温度对发酵的影响
发酵反应的条件有哪些原理
发酵反应的条件有哪些原理发酵反应是一种生物化学过程，通过此过程可将有机物转化为其他化合物并释放出能量。
发酵反应的条件是多样的，涉及到温度、pH值、底物浓度、氧气浓度等因素。
下面将详细介绍发酵反应条件的原理。
1. 温度：温度是影响发酵反应速率的重要因素。
适宜的温度能提供合适的活性中心结构，使酶催化反应达到最佳状态，从而促进发酵反应的进行。
一般来说，发酵反应的最适温度范围是20-40摄氏度。
当温度过低时，酶活性下降，反应速率减慢；当温度过高时，酶可能被破坏，反应速率也会减慢甚至停止。
2. pH值：pH值是指溶液的酸碱程度，对发酵反应有重要影响。
不同的发酵过程对pH值的要求不同。
一般来说，酵母发酵偏好于微酸性环境，pH范围在4.0-5.5之间；乳酸菌发酵则偏好于微酸性条件，pH范围在5.5-6.5之间。
适宜的pH值能维持酶的活性和稳定性，促进发酵过程的进行。
3. 底物浓度：底物浓度是指反应物在发酵反应中的浓度。
底物浓度的增加可以提高反应速率，但在一定范围内。
当底物浓度过低时，酵母或细菌无法获取足够的底物来代谢和生长；而底物浓度过高时，可能会引发产物抑制或底物抑制。
因此，优化底物浓度可促进发酵反应的进行。
4. 氧气浓度：氧气在发酵过程中具有重要作用。
适当的氧气供应可以促进酵母和细菌的代谢和生长，提高发酵效率。
但是，在某些发酵过程中，过高的氧气浓度可能抑制发酵反应的进行，因为氧气可能会氧化发酵产物，降低产品收率。
因此，氧气供应在发酵过程中需要适度控制。
除了以上几个条件外，发酵反应还受到其他因素的影响，如搅拌速度、压力、微生物活性等。
1. 搅拌速度：搅拌速度影响了液体中底物、产物、氧气的均匀分布和传质速率。
适当的搅拌速度可以提高反应物质的量传递效率，促进发酵反应的进行。
2. 压力：在某些发酵过程中，高压可以提供有利的环境条件，使微生物能够更好地进行代谢和生长。
但在其他发酵过程中，高压可能对生物产物、酵母或细菌产生不利影响，甚至导致酶失活或细胞死亡。
发酵工艺控制温度对发酵的影响及控制
发酵工艺控制——温度对发酵的影响及控制微生物发酵生产的水平最基本的是取决于生产菌种的性能，但有了优良的菌种还需要有最佳的环境条件即发酵工艺加以配合，才能使其生产能力充分。
因此必须研究生产菌种的最佳发酵工艺条件，如营养要求、培养温度、对氧的需求等，据此设计合理的发酵工艺，使生产菌种处于最佳成长条件下，才能取得优质高产的效果。
温度对发酵的影响及控制温度对发酵的影响及其调节控制是影响有机体生长繁殖最重要的因素之一，因为任何生物化学的酶促反应与温度变化有关的。
温度对发酵的影响是多方面且错综复杂的，主要表现在对细胞生长、产物合成、发酵液的物理性质和生物合成方向等方面。
一、温度对发酵的影响（一）、温度影响微生物细胞生长随着温度的上升，细胞的生长繁殖加快。
这是由于生长代谢以及繁殖都是酶参加的。
根据酶促反应的动力学来看，温度升高，反应速度加快，呼吸强度增加，最终导致细胞生长繁殖加快。
但随着温度的上升，酶失活的速度也越大，使衰老提前，发酵周期缩短，这对发酵生产是极为不利的。
（二）、温度影响产物的生成量。
（三）、温度影响生物合成的方向。
例如，在四环类抗生素发酵中，金色链丝菌能同时产生四环素和金霉素，在30℃时，它合成金霉素的能力较强。
随着温度的提高，合成四环素的比例提高。
当温度超过35℃时，金霉素的合成几乎停止，只产生四环素。
（四）、温度影响发酵液的物理性质温度除了影响发酵过程中各种反应速率外，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。
例如，温度对氧在发酵液中的溶解度就有很大响，随着温度的升高，气体在溶液中的溶解度减小，氧的传递速率也会改变。
另外温度还影响基质的分解速率，例如，菌体对硫酸盐的吸收在25℃时最小。
二、影响发酵温度变化的因素：发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。
Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射1、生物热是生产菌在生长繁殖时产生的大量热量。
生物热主要是培养基中碳水化合物、脂肪、蛋白质等物质被分解为CO2、NH3时释放出的大量能量。
温度对微生物发酵的影响及其控制
温度对微生物发酵的影响及其控制一、温度对发酵的影响微生物发酵所用的菌体绝大多数是中温菌，如霉菌、放线菌和一般细菌。
它们的最适生长温度一般在20～40℃。
在发酵过程中，需要维持适当的温度，才能使菌体生长和代谢产物的生成顺利地进行。
温度对发酵有很大的影响。
