Einfluss und Kontrolle des pH während des Fermentationsprozesses

pH -Effekte im Fermentationsprozess

Nahe PH ist ein sehr wichtiger Parameter für mikrobielles Wachstum und Produktsyntheseund ein umfassender Index der Stoffwechselaktivität für die Fermentation.

Der Prozess ist von großer Bedeutung. Verschiedene Arten von Mikroorganismen haben unterschiedliche pH -Anforderungen. Der optimale pH -Wert beträgt 6,5 ~ 7,5 für die meisten Bakterien, 4,0 ~ 5,8 für Schimmel, 3,8 ~ 6,0 für Hefe und 6,5 ~ 8,0 für Actinomyceten. Der Bereich der pH -Anpassung hängt von der Ökologie des Mikroorganismus ab. Wenn der pH -Umfang nicht geeignet ist, wird das Wachstum und die Produktsynthese des Mikroorganismens gehemmt. Darüber hinaus ist es auch eine wirksame Maßnahme, die Verschmutzung verschiedener Bakterien zu verhindern, um eine der Hauptbedingungen zu kontrollieren, um das konstante Wachstum des Mikro-Materials zu gewährleisten. Zum Beispiel wächst Cerevisiae Petroleum im pH -Bereich von 3,5 ~ 5,0 gut und ist nicht leicht zu infizieren Bakterien. Wenn der pH -Wert höher als 50 ist, wird die Hefemorphologie kleiner, die Fermentationsbrühe wird schwarz und verschmutzt eine große Anzahl von Bakterien. Wenn der pH -Wert niedriger als 30 war, war das mütterliche Wachstum inhibiert, die Zellen waren sehr unregelmäßig und eine Autolyse trat auf. Bacillus thuringiensis hat eine hohe pH -Toleranz und kann in einem weiten pH -Bereich gut wachsen. Es gab keinen signifikanten Unterschied in der Anzahl von P -Bakterien im Bereich von 6,0 ~ 10,0. Eine große Anzahl von Bakterien wächst nach der Sterilisation, ist jedoch der Bildung von Kristallen im späteren Stadium nicht förderlich. Wenn pH> 7,5, wird die Keimungsperiode der Knospen verlängert, sodass der pH -Wert nach der Sterilisation bei 6,8 liegen sollte.

Für denselben Mikroorganismus können aufgrund des unterschiedlichen pH -Werts des Wachstumsumfelds unterschiedliche Fermentationsprodukte gebildet werden. Zum Beispiel produziert Aspergillus Niger Säure bei pH 2-3 und Oxalsäure bei pH in der Nähe von Neutral. Hefe produziert Alkohol von 4,5 bis 5,0 Alkohol, aber bei pH8 umfassen die Fermentationsprodukte nicht nur Alkohol, sondern auch Essigsäure und Glycerin. Beispielsweise wird die an Pyrrolidochinin -Chinon (PQQ) in Aerobakterien konjugierte Glucosedehydrogenase stark vom pH -Wert des Kulturmediums beeinflusst. In Kalium-eingeschränkten Kulturen wird bei pH 80 keine Gluconsäure erzeugt, aber die am meisten Gluconsäure und 2-Ketogluconsäure werden bei pH 5,0 bis 5,5 produziert. Wenn der pH -Wert des rekombinanten menschlichen Serumproteins unter 50 liegt, nimmt die Proteaseaktivität schnell zu, was der Albuminproduktion sehr nachteilig ist. Wenn der pH -Wert über 56 liegt, ist die Proteaseaktivität sehr niedrig, was den Verlust von Albumin vermeiden kann.

Der optimale pH-Wert für mikrobielles Wachstum und Produktsynthese ist möglicherweise nicht immer dieselbe (sie sind jedoch konsistent, beispielsweise der optimale pH-Wert für Hyaluronsäure-produzierende Bakterien beträgt beide 7,0). Zum Beispiel betrug der optimale pH -Wert für das Wachstum von Aceton -Butanol -Bakterien 5,5 ~ 7,0, während der optimale pH -Wert für die Fermentation 4,3 ~ 5,3 betrug. Der optimale pH-Wert für Penicillin-produzierende Bakterien betrug 6,5 ~ 7,2, während der optimale pH-Wert für Penicillin-produzierende Bakterien 6,2 ~ 6,8 betrug. Dies hängt nicht nur mit den Dehnungsmerkmalen zusammen, sondern auch mit den chemischen Eigenschaften der Produkte. Der optimale pH -Wert für die Biosynthese verschiedener Antibiotika war wie folgt: Streptomycin und Erythromycin betrugen 6,8 ~ 7,3; Die Werte von Aureomycin und Tetracyclin betrugen 5,9 ~ 6,3. Penicillin ist 6,2 bis 6,8. Abhängig von den Eigenschaften verschiedener Mikroorganismen und Produkte ist es daher sehr wichtig, den pH -Wert während der Fermentation zu kontrollieren.

