發(fā)酵過程溫度與控制
發(fā)布時間：2012-5-16 11:23
生長溫度與發(fā)酵溫度
微生物的不同種甚至不同的菌株其最適的生長溫度不一定相同。而對某一生產(chǎn)菌株而言，菌體生長的最適溫度與形成代謝產(chǎn)物的最適溫度也往往不同。例如，谷氨酸產(chǎn)生菌各菌株的情況就是如此，見表1。因此，要按照生產(chǎn)菌株的特性，發(fā)酵前期溫度滿足菌體生長的要求，而后期溫度要有利于促進發(fā)酵進行。
同一菌種在不同的菌齡對溫度的敏感性是不同的。一般在分裂期的細胞對溫度比較敏感，因此，種子培養(yǎng)和發(fā)酵初期應(yīng)當(dāng)嚴格控制溫度，而發(fā)酵后期對溫度的敏感性遲鈍，甚至能短時間忍受較高的溫度。 溫度不同歸根結(jié)底是影響酶系的活力，在最適溫度以下培養(yǎng)時生長代謝降低。反之，則生長代謝加速。如培養(yǎng)溫度過高，酶系活力下降，溫度越高，失活越快，菌細胞即提早衰老自溶。培養(yǎng)時間縮短，會使產(chǎn)量減少。 在最適溫度下，微生物細胞的DNA，RNA和細胞膜對熱有較強的抵抗力。DNA的雙鏈?zhǔn)軞滏I的約束，有固定結(jié)構(gòu)，當(dāng)高溫時氫鍵破裂，DNA雙鏈脫開，即使溫度恢復(fù)正常后，此雙鏈也不再復(fù)原，DNA即喪失它的生物功能?；顒訝顟B(tài)的細胞要比休眠狀態(tài)的細胞容易損害，可以理解為DNA雙鏈結(jié)構(gòu)受高溫而破壞，和其核糖體酶及細胞膜等發(fā)生變化的結(jié)果。 發(fā)酵的溫升與控制 微生物分解利用培養(yǎng)基中的糖類蛋白質(zhì)、脂肪，其中部分能量用來合成ATP，貯藏起來，供微生物生長繁殖和生物合成的需要，其多余部分則以熱的形式散發(fā)到周圍環(huán)境中去。這就是“生物熱”，生物熱的測定方法很多，最常用的有根據(jù)基質(zhì)消耗與產(chǎn)物形成估計產(chǎn)熱量和根據(jù)呼吸估計放熱量。前者如以釀酒酵母為例，當(dāng)利用葡萄糖厭氧生長時：
C6H12O6+0.12NH3=1.54CO2+1.30C2H6O+0.43C3H6O3+0.59CH1.75O0.45N0.20+96.2 KJ
利用葡萄糖好氧生長時：
C6H12O6+3.84O2+0.29NH3=4.09C02+4.72H2O +1. 59CH1.72O0. 44N0.15+2 022 kJ
利用乙醇好氧生長時，放出853.5 kJ熱，利用乙酸時則放出677.8 kJ熱，這些都是實驗估算。根據(jù)呼吸估計放熱量的方法，一般的經(jīng)驗常數(shù)為每消耗1mol氧產(chǎn)生518.8 J熱，但理論值常得出443.5 J或451.9 J，實驗式推算的平均值為497.5 J，這些數(shù)值比較接近可用于估算生物熱時參考。
發(fā)酵過程中，由于菌種的性能、種子量的多少、培養(yǎng)基的成分和培養(yǎng)條件不同，釋放的生物熱自然不同。不過一般的情況是，發(fā)酵開始時，因菌量小釋放的熱量少，有時尚需加熱提高溫度，以滿足菌體生長的需要，當(dāng)微生物進入生長旺盛期，放出大量熱量，溫度劇烈上升，發(fā)酵后朝逐漸緩和，釋放的熱量減少。
曾發(fā)現(xiàn)微生物的調(diào)節(jié)機制與溫度有密切關(guān)系，在2 0℃低溫時，微生物的氨基酸合成途徑的終點產(chǎn)物，對開頭的酶所起的反饋抑制作用，要比37 C時大得多，故可考慮在發(fā)酵中期降低溫度， 使微生物合成菌體蛋白質(zhì)和核酸的途徑關(guān)閉得比較嚴密一些，從而彌補通氣不足造成發(fā)酵的缺氧。
培養(yǎng)基的組成和濃度如有改變時，罐溫也需要改變，使用稀薄配比或容易吸收利用的培養(yǎng)基時，過分提高罐溫，容易加速菌絲的生長代謝，導(dǎo)致營養(yǎng)成分過早耗竭，引起菌絲提早衰老自溶，造成、發(fā)酵損失。但用黃豆餅粉培養(yǎng)基，則提高罐溫的效果要比使用玉米漿培養(yǎng)基為佳。這是由于黃豆餅粉要比玉米漿難于吸收利用。不論是黃豆餅粉還是玉米漿的發(fā)酵過程中，通常會有泡沫產(chǎn)生，影響發(fā)酵過程，降低生產(chǎn)質(zhì)量。因此，在發(fā)酵的過程中需要用到發(fā)酵用消泡劑來解決泡沫的問題，提高生產(chǎn)質(zhì)量。
本文參考《發(fā)酵微生物學(xué)》一書。
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