发酵工艺：pH对发酵的影响及其控制

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。

1、pH对发酵过程的影响

pH影响菌体的生长和产物的合成：

1）影响酶的活性，当pH值抑制菌体中某些酶的活性时，会阻碍菌体的新陈代谢；

2）细胞膜的电荷状态：引起膜渗透性的变化，从而影响菌对养分的吸收和代谢产物的分泌

3）对某些生物合成途径有显著影响：pH值往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产物的产量和比例发生改变。

微生物生长和生物合成的最适pH

微生物生长：

细菌（6.3~7.5) 霉菌和酵母菌（3~6) 放线菌（7~8)

微生物生长阶段和产物合成阶段的最适pH往往不一样，这不仅与菌种的特性有关，也取决于产物的化学性质。

几种抗生素发酵的最适pH范围

2、发酵过程中pH的变化

发酵过程中，由于菌种在一定温度及通气条件下对培养基中碳、氮源等的利用，随着有机酸或氨基氮的积累，会使pH产生一定的变化。这种变化的根源是培养基的成分和微生物的代谢特性。

引起培养液的pH发生波动的因素

引起pH下降的因素：

1）培养基中碳、氮比例不当，碳源过多，特别是葡萄糖过量，或者中间补糖过多加之溶解氧不足，致使有机酸大量积累

2）消沫油加得过多

3）生理酸性物质的存在

引起pH上升的因素：

1）氮源过多

2）生理碱性物质存在

3）中间补料中氨水或尿素等的碱性物质加入过多

3、控制pH的方法

考虑发酵培养基的基础配方，使之有适当的比例，使发酵过程pH的变化在适合的范围内。

因为培养基中含有代谢产酸[如葡萄糖产生酮酸、(NH4)2SO4]和产碱[如NaNO3 、尿素]的物质以及缓冲剂[如CaCO3]等成分，它们在发酵过程中要影响pH的变化，特别是CaCO3能与酮酸等反应，而起到缓冲作用，所以它的用量比较重要。在分批发酵中，常采用这种方法来控制pH的变化。

利用上述方法调节pH值的能力是有限的，如果达不到要求，可以用在发酵过程直接补加酸或碱和补枓的方式来控制，特别是补料的方式，效果比较明显。

现在常用的是以生理酸性物质(硫酸铵)和碱性物质(氨水)来控制。它们不仅可以调节pH值，还可以补充氮源。当发酵的pH值和氨氮含量都低时，补加氨水，就可以达到调节pH和补充氨氮的目的。反之，pH值较高，氨氮含量又低时，就补加硫酸铵。

目前，已比较成功地采用补料的方法来调节pH值，如氨基酸发酵采用流加尿素的方法，特别是次级代谢产物抗生素发酵，更常用此法。既可以达到稳定pH值的目的，又可以不断补充营养物质，特别是能产生阻遏作用的物质。采用补料的方法，可以同时实现补充营养、延长发酵周期、调节pH值和培养液的特性（如菌浓等）等几个目的。

最成功的例子就是青霉素的补枓工艺，利用控制葡萄糖的补加速率来控制pH值的变化范围（现已实现自动化），其青霉素产量比用恒定的加糖速率和加酸或碱来控制pH值的产量高25%。

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