Die Hauptgründe, warum sich die Änderung des Fermentationsflüssigkeits -pH -Werts auf das Wachstum und die Reproduktion von Mikroorganismen auswirkt, und die Bildung von Metaboliten ist wie folgt:

ich. Ändern Sie die Ladung der Plasmamembran von mikrobiellen Zellen

Plasmamembran mit Kolloideigenschaften kann in einem bestimmten pH -Wert positiv sein und negativ geladen werden, wenn ein anderer pH -Wert gleichzeitig die Ladung verändert, die Änderung der Plasmamembran für eine gewisse Ionenpermeabilität verursacht, die die Absorption von Nährstoffen beeinflusst in Kulturmedien und Metaboliten lecken, um den Stoffwechsel zu beeinflussen.

II. Beeinflusst direkt die Enzymaktivität

Da das Enzym seinen am besten geeigneten pH -Wert aufweist, wird die Aktivität einiger Enzyme in mikrobiellen Zellen am ungeeigneten P gehemmt, und das Wachstum, die Fortpflanzung und der Metabolismus von Mikroorganismen werden ebenfalls betroffen.

III. Es wirkt sich direkt auf Stoffwechselprozesse aus

Fermentationsbrühe p Wichtige Nährstoffe und Zwischenmetaboliten dissoziieren, wodurch die mikrobielle Verwendung dieser Substanzen beeinflusst wird. Die meisten Substanzen, die Mikroorganismen bilden, dissoziieren in Wasser und halten gleichzeitig ein bestimmtes Gleichgewicht. Die Dissoziation von Wasser hängt mit Wasserstoffionen zusammen, sodass die Konzentration von Wasserstoffionen einen großen Einfluss auf die Dissoziation dieser Substanzen hat und so die Nährstoffabsorption, die Enzymaktivität, die Zersetzung und die Anabolismus von Mikroorganismen beeinflusst. Daher wird die Änderung des pH -Werts zur Veränderung des Stoffwechselprozesses von Mikroorganismen führen, so dass sich die Masse und der Anteil der Metaboliten verändert. In aerogenen Bazillen, Glucose-Dehydrogenase im Kulturmedium pH, Kaliumnährstoffmedium, H0 ~ 55 H0 ~ 55 zur Herstellung von Glukoinsäure und 2-Keto-Glucoinsäure. Darüber hinaus erzeugte die Bakterien in Schwefel- oder Ammoniaknährstoffen mit Nährstoffmedium Glucotarsäure und 2-Ketoglucotarsäure bei H5, jedoch nicht bei PH68.

Faktoren, die den pH -Veränderung während der Fermentation beeinflussen

Im Fermentationsprozess ist der pH -Wert häufig eine dynamische Veränderung. Diese Änderung des pH -Werts hängt von den Arten des Mikroorganismus und der Zusammensetzung des basalen Mediums und der Fermentationsbedingungen ab. Im Prozess des Thallus -Stoffwechsels hat es die Kraft, seinen optimalen Wachstums -pH -Wert zu erzielen, aber der pH wird kontinuierlich schwanken, wenn sich die äußeren Bedingungen stark ändern. Einerseits sezernieren Mikroorganismen organische Säuren wie Milchsäure, Essigsäure, Zitronensäure usw. oder einige alkalische Substanzen durch metabolische Aktivitäten, was zur pH -Veränderung der Fermentationsumgebung führt. Andererseits verursachen Mikroorganismen die pH -Veränderung der Fermentationsflüssigkeit, indem saure Substanzen oder alkalische Substanzen im Fermentationsmedium verwendet werden.

