pH对发酵影响与

pH对发酵影响与发酵过程的pH

值pH值是微生物代谢的综合反映，又影响代谢的进行，所以是十分重要的参数。发酵过程中pH值是不断变化的，通过观察pH值变化规律可以了解发酵的正常与否一、pH值对发酵的影响pH值影响菌体的生长和产物的合成①pH值影响酶的活性：②pH值影响微生物细胞膜所带电荷的状态：③pH值影响培养基某些组分和中间代谢产物的离解：④pH值不同，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如：pH对海藻糖水解酶产生的影响pH——菌浓

pH——酶活又如：

：培养基初始pH值对漆酶分泌的影响pH在4～7范围内产酶高漆酶(Laccases)在漆树的永延液汁中可被此酶氧化变成黑色色素的物质是漆酚、氢化漆酚等。借助氧将对苯二酚（氢醌）氧化成对苯醌的酚氧化酶的一种，亦称为对苯二酚氧化酶。是一种结合多个铜离子的蛋白质，蓝色，分子量约12万，含4原子铜。属于铜蓝氧化酶，存在菇、菌及植物中。漆酶可存活于空气中，发生反应后唯一的产物就是水，因此本质上是一种环保型酵素。由于这几年环保意识逐渐被人所重视，因此近年来漆酶也成为众多学者的研究对象。

pH影响菌体的生长对微生物发酵来说有各自的最适生长pH值和最适生产pH值。多数微生物生长都有最适pH值范围及其变化的上下限：上限都在8.5左右，超过此上限，微生物将无法忍受而自溶；下限以酵母为最低(2.5)。①pH值影响酶的活性当pH值抑制菌体某些酶的活性时会阻碍菌体的新陈代谢。菌体生长和产物合成都是酶反应的结果，仅仅是酶的种类不同而已，因此代谢产物的合成也有自己最适的pH值范围。一般认为，细胞内的H＋或OH－能影响酶蛋白的解离度和电荷情况，改变酶的结构和功能，引起酶活性的改变。

培养基与胞内pH培养基的H＋或OH－并不是直接作用在胞内酶蛋白上，而是首先作用在胞外的弱酸(或弱碱)上，使之成为易于透过细胞膜的分子状态的弱酸(或弱碱)，它们进入细胞后，再行解离，产生H＋或OH－，改变胞内原先存在的中性状态，进而影响酶的结构和活性。所以培养基中H＋或OH－是通过间接作用来产生影响的。②pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态

从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行。

Collnig等人发现产黄曲霉的细胞壁的厚度就随pH值的增加而减小：其菌丝直径在pH6.0时为2～3μm；pH7.4时为2～18μm，并呈膨胀酵母状；pH值下降后菌丝形态又会恢复正常。菌体形态变化反映代谢

不同pH值对菌体的形态影响很大：当pH值高于7．5时：菌体易于老化，呈现球状；当pH值低于6．5时：菌体同样受抑制，易于老化。而在7．2左右时：菌体是处于产酸期，呈现长的椭圆形；在6．9左右时：菌体处于生长期，呈“八”字形状并占有绝对的优势。③pH影响培养基某些组分和中间代谢产物的离解：从而影响微生物对这些物质的利用。

④pH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例：黑曲霉在pH2~3时发酵产生柠檬酸，在pH近中性时，则产生草酸。又如：谷氨酸发酵，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N-乙酰谷氨酰胺由于PH值的高低对菌体生长和产物合成产生明显的影响，所以在工业发酵中，维持最适PH值已成为生产成败的关键因素之一。（一）、发酵过程pH变化的原因

培养基中营养物质的代谢，是引起pH值变化的主要原因1、基质代谢

（1）糖代谢特别是快速利用的糖，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。二，发酵过程中pH的变化生理碱性物质、生理酸性物质无机氮源特点：微生物对它们的吸收快，所以也称之谓迅速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变化。生理酸性物质：经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺。生理碱性物质：若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质，如硝酸钠。生理碱性物质、生理酸性物质无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下了酸性或碱性物质。

(NH4)2SO4→2NH3+2H2SO4

NaNO3+4H2→NH3+2H2O+NaOH正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的pH值有积极作用。2.培养基引起pH值下降的因素碳源过量消泡油添加过量生理酸性物质的存在引起pH值上升的因素氮源过多生理碱性物质的存在中间补料，碱性物质添加过多发酵过程pH值变化的原因——如：培养基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8.0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7.93，以后维持在8.0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值可以从稍后的6.5左右下降到5.3，调节这一段的pH值至7.0左右，以后自控pH保持7.0，可提高发酵单位。pH7.0t不调pH调pH效价pH3、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、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。

