发酵技术中地PH控制

1、发酵技术中的 PH 控制pH值对菌体生长和代谢产物形成的影响pH表示溶液氢离子浓度的负对数，纯水的H+浓度是10-7mol/L,因此pH为7, pH 7呈碱性，pHV7呈酸性，pH值差1时，其H+浓度就相差10倍。最高、最适、最低三基点，主要是影响微生物活动环境的离子强度、细胞膜的透性及 膜上的带电性和氧化-还原电位、酶活性。不同种类微生物，对 pH 要求不同；酵 母：pH 38-60细 菌： pH 6.57.5霉 菌： pH 40- 58放线菌： pH 65-80同种微生物对 pH 变化的反映不同。如，石油代蜡酵母pH 35-50 生长良好，不易染菌；pH 50 时，易染细菌；pH 75 时

2、，稳定性下降，半衰期缩短，发酵单位 也下降。青霉素在碱性条件下发酵单位低，也与青霉素的稳定性有关。影响 pH 值变化的因素在发酵过程中， pH 值的变化决定于所用的菌种、培养基的成分和培养条件。在产 生菌的代谢过程中，菌体本身具有一定的调整周围环境 pH 值，构建最适 pH 值的 能力。以产生利福霉素SV的地中海诺卡菌进行发酵研究，采用pH值为60、68、75三个出发值， 结果发现：pH值在68、75时，最终发酵pH值都达到75左右，菌丝生长和发酵单位都达到 正常水平；pH值为60时，发酵中期pH值只达45,菌浓仅为20%，发酵单位为零。这说明菌体仅有一定的自调能力。1）基质代谢（1）糖代谢特

3、别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使 pH 下降。糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一（2） 氮代谢当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3, pH上 升, NH3利用后pH下降，当碳源不足时氮源当碳源利用pH上升。（3）生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降如灰黄霉素发酵的 pH 值变化，就与所用碳源种类有密切关系，如以乳糖为碳源， 乳糖被缓慢利用，丙酮酸堆积很少，pH值维持在67之间；如以葡萄糖为碳源， 丙酮酸迅速积累，使pH值下降到36,发酵单位很低。2）产物形成某些产物本身呈酸性或碱性，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

4、生素呈碱性，使pH上升。3）菌体自溶，pH上升，发酵后期，pH上升。引起发酵液pH值变化的常见因素（1）下降心 培养基中C/N不当，有机酸积累；心消沫油加得过多；心生理酸性物质过多；（2）上升心 C/N比例不当，N过多，氨基氮释放；心生理碱性物质过多；心中间补料时碱性物加入量过大；心 发酵液的pH值变化是菌体代谢反应的综合结果。心 从代谢曲线的pH值变化就可以推测发酵罐中的各种生化反应的进展和pH值变化 异常的可能原因。心在发酵过程中，要选择好发酵培养基的成分及其配比，并控制好发酵工艺条件，使 pH 值稳定维持在最佳的范围内。4发酵过程中pH值的调节及控制1）发酵pH值的确定（范围，时间）一般

5、是在58之间，如谷氨酸发酵的最适pH值为7580。随菌种和产品不同而不同。同一菌种，生长最适 pH 值可能与产物合成的最适 pH 值是不一样的。按发酵过程的不同阶段分别控制不同的pH,使产量最大。例pH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，发酵液pH下降，待有机酸 被生产菌利用，pH上升。若不及时补糖、（NH4）2SO4或酸，发酵液pH可迅速升到 80 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66 小时pH达793,以后维持在80以上至115小时，菌丝浓度降低，NH2-N升高， 发酵不再继续。发酵15小时左右，pH值可以从消后的65左右下

6、降到53,调节这一段的 pH值至7.0左右，以后自控pH,可提高发酵单位。黑曲霉pH23时合成柠檬酸，pH值接近中性时积累草酸。谷氨酸生产菌在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下形成谷氨酰胺。谷 氨酸发酵在不同阶段对 pH 值的要求不同，发酵前期控制 pH7.5 左右，发酵中期 pH72左右，发酵后期pH70,在将近放罐时，pH6568为好。梭状芽抱杆菌丙酮丁醇发酵，pH值在中性时，菌种生长良好，但产物产量很低， 实际发酵最适pH值为56。链霉素产生菌生长最适pH值为627.0，合成最适pH值为6873。 最适pH值的确定：根据实验结果不同的 pH 值出发进行发酵，发酵过程中定时测定和调