Die Stickstoffquelle von Basalmedium hat einen großen Einfluss auf den pH -Wert der Fermentationsbrühe. Wenn Ammoniak als Stickstoffquelle verwendet wird, NH; Es existiert in Form von NH in Lösung, und nachdem es als R-NH verwendet wird, wird H+ im Medium erzeugt, so dass der pH-Wert abnimmt. Wenn nein als Stickstoffquelle verwendet wird, wird H+ konsumiert, nein auf r-nh und pH-Anstieg; Wenn Aminosäuren als Stickstoffquellen verwendet werden, wird H+ nach Verwendung von Aminosäuren hergestellt und der pH -Wert abnimmt. Der pH -Wert im Kulturmedium schwankt manchmal. Zum Beispiel wird Protein im Medium, andere stickstoffische organische Substanz oder Harnstoff in der Glutaminsäurefermentation durch Urinenzyme zur Freisetzung von Ammoniak hydrolysiert. Der pH kann schnell ansteigen, wenn Ammoniak von den Bakterien verwendet wird, fällt der pH -Wert erneut. Bei der Fermentation tritt auch das Hinzufügen von Stickstoffquellen auch die Situation der pH -Schwankung auf, wie das Hinzufügen von Ammoniak, der pH -Wert der Fermentationsflüssigkeit stieg zunächst schnell, als Ammoniak anfing, und der pH -Wert nahm allmählich ab. Darüber hinaus wird zu viel Zucker oder Öl zu einem Zeitpunkt der Fermentation zugegeben, und eine unvollständige Oxidation führt zu einer Ansammlung von organischen Säuren, was zu einem pH -Wert zurückzuführen ist. Tatsächlich ist die gemessene pH -Änderung der Fermentationsbrühe das Ergebnis einer Kombination verschiedener Reaktionen.

Kontrolle des pH während der Fermentation

Der pH -Wert der Fermentationsflüssigkeit verändert sich während der Fermentation ständig, da Mikroorganismen ständig Nährstoffe absorbieren und assimilieren und Metaboliten ausscheiden. Dies hängt nicht nur mit der Zusammensetzung des Mediums zusammen, sondern auch mit den physiologischen Eigenschaften des Mikroorganismus. Jeder Mikroorganismus hat seinen eigenen optimalen pH -Wert für Wachstum und Fermentation. Zum Beispiel hat die Rifamycin -Produktion, da alle Kohlenstoffeinheiten im Rifamycin -B -Molekül aus Glucose abgeleitet werden, die Verwendung von Glucose in der Wachstumsphase einen gewissen Einfluss auf die Rifamycin B -Produktion. Es ist bewiesen, dass sein optimaler pH im Bereich von 7,0 ~ 7,5 liegt.

Wenn der pH -Wert 7,0 beträgt, erreicht der durchschnittliche Ertragskoeffizient den Maximalwert. Unter den verschiedenen Parametern der Rifamycin B -Fermentation ist der durchschnittliche Ertragskoeffizient aus wirtschaftlicher Sicht am wichtigsten. Daher ist Ph70 der beste Zustand für die Rifamycin B -Produktion. Unter diesen Bedingungen wird der Verbrauch von Glukose hauptsächlich für die Produktsynthese verwendet, und die geeignete Menge an Bakterien kann ebenfalls sichergestellt werden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Ausbeute von Rifamycin B 14% höher war In der Acetobacter Cellulose -Fermentation beträgt der pH -Wert im frühen Stadium der Chargenkultur 4,0 und der pH -Wert in der Produktionsphase wird auf 55 eingestellt, was die Zelluloseausbeute erheblich erhöhen und die Fermentationszeit verkürzen kann. Daher ist nach den Eigenschaften von Mikroorganismen, um Mikroorganismen optimal ausbreiten zu lassen Prozess und entsprechende Regulierung durchführen.

