发酵过程中ph的控制方法

pH值对微生物发酵的影响及其控制

一、pH值对发酵的影响

发酵培养基的pH值，对微生物生长具有非常明显的影响，也是影响发酵过程中各种酶活的重要因素。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：①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；②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和代谢产物的排泄；③影响培养基中某些组分的解离，进而微生物对这些成分的吸收；④pH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。

培养基中营养物质的代谢，是引起pH值变化的主要原因，发酵液pH值的变化乃是菌体代谢的综合效果。由于pH值不当，可能严重影响菌体的生长和产物的合成，因此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。各种不同的微生物，对pH值的要求不同。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)。但菌体内的pH值一般认为是中性附近。pH值对产物的合成有明显的影响，因为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，如合成青霉素的最适pH值范围为6.5～6.8。这两种pH值的范围对发酵控制来说都是很重要的参数。另外，pH值还会影响某些霉菌的形态。

一般认为，细胞内的H＋或OH－能影响酶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。但培养基的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。pH值还影响菌体对基质的利用速率和细胞的结构，影响菌体的生长和产物的合成。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2～3μm；pH7.4时为2～18μm，并呈膨胀酵母状；pH值下降后菌丝形态又会恢复正常。pH值还影响菌体细胞膜的电荷状况，引起膜透性发生改变，因而影响菌体对营养物质的吸收和代谢产物的形成等。

发酵工程发酵过程控制

1. 引言

发酵工程是利用微生物的生理代谢过程来生产有机化合物的一种工程技术。而发酵过程控制则是在发酵工程中对发酵过程进行调控和监控，以确保发酵过程能够稳定进行，并获得高产率和良好的产品质量。

发酵过程控制通过对微生物与培养基、发酵设备和操作条件等方面进行控制，研究微生物的生长规律和代谢产物的生成规律，实现对发酵过程的调控，以实现最佳的发酵效果。

本文将介绍发酵工程发酵过程控制的主要内容和方法。

2. 发酵过程控制的目标

发酵过程控制的主要目标是实现以下几个方面的调控：

1. 生物量的控制：调控微生物的生长速率和生物量，使其在适宜的培养基和环境条件下获得最佳生长，提高产酶或产物的产量； 2. 代谢产物的控制：调控微生物代谢过程中的关键反应步骤，实现选择性产物的生成，并提高产量；

3. 溶氧的控制：调控发酵过程中的溶氧浓度，提高氧传递效率，防止氧的限制性产物的堆积；

4. pH的控制：调控发酵过程中的pH值，维持合适的酸碱环境，促进微生物的生长和代谢；

5. 温度的控制：调控发酵过程中的温度，提供适宜的环境条件，促进微生物的生长和代谢。 3. 发酵过程控制的方法

发酵过程控制主要采用以下几种方法：

3.1 反馈控制

反馈控制是一种基于对发酵过程变量的测量和反馈，通过调节控制器输出量，实现对发酵过程的调控。常见的反馈控制方法包括：

• 温度控制：通过测量发酵容器内的温度，控制加热或降温设备的输出，以维持适宜的温度； • pH控制：通过测量发酵液的pH值，控制酸碱调节器的输出，以维持适宜的酸碱环境；

• 溶氧控制：通过测量发酵液中的溶氧浓度，控制气体供应设备的输出，以维持适宜的溶氧浓度。

3.2 前馈控制

前馈控制是一种基于对发酵过程中外部输入变量的预测，通过调节控制器输出量，实现对发酵过程的调控。常见的前馈控制方法包括： • 溶氧前馈控制：根据发酵微生物对溶氧需求的特性，通过对气体供应设备输出的调节，提前调整溶氧浓度，以满足微生物的需求；

新疆农业科学２００２，３９（３）：１６８～１７０　Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ａｇｒｉｃ￣ｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　

发酵过程中温度自动控制的设计　

张慧涛，侯新强，常玮，李晨华　

（新疆农科院微生物应用研究所，新疆乌鲁木齐８３００００）　

摘要：对高温中性蛋白酶发酵中试研究中温度控制进行了改进设计，采用ＰＩＤ调节器的自动诃节，由调压器　

调节加热器的功率，从而实现了恒温控制。　关键词：定值控制，ＰＩＤ调节器，发酵，恒温控制　

中图分类号：Ｓ１８８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—４３３０｛２００２｝０３—０１６８—０３　进行ＸＪ＇Ｉ９５０３高温中性蛋白酶发酵中试工艺研究，在其发酵中试研究中，２５０　ｌ发酵罐酶活在１×　１０４ｆｆ／ｍｌ，３　ｔ发酵罐在１．３×１０４ｆｆ／ｍｌ，１０　ｔ发酵罐最高在１．５×１０４ｖ－／ｍｌ。其产酶率已达到国内领先水平。　

