【2017年整理】发酵技术中的PH控制.doc

发酵技术中的PH控制 1 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，pH＜7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 3.8－6.0 细 菌：pH 6.5－7.5 霉 菌：pH 4.0－5.8 放线菌：pH 6.5－8.0 同种微生物对pH变化的反映不同。如，石油代蜡酵母 pH 3.5－5.0 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； pH不同，微生物代谢产物不同。 pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响 微生物生长和发酵的最适宜pH可能不同。 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； 影响微生物细胞膜所带电荷的状态，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； 影响培养基中某些组分的解离，进而微生物对这些成分的吸收； pH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。 影响氧的溶解和氧化还原电势的高低； pH值影响孢子发芽； 举例： 影响菌体的生长：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2～3 μm；pH7.4时为2～18 μm，并呈膨胀酵母状；pH值下降后菌丝形态又会恢复正常。 影响产物合成：合成青霉素的最适pH值范围为6.5～6.8。 影响产物稳定性：β-内酰胺抗生素沙纳霉素的发酵中，pH在6.7～7.5之间时抗生素的产量相近，高于或低于这个范围，合成受到抑制。在这个pH值范围内，沙纳霉素的稳定性未受到严重影响；但pH7.5时，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。 2 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。 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。 （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6～7之间；如以葡萄糖为碳源，丙酮酸迅速积累，使pH值下降到3.6，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 ①培养基中C/N不当，有机酸积累； 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； 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。 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） 一般是在5～8之间，如谷氨酸发酵的最适pH值为7.5～8.0。 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，NH