發(fā)酵用pH值是微生物在一定環(huán)境條件下代謝活動的綜合指標,是一項重要的發(fā)酵參數(shù),對菌體的生長和產(chǎn)品的積累有很大的影響。因此必須掌握發(fā)酵過程中PH的變化規(guī)律,以便對發(fā)酵過程進行合理有效控制。
每一類菌都有其最適的和能耐受的PH范圍。細菌和放線菌在6.5~7.5,酵母在4~5,霉菌在5~7。微生物生長階段和產(chǎn)物合成階段的最適PH往往也不一樣,這不僅與菌種的特性有關(guān),也取決于產(chǎn)物的化學性質(zhì)。因此,為了更有效地控制生產(chǎn),必須充分了解微生物生長和合成產(chǎn)物的最適PH。
選擇合適的發(fā)酵用pH的準則即是有利于菌的生長和產(chǎn)物合成,以獲得較高的產(chǎn)量。以利福霉素為例,由于利福霉素分子中所有碳單位都是由葡萄糖衍生的,在生長期葡萄糖利用情況對利福酶素B生產(chǎn)產(chǎn)生一定影響。
試驗證明,其最適PH在7.0~7.5范圍。當PH在7.0時,平均得率系數(shù)達最大值,在利福酶素B發(fā)酵的各種參數(shù)中從經(jīng)濟角度考慮,平均得率系數(shù)最重要,故PH7.0是利福酶素B的最佳條件。
發(fā)酵過程中由于菌在一定溫度及通氣條件下對培養(yǎng)基中碳氮源等的利用,隨著有機酸或氨基氮的積累,會使PH產(chǎn)生一定的變化.在適合菌生長及合成產(chǎn)物的環(huán)境條件下,菌體本身具有一定調(diào)節(jié)PH的能力,但是當外界條件變化過于激烈,菌體就失去調(diào)節(jié)能力,培養(yǎng)液中的PH就會發(fā)生波動.引起發(fā)酵PH下降的因素有:
培養(yǎng)基中碳氮比例不當,碳源過多,特別是葡萄糖過量,或者中間補糖過多加之溶解氧的不足,致使有機酸大量積累而PH下降。
消沫劑加的過多生理酸性物質(zhì)的存在,氨被利用,PH下降.引起PH上升的因素有培養(yǎng)基中碳氮比例不當,氮源過多,氨基氮釋放使PH上升.生理堿性物質(zhì)存在中間補料中氨水或尿素等的堿性物質(zhì)加入過多使PH上升。
PH的變化會引起各種酶活力的改變,影響菌對基質(zhì)的利用速度和細胞的結(jié)構(gòu),以致影響菌體的生產(chǎn)和產(chǎn)物的合成.產(chǎn)黃青霉素細菌的細胞壁隨PH增大而減少,其菌絲的直徑在PH6.0時為2~3um,而PH7.4時,菌體直徑為2~18um,呈大量膨脹酵母狀細胞,隨PH下降菌絲形態(tài)將會恢復(fù)正常。PH值還會影響菌體細胞膜電荷狀況,引起膜的滲透性變化,從而影響菌對營養(yǎng)吸收和代謝產(chǎn)物形成等。
因此在了解發(fā)酵過程中各階段合理PH以后,需要進一步設(shè)法控制PH在合適的范圍內(nèi)。首先要在基礎(chǔ)培養(yǎng)基配方中考慮到維持PH的需要,然后通過中間補料來控制PH。如在青霉素發(fā)酵中,根據(jù)產(chǎn)菌代謝需要改變加糖速率來控制PH。
另外,也可通過中間補加氨水,尿素或硫酸銨,碳酸鈣來調(diào)節(jié)PH。如在某種抗生素發(fā)酵過程中,當發(fā)酵液中氨基氮較低時可通入氨水。
但如此PH過高,超過適合范圍,則可以用硫酸銨代替氨水降低PH,并補充氮源的不足。目前國內(nèi)使用一些電極和控制器來監(jiān)控和調(diào)節(jié)PH,這樣使得調(diào)控更加方便