7、节 pH 值以维持出发 pH 值，或者利用缓冲液配制培养基来维持。定时观察菌体的生长情况，以菌体生长达 到最高值的pH值为生长最适pH。同样的方法可测得产物合成的最适pH值。但同一产物的最适pH值，还与 所用的菌种、培养基组成和培养条件有关。确定发酵最适pH值时，要考虑温度的影响。在各种类型的发酵过程中，实验所得的最适pH值、菌体的比生长速率）和产物比生成 速率（Qp）等3个参数的相互关系有四种情况（见图10-1）：g和Qp的最适pH值都在一个相似的较宽的适宜范围内（a）,这种发酵过程易于控制；Qp （或g）的最适pH值范围窄，而g（或Qp）的范围较宽（b）；g和Qp对pH值都很敏感，它们的最

8、适pH值又是相同的（c）,第二、第三种情况的 发酵pH值应严格控制；g和Qp有各自的最适pH值（d），应分别严格控制各自的最适pH值，才能优化发酵 过程。在生产上，主要的过程控制方法有：添加CaCO3:当用NH4+盐作为氮源时，可在培养基中加入CaCO3，用于中和 NH4+被吸收后剩余的酸.氨水流加法：氨水可以中和发酵中产生的酸，且NH4+可作为氮源，供给菌体营养. 通氨一般是使压缩氨气或工业用氨水（浓度20左右），采用少量间歇添加或连续自动流 加，可避免一次加入过多造成局部偏碱。氨极易和铜反应产生毒性物质，对发酵产生影 响，故需避免使用铜制的通氨设备。尿素流加法：味精厂多用，尿素首先被菌体尿

9、酶分解成氨，氨进入发酵液，使pH上 升，当NH4+被菌体作为氮源消耗并形成有机酸时，发酵液pH下降，这时随着尿素的 补加，氨进入发酵液，又使发酵液pH上升及补充氮源，如此循环，致至发酵液中碳源 耗尽，完成发酵。氨基酸发酵常用此法。这种方法既可以达到稳定pH值的目的，又可以不 断补充营养物质，特别是能产生阻遏作用的物质。少量多次补加还可解除对产物合成的 阻遏作用，提高产物产量。也就是说，采用补料的方法，可以同时实现补充营养、延长 发酵周期、调节pH值和培养液的特性（如菌浓等）等几个目的。pH的控制方法常用方法调节好基础料的pH。基础料中若含有玉米浆，pH呈酸性，必须调节pH。若要控 制消后pH在

10、60,消前pH往往要调到6.5-68在基础料中加入维持pH的物质，如CaCO3 ,或具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓 冲液等通过补料调节 pH在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料。在补料与调pH没有矛盾时采用补料调 pH,如(1)调节补糖速率，调节空气流量来调节 pH当NH2-N低，pH低时补氨水；当NH2-N低，pH高时补(NH4)2SO4当补料与调 pH 发生矛盾时，加酸碱调 Ph应急措施： 改变搅拌转速或通气量，以改变溶解氧浓度，控制有机酸的积累量及其代谢速度； 改变温度，以控制微生物代谢速度；改变罐压及通气量，降低CO2的溶解量；改变加油或加糖量等，调节有机酸的积累量；5、不同调pH方法的

11、影响分别在4种缓冲介质中，于pH 6. 50 一 9. 50测定天冬酰胺酶酶活力.甘氨酸介质 pH 8.00 时酶活力最高；硼酸在 pH 8. 50，酶反应最快磷酸在 pH 8. 50，酶反应最快Tris在pH 8. 50,酶反应最快酶活 1243异亮氨酸发酵不同pH控制方式对目的突变株ISw330异亮氨酸摇瓶发酵的影响，结果如图所示。“1”表 示只加CaC03控制pH值，“2”表示只加尿素控制，“3”表示CaC03和尿素联合控制pH值。 6发酵的不同阶段釆取不同的pH值例：pH对L-异亮氨酸发酵的影响研究不同pH对发酵的影响分别配置pH为60, 70, 80的培养基测定菌的生长和产物合成控制pH7.0和80时，最高细胞浓度接近相同(约16%PMV),但控制pH6. 0时细胞生长受 抑制。在 2. 5 升生物反应器内，不控制pH时2. 47ug/(mLh )控制pH7.0时的产率3. 37ug/(mLh)最高控制pH8.0时，产率2. 02g/(mLh)在控制pH6. 0时，CA产生被抑制，但降解少因此对细胞生长和CA产生最好将pH控制于70,但