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时间:2019-06-18
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1、第九章 发酵过程控制pH的中间控制引起pH变化的因素pH对发酵的影响pH的选择与控制1(1)pH影响酶的活性。当pH值抑制菌体某些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻(2)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(3)pH值影响培养基某些营养成分和中间代谢物的解离,从而影响微生物对这些物质的利用1、pH值影响微生物生长繁殖和代谢的原因24)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。●例如:黑曲霉在pH2-3时,发酵产生柠檬酸,在pH接近中性时,则产生草酸。●又如:丙酮丁醇发
2、酵中,发酵后期pH为4.3-5.3时积累丙酮丁醇,pH升高则丙酮丁醇产量减少,而丁酸、乙酸含量增加。32、pH对发酵的影响1)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pH3.5-5.0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。42)影响微生物的形态。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2-8μm,膨胀菌丝增多,pH下降后,菌丝又恢复到正常状态。53)pH影响代谢产物
3、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pH2-3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64)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。75)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XpH四环素放线菌金色链丛菌81.在微生物细胞的生长阶段
4、: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。3.1发酵过程中pH值的变化一般规律3、发酵过程pH变化及其原因91、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
5、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)的物质称为生理酸性(碱性)物质。3.2引起发酵过程pH变化的原因102、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pH上升,发酵后期,pH上升。可做为终止发酵的指示。4、其它:11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
6、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。4、pH对发酵的影响121)各种微生物适应的pH范围:细菌6.5-7.5;霉菌4.0-5.8;酶母菌3.8-6.0;放线菌6.5-8.0.2)微生物生长阶段和产物合成阶段的最适pH值往往不一样。这与菌种的特性有关,也取决于产物的化学性质。2、微生物细胞生长和代谢产物形成的最适pH值。131、选择原则:
7、既有利于微生物的生长,又可以最大限度地获得高产。最适pH值是根据实验结果来确定的。4、发酵过程中最适pH值的选择与控制14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(见图):①μ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;②Qp(或μ)的最适pH值范围窄,而μ(或Qp)的范围较宽(b);③μ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;④μ
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