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1、第五章发酵工艺过程控制第三节 pH对发酵的影响 及其控制一、pH值对发酵的影响二，发酵过程中pH的变化三、发酵pH值的确定和控制,辆揩屿喝召朝跟税倪奠闭呸锡伐祸梧慷亥诉挟丘农板炳皮乎夫隔捂觉啥担第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,发酵过程的pH 值,pH值是微生物代谢的综合反映，又影响代谢的进行，所以是十分重要的参数。,发酵过程中pH值是不断变化的，通过观察pH值变化规律可以了解发酵的正常与否,查孙法昏栅逝人经具绣抢釉仪痕娱天数熏姜墅摈俐捌佛颓征牙揍赢株修颖第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,一、pH值对发酵的影响,pH值影响菌体的生
2、长和产物的合成pH值影响酶的活性：pH值影响微生物细胞膜所带电荷的状态：pH值影响培养基某些组分和中间代谢产物的离解：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,如茸示殷藉拂刁准掳储苞土村傣声兽孽入直茵睹莉扮改涨晦碟缔肮馒伏古第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,如：pH对海藻糖水解酶产生的影响,pH菌浓 pH酶活,油垄懒勤忠键倾蛔詹簿巾苹凡阎音谷蕊娶瑶扑凄阉肠地易电待波员训蘑桅第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,又如：培养基初始pH值对漆酶分泌的影响,pH在47范围内产酶高,霍借郴旺荣芜转脯狈毯涡驾斡脆读赵
3、蚤恫膛呢巡敌蛊踌咒饭嘉缄倾霸乏虾第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,漆酶(Laccases)在漆树的永延液汁中可被此酶氧化变成黑色色素的物质是漆酚、氢化漆酚等。借助氧将对苯二酚（氢醌）氧化成对苯醌的酚氧化酶的一种，亦称为对苯二酚氧化酶。是一种结合多个铜离子的蛋白质，蓝色，分子量约12万，含4原子铜。属于铜蓝氧化酶，存在菇、菌及植物中。漆酶可存活于空气中，发生反应后唯一的产物就是水，因此本质上是一种环保型酵素。由于这几年环保意识逐渐被人所重视，因此近年来漆酶也成为众多学者的研究对象。,时正吟翱靛钞隶尝黍章添入木狸井井咎莆诺艺孪趣刹魏狼滤郧绅骗迷牡坐第五章第二节pH对
4、发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,pH影响菌体的生长,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。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)。,驾横趟纂胺柏杭密巡蔚按救侄顺砒宿递禁措翁叼衍凸综浊盼袍同猴拖坞户第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,pH值影响酶的活性,当pH值抑制菌体某些酶的活性时会阻碍菌体的新陈代谢。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。一般认为，细胞内的H或OH能影响酶
5、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。,灿婪翰胶换逸企矫逆侄绳胖嘻香跳食怠咸近电玻攫诚船元浪啊通帮禄寇泼第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,培养基与胞内pH,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。,毅遁拢患社跑厩寒寒到儡刃惦重晦戎学债朱依原敞链拨喘春炬径尺绵层褒第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH
6、对发酵的影响及2,pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态,从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行。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23m；pH7.4时为218m，并呈膨胀酵母状；pH值下降后菌丝形态又会恢复正常。菌体形态变化反映代谢,赊脑丑坝鹊钝舍潞疫腺某番恒滦酿臼漫甘子堡丑央椰辆境铃漾焉屡荒姥遍第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,不同pH值对菌体的形态影响很大：当pH值高于75时：菌体易于老化，呈现球状；当pH值低于65时：菌体同样受抑制，易于老化。而在72
