溫度對發酵過程的影響及其控制

在發酵過程中需要維持生產菌的生長和產物合成的適當發酵條件，其中之一就是溫度。溫度是保證各種酶活性的重要條件，微生物的生長和產物合成均需在其各自適合的溫度下進行。因此，在發酵過程中必須保證穩定和最適宜的溫度環境。

溫度的變化對發酵過程的影響表現在兩個方面：一方面通過影響生產菌的生長繁殖及代謝產物的合成而影響發酵過程；另一方面通過影響發酵液的物理性質（如發酵液的黏度、基質和氧在發酵液中的溶解度和傳遞速率等）影響發酵的動力學特性和產物的生物合成。

從酶促反應動力學來看，溫度升高，反應速率加大，微生物生長代謝加快，產物生成提前，從而縮短發酵周期。但是，酶是很易熱失活的生物大分子，溫度愈高失活愈快，從而影響代謝產物，特別是次級代謝產物的生成，影響最終產物產量。此外，溫度還能影響生物合成方向。一個典型例子是溫度對金色鏈霉菌發酵生產四環素過程的影響，在低于30℃下，合成金霉素的能力較強，合成四環素的比例隨溫度的升高而增大，當達到35℃時只產生四環素，而金霉素合成幾乎停止。

近年來，研究還發現溫度對代謝有調節作用。在低溫（20℃）時，氨基酸合成途徑的終產物對第一個酶的反饋抑制作用比在正常生長溫度（37℃）下更大。故可考慮在抗生素發酵后期降低發酵溫度，使蛋白質和核酸的正常合成途徑提早關閉，從而使發酵代謝轉向目的產物合成。

溫度還能影響酶系組成及酶特性。例如，用米曲霉制曲時，溫度控制在低限，有利于蛋白酶合成，α淀粉酶活性受到抑制。又如，凝結芽孢桿菌的α淀粉酶熱穩定性受培養溫度的影響是極為明顯的，55℃培養所產生的酶在90℃保溫60min，其剩余活性為88％～99％；在35℃培養所產生的酶，經相同條件處理，剩余酶活僅有6％～10％。

高溫會使微生物細胞內的蛋白質發生變性或凝固，同時還會破壞微生物細胞內的酶活性，從而殺死微生物。溫度越高，微生物的死亡就越快，所以可以利用高溫滅菌。微生物對低溫的抵抗力一般比高溫強，低溫只能抑制微生物生長，其致死作用較差。因此，可以利用低溫保存菌種。如果所培養的微生物能在較高一些的溫度下進行生長繁殖，將對生產有很大好處，既可減少雜菌污染機會，又可減少由于發酵熱及夏季培養所需的降溫輔助設備和能耗。

工業生產上，所用的大發酵罐在發酵過程中一般不需要加熱，因發酵釋放了大量的發酵熱，需要冷卻的情況較多。為了使發酵液溫度控制在一定的范圍內，生產上常在發酵設備上安裝熱交換設備。例如，利用自動控制或手動調整的閥門，將冷卻水通入發酵罐的夾層或蛇型管中，通過熱交換來降溫，保持恒溫發酵。如果氣溫較高（特別是我國南方的夏季），冷卻水的溫度又高，致使冷卻效果很差，達不到預定的溫度，就可采用冷凍鹽水進行循環式降溫，以迅速降到恒溫。因此，大的發酵廠需要建立冷凍站，提高冷凍能力，以保證在正常溫度下進行發酵。

在發酵過程中最適溫度的控制，需要通過實際試驗來確定。就大多數情況來說，接種后培養溫度應適當提高，以利于孢子萌發或加快菌體生長、繁殖，而且此時發酵的溫度大多數下降；待發酵液的溫度表現為上升時，發酵液溫度應控制在菌體的最適生長溫度；到主發酵旺盛階段，溫度應控制在代謝產物合成的最適溫度；到發酵后期，溫度出現下降趨勢，直至發酵成熟即可放罐。