發(fā)酵過程中培養(yǎng)液的pH值是微生物在一定環(huán)境條件下代謝活動(dòng)的綜合指標(biāo),，是一項(xiàng)重要的發(fā)酵參數(shù)。它對(duì)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，及時(shí)監(jiān)測(cè)并加以控制,，使它處于最佳的狀態(tài),。盡管多數(shù)微生物能在3～4個(gè)pH單位的pH范圍內(nèi)生長，但是在發(fā)酵工藝中,，為了達(dá)到高生長速率和最佳產(chǎn)物形成,，必須使pH在很窄的范圍內(nèi)保持恒定。

 

     微生物生長和生物合成都有其最適和能夠耐受的pH范圍,，大多數(shù)細(xì)菌生長的最適pH范圍在6.3～7.5，霉菌和酵母生長的最適pH范圍在3～6,，放線菌生長的最適pH范圍在7～8,。有的微生物生長繁殖階段的最適pH范圍與產(chǎn)物形成階段的最適pH范圍是一致的，但也有許多是不一致的,。表7-1列舉了幾種生長最適pH范圍與產(chǎn)物形成最適pH范圍不一致的例子,。

   

    pH還會(huì)影響菌體的形態(tài)。例如,，產(chǎn)黃青霉細(xì)胞壁的厚度隨pH的增加而減?。划?dāng)pH低于6時(shí),，菌絲的長度縮短,，直徑為2～3μm，當(dāng)pH=7或>7時(shí)，直徑為2～18μm,，酵母狀膨脹菌絲的數(shù)目增加,。pH下降后，菌絲形態(tài)又恢復(fù)正常,。pH還影響細(xì)胞膜的電荷狀態(tài),，引起膜的滲透性發(fā)生改變，進(jìn)而影響菌體對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的形成,。對(duì)產(chǎn)物的穩(wěn)定性同樣有影響,。

 

      除此之外，pH對(duì)某些生物合成途徑有顯著影響,。例如,，丙酮丁醇發(fā)酵中，細(xì)菌增殖的pH范圍是5.5～7.0為好,，發(fā)酵后期pH=4.3～5.3時(shí)積累丙酮丁醇,，pH升高則丙酮丁醇產(chǎn)量減少，而丁酸,、乙酸含量增加,。又如，黑曲霉在pH=2～3時(shí)產(chǎn)生檸檬酸,，pH近中性時(shí),，積累草酸和葡萄糖酸。谷氨酸發(fā)酵中,，pH=7或微堿時(shí)形成谷氨酸,，pH酸性時(shí)產(chǎn)生N—乙酰谷酰胺。從以上看出,，為要更有效地控制生產(chǎn)過程,，必須充分了解微生物生長和產(chǎn)物形成的最適pH范圍。

 

      發(fā)酵過程中,，pH的變化是微生物在發(fā)酵過程中代謝活動(dòng)的綜合反映，其變化的根源取決于培養(yǎng)基的成分和微生物的代謝特性,。

     

      有研究表明,，培養(yǎng)開始時(shí)發(fā)酵液pH的影響是不大的,，因?yàn)槲⑸镌诖x過程中,，迅速改變培養(yǎng)基pH的能力十分驚人。例如,，以花生餅粉為培養(yǎng)基進(jìn)行土霉素發(fā)酵,，最初將pH分別調(diào)到5.0、6.0和7.0，發(fā)酵24h后,，這三種培養(yǎng)基的pH已經(jīng)不相上下,，都在6.5～7.0之間。但是當(dāng)外界條件發(fā)生較大變化時(shí),，菌體就失去了調(diào)節(jié)能力,，發(fā)酵液的pH將會(huì)不斷波動(dòng)。

 