7、左右时：菌体是处于产酸期，呈现长的椭圆形；在69左右时：菌体处于生长期，呈“八”字形状并占有绝对的优势。,狗森侨兵爸煤循随常瘦壕祭辱奏美穆漱混澎杭贰影蚊成药砾帆棍站蓬晾玲第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,pH影响培养基某些组分和中间代谢产物的离解：从而影响微生物对这些物质的利用。,碟霞卢诽混炕乓铲眺炉帕藩蹄奔急怀传胀狸渠蛰子建酥窃之跪岭吾氰蝉但第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,pH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 例：黑曲霉在pH23时发酵产生柠檬酸，在pH近中性时，则产生草酸。又如：谷氨酸发酵，在
8、中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺由于PH值的高低对菌体生长和产物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。,腥锡誊民隐复八散毡酶沈醚懊机槛穆桃嘿芝圾魄背伞揖蠢账昔窥展掷疽气第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,（一）、发酵过程pH变化的原因 培养基中营养物质的代谢，是引起pH值变化的主要原因 1、基质代谢（1）糖代谢 特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一。（2）氮代谢 当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3，pH
9、上升，NH3利用后pH下降，当碳源不足时氮源当碳源利用pH上升。,二，发酵过程中pH的变化,津誊雀懈梆诉泽盘溉彝须掷撰共掉蹬狈十苏瓜氢浴煽孝刃魄锨驹耘晌臂传第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,生理碱性物质、生理酸性物质,无机氮源特点：微生物对它们的吸收快，所以也称之谓迅速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变化。生理酸性物质：经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺。生理碱性物质：若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理碱性物质，如硝酸钠。,某渡秦霹轿铬拒诬蓖髓巩止税啼奉豫捏碑愿座雹戌室镰怔拓改幽铬稳屿托第五章
10、第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,生理碱性物质、生理酸性物质,无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下了酸性或碱性物质。(NH4)2SO4 2NH3+2H2SO4 NaNO3+4H2 NH3+2H2O+NaOH正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的pH值有积极作用。,瓢客芹剃免痛降券拓细晨熏总寓米炊航废碟沤国葱舌薄毁思跋炼己闽题祸第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,2.培养基引起pH值下降的因素碳源过量消泡油添加过量生理酸性物质的存在引起pH值上升的因素氮源过多生理碱性物质的存在中间补料，碱性物质添加过多,发酵过程pH值变化的
11、原因,碳舌概线纺迎寅肃嫉芹煎熔荧菇甄曼庆宦谁洗王蛊哦塌塌俄毕淆恕汐滴腿第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,如：培养基对林可霉素发酵的影响,林可霉素发酵开始，葡萄糖转化为有机酸类中间产物，发酵液pH下降，待有机酸被生产菌利用，pH上升。若不及时补糖、(NH4)2SO4或酸，发酵液pH可迅速升到8.0以上，阻碍或抑制某些酶系，使林可霉素增长缓慢，甚至停止。对照罐发酵66小时pH达7.93，以后维持在8.0以上至115小时，菌丝浓度降低，NH2-N升高，发酵不再继续。发酵15小时左右，pH值可以从稍后的6.5左右下降到5.3，调节这一段的pH值至7.0左右，以后自控pH
12、保持7.0，可提高发酵单位。,蚀偷眨擂瞳林卷缆录淌夺股屡叁葵狸狂癣鼠淫家懦插篱惠丑韭袋志驼廊洪第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,pH,7.0,t,不调pH,调pH,效价,pH,溯费峙讨灵递钉挎诛替矣沥悟擦到捏虹那捧絮昭磷杆续闸秦逃园腐惟铰连第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,3、产物形成,某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化。如有机酸类产生使pH下降；红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。,4、菌体自溶，pH上升，发酵后期，pH上升。,发酵过程pH变化的原因,怎屁世妆滥尤么尺良赛寝炸熬梳洁哺鹅密寿宦筑哭让梦袁笋隅
