柠檬酸发酵PH值控制

柠檬酸发酵PH值控制
柠檬酸深层发酵过程中ph 值高低直接影响着生产菌（黑曲霉）的代谢活动以及柠檬酸的合成，同时在发酵过程中各种酶促反应也需要在适宜的ph 值下进行，因此发酵液的ph 值变化是发酵过程中一个重要的控制指标。

探讨ph值对微生物生长和代谢的影响以及引起发酵过程ph 值变化的原因，并采取相应的控制措施，对提高柠檬酸深层发酵产酸率具有重要的指导意义。

1 结果与讨论
1、ph值对菌体生长和代谢产物合成的影响
微生物生长的ph 值范围很广，大多数ph 值在5～9 之间，其活动的ph 值范围也存在最高、最适、最低三基点。

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：一是影响酶的活性，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；二是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及代谢产物的排泄；三是影响培养基中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；四是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。

另外，ph值还会影响某些霉菌的形态。

根据不同微生物生长的最适ph值不同，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值和产物积累ph值往往不一致，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。

2、发酵过程中ph值的检测
发酵过程中ph值的检测十分重要，只有通过检测ph值才能及时发现发酵ph值的变化规律，判断发酵是否处在相应的最适宜ph 值范围之内，并及时做出相应的调节和控制。

实际生产中，通常采用ph试纸和ph电极对ph值进行测量。

采用取样测量发酵ph值，正常发酵每班间断取1～2 次，由于间断取样不能及时反映发酵过程的ph值，不利于发酵控制，而且多次取样会造成发酵液的浪费和环境的污染。

目前已试制成功适合于发酵过程适时监测ph值的电极，能连续测定并记录ph值的变化，将信号放大输出并显示或者记录下来，实现在线检测。

3、发酵过程中ph值的调节及控制
（1）微生物生长增殖发育的ph值调节与控制。

首先考虑和试验发酵培养基的基础配方，使它们适当配比，使发酵过程中的ph
值在合适范围内变化。

采用淀粉或薯干粉等原料的柠檬酸发酵过程，淀粉的糖化和柠檬酸的合成与积累是处在同一个环境中，都是由柠檬酸产生菌黑曲霉完成的。

发酵的技术关键是兼顾糖化和产酸，保证糖化速度和产酸速度之间的衔接与平衡。

黑曲霉柠檬酸生产菌的酸化糖化酶的最适ph值为4.0～4.6，随着ph值的下降，尤其当ph值降到2.2时，液化酶和糖化酶会大量被破坏，而柠檬酸发酵的最佳ph值是2.0以下。

要解决两者矛盾，可采用下列方法：一是采用酸化平板驯化，分离在高柠檬酸浓度下糖化酶活力高的菌株；二是通过调节风量来控制，通常在16～18h前控制风量，使ph
值维持在有利于菌种生长和糖化作用的范围。

在薯干粉的柠檬酸发酵中，初始不调节ph值，为自然ph值，约为5.5。

当接入菌种后，菌种生长繁殖消耗氮源和铵离子，使培养基的ph值下降，前期（12h）ph值下降较快，活力强的菌种培养12h，ph值可以降至2.3～2.5，这时会有少量的柠檬酸产生，但是由于发酵液固形物较多，原料成分繁杂，其中金属离子含量较多，缓冲作用大，再加上柠檬酸是3 个羧基的有机酸，氢离子释放是逐步的，所以有时培养48h，才能使ph值降至2.0以下。

这样就有充分的时间让酸性糖化酶作用，使原料中的淀粉糖化较彻底，进而转化为大量的柠檬酸。

当柠檬酸产量和残糖含量之和等于或接近起始还原糖时，才能提高通风量，迅速进入产酸期，使ph值迅速降至2.0以下，保证柠檬酸发酵的正常进行。

糖蜜原料本身有酸性的，也有碱性的，在黄血盐或其他方法处理前要根据不同的情况加以调节。

为了得到较高和稳定的发酵产酸率，调酸度时还要考虑加热时间的影响。

对于酸性原料，ph值应调得比碱性原料高些，因为它具有延时缓冲性，它配制的培养基在灭菌后会酸化，称为返酸，而碱性原料的性质正好相反。

ph值调节一般用h2so4或na2co3，参与调节范围为ph值6.0～7.2。

（2）发酵进入产酸期ph值的调节与控制。

为了确保发酵的顺利进行，必须使其各个阶段经常处于最适ph值范围之内，这就需要在发酵过程中不断地调节和控制ph值的变化。

正常发酵过程中，长菌期以后ph值的下降都能达到柠檬酸积累所希望的水平。

如果
达不到要求，还可在发酵过程中补加酸或碱。

过去是直接加入酸（如h2so4）或碱（如naoh）来控制，现在常用的是以生理酸性物质（nh4）2so4和生理碱性物质氨水来控制，它们不仅可以调节ph值，还可以补充氮源。

黑曲霉偏好于无机氮，当有机氮和无机氮同时存在时，它首先利用无机氮。

在无机氮中，生理酸性氮比碱性氮好，这是因为生理酸性氮中铵离子被利用后，使培养基变酸，可以使发酵中的黑曲霉生长阶段结束，转入产酸阶段，ph值下降到较低水平有利于柠檬酸的积累。

因此，铵盐既可以调节代谢，也可以控制ph值。

简单的有机氮比复杂的好，如尿素比氨基酸好，氨基酸比蛋白胨好。

在蔗糖合成培养基上，nh4no3是最好的氮源。

黑曲霉以同样的速度消耗2种氮，所以培养基酸度不变。

但糖蜜发酵培养基中还需添加少量nh4cl。

若原料中有机氮含量过于丰富，菌生长代谢加快，对缩短发酵周期有利，但是不利于柠檬酸积累，产酸率不高。

这就是不能直接利用含蛋白质丰富的粗玉米粉的原因。

在柠檬酸发酵中途添加铵盐，尤其是当发酵中柠檬酸生成速度开始下降时，添加铵离子最为有利，且对菌体无影响，这种效应可能与铵离子对柠檬酸积累调节作用有关。

近年来，我国采用高浓度薯干粉发酵，为缩短发酵周期，提高柠檬酸产酸速率，有时也添加0.01%～0.05%的（nh4）2so4。

（3）发酵过程通风量对ph 值的调节作用。

在薯干粉发酵中，黑曲霉还担负着糖化的任务，糖化的适宜ph 值在4.0左右，虽然
工业上并不严格控制在4.0 水平，但在糖化基本完成之前，必须控制低风量使ph 值缓慢降到2.5，这个过程需16～18h。

当产酸量加上还原糖量接近起始可发酵总量（其差比大于10g/h·l）时，则可以认为糖化已经完成，这时可适当加大风量使发酵进入产酸期。

在产酸期内控制风量使产酸速率维持在2～3g/h·l，不得过快，以进一步利用糖化作用和防止菌体过早衰老。

（4）中和剂对发酵ph值调节的应用。

为了防止ph值下降过快造成不利影响，也可以在发酵的第18～40h 加入少许caco3（5～10g/l）以中和酸度，但不得使ph 值超过3.0，否则会多产草酸。

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。

（5）发酵过程ph值的自动控制。

柠檬酸深层发酵过程中，生产菌黑曲霉比生长速率和产物柠檬酸合成比生产速率分别有各自
的最适宜ph值范围。

因此，应分阶段控制生长最适ph值和产物最适ph值。

可把检测的ph值结果输送到ph值控制器以指令加糖、加酸或加碱，实现自动控制，使发酵液的ph值控制在预定的数值。