微生物発酵とは、微生物が適切な条件下で、特定の代謝経路を経て原料を人間が必要とする製品に変換するプロセスを指します。微生物発酵の生産量は、主に菌株の遺伝的特性と培養条件に依存します。一般的に、微生物の収量に影響を与える条件には、炭素源、pH、培養時間、発酵温度、振とう機の速度と振幅などがあります。これらの要因のうち、炭素源やpH値などは培養培地によって決定され、発酵温度、振とう速度、振とう振幅は「脱色振とう機」によって制御されます。脱色振とう機の温度は発酵に多面的な影響を与えます。
1. 温度は発酵中に生成される胞子数と生菌数に大きな影響を与えます。微生物の一般的な生存温度は20～35℃であり、過度に高い温度または低い温度は微生物の不活性化、さらには死滅につながります。酵素反応速度論の観点から見ると、高温は反応速度を高め、増殖と代謝を促進し、生成物の生成を促進します。しかし、高温は酵素の不活性化と細胞の早期老化も促進し、生成物の生成に影響を与えます。
2. 同じ種類の細菌であっても、増殖と代謝産物の蓄積に必要な温度は異なります。例えば、ペニシリン産生菌にとって適切な温度は30℃ですが、ペニシリン生産の最適温度は25℃です。そのため、目的とする製品に応じて温度を調整し、生産の各段階で異なる温度を設定する必要があります。
3. 温度は酵素の組成と特性にも影響を与えます。例えば、55℃で生産された酵素は、90℃で60分間保持した後でも活性の88%～99%を保持しますが、同じ条件下で35℃で生産された酵素は、活性のわずか6%～10%しか保持しません。
4. 温度の違いは、細菌が生産する代謝産物にも異なる影響を与えます。例えば、テトラサイクリン発酵にストレプトマイセス・クロルテトラサイクリンNRRLB-1287を用いる場合、発酵温度を30℃未満に設定するとクロルテトラサイクリンの合成が増加します。発酵温度を上げるとテトラサイクリンの合成が促進されます。 35℃では、ストレプトマイセス・クロルテトラサイクリン（Streptomyces chlortetracycline）はテトラサイクリンのみを産生し、クロルテトラサイクリンの合成はほぼ停止します。
5. 温度は、発酵液の粘度、基質と酸素の溶解度と移動速度、特定の基質の分解速度と吸収速度など、発酵液の物理的性質にも影響を与えます。発酵温度は、これらの条件に影響を与えることで、発酵の速度論と生成物の生合成に影響を及ぼします。
したがって、発酵中に適切な温度を維持することは、細胞の円滑な増殖と代謝産物の合成にとって非常に重要です。正確な温度制御は、脱色振とう機を選定する際の重要なパラメータの一つとなります。