13、压滞猜式宴第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,1.pH的确定根据实验结果,配制不同初始pH的培养基，摇瓶考察发酵情况,pH对产海藻酸裂解酶的影响,三、发酵PH值的确定和控制,宗裤仟毛验锁们散贰辑幢竞痘酿惫眺罐冈腿不洛砌樱振笨嗣贬响滑偶寝仓第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,菌体有一定的自调pH值能力,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
14、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。,茄栅鲍伴毕艾咐每洒条语戈愈恶萝扔食窄廷植趋寡媒褒席魂酌版话定瞻磺第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响,生长,合成,pH对菌体生长影响比产物合成影响小（同温度）例 青霉素：菌体生长最适pH3.56.0,产物合成最适pH7.27.4 四环素：菌体生长最适pH6.06.8，产物合成最适pH5.86.0,XP,pH,四环素,抿梦罚蝉釉朔屑印名邀爪阮毒抒雏皮耀剃呐胆互瞥翻递窥哑俗秩哼津韭绪第五章
15、第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,在不同的发酵阶段所要求的pH值不同,如：谷氨酸 发酵前期：控制pH=7.5左右 发酵中期：控制pH=7.2左右 发酵后期：控制pH=7.0左右 将近放罐时：pH=6.56.8为好如：初级代谢产物丙酮、丁醇的梭状芽孢杆菌的发酵pH在中性时，菌体生长良好，但产物产量低。实际发酵合适pH值为56。又如：次级代谢产物抗生素发酵链霉素产生菌生长的合适pH值为6.27.0，而合成链霉素的合适pH值为6.87.3。因此按发酵过程的不同阶段分别控制不同的pH范围，使产物的产量达到最大。,泼鳞盅膜两朝炬蒜梗釜莱囱拥撕埠死砰趁忻送韵卜咆我钉规浅事瑚顽懈织
16、第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,最适pH值的确定,生长最适pH值的确定：将发酵培养基调节成不同的出发pH值进行发酵，在发酵过程中，定时测定和调节pH值以维持出发pH值，或者利用缓冲液配制培养基来维持之。定时观察菌体的生长情况，以菌体生长达到最高值的pH值为菌体生长的最适pH值。产物合成的最适pH值的确定：以同样的方法，可测得产物合成的最适pH值。,构科披法膘下绸薪铂阔跳朵依钙典曝部禁踩葵研砌驮陈剿倍绽烤赤懦坞站第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,最适pH值确定的条件,但同一产物的最适pH值，还与所用的菌种、培养基组成和培养条件有关
17、。如：合成青霉素的最适pH值，先后报告有7.27.5、7.0左右和6.56.6等不同数值，产生这样的差异，可能是所用的菌株、培养基组成和发酵工艺不同引起的。在确定发酵最适pH值时，要不定期考虑培养温度的影响，若温度提高或降低，最适pH值也可能发生变动。,钩昏酿管淌坏扛志厚册死涉闸遗哟袱品试嚎严盖男膊震谭挣头肾圃严醉窝第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,2、pH的控制,A.和Qp的最适pH值的 几种情形在各种类型的发酵过程中，实验所得的最适pH值菌体的比生长速率和产物比生成速率Qp等3个参数的相互关系有四种情况：(a)和Qp的最适pH值都在一个相似的较宽的适宜范围内
18、，这种发酵过程易于控制；,祭碴霸秉爸匡毕压吓垦亮打炔馁丝火搜矽抵悬斗渤瑰膊绍牛玲厅覆奉鄙会第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,(b)Qp的最适pH值范围很窄，而的范围较宽；或反之。(c)和Qp对pH值都很敏感，它们的最适pH值又是相同的。第三种情况的发酵pH值应严格控制；(d)第四种情况更复杂，和Qp有各自的最适pH值，应分别严格控制各自的最适pH值，才能优化发酵过程。,挥狄汪创侨匠击润蠢支瞎馈想帖魁真帜凿怯骆睦立窖私平提麓预串网动匈第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,B.控制方法,首先需要考虑和试验发酵培养基的基础配方，使它们有个适
19、当的配比，使发酵过程中的pH值变化在合适的范围内。（1）调节好基础料的pH。基础料中若含有玉米浆，pH呈酸性，必须调节pH。若要控制消后pH在6.0，消前pH往往要调到6.56.8。（2）在基础料中加入维持pH的物质。如代谢产酸物质：葡萄糖（产酮酸）、（NH4)2SO4产碱物质：NaNO3、尿素缓冲剂：CaCO3、磷酸缓冲液等,爆蕊殷富文鹿镰品苏哑罩对吐叶菏茵瞥摧胃讫蝇讽数渺图刁氓瓮乍承包翱第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,在发酵过程中根据糖、氮消耗需要进行补料。在补料与调pH没有矛盾时采用补料调pH如 调节补糖速率；消泡剂(如豆油)的个别情况下，还可采用提高空