Wenn die Kontrollbedingung in der tatsächlichen Produktion original ist und die Pufferkapazität nicht stark genug ist, muss die Aufmerksamkeit auf die Auswirkung der Sterilisation auf p geschenkt werden. Wenn das Verhältnis der Energieklasse und der Kohlenstoffquelle ausgeglichen ist, ist es nicht erforderlich, Puffer hinzuzufügen. Kann auch im Fermentationsprozess verwendet werden, um schwache Säure und schwache Basenanpassung durch Säure hinzuzufügen, oder nur eine Außenanpassung kann die Fermentationsbedingung verbessern, das Material ist ein besserer Weg, kann den pH -Wert des Kulturmediums anpassen und die Ernährung ergänzen, erhöhen Die Konzentration des Mediums verringert die Repressionsarbeit, um die Ausbeute an fermentiertem Produkt weiter zu verbessern, Aminosäurefermentation, das ursprüngliche Medium, im Allgemeinen pH70 oder so eingestellt. In der geneigten Ebene Kultur, Samenkultur und Fermentation des langen Bakterienstadium , pH -Änderung ist größer, muss reguliert und kontrolliert werden. Beispielsweise ist im Prozess der Glutamatfermentation die Nutzungsrate verschiedener feiner P -Paare in verschiedenen Perioden hoch, und die Änderung der pH -PH -Zeit schwankt stark. Wenn der pH -Wert im frühen Stadium der Fermentation niedrig ist, wachsen der Thalli energisch, verbrauchen Nährstoffe schnell, übertragen Sie den normalen Stoffwechsel und wachsen Thalli, ohne Glutamat zu produzieren. Wenn der pH -Wert hoch ist, ist das Wachstum von Thallus ungünstig, der Glukosestoffwechsel ist langsam und die Fermentationszeit verlängert. Wenn der pH -Wert jedoch im frühen Stadium der Fermentation etwas höher ist (pH 7,5 ~ 80), ist es jedoch vorteilhaft, das Wachstum verschiedener Bakterien zu hemmen. Daher sollte der pH -Wert im frühen Stadium der Fermentation mit etwa 7,5 und im mittleren und späten Fermentationsphase 7 kontrolliert werden. Der Grund dafür ist, dass der optimale pH -Wert der Glutamat -Dehydrogenase 7,0 ~ 7,2 beträgt und der von Aminosäuretransferase 7,2 ~ 7,4 beträgt. Bei der Fermentation von Transglutaminase kann ein höherer pH -Wert (7,0) im frühen Stadium die Verzögerungszeit des Zellwachstums verkürzen, was für die Synthese des Enzyms von Vorteil ist. Im mittleren und späten Fermentationsstadium kann ein niedrigerer pH -Wert das Wachstum von Zellen weiter fördern und eine höhere Produktsyntheserate aufrechterhalten.

Nach der Bestimmung des geeigneten pH -Werts für einen bestimmten Fermentationsprozess werden verschiedene Methoden verwendet, um ihn zu kontrollieren. Erstens ist es erforderlich, die grundlegende Formel des Fermentationsmediums zu berücksichtigen und zu testen, um sicherzustellen, dass die pH -Änderung des Fermentationsprozesses innerhalb des entsprechenden Bereichs liegt. Weil das Medium Substanzen enthält, die die Säureproduktion (wie Glucose, (NH) SO) und die Alkali -Produktion (wie Harnstoff, Nano) sowie Puffermittel (wie Caco;) und andere Komponenten im Fermentationsprozess beeinflussen, um die Veränderung zu beeinflussen von pH, insbesondere Caco, kann mit Ketosäure reagieren und eine Pufferrolle spielen. Bei der Batch -Fermentation wird diese Methode üblicherweise verwendet, um die Änderung des pH -Werts zu kontrollieren.

Bei der Fermentation kann bei der Fermentation die obige Methode nicht das Kontrollziel erreichen, um den pH -Wert anzupassen:

ich. Hinzufügen von Calciumcarbonatmethoden

Wenn physiologisches alkalisches Ammoniumsalz als Stickstoffquelle verwendet wird, sinkt der pH -Wert des Alkohols aufgrund der verbleibenden Säurewurzel nach NH von den Bakterien. Calciumcarbonat kann dem Kulturmedium hinzugefügt werden, um den pH -Wert anzupassen. Bei der Fermentation von Milchsäure wird häufig Calciumcarbonat verwendet, um den pH -Wert einzustellen, um die Abnahme der Milchsäureproduktion zu verhindern, die durch die Abnahme des pH -Werts verursacht wird.

