发酵工艺控制pH值参数.docx

发酵工艺控制（pH值参数）发酵工艺控制—— pH 对发酵的影响及控制 录入时间:2010-8-13 9:19:45 来源：青岛海博《微生物工程》 发酵过程中培养液的 pH 值是微生物在一定环境条件下代谢活动的综合指标，是 一项重要的发酵参数它对菌体的生长和产品的积累有很大的影响因此，必须 掌握发酵过程中 pH 的变化规律，及时监测并加以控制，使它处于最佳的状态 尽管多数微生物能在3〜4个pH单位的pH范围内生长，但是在发酵工艺中，为 了达到高生长速率和最佳产物形成，必须使pH在很窄的范围内保持恒定一、PH对发酵的影响 微生物生长和生物合成都有其最适和能够耐受的 pH 范围，大多数细菌生长的最 适pH范围在6.3〜7.5，霉菌和酵母生长的最适pH范围在3〜6,放线菌生长的 最适pH范围在7〜8有的微生物生长繁殖阶段的最适pH范围与产物形成阶段 的最适pH范围是一致的，但也有许多是不一致的表7-1列举了几种生长最适 pH范围与产物形成最适pH范围不一致的例子pH还会影响菌体的形态例如，产黄青霉细胞壁的厚度随pH的增加而减小；当 pH低于6时，菌丝的长度缩短，直径为2〜3 口 m，当pH=7或>7时，直径为 2〜18 um，酵母状膨胀菌丝的数目增加。

pH下降后，菌丝形态又恢复正常pH 还影响细胞膜的电荷状态，引起膜的渗透性发生改变，进而影响菌体对营养物质 的吸收和代谢产物的形成对产物的稳定性同样有影响除此之外， pH 对某些生物合成途径有显著影响例如，丙酮丁醇发酵中，细菌 增殖的pH范围是5.5〜7.0为好，发酵后期pH=4.3〜5.3时积累丙酮丁醇，pH升 高则丙酮丁醇产量减少，而丁酸、乙酸含量增加又如，黑曲霉在 pH=2〜3 时 产生柠檬酸，pH近中性时，积累草酸和葡萄糖酸谷氨酸发酵中，pH=7或微碱 时形成谷氨酸，pH酸性时产生N—乙酰谷酰胺从以上看出，为要更有效地控 制生产过程，必须充分了解微生物生长和产物形成的最适pH范围二、影响发酵pH的因素发酵过程中， pH 的变化是微生物在发酵过程中代谢活动的综合反映，其变化的 根源取决于培养基的成分和微生物的代谢特性有研究表明，培养开始时发酵液pH的影响是不大的，因为微生物在代谢过程中， 迅速改变培养基pH的能力十分惊人例如，以花生饼粉为培养基进行土霉素发 酵，最初将pH分别调到5.0、6.0和7.0,发酵24h后，这三种培养基的pH已经 不相上下，都在 6.5〜7.0 之间但是当外界条件发生较大变化时，菌体就失去了 调节能力，发酵液的 pH 将会不断波动。

引起这种波动的原因除了取决于微生物自身的代谢外，还与培养基的成分有极大的关系一般来说，有机氮源和某些无机氮源的代谢起到提高 pH 的作用，例如氨基 酸的氧化和硝酸钠的还原，玉米浆中的乳酸被氧化等，这类物质被微生物利用后， 可使pH上升，这些物质被称为生理碱性物质，如有机氮源、硝酸盐、有机酸等 而碳源的代谢则往往起到降低pH的作用，例如，糖类氧化不完全时产生的有机 酸，脂肪不完全氧化产生的脂肪酸、铵盐氧化后产生的硫酸等这类物质称为生 理酸性物质此外通气条件的变化，菌体自溶或杂均污染都可能引起发酵液pH的改变，所以 确定最适 pH 以及采最适有效的控制措施，是使菌种发挥最大生产能力的保证三、最适 pH 的选择和调控选择最适pH的原则是既有利于菌体的生长繁殖，又可以最大限度地获得高的产 量一般最适pH是根据实验结果来确定的，通常将发酵培养基调节成不同的起 始pH值，在发酵过程中定时测定、并不断调节pH，以维持其起始pH值，或者 利用缓冲剂来维持发酵液的pH同时观察菌体的生长情况，菌体生长达到最大 值的pH即为菌体生长的最适pH产物形成的最适pH也可以如此测得微生物生长最适 pH 与产物形成最适 pH 相互关系的四种情况。

第一种情况是菌 体的比生长速率（口）和产物的比生产速率（Qp）都有一个相似的并且较宽的最适 pH范围；第二种是Qp（或口）的最适pH范围很窄，而U （或Qp）的范围较宽；第 三种是口和Qp有相同的最适pH范围，但范围很窄，即对pH值的变化敏感；第 四种，□和Qp都有各自的最适pH范围属于第一种情况的发酵过程比较易于 控制，第二、三模式的发酵pH须要严格控制，最后一种情况应该分别严格控制 各自的最适pH在测定了发酵过程中不同阶段的最适pH要求后，便可采用各种方法来控制在 工业生产中，调节pH的方法并不是仅仅采用酸碱中和，因为酸碱中和虽然可以 中和培养基中当时存在的过量碱，但是却不能阻止代谢过程中连续不断发生的酸 碱变化即使连续不断地进行测定和调节，也是徒劳无益的，因为这没有根本改 善代谢状况因为发酵过程中引起pH变化的根本原因是因微生物代谢营养物质 的结果，所以调节控制pH的根本措施主要应该考虑培养基中生理酸性物质与生 理碱性物质的配比，然后是通过中间补料进一步加以控制补料也不是仅仅加入酸碱来控制，可用生理酸性和生理碱物质来控制，这些物质 不仅可以调节pH，还可以补充氮源当pH和氨基氮含量低时，加入氨水；当 pH 高，氨基氮含量低时，加入硫酸铵。

补糖是根据 pH 的变化来决定补糖速率，恒速补糖则通过加人酸碱来控制 pH。