发酵过程中pH的变化与控制

发布时间:2012-5-12 8:47
发酵是一个复杂的生物化学变化过程。受很多环境条件的影响,除了培养基组成等的化学因素外,还有pH、温度、氧气、泡沫及杂菌(及噬菌体)污染等物理和生物因素。这些条件的变化反应了发酵过程的动态。人们在生产实践中,就是通过观察和控制这些工艺条件,从而控制和完成发酵过程,当然这些条件是相互联系,相互影响的。 pH对发酵过程的影响 发酵过程中的pH值是个综合性指标,它与微生物的生长繁殖和代谢产物的积累都有很大的关系,它的影响主要通过如下几个方面:
①pH值影响酶的活性,当pH值抑制或激活菌体中某些酶的活性时,使菌体的代谢途径会发生某些改变。
②pH值影响微生物细胞膜可带电荷的状况,菌体可带电荷的改变使膜的渗透性改变,从而有可能影响微生物的营养吸收及代谢产物的分泌。
③pH值还可能影响培养基中某些营养物质的分解或微生物中间代谢产物的解离,从而影响微生物对这些物质的利用。
④pH值还可能改变培养基的氧化还原条件等。
微生物发酵的营养期和分化期pH值会有所不同,培养温度提高成降低,最适pH范围有可能随着变动,会影响微生物的各种酶活力。pH也会影响某些微生物的形态,如青霉菌当培养过程中pH超过6.0时,菌丝缩短,pH在7.0或以上时,膨胀菌丝的数目增加,即细胞壁或细胞膜的结构改变,导致细胞内含物易分泌于体外。 影响pH变化的因素 在发酵过程中pH的变化决定于菌种的特性、培养基的配比和发酵条件。菌体由于对培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累,使培养基的pH发生变化,如培养基中的碳源,特别是葡萄糖过多,由于形成有机酸,迫使pH下降。当尿素被分解时,培养基中氨离子浓度增加,pH值就上升。如用时也会使pH上升,硫酸铵的利用则pH下降。培养基中的含氮物质如蛋白质降解变成氨基酸,经脱氨释放出氨,使pH上升。因此,发酵液中pH的变化是微生物生化过程的综合指标。 关于发酵过程中pH的调节 一般工业生产上的做法有两种:
  (1)调节基础培养基的配方,例如,调整培养基中碳、氨源的配比,或者加入发酵行业专用的发酵用消泡剂或者是调整生理酸性物质的比例,在满足一定营养条件下,可以控制发酵过程中的pH值。
  (2)补料的控制:
   ①简单的加酸加碱法:如用NaOH, HCI,氨水和H2S04等中和培养液中pH的变动。
   ②流加无机氮源的方法:尿素、氨水等既是无机氮源,又作为调节pH用。按照实际情况选用或混用何种氮源,以及流加数量和次数等等。
  ③补入碳氮源方法:在有些情况下,除了加入氮源外,还多加油或糖的办法进行。调节
本文参考《发酵微生物学》一书。
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