它会影响各种酶反应的速率，改变菌体代谢产物的合成方向，影响微生物的代谢调控机制，影响发酵液的理化性质，进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。
温度对化学反应速度的影响常用温度系数（Q10）（温度每升高10℃，化学反应速度所增加的倍数）来表示。
在不同温度范围内，Q10的数值是不同的，一般是2～3。
而酶反应速度与温度变化的关系也完全符合此规律，也就是说，在一定范围内，随着温度的升高，酶反应速率也增加，但有一个最适温度，超过这个温度，酶的催化活力会下降。
温度对菌体生长的酶反应和代谢产物合成的酶反应的影响往往是不同的。
有人考察了不同温度(13～35℃)对青霉菌的生长速率、呼吸强度和青霉素生成速率的影响，结果是，温度对这三种代谢的影响是不同的。
按照阿伦尼乌斯方程计算，青霉菌生长的活化能E=34kJ／mol，呼吸活化能E=71kJ／mol，青霉素合成的活化能E=112kJ／mol。
从这些数据得知：青霉素生成速率对温度的影响最为敏感，微小的温度变化，就会引起生成速率产生明显的改变，偏离最适温度就会引起产物产量发生比较明显的下降，这说明次级代谢发酵温度控制的重要性。
因此，温度对菌体的生长和合成代谢的影响是极其复杂的，需要考察它对发酵的影响。
温度还能改变菌体代谢产物的合成方向。
如在高浓度Cl-和低浓度Cl-的培养基中利用金霉素链霉菌NRRLB-1287进行四环素发酵过程中，发酵温度愈高，愈有利于四环素的合成，30℃以下时合成的金霉素增多，在35℃时就只产四环素，而金霉素合成几乎停止。
温度变化还对多组分次级代谢产物的组分比例产生影响。
如黄曲霉产生的多组分黄曲霉毒素，在20℃、25℃和30℃下发酵所产生的黄曲霉毒素(aflatoxin)G1与B1的比例分别为3:1、1:2、1:1。
温度对酵母发酵速度的影响
温度对酵母发酵速度的影响酵母发酵是将糖类物质转化为酒精和二氧化碳的过程。
而温度是影响酵母发酵速度的关键因素之一。
本文将探讨温度对酵母发酵速度的影响，并分析其原因。
1. 温度是影响酵母发酵速度的重要因素。
在适宜的温度范围内，酵母发酵速度较快；而在过高或过低的温度下，酵母的发酵速度会变慢或者停止。
2. 高温对酵母发酵速度的影响酵母在高温下往往会出现失活的情况，即无法继续进行正常的发酵过程。
高温会破坏酵母细胞的结构，导致酵母酶的变性和失活。
此外，高温还会促使酵母细胞内部的代谢反应加快，使得酒精的产生速度过快，从而抑制了正常的发酵过程。
3. 低温对酵母发酵速度的影响低温下酵母发酵速度会变慢，这是因为低温抑制了酵母细胞内部的代谢反应速率。
较低的温度会降低酵母细胞内的酵素活性，从而导致发酵速度减慢。
4. 适宜在一定的温度范围内，酵母发酵速度最快。
这是因为适宜温度能够维持酵母细胞的正常代谢活动，并提供了最适宜的环境条件。
在适宜温度下，酵母细胞能够更好地进行糖的分解和酒精的产生。
5. 温度对酵母发酵的实际应用温度对酵母发酵速度的影响在实际应用中得到了广泛应用。
例如，在制作面包时，面团的发酵过程需要适宜的温度来保证酵母发酵的效果。
面包师傅会控制好发酵室的温度，以确保面团在适宜的温度下发酵。
此外，酿酒也是一个重要的应用领域，温度的控制对于酒的口感和品质有着重要的影响。
不同类型的酒需要不同的酵母和发酵温度来产生不同的口感和风味。
总结：温度是影响酵母发酵速度的关键因素之一。
高温会导致酵母失活，低温会降低酵母细胞内的代谢速率，适宜温度能够维持酵母的正常代谢活动。
在实际应用中，温度的控制对于面包制作和酒的酿造等方面至关重要。
因此，我们需要根据不同的需求，合理控制温度，以获得我们所期望的酿造或发酵效果。
发酵过程的影响因素与调控方法
发酵过程的影响因素与调控方法发酵过程是一种将有机物质转化成发酵产物的过程。
在发酵过程中，微生物通过各种代谢途径将有机物质分解成气体、酒精、醋酸和有机酸等产物。
发酵过程的影响因素有很多，如温度、pH值、氧气、营养物质等，这些因素对发酵产物的种类和数量有着重要的影响。
为了调控发酵过程，提高发酵产物的产率和质量，人们采取了一系列调控方法。
首先，温度是影响发酵过程的重要因素之一。
温度的升高可以促进微生物的代谢活动，从而加快发酵速度。
一般来说，每增加10℃，微生物的代谢速率就会增加一倍。
但是，过高的温度会使微生物遭受热破坏，影响发酵过程。
因此，在控制发酵过程中，要根据具体的微生物种类选择合适的发酵温度。
其次，pH值也是影响发酵过程的关键因素之一。
不同的微生物对pH值有不同的适应范围。
对于大多数微生物来说，酸性条件（pH<6）是最适宜的发酵环境。
