第四章 发酵过程控制温度优秀课件.ppt

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1、第四章第四章 发酵过程控制温度发酵过程控制温度第1页，本讲稿共42页http:/ 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0260C生长，嗜温菌适应于15430C生长，嗜热菌适应于37650C生长，嗜高温菌适应于650C以上生长 发酵工程控制发酵工程控制v温度变化及其控制温度变化及其控制湖北工业大学生物工程学院第2页，本讲稿共42页http:/ 嗜嗜冷菌具有在冷菌具有在00合成蛋白质的能力。这是由于其核合成蛋白质的能力。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糖体、酶类以及细胞中的可溶性因子等对低温

2、的适应，蛋白质翻译的错误率最低应，蛋白质翻译的错误率最低。3、蛋白质合成发酵工程控制发酵工程控制v温度变化及其控制温度变化及其控制湖北工业大学生物工程学院第8页，本讲稿共42页http:/ dlnKr/dt=E/RT2 积分得 E=E活化能活化能Kr速率常数速率常数发酵工程控制发酵工程控制v温度变化及其控制温度变化及其控制湖北工业大学生物工程学院第10页，本讲稿共42页http:/ (121)由于由于Q生物及生物及Q蒸发在发酵过程中是随时间变化的，因此发蒸发在发酵过程中是随时间变化的，因此发酵热在整个发酵过程中，也是随时间变化的。为了要使发酵维酵热在整个发酵过程中，也是随时间变化的。为了要使发

3、酵维持在适当的温度下进行，必须采取措施持在适当的温度下进行，必须采取措施在夹套或蛇管内通在夹套或蛇管内通入冷水加以控制入冷水加以控制(小型的发酵罐，在冬季和发酵初期，散热量小型的发酵罐，在冬季和发酵初期，散热量大于产热量则需用热水保温大于产热量则需用热水保温)。湖北工业大学生物工程学院第20页，本讲稿共42页http:/ 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发酵工程控制发酵工程控制v温度变化及其控制温度变化及其控制湖北工业大学生物工程学院第22页，本讲稿共42页http:

4、/ 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。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。发酵工程控制发酵工程控制v温度变化及其控制温度变化及其控制湖北工业大学生物工程学院第23页，本讲稿共42页http:/ 4186

5、.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P=E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焦耳焦耳发酵工程控制发酵工程控制v温度变化及其控制温度变化及其控制湖北工业大学生物工程学院第24页，本讲稿共42页http:/ 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量叫显热Q显热，显热很小，一般可以忽略不计。4、辐射热Q辐射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的温差。冬天大一些，夏天小一些，一般不超过发酵热的5。Q发酵Q生物Q搅拌Q蒸发

6、Q辐射发酵工程控制发酵工程控制v温度变化及其控制温度变化及其控制湖北工业大学生物工程学院第25页，本讲稿共42页http:/ Cm水的比热水的比热 G冷却水流量冷却水流量 V 发酵液体积发酵液体积发酵工程控制发酵工程控制v温度变化及其控制温度变化及其控制湖北工业大学生物工程学院第26页，本讲稿共42页http:/ C 1十十M2C2）S 式中：式中：Ml发酵液的重量，发酵液的重量，(kg)；M2发酵罐的重量，发酵罐的重量，(kg)；Cl发酵液的比热，发酵液的比热，kJ(kg)；C2 罐材料的比热罐材料的比热kJ(kg)；S为温度上升速率，为温度上升速率，(h)。一般抗生素发酵过程中的最大发酵热

7、约为一般抗生素发酵过程中的最大发酵热约为30005000kJ(m3h)；谷谷氨酸发酵过程中的最大发酵热约为氨酸发酵过程中的最大发酵热约为70008000kJ(m3h)。实际上由于测定时操作条件、发酵条件不同，测定结果略有不同。实际上由于测定时操作条件、发酵条件不同，测定结果略有不同。湖北工业大学生物工程学院第27页，本讲稿共42页http:/ 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发酵工程控制发酵工程控制v温度变化及其控制温度变化及其控制湖北工业大学生物工程学院第28

8、页，本讲稿共42页http:/ 15.4 23.9尿素(kg/M3)2.96.0菌体(kg/M3)4.8 6.0 1.2玉米浆(kg/M3)2.43.00.6发酵工程控制发酵工程控制v温度变化及其控制温度变化及其控制湖北工业大学生物工程学院第29页，本讲稿共42页http:/ 利用热冲击处理技术提高发酵甘油的产量背景：（1）酵母在比常规发酵温度髙10200C的温度下经受一段时间刺激后，胞内海藻糖的含量显著增加。（2）Lewis发现热冲击能提高细胞对盐渗透压的耐受力（3）Toshiro发现热冲击可使胞内3磷酸甘油脱氢酶的活力提高1525，并导致甘油产量提高发酵工程控制发酵工程控制v温度变化及其控

9、制温度变化及其控制湖北工业大学生物工程学院第31页，本讲稿共42页http:/ 冲击温度（0C）40，45，50 B 开始时机（h）8，16，30 C 冲击时间（分）15，30，60结果发酵16小时，450C冲击30分钟最佳，发酵96小时后甘油浓度提高32.6，发酵罐实验见图（A）16h,450C,30min（B）12h,450C,30min发酵工程控制发酵工程控制v温度变化及其控制温度变化及其控制湖北工业大学生物工程学院第32页，本讲稿共42页http:/ 温度；B 开始时机；C 冲击时间发酵工程控制发酵工程控制v温度变化及其控制温度变化及其控制湖北工业大学生物工程学院第33页，本讲稿共42

10、页http:/ 重组大肠杆菌人Cu/Zn-SOD的高表达Lac启动子，用乳糖作诱导剂 270C 300C 340C 370CSOD 4966 14270 6590 4638比活 810 1471 679 526蛋白 6.129 9.70 9.79 11.88OD600 7.41 10.72 11.78 24.77发酵工程控制发酵工程控制v温度变化及其控制温度变化及其控制湖北工业大学生物工程学院第36页，本讲稿共42页http:/ 结微生物最适生长温度微生物对温度的要求不同与它们的膜结构有关微生物的生长温度与细胞膜的液晶温度范围相一致微生物对温度的要求与酶分子结构的区别有关，如蛋白构象稳定性因素

11、改变，活性位点关键区域氨基酸的取代，离子束缚作用(ion binding)减弱，蛋白核心区域疏水作用下降等发酵工程控制发酵工程控制v温度变化及其控制温度变化及其控制湖北工业大学生物工程学院第38页，本讲稿共42页http:/ 燃烧热发酵工程控制发酵工程控制v温度变化及其控制温度变化及其控制湖北工业大学生物工程学院第40页，本讲稿共42页http:/ 根据微生物对温度的依赖可分类成哪几类微生物？7.17 微生物对温度要求不同的原理是什么？7.18 发酵过程的温度会不会变化？为什么7.19 发酵热的定义7.20 生物热的大小与哪些因素有关？7.21 温度对发酵有哪些影响？7.22 发酵过程温度的选择有什么依据？发酵工程控制发酵工程控制v温度变化及其控制温度变化及其控制湖北工业大学生物工程学院第41页，本讲稿共42页第42页，本讲稿共42页