ph變化及其控制
發(fā)酵培養(yǎng)基的ph值對微生物菌體的生長及產(chǎn)物的合成有重要的影響,也是影響發(fā)酵過程中各種酶活性的重要因素,是項重點檢測的發(fā)酵參數(shù)。因此,必須掌握發(fā)酵過程中ph的變化規(guī)律,以便及時進行監(jiān)控,使其直處于生產(chǎn)的佳狀態(tài)水平。
、發(fā)酵過程ph變化的原因
在發(fā)酵過程中,影響發(fā)酵液ph值變化的主要因素有:菌種遺傳特性、培養(yǎng)基的成分和培養(yǎng)條件。在適合于微生物生長及產(chǎn)物合成的環(huán)境下,微生物本身具有定的調(diào)節(jié)ph值的能力,會使ph值處于比較適宜的狀態(tài)。但外界條件發(fā)生較大變化時,菌體將失去調(diào)節(jié)能力,使ph值不斷波動。如對以地中海諾卡氏菌進行發(fā)酵生產(chǎn)sv研究時發(fā)現(xiàn),采用ph6.0、6.8、7.5三個不同的起始ph值,結(jié)果ph在
6.8、7.5時,終發(fā)酵ph都達到7.5左右,菌絲生長和發(fā)酵單位都達到正常水平;但ph為6.0時,發(fā)酵中期ph只達4.5,菌濃僅為20%,發(fā)酵單位為零。這說明菌體的調(diào)節(jié)能力是有定限度的。
引起發(fā)酵液ph上升的主要原因有:培養(yǎng)基中的碳氮比不當,氮源過多,氨基氮釋放;有生理堿性物質(zhì)生成,如、潔霉素、等抗生素;中間補料液中氨水或尿素等堿性物質(zhì)加入過多;乳酸等有機酸被利用。
引起發(fā)酵液ph下降的主要原因有:培養(yǎng)基中的碳氮比不當,碳源過多,特別是葡萄糖過量;消泡油加入量大;有生理酸性物質(zhì)存在,如微生物通過代謝活動分泌有機酸(如乳酸、乙酸、檸檬酸等),使ph下降;通氣條件變化,氧化不,使有機酸、脂肪酸等物質(zhì)積累;些生理酸性鹽,如(nh4)2so4,其中nh+4被菌體利用后,殘留的so2-2就會引起發(fā)酵液ph值下降。
在發(fā)酵中,ph的變化就與所用碳源種類有密切關(guān)系。
如以乳糖為碳源,乳糖被緩慢利用,丙酮酸堆積很少,ph維持在6.0
~7.0;如以葡萄糖為碳源,丙酮酸迅速積累,使ph下降到3.6。凡是導(dǎo)致酸性物質(zhì)生成或釋放,堿性物質(zhì)的消耗都會引起發(fā)酵液的ph下降;反之,凡是造成堿性物質(zhì)的生成或釋放,酸性物質(zhì)的消耗將使發(fā)酵液的ph上升。
二、ph對發(fā)酵的影響
發(fā)酵過程中微生物的正常生長需要維持在定的ph值下,ph對微生物的生長和代謝產(chǎn)物生成都有很大影響。不同的微生物對ph值的要求是不同的,每種微生物都有自己的生長適和耐受的ph值。
大多數(shù)細菌的適ph值為6.5~7.5;霉菌的適ph值為4.0~5.8,酵母菌的適ph值為3.8~6.0;放線菌的適ph值為6.5~8.0。有的微生物生長繁殖階段的適ph范圍與產(chǎn)物生成階段的是不致的,這不僅與菌種特性有關(guān),也與產(chǎn)物的化學性質(zhì)有關(guān)。例如,丙酮丁醇菌生長適ph值為5.5~7.0,而發(fā)酵適ph值為4.3~583。又如,青霉菌生長適ph值為6.5~7.2,而合成適ph值為6.2~6.8。
ph值對發(fā)酵的影響主要有以下幾個方面:
①影響原生質(zhì)膜的性質(zhì),改變膜電荷狀態(tài),影響細胞的結(jié)構(gòu)。如產(chǎn)黃青霉的細胞壁厚度隨ph值的增加而減?。浩渚z的直徑在ph6.0時為2~3um,在ph7.4時則為2~18um,呈膨脹酵母狀細胞增加,隨ph下降,菌絲形狀可恢復(fù)正常。
②影響培養(yǎng)基某些重要營養(yǎng)物質(zhì)和中間代謝產(chǎn)物的解離,從而影響微生物對這些物質(zhì)的吸收利用。
③影響代謝產(chǎn)物的合成途徑。黑曲霉在ph值為2~3的情況下,發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸;而在ph值接近中性時,則生成草酸和葡萄糖酸。
又如,酵母菌在適生長ph值為4.5~5.0時,發(fā)酵產(chǎn)物為酒精;而在ph值為8.0時,發(fā)酵產(chǎn)物不僅有酒精,還有乙酸和甘油。
④影響產(chǎn)物的穩(wěn)定性。如在β內(nèi)酰胺類抗生素噻納霉素的發(fā)酵中,當ph>7.5時,噻納霉素的穩(wěn)定性下降,半衰期縮短,發(fā)酵單位也下降。
在堿性條件下發(fā)酵單位低,就與的穩(wěn)定性差有關(guān)。⑤影響酶的活性。由于酶作用均有其適的ph值,所以在不適宜的ph值下,微生物細胞中某些酶的活性受到抑制,從而影響菌體對基質(zhì)的利用和產(chǎn)物的合成。由于ph的高低對菌體生長和產(chǎn)物的合成能產(chǎn)生上述明顯的影響,所以在工業(yè)發(fā)酵中維持生長和產(chǎn)物合成的適ph是生產(chǎn)成功的關(guān)鍵中的員。