发酵过程的pH控制

1. 基质代谢

• 糖代谢：快速利用的糖分解成小分子酸、醇，使pH下降；糖缺乏时pH上升
• 氮代谢：氨基酸中的-NH₂被利用后pH下降；尿素分解成NH₃使pH上升；NH₃利用后pH下降
• 生理酸碱性物质：利用后pH会下降或上升
• 碳源不足时氮源当碳源利用使pH上升

2. 产物形成

• 有机酸类产物使pH下降
• 碱性产物（如红霉素、洁霉素、螺旋霉素等）使pH上升

3. 菌体自溶

菌体自溶及发酵后期pH上升

pH对微生物的影响机制

• 影响微生物活动环境的离子强度
• 影响细胞膜的透性及膜上的带电性
• 影响氧化-还原电位
• 影响酶活性

微生物生长的pH范围

pH对发酵的具体影响

• 影响菌体的生长速率
• 影响酶的活性
• 影响微生物细胞膜所带电荷
• 影响培养基成分和中间代谢物的解离
• 影响代谢产物方向
• 影响产物稳定性

不同阶段pH的影响差异

• 菌体生长最适pH和产物合成最适pH往往不一致
• 例如：青霉素生长最适pH为6.5-7.2，而合成最适pH为6.2-6.3
• 四环素：菌体生长最适pH 6.0-6.8，产物合成最适pH 5.8-6.0

1. 取样罐外测量

2. 在线测量

使用发酵专用复合pH电极 + pH显示仪表

发酵用复合pH电极要求

• 能耐受高温灭菌（通常121℃）
• 具有长时间的稳定性（适应发酵周期长）
• 中途不能更换和不能标定的要求
• 液络部流通性良好，防止污染
• 外加不锈钢护套或工程塑料护套

不同调pH方法的影响

缓冲介质对酶活力的影响：

示例：天冬酰胺酶在4种缓冲介质中酶活力不同（甘氨酸介质在pH8.0时酶活力最高）

案例1：L-异亮氨酸发酵（天津科技大学，2004）

• pH 6.9时菌体生长旺盛
• pH 7.15时对产酸有利
• 阶段控制方案：
  • 发酵中前期控制pH 6.9
  • 48小时后控制pH 7.15
  • 80小时后控制pH 7.25

案例2：克拉维酸(CA)发酵

• 问题：CA产生菌在pH低时生长受抑制，在pH高时克拉维酸分解
• 解决方案：
  • 发酵前期控制pH 7.0（利于细胞生长和CA产生）
  • 4天后当CA产量达最高值时，变换pH为6.0（减少CA分解）
• 效果：最高CA浓度可保持24小时，分解速率明显降低

生产中的pH控制方法

1. 发酵过程中pH会不会发生变化？为什么？
2. pH对发酵的影响表现在哪些方面？
3. 为了确定发酵的最佳pH，我们该如何实验？
4. 发酵过程的pH控制可以采取哪些措施？
5. 发酵用的复合pH电极有哪些特殊要求？