II. Addition von Ammoniakwasserfluss

Im Fermentationsprozess wird Ammoniak hinzugefügt, um den pH -Wert entsprechend der pH -Änderung und als Stickstoffquelle zur Versorgung von NH anzupassen. Ammoniak ist billig und leicht bezogen. Die Wirkung von Ammoniakwasser ist jedoch schnell, was einen großen Einfluss auf die pH -Schwankung der Fermentationsbrühe hat. Eine geringe Menge an mehreren Durchflusszusammenadung sollte verwendet werden, um das Wachstum zu vermeiden, und kann auch das Auftreten von unzureichendem H verhindern. Die spezifische Hinzufügungsmethode sollte gemäß den Merkmalen von Bakterien, Bakterien, Zuckerkonsum und anderen Erkrankungen bestimmt werden, die Allgemeine Steuerung pH 7.0 ~ 8.0 ist gut, um die automatische Systemflussmethode zu verwenden. Die Verwendung von Ammoniak im Prozess der Fermentation zur Anpassung der Vorsicht führt zu einer mikrobiellen Vergiftung, was zu einem raschen Rückgang der Atemwegsintensität führt. Daher kann im Fermentationsprozess, bei dem Ammoniakgas benötigt wird, um den pH -Wert oder die Auffüllung von Stickstoffquellen anzupassen, durch Überwachung der Änderung der gelösten Sauerstoffkonzentration durch die Überdosisvergiftung der Ammoniak -Überdosierung verhindert werden. Zum Beispiel die Streptomycin -Fermentation unter Verwendung der für den Bereich der Streptomycin -Synthese geeigneten PHMoniakwasserflusskontrolle, gefüllt mit der Produktsynthese erforderlich, erforderte Stickstoffquelle.

III. Zugabe von Harnstofffluss

Diese Methode wird derzeit in unserem Land häufig verwendet. Mit Harnstoff als Stickstoffquelle zum Einstellen von pH -Wert hat die pH -Änderung eine gewisse Regelmäßigkeit und leicht zu kontrollieren. Erstens befreien die elementaren Fraktionen aufgrund von Belüftung, Agitation und Wirkung von Urinenzymen in den Bakterien Ammoniak und der pH -Wert steigt; Ammoniak- und mittlere Komponenten werden von den Bakterien verwendet und bilden organische Säuren und andere Zwischenmetaboliten, die reduziert werden. Zu diesem Zeitpunkt muss Harnstoff rechtzeitig hinzugefügt werden, um den pH -Wert und die Ergänzung von Stickstoffquellen zu ergänzen. Wenn dem Fluss Harnstoff hinzugefügt wird, wird Harnstoff durch das Thallus -Urinenzym zersetzt und Ammoniak wird freigesetzt. Ammoniak wird verwendet, um den pH -Wert durch Kombination von Metaboliten zu machen, und der wiederholte Fluss wird durchgeführt, um einen bestimmten pH -Wert aufrechtzuerhalten. Zusätzlich zur Änderung des pH-Werts sollte in den verschiedenen Stadien des Bakterienwachstums und des Zuckerverbrauchs eine geringe Menge an Multi-Flow-Addition berücksichtigt werden, um einen geringfügigen pH-Wert aufrechtzuerhalten, um das Wachstum von Mikroorganismen zu erleichtern. Wenn das Wachstum von Bakterien beschleunigt wird, der Zuckerverbrauch beschleunigt, kann die Flussmenge angemessener sein. Der pH -Wert kann etwas höher sein. Die spätere Fermentation fördert die Förderung der Glutamatproduktion und ist pH72 aufrechterhalten. Wenn die Menge an Restzucker sehr klein ist, in der Nähe des Topfes, ohne oder weniger zum Besten zugesetzt, um keinen Abfall zu verursachen.

iv. KontrollpH durch Fütterung steuern

Die pH -Kontrolle wird mit der Stoffwechselregulation kombiniert und der pH durch Fütterungskontrolle gesteuert. Zum Beispiel wird der pH -Wert im physiologischen und metabolischen Bedarf an Penicillin -Fermentation gemäß den physiologischen und metabolischen Bedürfnissen der Herstellung von Bakterien durch Anpassung der Zuckerrate kontrolliert, und die Penicillin -Ausbeute wird im Vergleich zur ausgewogenen Zucker- und Zucker- und Zucker- und Zuckerrate um mehr als 25% erhöht pH -Kontrolle.