酵过程pH控制课件

1、第九章发酵过程控制第九章发酵过程控制pH的中间控制的中间控制引起引起pH变化的因素变化的因素pH对发酵的影响对发酵的影响pH的选择与控制的选择与控制（1 1）pHpH影响影响酶的活性酶的活性。当。当pHpH值抑制菌体值抑制菌体某些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻某些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻（2 2）pHpH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变从而改变细胞膜的透性细胞膜的透性，影响微生物对营养物，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行的进行 （3 3）pHpH值影响培养基某些值影响培养基某些

2、营养成分和中间代谢营养成分和中间代谢物的解离物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用，从而影响微生物对这些物质的利用 4 4）pHpH不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。代谢产物的质量和比例发生改变。 例如：黑曲霉在例如：黑曲霉在pH2-3pH2-3时，发酵产生柠檬酸，时，发酵产生柠檬酸，在在pHpH接近中性时，则产生草酸。接近中性时，则产生草酸。 又如：丙酮丁醇发酵中，发酵后期又如：丙酮丁醇发酵中，发酵后期pHpH为为4.3-4.3-5.35.3时积累丙酮丁醇，时积累丙酮丁醇，pHpH升高则丙酮丁醇产量减升高则丙酮丁醇产量减少

3、，而丁酸、乙酸含量增加。少，而丁酸、乙酸含量增加。2 2、pHpH对发酵的影响对发酵的影响 1 1）影响微生物的）影响微生物的生长繁殖生长繁殖。 石油吃蜡酵母（解脂假丝酵母和热带假丝酵母）石油吃蜡酵母（解脂假丝酵母和热带假丝酵母）在在 pH 3.5-5.0 范围内生长良好且不易染菌；高于范围内生长良好且不易染菌；高于5时，时，形态变小，发酵液变黑，发酵过程中容易被细菌污染形态变小，发酵液变黑，发酵过程中容易被细菌污染；pHpH低于低于3 3时，生长受到严重的抑制，细胞极不齐整，时，生长受到严重的抑制，细胞极不齐整，且出现细胞自溶的情况。且出现细胞自溶的情况。2）影响微生物的）影响微生物的形态形

4、态。 产黄青霉产黄青霉细胞壁的厚度会随细胞壁的厚度会随pH的增加而减小。的增加而减小。 pH低于低于6时，菌丝长度变短，直径为时，菌丝长度变短，直径为2-3m， pH 大于大于7时，菌丝直径为时，菌丝直径为2-8 m ，膨胀菌丝增，膨胀菌丝增多，多， pH下降后，菌丝又恢复到正常状态。下降后，菌丝又恢复到正常状态。3 3）pHpH影响代谢产物的形成的影响代谢产物的形成的数量数量和和方向方向 pHpH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。物的质量和比例发生改变。 如黑曲霉如黑曲霉: :在在pH 2-3时发酵产生柠檬酸，时发酵产生柠

5、檬酸， 在在pH近中性时，则产生草酸。近中性时，则产生草酸。 谷氨酸发酵谷氨酸发酵: :在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在中性和微碱性条件下积累谷氨酸， 在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-N-乙酰谷氨酰胺乙酰谷氨酰胺4 4）影响产物的）影响产物的稳定性稳定性 如噻纳霉素的发酵中，如噻纳霉素的发酵中， pHpH值在值在6.7-7.5之间时，抗生素的产量相近，产品之间时，抗生素的产量相近，产品稳定性未受影响，半衰期也无变化，稳定性未受影响，半衰期也无变化， 但当但当pHpH大于大于7.57.5时，抗生素半衰期缩短，稳定性时，抗生素半衰期缩短，稳定性下降，发酵产量也

6、减少下降，发酵产量也减少。5 5）pHpH在微生物培养的不同阶段有不同的影响在微生物培养的不同阶段有不同的影响 生长合成pH对菌体生长影响比产物合成影响小对菌体生长影响比产物合成影响小XpH四环素四环素放线菌金色链丛菌放线菌金色链丛菌1.1.在微生物细胞的生长阶段在微生物细胞的生长阶段: : 初期初期: :接种后到孢子萌发接种后到孢子萌发, ,因碳氮源代谢水平比较低因碳氮源代谢水平比较低, pH, pH一般可维持不变一般可维持不变, ,或者由于添加了或者由于添加了CaCOCaCO3 3而略有上升而略有上升。 快速生长期：快速生长期：pHpH值变化较大，因菌种及培养基不同值变化较大，因菌种及培养

