在发酵过程中，随着微生物对培养基中的营养物质的利用以及机械搅拌的作用，都会产生一定的热量，同时，由于发酵罐壁的散热、水分的蒸发等将会带走部分热量，因而会引起发酵温度的变化。习惯上将产生的热能减去散失的热能所得的净热量称为发酵热Q发酵（kJ·m－3·h－1）。发酵热包括生物热、搅拌热、蒸发热、辐射热等。

1.生物热（Q生物）

生物热是指产生菌在生长繁殖过程中产生的热能。这种热主要是培养基中碳水化合物、脂肪和蛋白质被微生物分解成CO2、Nh3、水和其他物质时释放出来的。释放出来的能量部分用来合成高能化合物（如ATp），供微生物合成和代谢活动的需要，部分用来合成产物，其余部分则以热的形式散发出来。

生物热的大小随菌种和培养基成分不同而变化。对某一菌株而言，在同一条件下，培养基成分越丰富，营养物质被利用得越快，产生的生物热就越大。生物热的大小还随培养时间的不同而不同，当菌体处在孢子萌发阶段或延迟期时，微生物数量少，呼吸作用缓慢，产生的生物热是有限的；而进入对数生长期后，微生物细胞繁殖旺盛，就释放出大量的热能，培养基的温度升高较快；在对数期后，微生物已基本停止繁殖，产热随菌体的衰老而逐步下降。因此，对数生长期释放的热量常被作为发酵热平衡的主要依据。例如，四环素发酵在20～50h的发酵热为最大，最高值达29330kJ·m－3·h－1，其他时间的最低值约为8380kJ·m－3·h－1，平均为16760kJ·m－3·h－1。

2.搅拌热（Q搅拌）

好氧培养的发酵罐都有一定功率的搅拌装置。搅拌带动发酵液做机械运动，造成液体之间、液体和设备之间的摩擦，由此产生一定的热量，其称为搅拌热。搅拌热可根据下式近似算出来：Ｑ搅拌＝3600（Ｐ/Ｖ）（81）式中：p/V是通气条件下单位体积发酵液所消耗的功率，单位为kW·m－3；3600为热功当量，单位为kJ·kW－1·h-1。

3.蒸发热（Q蒸发）

蒸发热是指空气进入发酵罐，与发酵液广泛接触后，引起水分蒸发所需的热能，也叫汽化热。蒸发热可按下式计算：Q蒸发=qm（h出－h进）（82）式中：qm为空气流量，单位为kg·h－1；h出、h进分别为排气、进气的热焓，单位为kJ·kg-1。

4.辐射热（Q辐射）

辐射热是指因存在罐内外温差，使发酵液中通过罐体向外辐射的热量。辐射热的大小取决于罐内外温差的大小，通常冬天辐射热大，夏天辐射热小。

因此，发酵热可写为Ｑ发酵＝Ｑ生物＋Ｑ搅拌－Ｑ蒸发－Ｑ辐射（83）由于Q生物、Q蒸发在发酵过程中随时间而变化，因此发酵热在整个发酵过程中也是随时间而变化的。为了使发酵在一定温度下进行，生产中都采取在发酵罐上安装夹套或盘管的方式，在温度高时，通过循环冷却水加以控制；在温度低时，通过加热使夹套或盘管中的循环水达到一定的温度，从而实现对发酵温度进行有效控制。

发酵热一般可通过下列方法进行测定和计算。

①通过测定一段时间内冷却水的流量和进、出冷却水的温度计算：Ｑ发酵＝qＶC（t2-t1）/V（84）式中：qV为冷却水体积流量，单位为L·h－1；C为水的比热容，单位为kJ·kg－1·℃－1；t1、t2为进、出冷却水的温度，单位为℃；V为发酵液体积，单位为m3。

②通过自动控制发酵罐的温度，先使罐温达到恒定，再关闭控制装置，测定温度随时间上升的速率，按下式计算发酵热：Ｑ发酵＝（m1C1+m2C2）μ（85）式中：m1、m2分别为发酵液及发酵罐的质量，单位为kg；C1、C2分别为发酵液及发酵罐材料的比热容，单位为kJ·kg－1·℃－1；μ为温度上升速率，单位为℃·h－1。

③根据化合物的燃烧热计算发酵过程中生物热的近似值。根据hess定律，热效应取决于系统的初态和终态，而与变化的途径无关，反应的热效应等于底物的生成热总和减去产物的生成热总和。对于有机化合物，燃烧热可直接测定，因而采用燃烧热计算就更合适。计算公式如下：Δh=∑Δh底物－∑Δh产物（86）虽然发酵是一个复杂的生化过程，底物和产物很多，但是可以以主要物质（即在反应中起决定作用的物质）来进行近似的计算。