     引起這種波動(dòng)的原因除了取決于微生物自身的代謝外,，還與培養(yǎng)基的成分有極大的關(guān)系,。一般來說，有機(jī)氮源和某些無機(jī)氮源的代謝起到提高pH的作用,，例如氨基酸的氧化和硝酸鈉的還原,，玉米漿中的乳酸被氧化等，這類物質(zhì)被微生物利用后,，可使pH上升,，這些物質(zhì)被稱為生理堿性物質(zhì)，如有機(jī)氮源,、硝酸鹽,、有機(jī)酸等。而碳源的代謝則往往起到降低pH的作用,，例如,，糖類氧化不完全時(shí)產(chǎn)生的有機(jī)酸，脂肪不完全氧化產(chǎn)生的脂肪酸,、銨鹽氧化后產(chǎn)生的硫酸等,。這類物質(zhì)稱為生理酸性物質(zhì)。

 

      此外通氣條件的變化,，菌體自溶或雜均污染都可能引起發(fā)酵液pH的改變,，所以確定最適pH以及采最適有效的控制措施，是使菌種發(fā)揮最大生產(chǎn)能力的保證,。

 

三,、最適pH的選擇和調(diào)控

     選擇最適pH的原則是既有利于菌體的生長繁殖，又可以最大限度地獲得高的產(chǎn)量,。一般最適pH是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來確定的,，通常將發(fā)酵培養(yǎng)基調(diào)節(jié)成不同的起始pH值，在發(fā)酵過程中定時(shí)測(cè)定,、并不斷調(diào)節(jié)pH,，以維持其起始pH值，或者利用緩沖劑來維持發(fā)酵液的pH,。同時(shí)觀察菌體的生長情況,，菌體生長達(dá)到最大值的pH即為菌體生長的最適pH,。產(chǎn)物形成的最適pH也可以如此測(cè)得。

 

      微生物生長最適pH與產(chǎn)物形成最適pH相互關(guān)系的四種情況,。第一種情況是菌體的比生長速率(μ)和產(chǎn)物的比生產(chǎn)速率(Qp)都有一個(gè)相似的并且較寬的最適pH范圍,；第二種是Qp(或μ)的最適pH范圍很窄，而μ(或Qp)的范圍較寬,；第三種是μ和Qp有相同的最適pH范圍,，但范圍很窄，即對(duì)pH值的變化敏感,；第四種,，μ和Qp都有各自的最適pH范圍。屬于第一種情況的發(fā)酵過程比較易于控制,，第二,、三模式的發(fā)酵pH須要嚴(yán)格控制，最后一種情況應(yīng)該分別嚴(yán)格控制各自的最適pH,。

 

      在測(cè)定了發(fā)酵過程中不同階段的最適pH要求后,，便可采用各種方法來控制。在工業(yè)生產(chǎn)中,，調(diào)節(jié)pH的方法并不是僅僅采用酸堿中和,，因?yàn)樗釅A中和雖然可以中和培養(yǎng)基中當(dāng)時(shí)存在的過量堿，但是卻不能阻止代謝過程中連續(xù)不斷發(fā)生的酸堿變化,。即使連續(xù)不斷地進(jìn)行測(cè)定和調(diào)節(jié),，也是徒勞無益的，因?yàn)檫@沒有根本改善代謝狀況,。因?yàn)榘l(fā)酵過程中引起pH變化的根本原因是因微生物代謝營養(yǎng)物質(zhì)的結(jié)果,，所以調(diào)節(jié)控制pH的根本措施主要應(yīng)該考慮培養(yǎng)基中生理酸性物質(zhì)與生理堿性物質(zhì)的配比，然后是通過中間補(bǔ)料進(jìn)一步加以控制,。

   

     補(bǔ)料也不是僅僅加入酸堿來控制,，可用生理酸性和生理堿物質(zhì)來控制，這些物質(zhì)不僅可以調(diào)節(jié)pH,，還可以補(bǔ)充氮源,。當(dāng)pH和氨基氮含量低時(shí)，加入氨水,；當(dāng)pH高,，氨基氮含量低時(shí)，加入硫酸銨,。

     補(bǔ)糖是根據(jù)pH的變化來決定補(bǔ)糖速率,，恒速補(bǔ)糖則通過加人酸堿來控制pH。