发酵工程第8章发酵过程控制
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发酵工程第8章发酵过程控制
4）影响产物的稳定性 如噻纳霉素的发酵中， pH值在6.7-7.5之间时，抗生素的产量相近，产品
稳定性未受影响，半衰期也无变化， 但当pH大于7.5时，抗生素半衰期缩短，稳定性
下降，发酵产量也减少。
发酵工程第8章发酵过程控制
5）pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响
X
四
发酵工程第8章发酵过程控制
10
3）pH影响代谢产物的形成的数量和方向 pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产
物的质量和比例发生改变。 如黑曲霉:在pH 2-3时发酵产生柠檬酸， 在pH近中性时，则产生草酸。 谷氨酸发酵:在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
发酵工程第8章发酵过程控制
例：培养基初始pH值对漆酶分泌的影响
pH在4～7范围内产酶最高
发酵工程第8章发酵过程控制
二、pH对发酵的影响
1）影响酶活性继而影响微生物的生长繁殖。 石油吃蜡酵母（解脂假丝酵母和热带假丝酵母）
在 pH 3.5-5.0 范围内生长良好且不易染菌；高于5时， 形态变小，发酵液变黑，发酵过程中容易被细菌污染 ；pH低于3时，生长受到严重的抑制，细胞极不齐整， 且出现细胞自溶的情况。
1.2 引起发酵过程pH变化的原因
1、基质代谢 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 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。
生理酸碱性物质 被微生物利用后会导致环境pH下降（上升）的
发酵工程第8章发酵过程控制
四、PH的调控策略
1、配制合适的培养基，调节培养基初始PH至合适范围并 使其有很好的缓冲能力。
2、培养过程中加入非营养基质的酸碱调节剂，如CaCO3 等防治PH过度下降。 3、培养过程中加入基质性酸碱调节剂，如氨水等。 4、加生理酸性或碱性盐基质，通过代谢调节PH。
5、将PH控制与代谢调节结合起来，通过补料来控制PH。
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
发酵工程第8章发酵过程控制
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(μ)和产物比生成速率(Qp)等3个参数的相互关 系有四种情况： ① μ和Qp的最适pH值都在一个相似的较宽的适宜范围内(a)， 这种发酵过程易于控制； ② Qp (或μ)的最适pH值范围窄，而μ(或Qp)的范围较宽(b)； ③ μ和Qp对pH值都很敏感，它们的最适pH值又是相同的(c)， 第二、第三种情况的发酵pH值应严格控制； ④ μ和Qp有各自的最适pH值(d)，应分别严格控制各自的最适 pH值，才能优化发酵过程。
物质称为生理酸性（发碱酵工程性第8）章发酵物过程质控制。
2、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。 3、菌体自溶
发酵后期，pH上升，可做为终止发酵的指示。
发酵工程第8章发酵过程控制
例 ：pH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值可以从消后的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，可提高发酵 单位。
第八章 发酵过程控制
第三节 PH对发酵的影响及控制
主讲人: 2015/04/14
发酵工程第8章发酵过程控制
pH是表征微生物生长及产物合成的重要 状态参数之一，也是反映微生物代谢活 动的综合指标。又影响代谢的进行，所 以是十分重要的参数。 掌握发酵过程中PH的变化规律，以便在 线适时监控，使其一直处于生产的最佳 状态水平。
发酵工程第8章发酵过程控制
2）影响原生质体膜的电荷 pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，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
如产黄青霉细胞壁的厚度会随pH的增加而减小。 pH低于6时，菌丝长度变短，直径为2-3μm， pH 大于7时，菌丝直径为2-8 μm 膨胀菌丝增多， pH下降后，菌丝又恢复到正常状态。
酶母菌3.8-6.0;
放线菌6.5-8.0.
微生物生长阶段和产物合成阶段的最适Hale Waihona Puke BaiduH值往往 也不一样。这与菌种的特性有关，也取决于产物的化 学性质。
发酵工程第8章发酵过程控制
选择最适发酵PH的准则： 获得最大比生产速率和合适的菌体量，以获得最 高产量。 最适pH值是根据实验结果来确定的。
发酵工程第8章发酵过程控制
生长
环
合
成
素
pH
pH对菌体生长影响比产物合成影响小
例 青霉素：菌体生长最适pH3.5~6.0,产物合成最适 pH7.2~7.4
四环素：菌体生长最适pH6.0~6.8，产物合成最适
pH5.8~6.0
发酵工程第8章发酵过程控制
三、最适pH的选择
各种微生物适应的pH范围不同：
细菌6.5-7.5;
霉菌4.0-5.8;
发酵工程第8章发酵过程控制
一、发酵过程中的pH变化及其原因 二、pH对发酵的影响 三、最适pH的选择 四、PH的调控策略
发酵工程第8章发酵过程控制
一、发酵过程中的pH变化及其原因
1.1发酵过程中pH值的变化一般规律
1.在微生物细胞的生长阶段: 初期:接种后到孢子萌发,因碳氮源代谢水平比较低, pH一般
可维持不变,或者由于添加了CaCO3而略有上升。 快速生长期：pH值变化较大，因菌种及培养基不同而上升或
下降。 2.在生产阶段，一般发酵液的pH值趋于稳定，维持在适合产物形 成的pH范围。 3.在微生物细胞自溶阶段,养分的耗尽，菌体蛋白酶的活跃，培 养液中氨基氮增加，致使pH又上升。
