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ph變化及其控制

發(fā)酵培養(yǎng)基的ph值對(duì)微生物菌體的生長(zhǎng)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(xiàng)重點(diǎn)檢測(cè)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(shí)進(jìn)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(zhǎng)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(huì)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(shí)，菌體將失去調(diào)節(jié)能力，使ph值不斷波動(dòng)。如對(duì)以地中海諾卡氏菌進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)SV研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用ph6.0、6.8、7.5三個(gè)不同的起始ph值，結(jié)果ph在

6.8、7.5時(shí)，終發(fā)酵ph都達(dá)到7.5左右，菌絲生長(zhǎng)和發(fā)酵單位都達(dá)到正常水平；但ph為6.0時(shí)，發(fā)酵中期ph只達(dá)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(dāng)，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(bǔ)料液中氨水或尿素等堿性物質(zhì)加入過多；乳酸等有機(jī)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(dāng)，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(dòng)分泌有機(jī)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(jī)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(huì)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(huì)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(duì)發(fā)酵的影響

發(fā)酵過程中微生物的正常生長(zhǎng)需要維持在定的ph值下，ph對(duì)微生物的生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物生成都有很大影響。不同的微生物對(duì)ph值的要求是不同的，每種微生物都有自己的生長(zhǎng)適和耐受的ph值。

大多數(shù)細(xì)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(zhǎng)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(xué)性質(zhì)有關(guān)。例如，丙酮丁醇菌生長(zhǎng)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(zhǎng)適ph值為6.5~7.2，而合成適ph值為6.2~6.8。

ph值對(duì)發(fā)酵的影響主要有以下幾個(gè)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(xì)胞的結(jié)構(gòu)。如產(chǎn)黃青霉的細(xì)胞壁厚度隨ph值的增加而減小：其菌絲的直徑在ph6.0時(shí)為2~3um，在ph7.4時(shí)則為2~18um，呈膨脹酵母狀細(xì)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和中間代謝產(chǎn)物的解離，從而影響微生物對(duì)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(shí)，則生成草酸和葡萄糖酸。

又如，酵母菌在適生長(zhǎng)ph值為4.5~5.0時(shí)，發(fā)酵產(chǎn)物為酒精；而在ph值為8.0時(shí)，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(dāng)ph>7.5時(shí)，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(xì)胞中某些酶的活性受到抑制，從而影響菌體對(duì)基質(zhì)的利用和產(chǎn)物的合成。由于ph的高低對(duì)菌體生長(zhǎng)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(zhǎng)和產(chǎn)物合成的適ph是生產(chǎn)成功的關(guān)鍵中的員。