微生物的代谢活动会产生一些有机酸，导致环境的酸化。
酸性环境对微生物的生长有抑制作用，从而调节微生物种群结构，影响发酵产物的种类和数量。
因此，在发酵过程中，要根据微生物种类和发酵产物的要求调节pH值。
此外，氧气的存在也会影响发酵过程。
氧气是微生物呼吸和代谢的必需物质之一，但在一些发酵过程中，过多的氧气会削弱或抑制微生物的代谢活动，从而影响发酵效果。
因此，在一些发酵过程中，需要通过控制发酵容器的通气速率或使用无氧条件来调节氧气的浓度，以达到最佳的发酵效果。
最后，营养物质也是影响发酵过程的关键因素。
微生物的生长和代谢活动需要各种营养物质，如糖类、氨基酸、维生素等。
不同的发酵产物对营养物质的需求有所不同，因此，在发酵过程中，要根据不同的微生物和发酵目标选择适宜的营养物质组成和浓度。
为了调控发酵过程，提高发酵产物的产率和质量，人们采取了一系列的调控方法。
首先，可以通过控制发酵温度和pH值来调节微生物的生长和代谢活动，从而影响发酵产物的种类和数量。
其次，可以通过调节发酵容器的通气速率或使用无氧条件来控制氧气的浓度，以调节微生物的代谢途径和产物生成途径。
温度对发酵的影响
温度对发酵的影响（1）影响产物生成速率和产率.温度越高，酶反应速度越快，微生物细胞生长代谢加快，产物提前生成。
（2）改变发酵液的物理性质而间接影响发酵. 改变培养液的物理性质会影响到微生物细胞的生长。
例如，温度通过影响氧在培养液中的溶解、传递速度等，进而影响发酵过程。
（3）影响生物合成的方向：金色链霉菌的四环素发酵中，在低于30℃主要合成金霉素，温度达35℃则只产四环素。
通过改变酶的调节机制实现。
（4）影响酶系组成及酶的特性：温度越高，酶反应速度越快，微生物细胞生长代谢加快，产物提前生成。
但温度升高，酶的失活也越快，表现出微生物细胞容易衰老，使发酵周期缩短，从而影响发酵过程最终产物的产量。
（5）同一种生产菌，菌体生长和积累代谢产物的最适温度也往往不同。
最适温度：最适于菌的生长或发酵产物生成的温度。
如谷氨酸菌的生长最适温度为30℃-32℃，产谷氨酸的最适温度为34℃-37℃。
pH值对发酵的影响发酵液pH的改变将对发酵产生很大的影响。
①改变细胞膜的电荷性质，影响新陈代谢的正常进行。
原生质体膜具有胶体性质，在一定pH时原生质体膜可以带正电荷，而在另一pH值时，原生质体膜则带负电荷。
这种电荷的改变同时会引起原生质体膜对个别离子渗透性的改变，从而影响微生物对培养基中营养物质的吸收及代谢产物的分泌，妨碍新陈代谢的正常进行。
如产黄青霉的细胞壁厚度随pH的增加而减小，其菌丝的直径在pH 6.0时为2～3um，在pH 7.4时，则为2～1.8um，呈膨胀酵母状细胞，随pH下降菌丝形状可恢复正常。
②影响菌体代谢方向。
培养液的pH对微生物的代谢有更直接的影响。
在产气杆菌中，与吡咯并喹呤醌(PQQ)结合的葡萄糖脱氢酶受培养液pH影响很大。
在钾营养限制性培养基中，pH 8.O时不产生葡萄糖酸，而在pH 5.0～5.5时产生的葡糖酸和2-酮葡萄糖酸最多。
此外，在硫或氨营养限制性的培养基中，此菌生长在pH 5.5下产生葡萄酸与2-酮葡萄酸，但在pH 6.8时不产生这些化合物。
影响发酵产品的因素
影响发酵产品的因素
影响发酵产品的因素有以下几个：
1. 温度：发酵需要一定的温度条件。
温度过高或过低都可能抑制或破坏发酵过程，影响发酵产品的质量。
2. pH值：发酵过程中，酵母菌或细菌对于pH值有一定的要求。
pH值过高或过低都可能对发酵产生不利影响。
3. 酵母或细菌的种类和数量：发酵过程中，不同的酵母菌或细菌对于不同的发酵产品有着不同的要求。
种类和数量的选择将直接影响发酵产品的成品质量。
4. 氧气：有些发酵过程需要氧气参与，而有些发酵过程则要求无氧条件。
氧气的供应与否都将对发酵产品的质量产生影响。
5. 湿度：一些发酵过程需要一定的湿度条件。
湿度过大或过小都可能影响发酵过程和产品的质量。
6. 发酵时间：不同的发酵过程需要不同的时间来完成，过短或过长的发酵时间都可能对产品质量产生不利影响。
7. 添加物：发酵过程中的添加物，如糖、盐、酸等也会对发酵产品的质量产生
影响。
总之，发酵产品的质量受到多种因素的影响，需要在适宜的环境条件下选择合适的酵母或细菌，并进行适当的控制和调节。
发酵的条件
发酵的条件
发酵是一种复杂的生物化学反应，需要一定的条件才能顺利进行。
以下是发酵的主要条件：
1. 温度：发酵通常需要一定的温度才能进行。
温度过低会使酵母细胞活动缓慢，影响发酵效果；温度过高则可能使酵母细胞死亡。
不同的发酵过程需要的温度也有所不同，一般在20℃~40℃之间。
2. 湿度：发酵需要适度的湿度。
