温度对发酵过程的影响及其控制

在发酵过程中需要维持生产菌的生长和产物合成的适当发酵条件，其中之一就是温度。温度是保证各种酶活性的重要条件，微生物的生长和产物合成均需在其各自适合的温度下进行。因此，在发酵过程中必须保证稳定和最适宜的温度环境。

温度的变化对发酵过程的影响表现在两个方面：一方面通过影响生产菌的生长繁殖及代谢产物的合成而影响发酵过程；另一方面通过影响发酵液的物理性质（如发酵液的黏度、基质和氧在发酵液中的溶解度和传递速率等）影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。

从酶促反应动力学来看，温度升高，反应速率加大，微生物生长代谢加快，产物生成提前，从而缩短发酵周期。但是，酶是很易热失活的生物大分子，温度愈高失活愈快，从而影响代谢产物，特别是次级代谢产物的生成，影响最终产物产量。此外，温度还能影响生物合成方向。一个典型例子是温度对金色链霉菌发酵生产四环素过程的影响，在低于30℃下，合成金霉素的能力较强，合成四环素的比例随温度的升高而增大，当达到35℃时只产生四环素，而金霉素合成几乎停止。

近年来，研究还发现温度对代谢有调节作用。在低温（20℃）时，氨基酸合成途径的终产物对第一个酶的反馈抑制作用比在正常生长温度（37℃）下更大。故可考虑在抗生素发酵后期降低发酵温度，使蛋白质和核酸的正常合成途径提早关闭，从而使发酵代谢转向目的产物合成。

温度还能影响酶系组成及酶特性。例如，用米曲霉制曲时，温度控制在低限，有利于蛋白酶合成，α淀粉酶活性受到抑制。又如，凝结芽孢杆菌的α淀粉酶热稳定性受培养温度的影响是极为明显的，55℃培养所产生的酶在90℃保温60min，其剩余活性为88％～99％；在35℃培养所产生的酶，经相同条件处理，剩余酶活仅有6％～10％。

高温会使微生物细胞内的蛋白质发生变性或凝固，同时还会破坏微生物细胞内的酶活性，从而杀死微生物。温度越高，微生物的死亡就越快，所以可以利用高温灭菌。微生物对低温的抵抗力一般比高温强，低温只能抑制微生物生长，其致死作用较差。因此，可以利用低温保存菌种。如果所培养的微生物能在较高一些的温度下进行生长繁殖，将对生产有很大好处，既可减少杂菌污染机会，又可减少由于发酵热及夏季培养所需的降温辅助设备和能耗。

工业生产上，所用的大发酵罐在发酵过程中一般不需要加热，因发酵释放了大量的发酵热，需要冷却的情况较多。为了使发酵液温度控制在一定的范围内，生产上常在发酵设备上安装热交换设备。例如，利用自动控制或手动调整的阀门，将冷却水通入发酵罐的夹层或蛇型管中，通过热交换来降温，保持恒温发酵。如果气温较高（特别是我国南方的夏季），冷却水的温度又高，致使冷却效果很差，达不到预定的温度，就可采用冷冻盐水进行循环式降温，以迅速降到恒温。因此，大的发酵厂需要建立冷冻站，提高冷冻能力，以保证在正常温度下进行发酵。

在发酵过程中最适温度的控制，需要通过实际试验来确定。就大多数情况来说，接种后培养温度应适当提高，以利于孢子萌发或加快菌体生长、繁殖，而且此时发酵的温度大多数下降；待发酵液的温度表现为上升时，发酵液温度应控制在菌体的最适生长温度；到主发酵旺盛阶段，温度应控制在代谢产物合成的最适温度；到发酵后期，温度出现下降趋势，直至发酵成熟即可放罐。