微生物發酵生產的水平最基本的是取決於生產菌種的性能，但有了優良的菌種還需要有最佳的環境條件即發酵工藝加以配合，才能使其生產能力充分。因此必須研究生產菌種的最佳發酵工藝條件，如營養要求、培養溫度、對氧的需求等，據此設計合理的發酵工藝，使生產菌種處於最佳成長條件下，才能取得優質高產的效果。
溫度對發酵的影響及控製
溫度對發酵的影響及其調節控製是影響有機體生長繁殖最重要的因素之一，因為任何生物化學的酶促反應與溫度變化有關的。溫度對發酵的影響是多方麵且錯綜複雜的，主要表現在對細胞生長、產物合成、發酵液的物理性質和生物合成方向等方麵。
一、溫度對發酵的影響
（一）、溫度影響微生物細胞生長
隨著溫度的上升，細胞的生長繁殖加快。這是由於生長代謝以及繁殖都是酶參加的。根據酶促反應的動力學來看，溫度升高，反應速度加快，呼吸強度增加，最終導致細胞生長繁殖加快。但隨著溫度的上升，酶失活的速度也越大，使衰老提前，發酵周期縮短，這對發酵生產是極為不利的。
（二）、溫度影響產物的生成量。
（三）、溫度影響生物合成的方向。例如，在四環類抗生素發酵中，金色鏈絲菌能同時產生四環素和金黴素，在30℃時，它合成金黴素的能力較強。隨著溫度的提高，合成四環素的比例提高。當溫度超過35℃時，金黴素的合成幾乎停止，隻產生四環素。
（四）、溫度影響發酵液的物理性質
溫度除了影響發酵過程中各種反應速率外，還可以通過改變發酵液的物理性質間接影響微生物的生物合成。例如，溫度對氧在發酵液中的溶解度就有很大響，隨著溫度的升高，氣體在溶液中的溶解度減小，氧的傳遞速率也會改變。另外溫度還影響基質的分解速率，例如，菌體對硫酸鹽的吸收在25℃時最小。
二、影響發酵溫度變化的因素：
發酵熱就是發酵過程中釋放出來的淨熱量。
Q發酵=Q生物+Q攪拌-Q蒸發-Q輻射
1、 生物熱
是生產菌在生長繁殖時產生的大量熱量。生物熱主要是培養基中碳水化合物、脂肪、蛋白質等物質被分解為CO2、NH3時釋放出的大量能量。主要用於合成高能化合物， 供微生物生命代謝活動及熱能散發。菌體在生長繁殖過程中，釋放出大量熱量。
生物熱的大小與菌種遺傳特性、菌齡有關，還與營養基質有關。在相同條件下，培養基成分越豐富，產生的生物熱也就越大。
2、 攪拌熱
通風發酵都有大功率攪拌，攪拌的機械運動造成液體之間，液體與設備之間的摩擦而產生的熱。
Q攪拌=3600（P/V）
3600：熱功當量（kJ/（kW.h））
（P/V）：通氣條件下單位體積發酵液所消耗的功率（ kW/m3）
3、 蒸發熱
通入發酵罐的空氣，其溫度和濕度隨季節及控製條件的不同而有所變化。空氣進入發酵罐後，就和發酵液廣泛接觸進行熱交換。同時必然會引起水分的蒸發；蒸發所需的熱量即為蒸發熱。
蒸發熱的計算： Q蒸發=G（I2-I1）， G：空氣流量，按幹重計算，kg/h；
I1、I2：進出發酵罐的空氣的熱焓量，J/kg（幹空氣）
4、 輻射熱
由於發酵罐內外溫度差，通過罐體向外輻射的熱量。輻射熱可通過罐內外的溫差求得，一般不超過發酵熱的5%。輻射熱的大小取決於罐內外的溫差，受環境溫度變化的影響，冬天影響大一些，夏季影響小些。
5、顯熱 （Q顯）
排出氣體所帶的熱。
三、發酵熱的測定