在其中试研究工作中，由于其发酵温度较高（４６～４８ｃ【二），在２５０　ｌ自动发酵系统中发酵过程中的产热不　

足以维持其正常发酵温度，需要从外界供给热量，而该研究工作的８０％都在２５０　ｌ自动发酵罐上完成，　

在２５０　ｌ自动发酵罐上原来设计的温度加热是采用继电器位式开关控制，在计算机中设定温度的上下　

限，在下限时由计算机控制加热器开，在上限时由计算机控制加热器关，控温精度无法保证正常发酵所　

需要的±０．５￣Ｃ。为此，我们对原有的设计进行了改进，外接恒温水箱，引进ＰＩＤ自动调节，以达到控制　

发酵罐温度的目的，保证发酵罐的温度保持恒定。　

该系统采用单回路定值调节系统。　

１　系统工作原理　

１．１　系统组成原理　

．水箱容积０．３　ｍ３，内置２ＫＷ的加热器两组。水泵功率１．５ＫＷ。压力开关的作用是防止水泵“闷　

泵”，当发酵罐夹层的进水阀或回水阀没有打开时，压力开关将切断水泵电源。温度传感器为Ｐｔｌ００铂　

电阻，系统的温度设定在温度智能表上进行，原有由计算机的温度控制完全断开，传输到计算机中的数　

第七章 发酵的中间控制 重点温度控制发酵热温度对发酵的影响 pH值的控制pH值对菌生长和代谢产物形成的影响影

响pH变化的因素发酵过程中pH的调节及控制泡沫的控制发酵过程中泡沫的变化补料的控制 发酵的中间控制的项目包括 温度控制pH控制泡沫控

制补料控制 发酵过程中主要要控制的参数有 ⑴pH值发酵液的pH值是发酵过程

中各种生化反应的综合结果是重要参数之一 ⑵温度是整个发酵过程或在不同阶段所维持的温度 ⑶溶解氧浓度溶解氧是需氧菌发酵的必备条件 ⑷基质含量指

发酵液中糖氮磷等重要营养物质的浓度 ⑸空气流量是指单位时间内每单位体积发酵液通入空气的体积也称通风比 ⑹压力指发酵过程中发酵罐所维持的压力

⑺搅拌转速 ⑻搅拌功率 ⑼黏度黏度大小可做为细胞生长或细胞形态的一项指

标表示相对菌体丝状菌浓度 ⑽浊度是能及时反映单细胞生长状况的参数 ⑾料液流量这是控制流体进料的参数 ⑿产物的浓度这是发酵产物产量高低或合成代

谢正常与否的重要参数也是决定生产周期长短的根据 ⒀氧化还原电位 ⒁废气中的氧含量废气中氧含量与产生菌摄氧率和KLa有关 ⒂废气中的CO2含量废气

中的CO2含量就是产生菌呼吸放出的CO2 ⒃菌丝形态丝状菌发酵过程中菌丝形

态的改变是生化代谢变化的反映 ⒄菌体浓度菌体浓度是控制微生物发酵的重要参数之一 ⒅细胞生物活性的其他参数如NAD-NADH体系ATP-ADP-AMP体系

DNARNA及生物合成的关键酶 发酵热伴随发酵的进行而产生的热量叫发酵热发酵热的产生引起发酵液温度变化 发加热对温度的影响 在发酵过程中某

些因素导致热量的产生另外一些因素又导致热量散失如果在过程中产生的热量

大于散失的热量则有净热量堆积这时发酵液的温度将上升相反产热小于耗热则温度将下降 产热的情况 生物热有氧呼吸的最高效率贮能转换成

ATP高能键约为42％厌氧发酵如同型乳酸发酵约为27％表明菌体分解的基质中的能量大部分是以热能的形式散失到环境中用Q生物表示 生物热产生的特征具