一、ph值对菌体生长和代谢产物形成的影响
ph表示溶液氢离子浓度的负对数,纯水的[h+]浓度是10-7mol/l,因此ph为7,ph>7呈碱性,ph<7呈酸性,ph值差1时,其[h+]浓度就相差10倍。
微生物生长的ph范围很广,大多数在ph5~9之间,与温度对微生物的影响相似,微生物活动的ph范围也存在最高、最适、最低三基点,其对味生物的影响主要是影响微生物活动环境的离子强度、细胞膜的透性及膜上的带电性和氧化-还原电位、酶活性。
根据不同微生物生长的最适ph不同,可将微生物分为嗜酸性、嗜碱性、嗜中性微生物;同种微生物的生长最适ph和产物积累ph往往不一致,青霉菌生长的最适ph为6.5~7.2,而青霉素合成的最适ph为6.2~6.8;即使在产物积累阶段,由于ph值不同,也可能会得到不同的发酵产物,如黑曲霉在酸性(ph2~3)时,进行柠檬酸发酵,而在接近中性时,则进行草酸发酵。
二、发酵过程中ph值的调节及控制
在发酵过程中,发酵液的ph随着微生物活动而不断变化,为提供菌体适宜的生长或产物积累的ph值,需要对发酵生产过程各阶段的ph值实施控监控,实际生产中,从以下几个方面进行:
(一)调整培养基组分:适当调整c/n比,使盐类与碳源配比平衡,一般情况:c/n高时(真菌培养基),ph降低;c/n低时(一般细菌),经过发酵后,ph上升。
(二)在发酵过程中进行控制,根据发酵液ph值的变化,进行相应控制,如过酸时,可加入naoh、na2co3等碱性物质进行中和或流加尿素、蛋白质、提高通风量等;过碱时加h2so4、hcl或流加糖类、乳酸,降低通风量等措施,具体应根据发酵生产实际灵活掌握,在生产上,主要的过程控制方法有:
①添加caco3:当用nh4+盐作为氮源时,可在培养基中加入caco3,用于中和nh4+被吸收后剩余的酸,但在操作中应注意控制染菌危险。
②氨水流加法:氨水作为一种碱,可以中和发酵中产生的酸,且nh4+可作为氮源,供给菌体营养,在操作上应采用少量多次流加的方法,避免对发酵ph引起剧烈波动。
③尿素流加法:味精厂多采用此法,以尿素作为菌体氮源时,尿素首先被菌体尿酶分解成氨,氨进入发酵液,使ph上升,当nh4+被菌体作为氮源消耗并形成有机酸时,发酵液ph下降,这时随着尿素的补加,氨进入发酵液,又使发酵液ph上升及补充氮源,如此循环,致至发酵液中碳源耗尽,完成发酵。在操作上应根据具体情况,采用少量多次流加,力求发酵液的ph平稳。