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7发酵过程工艺控制2.ppt

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7发酵过程工艺控制2.ppt
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第三节 温度变化及其控制,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,嗜高温菌适应于650C以上生长,,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。,二、温度对发酵的影响,温度通过影响微生物的酶反应速度、发酵液中溶解氧而影响发酵;温度还能影响酶系组成及酶的特性、以及生物合成方向。发酵温度对凝结芽孢杆菌α-淀粉酶热稳定性的影响,温度影响发酵方向,四环素产生菌金色链霉菌同时产生金霉素和四环素,当温度低于300C时,这种菌合成金霉素能力较强;温度提高,合成四环素的比例也提高,温度达到350C时,金霉素的合成几乎停止,只产生四环素。温度还影响基质溶解度,氧在发酵液中的溶解度也影响菌对某些基质的分解吸收。因此对发酵过程中的温度要严格控制。,三、最适温度的选择,为了使微生物的生长速度最快和代谢产物的产率最高,在发酵过程中必须根据菌种的特性,选择和控制最合适的温度。在实际发酵过程中往往不能在整个发酵周期内仅选一个最适合培养温度。,1、根据菌种及生长阶段选择,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30~320C, 青霉菌生长温度为300C。,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。 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。,根据生长阶段选择,2、根据培养条件选择,温度选择还要根据培养条件综合考虑,灵活选择。 通气条件差时可适当降低温度,使菌呼吸速率降低些,溶氧浓度也可髙些。 培养基稀薄时,温度也该低些。因为温度高营养利用快,会使菌过早自溶。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。,四、发酵过程引起温度变化的因素,(一)发酵热Q发酵,发酵热是引起发酵过程温度变化的原因。 所谓发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。什么叫净热量呢?在发酵过程中产生菌分解基质产生热量,机械搅拌产生热量,而罐壁散热、水分蒸发、空气排气带走热量。这各种产生的热量和各种散失的热量的代数和就叫做净热量。发酵热引起发酵液的温度上升。发酵热大,温度上升快,发酵热小,温度上升慢。 现在来分析发酵热产生和散失的各因素。,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。,生物热与发酵类型有关,微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多 一摩尔葡萄糖彻底氧化成CO2和水 好氧:产生287.2千焦耳热量,183千焦耳转变为高能化合物104.2千焦以热的形式释放 厌氧:产生22.6千焦耳热量,9.6千焦耳转变为高能化合物13千焦以热的形式释放 二个例子中转化为高能化合物分别为63.7%和42.6%,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。 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,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,
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