过高或过低的湿度都会影响酵母细胞的生长和繁殖。
一般来说，湿度应该保持在60%~80%之间。
3. 氧气：不同的发酵过程需要不同的氧气含量。
比如面包发酵需要较高的氧气，而酸奶发酵需要较少的氧气。
过多或过少的氧气都会影响酵母的活性和发酵效果。
4. pH值：发酵的环境必须维持一定的pH值。
不同的发酵过程需要不同的pH值。
比如酸奶发酵需要酸性环境，而面包发酵需要略微碱性的环境。
5. 营养成分：发酵需要一定的营养物质，比如碳水化合物、氮源、维生素和矿物质等。
这些物质能够为酵母提供生长和繁殖所需的能量和营养。
综上所述，发酵需要一定的温度、湿度、氧气、pH值以及营养成分。
只有适合的环境条件才能支持酵母细胞的生长和繁殖，让发酵过程顺利进行。
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总结 pH控制是一项非常细致的工作，不仅考虑最 佳pH值，而且要根据生长阶段考察对pH的要求。 在pH控制中还要采用合适的调节方法。
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• 发酵过程的pH控制
小
结
发酵过程pH会发生变化
变 基质代谢 化 原 产物形成 因 菌体自溶
15
pH
对
pH影响酶的活性
第三节 发酵过程的pH控制
一、发酵过程pH变化的原因 1、基质代谢 2、产物形成 3、菌体自溶，pH上升，发酵后期，pH上升。
二、pH对发酵的影响
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三、pH的控制
1、调节好基础料的pH。 2、在基础料中加入维持pH的物质。 3、通过补料调节pH 4、当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH 5、不同调pH方法的影响
3
温度变化及其控制
2、温度影响发酵方向
3、温度还影响基质溶解度，同时氧在 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。
4
（二）最适温度的选择 1、根据菌种及生长阶段选择
2、根据培养条件选择
3、根据菌生长情况
总之，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。
5
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。
1、生物热Q生物
3、蒸发热Q蒸发
2、搅拌热Q搅拌
4、辐射热Q辐射
Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射
6
（二）发酵热的测定
方法：①一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，再 从水表上得知每小时冷却水流量来计算发酵热。
b.供氧充足条件下，可得最高产量；若供氧受 限，产量受影响不明显；如：异亮氨酸，赖氨 酸，苏氨酸等；
c.若供氧受限，细胞呼吸受抑制时，才获得最 大量产物；若供氧充足，产物形成反而受抑制； 如：亮氨酸，缬氨酸，苯丙氨酸等。
20
3、发酵过程的溶氧变化
21
4、溶氧的控制
4.1 调节通风与搅拌 4.2 限制基础培养基的浓度
发
pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变
酵
pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离
的 影
pH影响代谢方向
响
pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响
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• 发酵过程的pH控制
p
基础培养基调节pH
H
在基础料中加入维持pH的物质
的
通过补料调节pH
控
制
当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH
方 式 选择合适的pH调节剂
1、泡沫的类型 2、泡沫形成的原因
（1）气液接触 （2）含助泡剂 （3）起泡速度高于破泡速度
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3、发酵过程泡沫产生的原因 （1）通气搅拌的强烈程度 （2）培养基配比与原料组成 （3）菌种、种子质量和接种量 （4）灭菌质量
