092發(fā)酵過(guò)程pH控制ppt課件

1、第九章發(fā)酵過(guò)程控制第九章發(fā)酵過(guò)程控制pH的中間控制的中間控制引起引起pH變化的因素變化的因素pH對(duì)發(fā)酵的影響對(duì)發(fā)酵的影響pH的選擇與控制的選擇與控制（1 1pHpH影響酶的活性。當(dāng)影響酶的活性。當(dāng)pHpH值抑制菌體值抑制菌體某些酶的活性時(shí)使菌的新陳代謝受阻某些酶的活性時(shí)使菌的新陳代謝受阻（2 2pHpH值影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的改變，值影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的改變，從而改變細(xì)胞膜的透性，影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物從而改變細(xì)胞膜的透性，影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收及代謝物的排泄，因此影響新陳代謝質(zhì)的吸收及代謝物的排泄，因此影響新陳代謝的進(jìn)行的進(jìn)行 （3 3pHpH值影響培養(yǎng)基某些營(yíng)養(yǎng)成分和中間代謝值影

2、響培養(yǎng)基某些營(yíng)養(yǎng)成分和中間代謝物的解離，從而影響微生物對(duì)這些物質(zhì)的利用物的解離，從而影響微生物對(duì)這些物質(zhì)的利用 4 4pHpH不同，往往引起菌體代謝過(guò)程的不同，使不同，往往引起菌體代謝過(guò)程的不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。 例如：黑曲霉在例如：黑曲霉在pH2-3pH2-3時(shí)，發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸，時(shí)，發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸，在在pHpH接近中性時(shí)，則產(chǎn)生草酸。接近中性時(shí)，則產(chǎn)生草酸。 又如：丙酮丁醇發(fā)酵中，發(fā)酵后期又如：丙酮丁醇發(fā)酵中，發(fā)酵后期pHpH為為4.3-4.3-5.35.3時(shí)積累丙酮丁醇，時(shí)積累丙酮丁醇，pHpH升高則丙酮丁醇產(chǎn)量減升高則丙酮丁醇產(chǎn)量減少，而丁酸

3、、乙酸含量增加。少，而丁酸、乙酸含量增加。2 2、pHpH對(duì)發(fā)酵的影響對(duì)發(fā)酵的影響 1 1影響微生物的生長(zhǎng)繁殖。影響微生物的生長(zhǎng)繁殖。 石油吃蠟酵母解脂假絲酵母和熱帶假絲酵母石油吃蠟酵母解脂假絲酵母和熱帶假絲酵母在在 pH 3.5-5.0 pH 3.5-5.0 范圍內(nèi)生長(zhǎng)良好且不易染菌；高于范圍內(nèi)生長(zhǎng)良好且不易染菌；高于5 5時(shí)時(shí)，形態(tài)變小，發(fā)酵液變黑，發(fā)酵過(guò)程中容易被細(xì)菌污，形態(tài)變小，發(fā)酵液變黑，發(fā)酵過(guò)程中容易被細(xì)菌污染；染；pHpH低于低于3 3時(shí)，生長(zhǎng)受到嚴(yán)重的抑制，細(xì)胞極不齊整時(shí)，生長(zhǎng)受到嚴(yán)重的抑制，細(xì)胞極不齊整，且出現(xiàn)細(xì)胞自溶的情況。，且出現(xiàn)細(xì)胞自溶的情況。2影響微生物的形態(tài)。影響微

4、生物的形態(tài)。 產(chǎn)黃青霉細(xì)胞壁的厚度會(huì)隨產(chǎn)黃青霉細(xì)胞壁的厚度會(huì)隨pH的增加而減小。的增加而減小。 pH低于低于6時(shí)，菌絲長(zhǎng)度變短，直徑為時(shí)，菌絲長(zhǎng)度變短，直徑為2-3m， pH 大于大于7時(shí)，菌絲直徑為時(shí)，菌絲直徑為2-8 m ，膨脹菌絲增，膨脹菌絲增多，多， pH下降后，菌絲又恢復(fù)到正常狀態(tài)。下降后，菌絲又恢復(fù)到正常狀態(tài)。3 3pHpH影響代謝產(chǎn)物的形成的數(shù)量和方向影響代謝產(chǎn)物的形成的數(shù)量和方向 pHpH不同，往往引起菌體代謝過(guò)程不同，使代謝產(chǎn)不同，往往引起菌體代謝過(guò)程不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。 如黑曲霉如黑曲霉: :在在pH 2-3pH 2-3時(shí)發(fā)酵產(chǎn)生檸