7、基不同而上升或下降而上升或下降2.2.在生产阶段，一般发酵液的在生产阶段，一般发酵液的pHpH值趋于稳定，维持在适值趋于稳定，维持在适合产物形成的合产物形成的pHpH范围。范围。3.3.在微生物细胞自溶阶段在微生物细胞自溶阶段, ,养分的耗尽，菌体蛋白酶的养分的耗尽，菌体蛋白酶的活跃，培养液中氨基氮增加，致使活跃，培养液中氨基氮增加，致使pHpH又上升又上升。3 3、发酵过程、发酵过程pHpH变化及其原因变化及其原因 1 1、基质代谢、基质代谢 糖代谢糖代谢 特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使使pHpH下降。糖缺乏，下降。糖缺乏，pHpH上升，是

8、补料的标志之一上升，是补料的标志之一氮代谢氮代谢 当当氨基酸氨基酸中的中的-NH-NH2 2被利用后被利用后pHpH会下降；会下降；尿素尿素被被分解成分解成NHNH3 3，pHpH上升，上升，NHNH3 3利用后利用后pHpH下降，当碳源不下降，当碳源不足时氮源当碳源利用足时氮源当碳源利用pHpH上升。上升。生理酸碱性物质生理酸碱性物质被微生物利用后会导致环境被微生物利用后会导致环境pHpH下降（上升）的下降（上升）的物质称为物质称为生理酸性（碱性）物质生理酸性（碱性）物质。3.2 3.2 引起发酵过程引起发酵过程pHpH变化的原因变化的原因2 2、产物形成、产物形成 某些产物本身呈酸性或碱性

9、，使发酵液pH变化。如有机酸类产生使pH下降，红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。 3 3、菌体自溶、菌体自溶pH上升，发酵后期，上升，发酵后期，pH上升。可做为终止发上升。可做为终止发酵的指示。酵的指示。4 4、其它、其它 ：例例 pH对林可霉素发酵的影响对林可霉素发酵的影响 林可霉素发酵开始，葡萄糖转化为有机酸类中间产物，林可霉素发酵开始，葡萄糖转化为有机酸类中间产物，发酵液发酵液pHpH下降，待有机酸被生产菌利用，下降，待有机酸被生产菌利用，pHpH上升。若不及时补上升。若不及时补糖、糖、(NH(NH4 4) )2 2SOSO4 4或酸，发酵液或酸，发酵液pHpH可迅速升

10、到可迅速升到8.08.0以上，阻碍或抑以上，阻碍或抑制某些酶系，使林可霉素增长缓慢，甚至停止。对照罐发酵制某些酶系，使林可霉素增长缓慢，甚至停止。对照罐发酵6666小时小时pHpH达达7.937.93，以后维持在，以后维持在8.08.0以上至以上至115115小时，菌丝浓度降低，小时，菌丝浓度降低，NHNH2 2-N-N升高，发酵不再继续。升高，发酵不再继续。 发酵发酵1515小时左右，小时左右，pHpH值可以从消后的值可以从消后的6.56.5左右下降到左右下降到5.35.3，调节这一段的，调节这一段的pHpH值至值至7.07.0左右，以后自控左右，以后自控pHpH，可提高发酵，可提高发酵单位

11、。单位。4 4、pHpH对发酵的影响对发酵的影响 1 1）各种微生物适应的）各种微生物适应的pHpH范围：范围：细菌细菌6.5-7.5; 6.5-7.5; 霉菌霉菌4.0-5.8;4.0-5.8;酶母菌酶母菌3.8-6.0; 3.8-6.0; 放线菌放线菌6.5-8.0.6.5-8.0. ) )微生物生长阶段和产物合成阶段的最适微生物生长阶段和产物合成阶段的最适pHpH值值往往不一样。这与菌种的特性有关，也取决于产物往往不一样。这与菌种的特性有关，也取决于产物的化学性质。的化学性质。2 2、微生物细胞生长和代谢产物形成的最适、微生物细胞生长和代谢产物形成的最适pHpH值。值。1 1、选择、选择

12、原则：既有利于微生物的生长，又可以最大限度地获得高产。最适pH值是根据实验结果来确定的。2 2、pHpH的控制的控制 pHpH的控制方法的控制方法 v常用方法常用方法 调节好基础料的调节好基础料的pHpH。基础料中若含有玉米浆，。基础料中若含有玉米浆，pHpH呈酸性，必须调节呈酸性，必须调节pHpH。若要控制消后。若要控制消后pHpH在在6.06.0，消前消前pHpH往往要调到往往要调到6.5-6.86.5-6.8 在基础料中加入维持在基础料中加入维持pHpH的物质，如的物质，如CaCOCaCO3 3 ，或，或具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等 通过补料调节通过补料调节pH pH 在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料