温度对微生物生长的影响，及这些影响在食品工程中的运用。

【专家解说】：影响微生物生长繁殖的条件主要有下面这五个方面： （1）营养条件。微生物也需要营养，才能正常生长，营养物质的供应是微生物生存的首要条件。微生物主要的营养物质包括碳化物、氮化物、水和无机盐以及微量元素等。不同的微生物彼此所需要的营养条件有或多或少的差别。例如，假单胞杆菌属的细菌可以利用90种以上的碳化物，而甲烷氧化菌却只能利用甲烷和甲醇。有少数细胞能利用对其他生活有毒的酚、氰化物，固氮细胞可以利用空气中的氮气等等。 （2）温度。温度是影响微生物存活的重要因素之一。微生物有各自的最适温度，一般是在20～70℃左右。个别微生物可在200～300℃的高温下生活。 （3）酸碱度。各种微生物都有其最适酸碱度。酵母和霉菌适宜在微酸性环境中。也有少数可以在强酸或强碱性环境中生存。 （4）微生物与氧气的关系。有的微生物没有空气就不能生存；有的通风反不能生存；有的通风或不通风都能生存。 （5）有毒物质、辐射、超声波对微生物的生长也有着重要的影响。 沼气发酵工艺类型 （二）以发酵温度划分 沼气发酵的温度范围一般在10~60℃之间，温度对沼气发酵的影响很大，温度升高沼气发酵的产气率也随之提高，通常以沼气发酵温度区分为：高温发酵、中温发酵和常温发酵工艺。 1、高温发酵工艺 高温发酵工艺指发酵料液温度维持50~60℃的范围之间，实际控制温度多在53+-2℃，该工艺的特点是微生物生长活跃，有机物分解速度快，产气率高，滞留时间短。采用高温发酵可以有效地杀灭各种致病菌和寄生虫卵，具有较好的卫生效果，从除害灭病和发酵剩余物肥料利用的角度看，选用高温发酵是较为实用的。但要维持消化器的高温运行，能量消耗较大。一般情况下，在有余热可利用的条件下，可采用高温发酵工艺，如处理经高温工艺流程排放的酒精废醪、柠檬酸废水和轻工食品废水等。 2、中温发酵工艺 中温发酵工艺指发酵料液温度维持在35+-2℃的范围之间，与高温发酵相比，这种工艺消化速度稍慢一些，产气率要低一些，但维持中温发酵的能耗较少，沼气发酵能总体维持在一个较高的水平，产气速度比较快，料液基本不结壳，可保证常年稳定运行。为减少维持发酵装置的能量消耗，工程中常采用近中温发酵工艺，其发酵料液温度为25~30℃。这种工艺因料液温度稳定，产气量也比较均衡。总之，与经济发展水平相配套，工程上采取增温保温措施是必要的。 3、常温发酵工艺 常温发酵工艺指在自然温度下进行沼气发酵，发酵温度受气温影响而变化，我国农村户用沼气池基本上采用这种工艺。其特点是发酵料液的温度随气温、地温的变化而变化，一般料液温度最高时为25℃，低于10℃以后，产气效果很差。其好处是不需要对发酵料液温度进行控制，节省保温和加热投资，沼气池本身不消耗热量；其缺点是同样投料条件下，一年四季产气率相差较大。南方农村沼气池在地下，还可以维持用气量。北方的沼气池则需建在太阳能暖圈或日光温室下，这样可确保沼气池安全越冬，维持正常产气。 （三）以发酵阶段划分 根据沼气发酵分为“水解——产酸——产甲烷”三个阶段理论，以沼气发酵不同阶段，可将发酵工艺划分为单相发酵工艺和两相（步）发酵工艺。 1、单相发酵工艺 将沼气发酵原料投入到一个装置中，使沼气发酵的产酸和甲烷阶段合二为一，在同一装置中自行调节完成。即“一锅煮”的形式。我国农村全混合沼气发酵装置，大多数采用这一工艺。 2、两相发酵工艺 两相发酵也称两步发酵，或两步厌氧消化。该工艺是根据沼气发酵三个阶段的理论，把原料的水解、产酸阶段和产甲烷阶段分别安排在两个不同的消化器中进行。水解、产酸池通常采用不密封的全混合式或塞流式发酵装置，产甲烷池则采用高效厌氧消化装置，如污泥床、厌氧过滤等。 从沼气微生物的生长和代谢规律以及对环境条件的要求等方面看，产酸细菌和产甲烷细菌有着很大差别。因而为它们创造各自需要的最佳繁殖条件和生活环境，促使其优势生长，迅速的繁殖，将消化器分开来，是非常适的。这既有利于环境条件的控制和调整，也有利于人工驯化、培养优异的菌种，总体上便于进行优化设计。也就是说，两步发酵较之单相发酵工艺过程的气量、效率、反应速度、稳定性和可控性等方面都要优越，而且生成的沼气中的甲烷含量也比较高。从经济效益看，这种苣流程加快了挥发性固体的分解速度，缩短了发酵周期，从而也就降低了生成甲烷的成本和运转费用。 （四）按发酵级差划分 1、单级沼气发酵工艺 简单地说，就是产酸发酵和产甲烷发酵在同一个沼气发酵装置中进行，而不将发酵物再排入第二个沼气发酵装置中继续发酵。从充分提取生物质能量、杀灭虫卵和病菌的效果以及合理解决用气、用肥的矛盾等方面看，它是很不完善的，产气效率也比较低。但是这种工艺流程的装置结构比较简单，管理比较方便，因而修建和日常管理费用相对来说，比较低廉，是目前我国农村最常见的沼气发酵类型。 2、多级沼气发酵工艺 所谓多级发酵，就是由多个沼气发酵装置串联而成。一般第一级发酵装置主要是发酵产气，产气量可占总产气量的50%左右，而未被充分消化的物料进入第二级消化装置，使残余的有机物质继续彻底分解，这既有利于物料的充分利用和彻底处理废物中的BOD，也在一定程度上能够缓解用气和用肥的矛盾。如果能进一步深入研究双池结构的形式，降低其造价，提高与会代表级发酵的运转效率和经济效果，对加速我国农村沼气建设的步伐是现实意义的。从延长沼气池中发酵原料的滞留时间和滞留路程，提高产气率，促使有机物质的彻底分解角度出发，采用多级发酵是有效的。对于大型的两级发酵装置，第一级发酵装置安装有加热系统和搅拌装置，以利于产气量，而第二级发酵装置主要是彻底处理有机废物中的BOD，不需要搅拌和加温。但若采用大量纤维素物料发酵，为防止表面结壳，第二级发酵装置中仍需设备搅拌。 把多个发酵装置串联起来进行多级发酵，可以保证原料在装置中的有效停留时间，但是总的容积与单级发酵装置相同时，多级装置占地面积较大，装置成本较高。另外由于第一级池较单级池水力滞留期短，其新料所占比例较大，承受冲击负荷的能力较差。如果第一级发酵装置失效，有可能引起整个的发酵失效。