文
乔宏兴
3.pH的变化及控制
发酵过程中pH的变化是菌体在一定环境条件下代谢活动的综合体现，它集中反映了菌体的生长代谢和产物合成的情况。同时，pH对菌体生长及产物合成又会产生重要的影响。发酵过程中pH是不断变化的，通过观察pH变化规律可以了解发酵的正常与否，而控制pH对获得最佳生产能力是十分重要的。
（1）pH对菌体生长和产物合成的影响
①影响酶的活性。酶有其最适的pH，当菌体中的酶处于不适合的pH环境时，必然影响其代谢活动。
②影响菌体细胞膜的带电状态。从而影响了细胞膜的通透性，进而影响营养物质的吸收与代谢产物的排泄。
③影响基质中的营养成分和中间代谢产物的电离状态。从而影响基质对这些物质的正常利用。
④影响代谢方向。pH不同，菌体代谢途径将发生变化，代谢产物也不同。如黑曲霉进行柠檬酸发酵的过程中，pH为2~3时，菌体合成并分泌柠檬酸，而当pH为6~7时，则合成草酸。
⑤影响细胞形态。这是pH对细胞生长和代谢途径影响的外部表现。如黑曲霉发酵过程中，pH≥6.0时，菌丝体缩短，而pH≥7.0时，膨胀的菌丝体明显增加。
（2）引起发酵液pH变化的因素
发酵过程中pH的变化与菌体的生理代谢有直接关系，不同菌体在不同发酵过程中pH的变化规律差别很大，但是导致其变化的因素基本相同。
①基质代谢。若发酵过程糖消耗速度过快，特别是糖酵解速度过快，打破了糖降解与三羧酸循环之间的平衡，导致丙酮酸积累形成乳酸，pH下降。生理酸碱性物质的利用也会引起pH的变化。生理酸性物质如(NH4)2SO4，NH4+的利用将引起pH的下降。
②产物形成。某些代谢产物自身呈酸性，如柠檬酸，其形成导致发酵液pH下降。
③杂菌污染。发酵过程中污染杂菌，产生与生产菌不同的代谢，将引起pH的变化。
④供氧不足。在对数生长期或产物合成期，由于菌体强烈需氧导致发酵液中的溶解氧急剧下降，使得有氧氧化途径受阻，使乳酸等酸性物质积累，引起pH下降。
⑤菌体自溶。在发酵后期，菌体死亡并产生菌体自溶，释放出胞内物质，导致pH上升。
（3）pH的控制
①培养基的配制。在配制培养基时，通过调节碳氮比，选用不同的生理酸性和生理碱性物质，加入具有缓冲作用的物质，可有效控制培养基的pH。常用的缓冲物质有CaCO3、柠檬酸盐、磷酸盐等。如以CaCO3作为缓冲剂可中和发酵过程产生的酸，使pH处于较稳定的水平。需要指出的是，缓冲物质在灭菌过程中易与金属离子、大分子物质形成沉淀，这种情况下可单独对这类物质进行灭菌。
②发酵过程中的pH控制。发酵过程中补加料液可改变发酵液的pH，如补加碳源可降低pH，当氮源缺乏而pH低时可补加氨水；当氮源缺乏而pH高时补加(NH4)2SO4。但当补料与调节pH相矛盾时，只能通过加入酸碱来进行pH控制。
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