最新发酵工程8-2温度对发酵过程的影响与控制ppt课件.ppt

发酵工程发酵工程8-2温度对发酵过温度对发酵过程的影响与控制程的影响与控制不同温度对各类菌生长的影响不同温度对各类菌生长的影响三、发酵过程引起温度变化的因素三、发酵过程引起温度变化的因素（一）发酵热（一）发酵热Q Q发酵发酵发酵热是引起发酵过程温度变化的原因。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。所谓发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。在发酵过程中产生菌分解基质产生热量，机械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。发酵热大，温度上升快，发酵热小，温度上升慢。温度上升慢。1 1、生物热、生物热Q Q生物生物在发酵过程中，菌体不断利用培养基中的营在发酵过程中，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（如一部分用于合成高能化合物（如ATP）提供）提供细胞合成和代谢产物合成需要的能量，其余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，这散发出来的一部分以热的形式散发出来，这散发出来的热就叫生物热。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微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多。生的热多。 培养过程中生物热的产生具有培养过程中生物热的产生具有强烈的时间性强烈的时间性。生物的大小与呼吸作用强弱有关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。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，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。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，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。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，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。菌，此外培养基营养越丰富，生物热也越大。2 2、搅拌热、搅拌热Q Q搅拌搅拌在机械搅拌通气发酵罐中，由于机械搅拌带动发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，造成液体之间，液体与搅拌器等酵液作机械运动，造成液体之间，液体与搅拌器等设备之间的摩擦，产生可观的热量。搅拌热与搅拌设备之间的摩擦，产生可观的热量。搅拌热与搅拌轴功率有关，可用下式计算：轴功率有关，可用下式计算： Q搅拌搅拌P8604186.8（焦耳（焦耳/小时）小时） P搅拌轴功率搅拌轴功率 4186.8机械能转变为热能的热功当量机械能转变为热能的热功当量电机功率电机功率P= cos3EIE额定电压，额定电压，I额定电流额定电流cos功率因素，功率因素，1千瓦时千瓦时8604186.8焦耳焦耳3 3、蒸发热、蒸发热Q Q蒸发蒸发 通气时，引起发酵液的水分蒸发，水分蒸发所通气时，引起发酵液的水分蒸发，水分蒸发所需的热量叫蒸发热。此外，排气也会带走部分热需的热量叫蒸发热。此外，排气也会带走部分热量叫显热量叫显热Q显热显热，显热很小，一般可以忽略不计。，显热很小，一般可以忽略不计。4 4、辐射热、辐射热Q Q辐射辐射发酵罐内温度与环境温度不同，发酵液中有部分热发酵罐内温度与环境温度不同，发酵液中有部分热通过罐体向外辐射。辐射热的大小取决于罐温与环境通过罐体向外辐射。辐射热的大小取决于罐温与环境的温差。冬天大一些，夏天小一些，一般不超过发酵的温差。冬天大一些，夏天小一些，一般不超过发酵热的热的5。Q发酵发酵Q生物生物Q搅拌搅拌Q蒸发蒸发Q辐射辐射（二）发酵热的测定（二）发酵热的测定有二种发酵热测定的方法。有二种发酵热测定的方法。一种是用冷却水进出口温度差计算发酵热。一种是用冷却水进出口温度差计算发酵热。在工厂里，可以通过测量冷却水进出口的水温，在工厂里，可以通过测量冷却水进出口的水温，再从水表上得知每小时冷却水流量来计算发酵再从水表上得知每小时冷却水流量来计算发酵热。热。Q发酵发酵GCm(T出出T进进)Cm水的比热水的比热G冷却水流量冷却水流量另一种是根据罐温上升速率来计算。先自另一种是根据罐温上升速率来计算。先自控，让发酵液达到某一温度，然后停止加热控，让发酵液达到某一温度，然后停止加热或冷却，使罐温自然上升或下降，根据罐温或冷却，使罐温自然上升或下降，根据罐温变化的速率计算出发酵热。变化的速率计算出发酵热。也可以根据化合物的燃烧值估算发酵过程生也可以根据化合物的燃烧值估算发酵过程生物热的近似值。物热的近似值。因为热效应决定于系统的初态和终态，而与变因为热效应决定于系统的初态和终态，而与变化途径无关，反应的热效应可以用燃烧值来计算，化途径无关，反应的热效应可以用燃烧值来计算，特别是有机化合物，燃烧热可以直接测定。特别是有机化合物，燃烧热可以直接测定。反应热效应等于反应物的燃烧热总和减去生成反应热效应等于反应物的燃烧热总和减去生成物的燃烧热的总和。物的燃烧热的总和。H（H）反应物反应物（H）产物产物如谷氨酸发酵中主要物质的燃烧热为：如谷氨酸发酵中主要物质的燃烧热为：葡萄糖葡萄糖 159555.9KJ/Kg谷氨酸谷氨酸 15449.3KJ/Kg玉米浆玉米浆 12309.2KJ/Kg菌体菌体 20934KJ/Kg尿素尿素 10634.5KJ/Kg四、最适温度的选择四、最适温度的选择最适温度的选择应从菌体的生长和产物的合最适温度的选择应从菌体的生长和产物的合成两方面加以考虑。整个发酵周期内仅选一成两方面加以考虑。整个发酵周期内仅选一个最适温度不一定好，因适合菌体生长的温个最适温度不一定好，因适合菌体生长的温度不一定适合产物的合成。度不一定适合产物的合成。如谷氨酸生产菌的最适生长温度为如谷氨酸生产菌的最适生长温度为30-3430-34，产谷氨酸的温度为产谷氨酸的温度为34-3734-37。 （1）微生物种类不同，所具有的酶系及其性质）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。不同，所要求的温度范围也不同。如黑曲霉生长温度为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谷氨酸产生菌棒状杆菌的生长温度为30340C，青霉菌生长温度为青霉菌生长温度为300C。1 1、根据菌种及生长阶段选择、根据菌种及生长阶段选择在发酵前期由于菌量少，发酵目的是要尽快达到大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；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，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。因为在稍低温度下氨基酸合成蛋白质可以推迟衰老。因为在稍低温度下氨基酸合成蛋白质和核酸的正常途径关闭得比较严密有利于产物合成。和核酸的正常途径关闭得比较严密有利于产物合成。发酵后期，产物合成能力降低，延长发酵周期没有发酵后期，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。必要，就又提高温度，刺激产物合成到放罐。（2）根据生长阶段选择）根据生长阶段选择2 2、根据培养条件选择、根据培养条件选择温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。活选择。通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸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。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。高营养利用快，会使菌过早自溶。3 3、根据菌生长情况、根据菌生长情况菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长慢，维持较高温度时间可长些。菌生长慢，维持较高温度时间可长些。培养条件适宜，如营养丰富，通气能满足，培养条件适宜，如营养丰富，通气能满足，那么前期温度可髙些，以利于菌的生长。那么前期温度可髙些，以利于菌的生长。总的来说，温度的选择根据菌种生长阶段及总的来说，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培养条件综合考虑。要通过反复实践来定出最适温度。适温度。24 结束语结束语