5、檬酸，時(shí)發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸， 在在pHpH近中性時(shí)，則產(chǎn)生草酸。近中性時(shí)，則產(chǎn)生草酸。 谷氨酸發(fā)酵谷氨酸發(fā)酵: :在中性和微堿性條件下積累谷氨酸，在中性和微堿性條件下積累谷氨酸， 在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和N-N-乙酰谷氨酰胺乙酰谷氨酰胺4 4影響產(chǎn)物的穩(wěn)定性影響產(chǎn)物的穩(wěn)定性 如噻納霉素的發(fā)酵中，如噻納霉素的發(fā)酵中， pHpH值在值在6.7-7.56.7-7.5之間時(shí)，抗生素的產(chǎn)量相近，產(chǎn)之間時(shí)，抗生素的產(chǎn)量相近，產(chǎn)品穩(wěn)定性未受影響，半衰期也無(wú)變化，品穩(wěn)定性未受影響，半衰期也無(wú)變化， 但當(dāng)?shù)?dāng)pHpH大于大于7.57.5時(shí)，抗生素半衰期縮短，穩(wěn)定性時(shí)，抗生素半

6、衰期縮短，穩(wěn)定性下降，發(fā)酵產(chǎn)量也減少。下降，發(fā)酵產(chǎn)量也減少。5 5pHpH在微生物培養(yǎng)的不同階段有不同的影響在微生物培養(yǎng)的不同階段有不同的影響 生長(zhǎng)合成pH對(duì)菌體生長(zhǎng)影響比產(chǎn)物合成影響小對(duì)菌體生長(zhǎng)影響比產(chǎn)物合成影響小XpH四環(huán)素四環(huán)素放線菌金色鏈叢菌放線菌金色鏈叢菌1.1.在微生物細(xì)胞的生長(zhǎng)階段在微生物細(xì)胞的生長(zhǎng)階段: : 初期初期: :接種后到孢子萌發(fā)接種后到孢子萌發(fā), ,因碳氮源代謝水平比較低因碳氮源代謝水平比較低, pH, pH一般可維持不變一般可維持不變, ,或者由于添加了或者由于添加了CaCO3CaCO3而略有上升而略有上升。 快速生長(zhǎng)期：快速生長(zhǎng)期：pHpH值變化較大，因菌種及培養(yǎng)

7、基不同值變化較大，因菌種及培養(yǎng)基不同而上升或下降而上升或下降2.2.在生產(chǎn)階段，一般發(fā)酵液的在生產(chǎn)階段，一般發(fā)酵液的pHpH值趨于穩(wěn)定，維持在適值趨于穩(wěn)定，維持在適合產(chǎn)物形成的合產(chǎn)物形成的pHpH范圍。范圍。3.3.在微生物細(xì)胞自溶階段在微生物細(xì)胞自溶階段, ,養(yǎng)分的耗盡，菌體蛋白酶的養(yǎng)分的耗盡，菌體蛋白酶的活躍，培養(yǎng)液中氨基氮增加，致使活躍，培養(yǎng)液中氨基氮增加，致使pHpH又上升。又上升。3 3、發(fā)酵過(guò)程、發(fā)酵過(guò)程pHpH變化及其原因變化及其原因 1 1、基質(zhì)代謝、基質(zhì)代謝 糖代謝糖代謝 特別是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，特別是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使使pHpH下降。糖缺乏

8、，下降。糖缺乏，pHpH上升，是補(bǔ)料的標(biāo)志之一上升，是補(bǔ)料的標(biāo)志之一氮代謝氮代謝 當(dāng)氨基酸中的當(dāng)氨基酸中的-NH2-NH2被利用后被利用后pHpH會(huì)下降；尿素會(huì)下降；尿素被分解成被分解成NH3NH3，pHpH上升，上升，NH3NH3利用后利用后pHpH下降，當(dāng)碳源下降，當(dāng)碳源不足時(shí)氮源當(dāng)碳源利用不足時(shí)氮源當(dāng)碳源利用pHpH上升。上升。生理酸堿性物質(zhì)生理酸堿性物質(zhì)被微生物利用后會(huì)導(dǎo)致環(huán)境被微生物利用后會(huì)導(dǎo)致環(huán)境pHpH下降上升下降上升的物質(zhì)稱(chēng)為生理酸性堿性物質(zhì)。的物質(zhì)稱(chēng)為生理酸性堿性物質(zhì)。3.2 3.2 引起發(fā)酵過(guò)程引起發(fā)酵過(guò)程pHpH變化的原因變化的原因2 2、產(chǎn)物形成、產(chǎn)物形成 某些產(chǎn)物本身