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（二）起泡的危害 降低发酵设备的利用率 增加了菌群的非均一性 增加了染菌的机会 导致产物的损失 消泡剂会给后提取工序带来困难
缓慢，世代时间无限延长。
2
二、温度的影响与控制
（一）温度对发酵的影响
1、温度影响反应速率
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= 4.6 log K r2 / K r1 1/ T1 1/ T2
E——活化能
Kr——速率常数
发酵罐的热交换装置： • 罐外夹套 • 罐内蛇管、列管
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小结
温度对发酵的影响： 温度影响反应速率 温度影响发酵方向
发酵过程引起温度变化的因素
发酵热是引起发酵过程温度变化的原因 Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射
选 最 根据菌种 适 生长阶段选择 温 度 根据培养条件选择
择 的 菌种的生长情况 11
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二、CO2对发酵的影响及控制 1、 CO2对发酵的影响 2、 CO2对发酵影响的机理 3、 CO2的控制
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三、发酵过程泡沫的形成与控制
发酵过程起泡的利弊： 气体分散、增加气液接触面积， 但过多的泡沫是有害的。
（一）、泡沫的形成
一般来说：泡沫是气体在液体中的粗分散体， 属于气液非均相体系。
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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0～26℃生长， 嗜温菌适应于15～43 ℃生长，嗜热菌适应于37～650C 生长，嗜高温菌适应于650C以上生长。
1
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。
最适温度：微生物生长迅速； 最高温度：超过此温度，微生物受到抑制或死亡； 最低温度：微生物尚能生长，但生长速度非常
发酵的不同阶段采取不同的pH值
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第四节 氧、二氧化碳和泡沫对发酵的影响 与控制
一、氧对发酵的影响
1，发酵过程中氧的需求
临界氧浓度（C临）：QO2
指不影响菌体呼吸所允许 的最低氧浓度，或微生物 对发酵液中溶解氧浓度的 最低要求。
Ccritical
Dissolved Oxygen Concentration
Q发酵＝GCm(T出－T进) Cm——水的比热，G——冷却水流量
②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。
7
四、利用温度控制提高产量
最 五、温度的控制 适 最适温度是一种相对概念，是指在该温度下 温 最适于菌的生长或发酵产物的生成。 度 最适发酵温度与菌种、培养基成分、培 的 养条件和菌体生长阶段有关。 确 最适发酵温度的选择 定 – 在发酵的整个周期内仅选一个最适培养温度
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2、溶氧对发酵的影响
由此可知，只有使溶氧浓度高于其临界值，才 能维持菌体的最大比摄氧率，得到最大的菌体 合成量。如果溶氧浓度低于临界值，则菌体代 谢受到干扰。
氧是制约发酵进行的重要因素
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根据需氧不同，可将初级代谢发酵分为： a. 供氧充足条件下，产量最大；若供氧不足， 合成受强烈抑制；如：谷氨酸，精氨酸，脯氨 酸等；
不一定好。
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进行温度控制时应考虑的因素 A 不同菌种在不同生长阶段的生长和生产
特性；
B 参考其它发酵条件（通气、培养基成分 和浓度、pH值等），如通气条件差时， 则最适发酵温度比通气良好时低。
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温度控制的方法
冷却是主要的方法，通常是利用发酵罐的热 交换装置进行降温，如果气温较高，冷却水 温度也较高时，多采用冷盐水进行降温。