V(J/m3·h)G---冷却水流量，kg/hC---水的比热，J/kg·℃t1、t2---进、出口的冷却水温度，℃V----发酵液体积，m3方法二：通过罐温的自动控制，先使罐温达到恒定，再关闭自动控制装置测得温度随时间上升的速率S,按下式可求得发酵热：Q发酵=K·SS---温度随时间上升的速率，℃/hK---总参数，代表系统的热容量，J/L·℃K值可由下式求得：K=(MCp)发酵液+(MCp)容器+(MCp)

5、附件M—以每升发酵液计的发酵液、容器、附件的重量Cp—代表各自的比热一般微生物发酵过程中的最大发酵热约为4.186×(3000～8000)kJ/m3·h三、温度与发酵的关系1、温度对微生物生长的影响◇嗜冷菌在温度低于20℃下生长速率最大嗜中温菌在30-35℃左右生长速率最大嗜热菌在50℃以上生长速率最大◇曲线形状相似；当温度增加10℃，生长速率大致增长一倍。◇当温度超过最适生长温度，生长速率随温度增加而迅速下降微生物产物的生成与微生物的生长一样受温度的影响，但适于生长和适于产物合成的温度不一定相同；必须分别考察，在考虑培养温

6、度时需要采用折中的办法。温度也会影响微生物培养的其它重要方面，如细胞得率系数等。当温度超过一定数值，细胞得率降低。主要原因是生命活动维持方面的需求增加2、温度对发酵的影响●温度对发酵的影响是各种因素综合表现的结果从酶动力学来看，温度升高，反应速率加大，代谢加快，生产期提前；但因酶本身很易因热而失去活性，温度越高，酶的失活也越快，表现在菌体易于衰老，发酵周期缩短，影响产物的最终产量。1）温度影响产物合成的速率及产量●温度除了直接影响发酵过程中各种反应速率外，还通过改变发酵液的物理性质，间接影响菌的生物合成。2）温度可能会影响终

7、产物的质量例如：苏云金杆菌的发酵，一般在30-31℃进行，这样形成的晶体毒力强。若发酵温度提高到37℃以上，虽然菌体生长繁殖较快，最终含菌数也较高，但生物毒力较低，直接影响产品的质量。3）温度还可能影响生物合成的方向例如：四环素发酵中金色链霉菌同时能产生金霉素。在低于30℃下，该菌合成金霉素能力较强；温度提高，合成四环素的比例提高；在温度达到35℃时，则只产生四环素，金霉素的合成停止四、最适温度的选择◇最适温度是指在该温度下最适于菌的生长或产物的形成。◇在发酵的整个周期内仅选一个温度不一定好。因为最适合菌生长的温度不一定适合

8、产物的合成。例如：青霉素产生菌的最适生长温度是30℃，而最适于青霉素合成的温度是20℃。发酵过程中，在生长初期抗生素还未开始合成，菌丝还未长浓，这时的温度应适于微生物的生长；到抗生素分泌期，菌丝已长到一定浓度，积累抗生素是重点考虑，此时应满足生物合成的最适温度。温度的选择还要参考其它发酵条