发酵工艺控制 pH控制

7.发酵工艺及控制7.3.4pH的影响及其控制一、pH对发酵的影响1、不同种类微生物，对pH要求不同酵

母：pH3.8－6.0细

菌：pH6.5－7.5霉

菌：pH4.0－5.8放线菌：pH6.5－8.02、同种微生物对pH变化的反映不同石油代蜡酵母：pH3.5－5.0生长良好，不易染菌；pH>5.0时，易染细菌；pH<3.0时，生长受抑制，易自溶；一、pH对发酵的影响3、pH不同，微生物代谢产物不同黑曲霉：

pH：2－3，

柠檬酸发酵pH：7.0，草酸发酵酿酒酵母：pH：4.5-5.0－3，乙醇发酵

pH：8.0，甘油发酵/谷氨酸菌：pH：7－8，GA发酵pH：5.0－5.8，谷氨酰胺发酵4、微生物生长和发酵的最适宜pH可能不同丙酮丁醇菌：生长：pH5.5－7.0;

发酵：pH4.3-5.3;青霉素菌：

生长：pH6.5-7.2；

发酵：pH6.2-6.8链霉素菌：

生长：pH6.3-6.9；

发酵：pH6.7-7.3一、pH对发酵的影响pH对发酵影响的机理：1、pH影响酶的活性：当pH值抑制菌体中某些酶的活性时，会阻碍菌体的新陈代谢2、pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变：改变细胞膜的通透性，影响微生物对营养物质的吸收和代谢产物的排泄；3、pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离：进而影响微生物对这些成分的吸收4、pH影响代谢方向：使代谢产物的产量和比例发生改变。二、发酵过程中pH变化的原因在发酵过程中，pH值的变化决定于所用的菌种、基质的代谢，产物的形成，菌体自溶等1、菌体具有一定的自调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；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。二、发酵过程中pH变化的原因2.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）氮代谢氨基酸中的-NH2被利用，pH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3.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。二、发酵过程中pH变化的原因4.菌体自溶发酵后期，菌体自溶，pH上升。引起发酵液pH值变化的常见因素(1)下降：①培养基中C/N不当，有机酸积累；特别是葡萄糖过量，或者中间补糖过多加之溶解氧不足，致使有机酸大量积累②消沫油加得过多；③生理酸性物质过多；(2)上升：①C/N比例不当，N过多，氨基氮释放；②生理碱性物质过多；③中间补料时碱性物加入量过大；二、发酵过程中pH变化的原因此外，通气状况的变化，杂菌污染都可能引起发酵液pH的变化。发酵液的pH值变化是菌体代谢反应的综合结果。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。确定和有效控制pH在菌体生长或产物积累的最适范围是高产的保证。三、发酵pH的确定和控制1.发酵pH值的确定（范围，时间）原则：有利于菌体生长和产物的合成。一般根据实验结果确定。

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。①两者相同，范围都宽；容易控制。

②两者相同，范围都窄；必须严格控制。③两者相同，范围一宽一窄；必须严格控制。④两者不同，范围都窄；分别严格控制。三、发酵pH的确定和控制最适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。

最佳pH的确定：配制不同初始pH的培养基，摇瓶考察发酵情况三、发酵pH的确定和控制2、常用控制方法①调节培养基的组分：适当调整C/N比及其它各组分比例，使发酵过程中pH变化在合适的范围内②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③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，如调节补糖速率，调节空气流量来调节pH，当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH。三、发酵pH的确定和控制添加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