《发酵过程控制》PPT课件

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1、第七章发酵过程控制(三)温度对发酵的影响及其控制1.影响发酵温度的因素2.温度对微生物生长的影响3.温度对基质消耗的影响4.温度对产物合成的影响5.最适温度的选择与控制(1)发酵热发酵过程中所产生的热量，叫做发酵热。Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射(2)生物热来源：微生物对营养物质的分解所释放的能量影响因素：菌株培养基成分发酵时期生物热与其它参数的关系①呼吸强度QO2②糖利用速率当产生的生物热达到高峰时，菌的呼吸强度最大，糖的利用速率也最大，可用耗氧量、糖耗来衡量生物热。2.温度对微生物生长的影响当μ>>α时，α可忽略，微生物处于生长状态。μ、α皆与T有关，其关系均可用阿累

2、尼乌斯公式描述：∵Eμ＜Eα∴死亡速率比生长速率对温度变化更为敏感嗜冷、嗜中温、嗜热菌的典型生长与温度关系2.温度对微生物生长的影响(续)在其最适温度范围内，生长速率随温度升高而增加，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。不同生长阶段的微生物对温度的反应不同处于延迟期的细菌对温度的影响十分敏感。对于对数生长期的细菌，如果在略低于最适温度的条件下培养，即使在发酵过程中升温，则升温的破坏作用较弱。处于生长后期的细菌，其生长速度一般主要取决于溶解氧，而不是温度。4.温度对产物合成的影响影响发酵过程中各种反应速率，从而影响微生物的生长代谢与产物生成。e.g.青霉菌发酵生产

3、青霉素青霉菌生长活化能E1=34kJ/mol青霉素合成活化能E2=112kJ/mol∴青霉素合成速率对温度较敏感改变发酵液的物理性质，间接影响菌的生物合成。影响生物合成方向。e.g.四环素发酵中金色链霉菌：T<30℃，产生金霉素；T达35℃，产生四环素；谷氨酸发酵中扩展短杆菌：30℃培养后37℃发酵，积累过量乳酸。温度对菌的调节机制关系密切。4.温度对产物合成的影响4.温度对产物合成的影响影响酶系组成及酶的特性。米曲霉制曲：温度控制在低限，有利于蛋白酶合成凝结芽孢杆菌的α-淀粉酶热稳定性：55℃培养→90℃保持60min，剩留活性为88%~99%；35℃培养→经相同条件处理，剩余

4、活性仅有6%~10%。5.最适温度的选择与控制定义：最适温度是指在该温度下最适于菌的生长或产物的生成，它是一种相对概念，是在一定条件下测得的结果。二阶段发酵e.g.青霉素发酵：菌体生长期,30℃青霉素合成分泌期,20℃最适温度的选择还要参考其它发酵条件灵活掌握通气条件较差情况下，最适发酵温度可能比正常良好通气条件下低一些。培养基成分和浓度的影响5.最适温度的选择与控制变温培养：在抗生素发酵过程中采用变温培养比用恒温培养所获得的产物有较大幅度的提高。e.g.四环素发酵：0~30h稍高温度→30~150h稍低温度→150h后升温发酵青霉素发酵：30℃,5h→25℃,35h→20℃,8

5、5h→25℃,40h；产量提高14.7％5.最适温度的选择与控制（四）pH对发酵的影响及其控制1.发酵对pH的影响2.pH值对发酵过程的影响3.最适pH的选择4.发酵过程中pH的调节与控制1）发酵液中pH变化的基本原理微生物代谢对pH影响主要在两种情况下发生：①酸性或碱性代谢产物的生成或释放；②菌体对培养基中生理酸性或碱性物质的利用。引起发酵液中pH下降的因素（1）C/N过高，或中间补糖过多，溶氧不足，致使有机酸积累，pH下降；（2）消泡剂加得过多：脂肪酸增加；（3）生理酸性盐的利用；（4）酸性产物形成：如有机酸发酵。1）发酵液中pH变化的基本原理（续）引起发酵液中pH上升的因素

6、（1）C/N过低（N源过多），氨基氮（NH4＋）释放；（2）中间补料中氨水或尿素等碱性物质加入过多；（3）生理碱性盐的利用；（4）碱性产物形成。2）发酵过程中pH的变化规律生长阶段：pH相对于起始pH有上升或下降的趋势生产阶段：pH趋于稳定，维持在最适于产物合成的范围自溶阶段：pH又上升pH对生长的影响机制对E合成的影响对E活性的影响对ATP生产率影响：影响菌体细胞膜电荷状况，引起膜的渗透性的变化，因而影响菌体对营养物质的吸收和代谢产物的分泌。影响培养基某些重要营养物质和中间代谢产物的离解，从而影响微生物对这些物质的利用（1）pH对微生物生长的影响（2）pH对产物合成的影响产物合

7、成阶段的最适pH值和微生物生长阶段的最适pH往往不一定相同，这不仅与菌种特性有关，还取决于产物的化学特性。e.g.丙酮丁醇菌：生长pH为5.5～7.0；合成pH为4.3～5.3青霉素产生菌：生长pH为6.5～7.2，合成pH为6.2～6.8链霉素产生菌：生长pH为6.3～6.9，合成pH为6.7～7.3pH影响代谢方向：pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。e.g.黑曲霉发酵：pH2~3,柠檬酸；pH接近中性，草酸酵母菌发酵：pH4.5~5.0，酒精