ph的控制,由于微生物不斷地吸收、同化營養物質和排出代謝產物,因此,在發酵過程中,發酵液的ph值是直在變化的。為了使微生物能在適的ph值范圍內生長,繁殖,合成目標代謝產物,必須嚴格控制發酵過程的ph值。
ph變化及其控制
發酵培養基的ph值對微生物菌體的生長及產物的合成有重要的影響,也是影響發酵過程中各種酶活性的重要因素,是項重點檢測的發酵參數。因此,必須掌握發酵過程中ph的變化規律,以便及時進行監控,使其直處于生產的佳狀態水平。
在微生物生長和產物生成中,適ph值與比生長速率u、產物比生成速率qp三個參數的相互關系有四種情況:
種情況是菌體的比生長速率和產物比生成速率qp的適ph都在個相似的較寬的范圍內,這種發酵過程易于控制;第二種情況是的適ph范圍很寬,而qp的適ph范圍較窄,第三種情況是u和qp對ph的變化都很敏感,它們的適ph又是相同的;第二、第三種模式的發酵ph值應嚴格控制;第四種情況更復雜,和qp有各自的適ph值,此時應分別嚴格控制各自的適ph,才能優化發酵過程。
在確定了發酵各個階段所需要的適ph之后,需要采用各種方法來控制,使發酵過程在預定的ph范圍內進行。要使ph控制在合適的范圍內,應先根據不同的微生物的特性,不僅要在原始培養基中控制適當的ph值,而且要在整個發酵過程中隨時檢查ph值的變化情況,并進行相應的調控。
先,從基礎培養基的配方考慮,通過平衡鹽類和碳源的配比,穩定培養液的ph值,或加入緩沖劑(如磷酸鹽)調節培養基初始ph值至合適范圍并使其有較強的緩沖能力。在分批發酵中,常加入caco3中和酮酸等物質來控制ph的變化。
發酵過程中,隨著基質的消耗及產物的生成,ph值會有較大的波動。因此,在發酵過程中也應當采取相應的ph值調節和控制方法,主要有以下幾種方法:
①直接補加酸、堿物質,如h2so4、naoh等。當ph值偏離不大時,使用強酸堿物質容易破壞緩沖體系,而且會引起培養液成分發生水解,故目前已較少使用此方法。
②通過調整通風量來控制ph值。此方法主要是在加多了消泡劑的個別情況下使用,提高空氣流量可加速脂肪酸的氧化,以減少因脂肪酸積累引起的ph降低。
③補加生理酸性或堿性鹽基質,如氨水、尿素、(nh4)2so4等,通過代謝調節ph值。補加生理性酸堿物質,既調節了發酵液的ph值,又可以補充營養物質,還能減少阻遏作用。補加的方式根據實際生產情況而定,可以是直接加入、流加、多次流加等方式。
④采用補料方式調節ph值。例如,當ph值上升至超過適值,意味著菌處于饑餓狀態,可加糖調節,糖的過量又會使ph下降。采用補料的方法可以同時實現補充營養、延長發酵周期、調節ph和改變培養液的性質(如黏度)等幾種目的,特別是那些對產物合成有阻遏作用的營養物質,通過少量多次補加可以避免它們對產物合成的阻遏作用。
發酵過程中使用氨水和有機酸來調節ph時需謹慎。過量的氨會使微生物中毒,導致其呼吸強度急速下降。在需要用通氨氣來調節ph或補充氮源的發酵過程中,可通過監測溶解氧濃度的變化防止菌體出現氨過量中毒現象。
在實際生產過程中,般可以選取其中種或幾種方法,并結合ph的在線檢測情況對ph進行有效控制,以保證ph值長期處于合適的范圍內。
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