4、菌体自溶，pH上升，发酵后期，pH上升。

发酵过程pH变化的原因——1.pH的确定——根据实验结果配制不同初始pH的培养基，摇瓶考察发酵情况pH对产海藻酸裂解酶的影响三、发酵PH值的确定和控制菌体有一定的自调pH值能力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。曾以产生利福霉素SV的地中海诺卡菌进行发酵研究，采用pH值为6.0、6.8、7.5三个出发值，结果发现pH值在6.8、7.5时，最终发酵pH值都达到7.5左右，菌丝生长和发酵单位都达到正常水平；但pH值为6.0时，发酵中期pH值只达4.5，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。pH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（同温度）例青霉素：菌体生长最适pH3.5~6.0,

产物合成最适pH7.2~7.4

四环素：菌体生长最适pH6.0~6.8，产物合成最适pH5.8~6.0XPpH四环素在不同的发酵阶段所要求的pH值不同如：谷氨酸发酵前期：控制pH=7.5左右发酵中期：控制pH=7.2左右发酵后期：控制pH=7.0左右将近放罐时：pH=6.5~6.8为好如：初级代谢产物丙酮、丁醇的梭状芽孢杆菌的发酵pH在中性时，菌体生长良好，但产物产量低。实际发酵合适pH值为5~6。又如：次级代谢产物抗生素发酵链霉素产生菌生长的合适pH值为6.2~7.0，而合成链霉素的合适pH值为6.8~7.3。因此按发酵过程的不同阶段分别控制不同的pH范围，使产物的产量达到最大。最适pH值的确定生长最适pH值的确定：将发酵培养基调节成不同的出发pH值进行发酵，在发酵过程中，定时测定和调节pH值以维持出发pH值，或者利用缓冲液配制培养基来维持之。定时观察菌体的生长情况，以菌体生长达到最高值的pH值为菌体生长的最适pH值。产物合成的最适pH值的确定：以同样的方法，可测得产物合成的最适pH值。

最适pH值确定的条件但同一产物的最适pH值，还与所用的菌种、培养基组成和培养条件有关。如：合成青霉素的最适pH值，先后报告有7.2～7.5、7.0左右和6.5～6.6等不同数值，产生这样的差异，可能是所用的菌株、培养基组成和发酵工艺不同引起的。在确定发酵最适pH值时，要不定期考虑培养温度的影响，若温度提高或降低，最适pH值也可能发生变动。

2、pH的控制A.μ和Qp的最适pH值的几种情形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μ和产物比生成速率Qp等3个参数的相互关系有四种情况：

(a)μ和Qp的最适pH值都在一个相似的较宽的适宜范围内，这种发酵过程易于控制；(b)Qp的最适pH值范围很窄，而μ的范围较宽；或反之。

(c)μ和Qp对pH值都很敏感，它们的最适pH值又是相同的。第三种情况的发酵pH值应严格控制；(d)第四种情况更复杂，μ和Qp有各自的最适pH值，应分别严格控制各自的最适pH值，才能优化发酵过程。B.控制方法首先需要考虑和试验发酵培养基的基础配方，使它们有个适当的配比，使发酵过程中的pH值变化在合适的范围内。（1）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6.0，消前pH往往要调到6.5~6.8。

（2）在基础料中加入维持pH的物质。如代谢产酸物质：葡萄糖（产酮酸）、（NH4)2SO4产碱物质：NaNO3、尿素缓冲剂：CaCO3、磷酸缓冲液等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；消泡剂(如豆油)的个别情况下，还可采用提高空气流量来加速脂肪酸的代谢，来调节pH

②当NH2-N低，pH低时补氨水；当NH2-N低，pH高时补(NH4)2SO4

③

当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH

（3）、通过补料调节pH

分别在4种缓冲介质中，于pH6．50一9．50测定天冬酰胺酶酶活力．1甘氨酸介质pH8.00时酶活力最高；2硼酸在pH8．50，酶反应最快3磷酸在pH8．50，酶反应最快4Tris（三羟甲基氨基甲烷）在pH8．50，酶反应最快酶活1＞2＞4＞3C、不同调节pH方法产生的影响不同缓冲介质对天冬酰胺酶的影响不同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。异亮氨酸发酵例：pH对L-异亮氨酸发酵的影响（天津科技大学）菌株最适生长pH控制在6.8～7.0D、发酵的不同阶段采取不同的pH值pH6．9时：菌体生长旺盛，pH7．15时：对菌体的产酸有利。因此，采用阶段pH控制模式进行发酵：发酵中前期：控制pH6.9，到48h后：pH值为7.15，到80h后：pH值为7.25。产率22．27g·/L，产酸率提高12．23％。例：克拉维酸发酵中pH变换控制问题的提出：在pH低时:菌体生长受抑制，在高pH时:克拉维酸会分解用2.5升罐进行的不控制pH的发酵发现:前期:由于微生物产生的酸性副产物和有机酸使pH7

降至6.5。达到最高细胞浓度后:pH开始从6.5升至8.3。CA产量达最高水平时:pH不再升高。在发酵终止时:pH再次升至8.5。随着pH升高，CA迅速分解。克拉维酸对各种β-内酰胺酶有强抑制