发酵工程第8章发酵过程控制
4）影响产物的稳定性 如噻纳霉素的发酵中， pH值在6.7-7.5之间时，抗生素的产量相近，产品
稳定性未受影响，半衰期也无变化， 但当pH大于7.5时，抗生素半衰期缩短，稳定性
下降，发酵产量也减少。
发酵工程第8章发酵过程控制
5）pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响
X
四
发酵工程第8章发酵过程控制
10
3）pH影响代谢产物的形成的数量和方向 pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产
物的质量和比例发生改变。 如黑曲霉:在pH 2-3时发酵产生柠檬酸， 在pH近中性时，则产生草酸。 谷氨酸发酵:在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
发酵工程第8章发酵过程控制
例：培养基初始pH值对漆酶分泌的影响
pH在4～7范围内产酶最高
发酵工程第8章发酵过程控制
二、pH对发酵的影响
1）影响酶活性继而影响微生物的生长繁殖。 石油吃蜡酵母（解脂假丝酵母和热带假丝酵母）
在 pH 3.5-5.0 范围内生长良好且不易染菌；高于5时， 形态变小，发酵液变黑，发酵过程中容易被细菌污染 ；pH低于3时，生长受到严重的抑制，细胞极不齐整， 且出现细胞自溶的情况。
1.2 引起发酵过程pH变化的原因
1、基质代谢 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 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。
生理酸碱性物质 被微生物利用后会导致环境pH下降（上升）的
发酵工程第8章发酵过程控制
四、PH的调控策略
1、配制合适的培养基，调节培养基初始PH至合适范围并 使其有很好的缓冲能力。
2、培养过程中加入非营养基质的酸碱调节剂，如CaCO3 等防治PH过度下降。 3、培养过程中加入基质性酸碱调节剂，如氨水等。 4、加生理酸性或碱性盐基质，通过代谢调节PH。
5、将PH控制与代谢调节结合起来，通过补料来控制PH。
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
发酵工程第8章发酵过程控制
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(μ)和产物比生成速率(Qp)等3个参数的相互关 系有四种情况： ① μ和Qp的最适pH值都在一个相似的较宽的适宜范围内(a)， 这种发酵过程易于控制； ② Qp (或μ)的最适pH值范围窄，而μ(或Qp)的范围较宽(b)； ③ μ和Qp对pH值都很敏感，它们的最适pH值又是相同的(c)， 第二、第三种情况的发酵pH值应严格控制； ④ μ和Qp有各自的最适pH值(d)，应分别严格控制各自的最适 pH值，才能优化发酵过程。
物质称为生理酸性（发碱酵工程性第8）章发酵物过程质控制。
2、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。 3、菌体自溶
发酵后期，pH上升，可做为终止发酵的指示。
发酵工程第8章发酵过程控制
例 ：pH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值可以从消后的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，可提高发酵 单位。
第八章 发酵过程控制
第三节 PH对发酵的影响及控制
主讲人: 2015/04/14
发酵工程第8章发酵过程控制
pH是表征微生物生长及产物合成的重要 状态参数之一，也是反映微生物代谢活 动的综合指标。又影响代谢的进行，所 以是十分重要的参数。 掌握发酵过程中PH的变化规律，以便在 线适时监控，使其一直处于生产的最佳 状态水平。
发酵工程第8章发酵过程控制
2）影响原生质体膜的电荷 pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，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
如产黄青霉细胞壁的厚度会随pH的增加而减小。 pH低于6时，菌丝长度变短，直径为2-3μm， pH 大于7时，菌丝直径为2-8 μm 膨胀菌丝增多， pH下降后，菌丝又恢复到正常状态。
酶母菌3.8-6.0;
放线菌6.5-8.0.
微生物生长阶段和产物合成阶段的最适Hale Waihona Puke BaiduH值往往 也不一样。这与菌种的特性有关，也取决于产物的化 学性质。
发酵工程第8章发酵过程控制
选择最适发酵PH的准则： 获得最大比生产速率和合适的菌体量，以获得最 高产量。 最适pH值是根据实验结果来确定的。
发酵工程第8章发酵过程控制
生长
环
合
成
素
pH
pH对菌体生长影响比产物合成影响小
例 青霉素：菌体生长最适pH3.5~6.0,产物合成最适 pH7.2~7.4
四环素：菌体生长最适pH6.0~6.8，产物合成最适
pH5.8~6.0
发酵工程第8章发酵过程控制
三、最适pH的选择
各种微生物适应的pH范围不同：
细菌6.5-7.5;
霉菌4.0-5.8;
发酵工程第8章发酵过程控制
一、发酵过程中的pH变化及其原因 二、pH对发酵的影响 三、最适pH的选择 四、PH的调控策略
发酵工程第8章发酵过程控制
一、发酵过程中的pH变化及其原因
1.1发酵过程中pH值的变化一般规律
1.在微生物细胞的生长阶段: 初期:接种后到孢子萌发,因碳氮源代谢水平比较低, pH一般
可维持不变,或者由于添加了CaCO3而略有上升。 快速生长期：pH值变化较大，因菌种及培养基不同而上升或
下降。 2.在生产阶段，一般发酵液的pH值趋于稳定，维持在适合产物形 成的pH范围。 3.在微生物细胞自溶阶段,养分的耗尽，菌体蛋白酶的活跃，培 养液中氨基氮增加，致使pH又上升。
发酵工程第8章发酵过程控制