①通過測量一定時間冷卻水的流量和冷卻水的進、出口溫度，由下式計算出發酵熱：
Q發酵=G.CW.（t2-t1）/V
式中 G——冷卻水的流量(kg/h)；CW——水的比熱[kJ／(kg•℃)]；
t2 t1——分別為冷卻水的進、出口溫度(℃)； V--發酵液的體積(m3)。
②通過發酵罐溫度的自動控製，先使罐溫達到恒定，再關閉自動控製裝置,測定溫度隨時間上升的速率，按下式計算發酵熱
Q發酵=(MlCl+M2c2).S
Ml一係統中發酵液的質量(kg)；M2一發酵罐的質量(kg)；
Cl—發酵液的比熱[kJ／(kg•℃)]；C2—發酵罐材料的比熱[kJ／(kg•℃))；
S—溫度上升速率(℃／h)。
四、最適溫度的選擇與發酵溫度的控製
（一）溫度的選擇
最適溫度是一種相對概念，是指在該溫度下最適於菌的生長或發酵產物的生成。選擇最適溫度應該考慮微生物生長的最適溫度和產物合成的最適溫度。最適發酵溫度與菌種，培養基成分，培養條件和菌體生長階段有關。
在抗生素發酵中，細胞生長和代謝產物積累的最適溫度往往不同。例如，青黴素產生菌生長的最適溫度為30℃，但產生青黴素的最適溫度是24．7℃。至於何時應該選擇何種溫度，則要看當時生長與生物合成哪一個是主要方麵。在生長初期，抗生素還未開始合成，菌絲體濃度很低時，以促進菌絲體迅速生長繁殖為目的時，應該選擇最適於菌絲體生長的溫度。當菌絲體濃度達到一定程度，到了抗生素分泌期時，此時生物合成成為主要方麵，就應該滿足生物合成的最適溫度，這樣才能促進抗生素的大量合成。在乳酸發酵中也有這種情況，乳酸鏈球菌的最適生長溫度是34℃，而產酸的最適溫度不超過30℃。因此需要在不同的發酵階段選擇不同的最適溫度。
最適發酵溫度的選擇實際上是相對的，還應根據其他發酵條件進行合理地調整，需要考慮的因素包括菌種、培養基成分和濃度、菌體生長階段和培養條件等。例如，溶解氧濃度是受溫度影響的，其溶解度隨溫度的下降而增加。因此當通氣條件較差時，可以適當降低溫度以增加溶解氧濃度。在較低的溫度下，既可使氧的溶解度相應大一些，又能降低菌體的生長速率，減少氧的消耗量，這樣可以彌補較差的通氣條件造成的代謝異常。最適溫度的選擇還應考慮培養基成分和濃度的不同，在使用濃度較稀或較易利用的培養基時，過高的培養溫度會使營養物質過早耗竭，而導致菌體過早自溶，使產物合成提前終止，產量下降。例如，玉米漿比黃豆餅粉更容易利用，因此在紅黴素發酵中，提高發酵溫度使用玉米漿培養基的效果就不如黃豆餅粉培養基的好，提高溫度有利於菌體對黃豆餅粉的利用。
因此，在各種微生物的培養過程中，各個發酵階段的最適溫度的選擇是從各方麵綜合進行考慮確定的。例如，在四環素發酵中，采用變溫控製，在中後期保持較低的溫度，以延長抗生素分泌期，放罐前24h提高2—3℃培養，能使最後24h的發酵單位提高50％以上。又如，青黴素發酵最初5h維持30℃，6-35h為25℃，36--85h為20℃，最後40h再升到25℃。采用這種變溫培養比25℃恒溫培養的青黴素產量提高14．7％。
工業上使用大體積發酵罐的發酵過程，一般不須要加熱，因為釋放的發酵熱常常超過微生物的最適培養溫度，所以需要冷卻的情況較多。
（二）、溫度的控製
發酵罐：夾套（10M3以下）；盤管（蛇管）（10M3以上）。