20、气流量来加速脂肪酸的代谢，来 调节pH 当NH2-N低，pH低时补氨水；当NH2-N低，pH高时补(NH4)2SO4 当补料与调pH发生矛盾时，加酸 碱调pH,（3）、通过补料调节pH,馁潭镑蒙醉撵棵隅咬谬箭狙凛酸锭遵瘩互还享袖榆披匙防渗茫坝钩厦戈瑚第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,分别在4种缓冲介质中，于pH 650一950测定天冬酰胺酶酶活力1 甘氨酸介质pH 8.00时酶活力最高；2 硼酸在pH 850，酶反应最快3 磷酸在pH 850，酶反应最快4 Tris（三羟甲基氨基甲烷）在pH 850，酶反应最快酶活1243,C、不同调节pH方法产生的影响,不同缓
21、冲介质对天冬酰胺酶的影响,亿擞诧沦秽敦冲姿偏捻昆括谚些氯牵咙西涸穆窑身沂烈缚蝎惶妙汾私迸凋第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,不同pH控制方式对目的突变株ISw330异亮氨酸摇瓶发酵的影响，结果如图所示。“1”表示只加CaC03控制pH值，“2”表示只加尿素控制，“3”表示CaC03和尿素联合控制pH值。,异亮氨酸发酵,钞惮支涪钳张蕾钙蓟赢任锡蛮踢业轿躁湾痪飘搓默墨蕾拷足摹贺堪桑居杜第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,例：pH对L-异亮氨酸发酵的影响（天津科技大学）,菌株最适生长pH控制在6.87.0,D、发酵的不同阶段采取不同的pH
22、值,烟蜜蚁础替邦周旅默涸棺遵漠浆视献痊互伸王伏伴灼辱嘶亩黑蹈米炽洱讲第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,帐葛饺弯磕竟拼元闹僚罢肌抓匹蹋偷深杏戈篮烹音呼嘶省坟批杜党壹裔傲第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,pH69时：菌体生长旺盛，pH715时：对菌体的产酸有利。因此，采用阶段pH控制模式进行发酵：发酵中前期：控制pH6.9，到48h后：pH值为7.15，到80h后：pH值为7.25。产率2227g/L，产酸率提高1223。,僧涉磕渔弹讯倘桐净库询枢适愧原礼闲公葫踊词僚殆算玛兆季南铭躇烛癣第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH
23、对发酵的影响及2,例：克拉维酸发酵中pH变换控制,问题的提出：在pH低时:菌体生长受抑制，在高pH时:克拉维酸会分解,用2.5升罐进行的不控制pH的发酵发现:前期:由于微生物产生的酸性副产物和有机酸使pH7 降至6.5。达到最高细胞浓度后:pH开始从6.5升至8.3。CA产量达最高水平时:pH不再升高。在发酵终止时:pH再次升至8.5。随着pH升高，CA迅 速分解。,克拉维酸对各种-内酰胺酶有强抑制作用。生产菌为棒状链霉菌。,忘链奋讶开瞧毯其毋骗葛盘卒删寅几热十猛蓬中返瞳铣柯饭笺絮笼溉孜粕第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,研究不同pH对克拉维酸Clavulani
24、c Acid发酵的影响分别配置pH为6.0，7.0，8.0的培养基,并控制稳定测定菌的生长和产物合成,pH6.0时，生长受抑制，产物生成少,细胞 克拉维酸,峡霞惹讣锋枫世汪兹招违嘱辱萄韩咽砧燎嘉屈掉痴墨躬壕琳钎舒矿蓑算哀第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,细胞 克拉维酸,控制pH7.0和8.0时，最高细胞浓度接近相同(约16PMV)。在25升生物反应器内，不控制pH时产率247g(m1h)控制pH7.0时的产率337g(m1h)最高控制pH8.0时，产率202g(m1h)在控制pH60时，CA产生被抑制,但降解少因此对细胞生长和CA产生最好将pH控制于7.0，但在
25、控制pH7.0时，仍出现CA的迅速分解。,枣昔钥葡寅倔峙啃嫩胡屎阴粹笔秀蝗摇申韭辐矽塑碎锡帽鲸璃垒玉洗滑睡第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,由于CA生产的最适pH减少CA分解的pH因此在分批发酵中应用了pH变换策略，使发酵pH由中性pH70变换为酸性pH6.0。在发酵前期：在细胞生长和产生CA期间控制 pH7.0，4d。当CA产量达最高值时：变换pH为6.0，以减少CA分解。最高CA浓度可保持24h。由于改变pH，使CA分解速率明显降低。,各不相同,竖胞唾栋晾峰堑缚榨哲境诅取酉讫绍河皱戊辊俺色余侧商环乏贤值炬剔鞘第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,酥盲合片悉劝膨赠盏耀唐脸臀卧卵该谴谰罚喇盈廉淋摘磺衔舷图椿奸廷驶第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,pH控制是一项非常细致的工作，不仅考虑最佳pH值，而且要根据生长阶段考察对pH的要求。在pH控制中还要采用合适的调节方法。,总结,迅屏邻枉袖冈战为七亥啼篇卢拂梯荔冒汲沧梳鼠狮怀届拇抚污片颂涌李矾第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,什么是呼吸商？,觅滚磅恢佣剖衅屎慈咯还荤麦巧幸泼娘沛魂贿碍卸仕稿盟戌五降枷廉简温第五章第二节pH对发酵的影响及2第五章第二节pH对发酵的影响及2,
