任务二温度对发酵的影响及其控制;;微生物的生长和产物的合成都是在各种酶催化下进行的,温度是保证酶活性的重要条件,因此在发酵系统中必须保证稳定而合适的温度环境。
通常在生物学范围内每升高10℃,生长速度就加快一倍,温度直接影响其生长。机体的重要组成如蛋白质、核酸等都对温度较敏感,随着温度的增高有可能遭受不可逆的破坏。
微生物可生长的温度范围较广,总体说在-10~95℃。;一、发酵过程引起温度变化的因素;1、生物热Q生物;(1)生物热与发酵类型有关;(2)培养过程中生物热的产生具有强烈的时间性
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,呼吸作用激烈,菌体也较多,所以产生的热量多,温度上升快。
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。
;2、搅拌热Q搅拌;3、蒸发热Q蒸发;二、温度对生长的影响;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。
在最适温度下,微生物生长迅速;超过最高温度微生物即受到抑制或死亡;
在最低温度范围内微生物尚能生长,但生长速度非常缓慢,世代时间无限延长。
在最低和最高温度之间,微生物的生长速率随温度升高而增加,超过最适温度后,随温度升高,生长速率下降,最后停止生长,引起死亡。;微生物受高温的伤害比低温的伤害大,即超过最高温度,微生物很快死亡;低于最低温度,微生物代谢受到很大抑制,并不马上死亡。这就是菌种保藏的原理。;三、温度对发酵的影响;三、温度对发酵的影响;三、温度对发酵的影响;三、温度对发酵的影响;(一)最适温度的选择;发酵前期由于菌量少,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,使菌生长迅速;
发酵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,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。
;发酵后???,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。
如四环素生长阶段28℃,合成期260C,后期再升温;黑曲霉生长37℃,产糖化酶32~34℃。但也有的菌种产物形成比生长温度高。如谷氨酸产生菌生长30~32℃,产酸34~37℃。;实例:林可霉素发酵的变温培养;变温培养的正交设计;分析结论:
前60h按31℃控制,缩短了适应期使发酵提前转入生产阶段,同时菌丝体已有相当量的积累,为大量分泌抗生素提供了物质基础;
60小时后将罐温降至3O℃使与抗生素合成有关的酶的活性增强,抗生素分泌量有所增加,同时因分泌期的延长有利于进一步积累抗生素;
发酵进入后期罐温再回升至31℃使生产菌在生命的最后阶段最大限度的合成和排出次级代谢产物。
;2、根据培养条件选择;3、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,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培养条件综合考虑。要通过反复实践来定出最适温度。;(二)温度的测量和控制;六、利用温度控制提高产量;实验:甘油发酵是在髙渗透压环境中进行的,因此可望通过热冲击来提高发酵甘油的产量
正交条件A冲击温度(℃)40,45,50
B开始时间(h)8,16,30
C冲击时间(分)15,30,60
结果发酵16小时,45℃冲击30分钟最佳,发酵96小时后甘油浓度提高32.6%。
(A)16h,45℃,30min
(B)12h,45℃,30min;A温度;B开始时机;C冲击时间;;A比B好;例2: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
27℃30℃34℃37℃
SOD49661427065904638
比活8101471679526
蛋白6.1299.709.7911.88
OD6007.4110.7211.7824.77;原因分析:
1、乳糖被用于合成菌体和其它蛋白,减少了合成SOD
的原料,随着温度升高,蛋白和菌浓都增加;
2、