pH值对微生物发酵的影响及其控制.docxVIP

pH值对微生物发酵的影响及其控制 、 pH 值对发酵的影响 发酵培养基的 pH值，对微生物生长具有非常明显的影响，也是影响发 酵过程中各种酶活的重要因素。 pH 值对微生物的生长繁殖和产物合成的 影响有以下几个方面：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影响微生物细胞膜所带电荷的状态， 改变细胞膜的通透性，影响微生物对营养物质的吸收和代谢产物的排 泄；③影响培养基中某些组分的解离，进而微生物对这些成分的吸收； ④ pH值不同，往往引起菌体代谢过程的不同， 使代谢产物的质量和比例 发生改变。 培养基中营养物质的代谢，是引起 pH值变化的主要原因， 发酵液 pH值 的变化乃是菌体代谢的综合效果。由于 pH 值不当，可能严重影响菌体 的生长和产物的合成，因此对微生物发酵来说有各自的最适生长 pH 值 和最适生产 pH值。各种不同的微生物，对 pH 值的要求不同。多数微生 物生长都有最适 pH 值范围及其变化的上下限：上限都在 8.5 左右，超 过此上限，微生物将无法忍受而自溶；下限以酵母为最低 (2.5) 。但菌 体内的 pH值一般认为是中性附近。 pH 值对产物的合成有明显的影响， 因为菌体生长和产物合成都是酶反应的结果，仅仅是酶的种类不同而 已，因此代谢产物的合成也有自己最适的 pH 值范围，如合成青霉素的 最适 pH值范围为 6.5 ～6.8 。这两种 pH值的范围对发酵控制来说都是很 重要的参数。另外， pH值还会影响某些霉菌的形态。 一般认为，细胞内的 H＋或 OH－能影响酶蛋白的解离度和电荷情况， 改 变酶的结构和功能， 引起酶活性的改变。 但培养基的 H＋或 OH－并不是 直接作用在胞内酶蛋白上，而是首先作用在胞外的弱酸 （ 或弱碱 ）上，使 之成为易于透过细胞膜的分子状态的弱酸 （ 或弱碱） ，它们进入细胞后， 再行解离，产生 H＋或 OH－，改变胞内原先存在的中性状态，进而影响 酶的结构和活性。 所以培养基中 H＋或 OH－是通过间接作用来产生影响 的。pH 值还影响菌体对基质的利用速率和细胞的结构， 影响菌体的生长 和产物的合成。Collnig 等人发现产黄曲霉的细胞壁的厚度就随 pH值的 增加而减小： 其菌丝直径在 pH6.0 时为 2～ 3μ m；pH7.4 时为 2～18μm， 并呈膨胀酵母状； pH值下降后菌丝形态又会恢复正常。 pH值还影响菌 体细胞膜的电荷状况，引起膜透性发生改变， 因而影响菌体对营养物质 的吸收和代谢产物的形成等。 如同温度对发酵影响一样， pH 值对产物稳定性也有影响。如在β - 内酰 胺抗生素沙纳霉素 （thienamycin） 的发酵中， 考察 pH值对产物生物合成 的影响时，发现 pH6.7 ～7.5 之间，抗生素的产量相近，高于或低于这 个范围，合成就受到抑制。在这个 pH 值范围内，沙纳霉素的稳定性未 受到严重影响，半衰期也无大的变化；但 pH7.5 时，稳定性下降，半 衰期缩短，发酵单位也下降。青霉素在碱性条件下发酵单位低，也与青 霉素的稳定性有关。 由于 pH值的高低对菌体生长和产物的合成产生明显的影响，所以在工 业发酵中，维持最适 pH值已成为生产成败的关键因素之一。 二、发酵过程 pH 值的变化 在发酵过程中， pH 值的变化决定于所用的菌种、培养基的成分和培养 条件。在产生菌的代谢过程中，菌体本身具有一定的调整周围环境 pH 值，构建最适 pH 值的能力。曾以产生利福霉素 SV 的地中海诺卡菌进 行发酵研究，采用 pH 值为 6.0 、6.8 、 7.5 三个出发值，结果发现 pH 值在 6.8 、 7.5 时，最终发酵 pH 值都达到 7.5 左右，菌丝生长和发酵 单位都达到正常水平；但 pH 值为 6.0 时，发酵中期 pH 值只达 4.5 ， 菌浓仅为 20 ％，发酵单位为零。这说明菌体仅有一定的自调能力。 培养基中的营养物质的代谢，也是引起 pH 值变化的重要原因，发酵所 用的碳源种类不同， pH 值变化也不一样。如灰黄霉素发酵的 pH 值变 化，就与所用碳源种类有密切关系， 如以乳糖为碳源， 乳糖被缓慢利用， 丙酮酸堆积很少， pH 值维持在 6 ～7 之间；如以葡萄糖为碳源，丙酮 酸迅速积累，使 pH 值下降到 3.6 ，发酵单位很低。 发酵液的 pH 值变化是菌体代谢反应的综合结果。从代谢曲线的 pH 值 变化就可以推测发酵罐中的各种生化反应的进展和 pH 值变化异常的可 能原因。在发酵过程中，要选择好发酵培养基的成分及其配比，并控制 好发酵工艺条件，才能保证 pH 值不会产生明显的波动，维持在最佳的 范围内，得到良好的结果。实践证明，维持稳定的 pH 值，对产物的形 成有利。 三、发酵 pH 值的确定和