发酵过程控1制PPT课件

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。
二、温度的影响与控制
（一）温度对发酵的影响 1、温度对微生物细胞生长的影响
发酵过程的反应速率实际是酶反应速率，酶反应有 一个最适温度。
从阿累尼乌斯方程式可以看到 dlnKr/dt=E/RT2
积分得
E= 4.6logKr2 / Kr1 1/T1 1/T2
E——活化能
Kr——速率常数
4 .6 log K r 2
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、微生物与温度相关性的原理
1、微生物对温度的要求不同与它们的膜结构物 理化学性质有密切关系
根据细胞膜的液体镶嵌模型，细胞在正常生理条 件下，膜中的脂质成分应保持液晶状态，只有当 细胞膜处于液晶状态，才能维持细胞的正常生理 功能，使细胞处于最佳生长状态
最佳状态，从而最终实现目标值，达到最大的比产物生成速率。要实现最 佳工艺必须对诸如温度、pH、溶解氧浓度、泡沫等进行控制。
发酵工艺控制最优化
明确控制目标
明确影响因素
确定实现目标值的方法
确定最佳工艺Biblioteka 实施最佳工艺第一节 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0～26oC生 长，嗜温菌适应于15～43oC生长，嗜热菌适应于 37～65oC生长，嗜高温菌适应于65oC以上生长
三、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。
2、蛋白质结构
人们采用二种方案来研究酶在低温条件下的结 构完整性和催化功能：(1)通过自然或诱导突变， 将特定残基发生改变的蛋白与其天然结构进行 对比；(2)对比同属嗜热、嗜温及嗜冷菌的蛋白 结构
通过对嗜冷酶的蛋白质模型和X一射线衍射分析表 明，嗜冷酶分子间的作用力减弱，与溶剂的作用加 强，酶结构的柔韧性增加，使酶在低温下容易被底 物诱导产生催化作用
微生物的生长温度与细胞膜的液晶温度范围相一 致。
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。
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37oC突然转移到10oC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。
E
K r1
11
T1 T2
K与温度有关
E越大温度变化 对K的影响越大
2.温度对产物形成的影响 温度对细菌的生长、产物合成的影响可能是不同的
青 霉 素
12oC～30oC
3.温度影响发酵液的物理性质
温度还可以通过改变发酵液的物理性质, 间接影响微生物的生物合成。如:温度对 氧在发酵液中的溶解度就有很大的影响。
3、蛋白质合成
嗜冷菌具有在0oC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。许多 中温菌不能在OoC合成蛋白质，一方面是由于其 核糖体对低温的不适应，翻译过程中不能形成 有效的起始复合物，另一方面是由于低温下细 胞膜的破坏导致氨基酸等内容物的泄露。
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。
生物热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。
第7章 发酵工艺控制
微生物学教研室
发酵工艺控制最优化
在特定的发酵生产过程中，生产效率的高低取 决于工艺和工艺控制的最优化，即能否实现生产过 程内的最优化控制。生产过程最优化控制的实现， 包含了从明确目标到目标值实施等全部内容。
问题
如何实施最佳工艺？
实施最佳工艺就是通过优化管理，严格执行发酵工艺，将发酵控制在
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。
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，
4、温度影响生物合成的方向
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30oC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35oC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。