9、呈酸性或堿性，使發(fā)酵液pH變化。如有機(jī)酸類(lèi)產(chǎn)生使pH下降，紅霉素、潔霉素、螺旋霉素等抗生素呈堿性，使pH上升。 3 3、菌體自溶、菌體自溶pHpH上升，發(fā)酵后期，上升，發(fā)酵后期，pHpH上升?？勺鰹榻K止發(fā)酵上升?？勺鰹榻K止發(fā)酵的指示。的指示。4 4、其它、其它 ：例例 pHpH對(duì)林可霉素發(fā)酵的影響對(duì)林可霉素發(fā)酵的影響 林可霉素發(fā)酵開(kāi)始，葡萄糖轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸類(lèi)中間產(chǎn)物，林可霉素發(fā)酵開(kāi)始，葡萄糖轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸類(lèi)中間產(chǎn)物，發(fā)酵液發(fā)酵液pHpH下降，待有機(jī)酸被生產(chǎn)菌利用，下降，待有機(jī)酸被生產(chǎn)菌利用，pHpH上升。若不及時(shí)補(bǔ)上升。若不及時(shí)補(bǔ)糖、糖、(NH4)2SO4(NH4)2SO4或酸，發(fā)酵液或酸，發(fā)酵液

10、pHpH可迅速升到可迅速升到8.08.0以上，阻礙或抑以上，阻礙或抑制某些酶系，使林可霉素增長(zhǎng)緩慢，甚至停止。對(duì)照罐發(fā)酵制某些酶系，使林可霉素增長(zhǎng)緩慢，甚至停止。對(duì)照罐發(fā)酵6666小時(shí)小時(shí)pHpH達(dá)達(dá)7.937.93，以后維持在，以后維持在8.08.0以上至以上至115115小時(shí)，菌絲濃度降低，小時(shí)，菌絲濃度降低，NH2-NNH2-N升高，發(fā)酵不再繼續(xù)。升高，發(fā)酵不再繼續(xù)。 發(fā)酵發(fā)酵1515小時(shí)左右，小時(shí)左右，pHpH值可以從消后的值可以從消后的6.56.5左右下降到左右下降到5.35.3，調(diào)節(jié)這一段的，調(diào)節(jié)這一段的pHpH值至值至7.07.0左右，以后自控左右，以后自控pHpH，可提高發(fā)酵，

11、可提高發(fā)酵單位。單位。4 4、pHpH對(duì)發(fā)酵的影響對(duì)發(fā)酵的影響 1 1各種微生物適應(yīng)的各種微生物適應(yīng)的pHpH范圍：范圍：細(xì)菌細(xì)菌6.5-7.5; 6.5-7.5; 霉菌霉菌4.0-5.8;4.0-5.8;酶母菌酶母菌3.8-6.0; 3.8-6.0; 放線菌放線菌6.5-8.0.6.5-8.0. ) )微生物生長(zhǎng)階段和產(chǎn)物合成階段的最適微生物生長(zhǎng)階段和產(chǎn)物合成階段的最適pHpH值值往往不一樣。這與菌種的特性有關(guān)，也取決于產(chǎn)物往往不一樣。這與菌種的特性有關(guān)，也取決于產(chǎn)物的化學(xué)性質(zhì)。的化學(xué)性質(zhì)。2 2、微生物細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物形成的最適、微生物細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物形成的最適pHpH值。值。1 1、

12、選擇、選擇準(zhǔn)繩：既有利于微生物的生長(zhǎng)，又可以最大限度地獲得高產(chǎn)。最適pH值是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定的。2 2、pHpH的控制的控制 pHpH的控制方法的控制方法 常用方法常用方法 調(diào)節(jié)好基礎(chǔ)料的調(diào)節(jié)好基礎(chǔ)料的pHpH?；A(chǔ)料中若含有玉米漿，。基礎(chǔ)料中若含有玉米漿，pHpH呈酸性，必須調(diào)節(jié)呈酸性，必須調(diào)節(jié)pHpH。若要控制消后。若要控制消后pHpH在在6.06.0，消前消前pHpH往往要調(diào)到往往要調(diào)到6.5-6.86.5-6.8 在基礎(chǔ)料中加入維持在基礎(chǔ)料中加入維持pHpH的物質(zhì)，如的物質(zhì)，如CaCO3 CaCO3 ，或，或具有緩沖能力的試劑，如磷酸緩沖液等具有緩沖能力的試劑，如磷酸緩沖液等 通過(guò)補(bǔ)料調(diào)節(jié)通過(guò)補(bǔ)料調(diào)節(jié)pH pH 在發(fā)酵過(guò)程中根據(jù)糖氮消耗需要