Influence et contrôle du pH pendant le processus de fermentation

Effets du pH dans le processus de fermentation

Près du pH est un paramètre très important pour la croissance microbienne et synthèse des produitset un indice complet de l'activité métabolique pour la fermentation.

Le processus est d'une grande importance. Différentes espèces de micro-organismes ont des exigences de pH différentes. Le pH optimal est de 6,5 ~ 7,5 pour la plupart des bactéries, 4,0 ~ 5,8 pour la moisissure, 3,8 ~ 6,0 pour la levure et 6,5 ~ 8,0 pour les actinomycètes. La gamme d'adaptation du pH dépend de l'écologie du micro-organisme. Si la circonférence du pH ne convient pas, la croissance et la synthèse des produits du micro-organisme seront inhibées. De plus, il s'agit également d'une mesure efficace pour empêcher la pollution des bactéries diverses pour contrôler l'une des principales conditions pour assurer la croissance constante de la micro-matière. Par exemple, Cerevisiae Petroleum se développe bien dans la plage de pH de 3,5 à 5,0 et n'est pas facile à infecter les bactéries. Lorsque le pH est supérieur à 50, la morphologie des levures devient plus petite, le bouillon de fermentation devient noir et pollue un grand nombre de bactéries. Lorsque le pH était inférieur à 30, la croissance maternelle a été inhibée, les cellules étaient très irrégulières et l'autolyse s'est produite. Bacillus thuringiensis a une tolérance au pH élevée et peut bien se développer dans une large gamme de pH. Il n'y avait pas de différence significative dans le nombre de bactéries P dans la plage de 6,0 ~ 10,0. Un grand nombre de bactéries se développent après stérilisation, mais elle n'est pas propice à la formation de cristaux au stade ultérieur. Si le pH> 7,5, la période de germination des bourgeons sera prolongée, donc le pH après stérilisation devrait être d'environ 6,8.

Pour le même micro-organisme, différents produits de fermentation peuvent être formés en raison du pH différent de l'environnement de croissance. Par exemple, Aspergillus Niger produit de l'acide à pH 2-3 et de l'acide oxalique à pH presque neutre. La levure produit de l'alcool à pH 4,5 à 5,0, mais à pH8, les produits de fermentation comprennent non seulement de l'alcool, mais aussi de l'acide acétique et du glycérol. Par exemple, la glucose déshydrogénase conjuguée à la pyrrolidoquinine quinone (PQQ) dans les aérobactéries est fortement influencée par le pH du milieu de culture. Dans les cultures restreintes en potassium, aucun acide gluconique n'est produit à pH 80, mais l'acide le plus gluconique et l'acide à 2-cétogluconic sont produits à pH 5,0 à 5,5. Lorsque le pH de la protéine sérique humaine recombinante est inférieur à 50, l'activité de protéase augmente rapidement, ce qui est très défavorable à la production d'albumine. Lorsque le pH est supérieur à 56, l'activité de protéase est très faible, ce qui peut éviter la perte d'albumine.

Le pH optimal pour la croissance microbienne et la synthèse des produits n'est pas toujours le même (mais ils sont cohérents, par exemple, le pH optimal pour les bactéries productrices de l'acide hyaluronique est à la fois 7,0). Par exemple, le pH optimal pour la croissance des bactéries d'acétone butanol était de 5,5 à 7,0, tandis que le pH optimal pour la fermentation était de 4,3 ~ 5,3. Le pH optimal pour les bactéries productrices de pénicilline était de 6,5 à 7,2, tandis que le pH optimal pour les bactéries productrices de pénicilline était de 6,2 à 6,8. Ceci n'est pas seulement lié aux caractéristiques de la souche, mais également liés aux propriétés chimiques des produits. Le pH optimal pour la biosynthèse de divers antibiotiques était le suivant: la streptomycine et l'érythromycine étaient de 6,8 ~ 7,3; Les valeurs de l'auréomycine et de la tétracycline étaient de 5,9 à 6,3. La pénicilline est de 6,2 à 6,8. Par conséquent, selon les caractéristiques de différents micro-organismes et produits, il est très important de contrôler le pH pendant la fermentation.

Les principales raisons pour lesquelles le changement de pH liquide de fermentation affecte la croissance et la reproduction des micro-organismes et la formation de métabolites sont les suivants:

je. Changer la charge de la membrane plasmique des cellules microbiennes

La membrane plasmique aux propriétés colloïdes, dans une certaine valeur de pH peut être positive et est chargée négativement lorsqu'un autre pH, le changement en même temps, provoquera le changement de la membrane plasmique pour une certaine perméabilité ionique, qui affecte l'absorption des nutriments Dans les médias et les métabolites de culture, fuites, de manière à affecter le métabolisme.

ii Affecte directement l'activité enzymatique

Étant donné que l'enzyme a son pH le plus approprié, l'activité de certaines enzymes dans les cellules microbiennes sera inhibée au P inadaptée, et la croissance, la reproduction et le métabolisme des micro-organismes seront également affectés.

iii. Il affecte directement les processus métaboliques

Bouillon de fermentation p nutriments importants et métabolites intermédiaires se dissocient, affectant ainsi l'utilisation microbienne de ces substances. La plupart des substances qui constituent des micro-organismes se dissocient dans l'eau tout en maintenant un certain équilibre. La dissociation de l'eau est liée aux ions hydrogène, de sorte que la concentration des ions hydrogène a un grand impact sur la dissociation de ces substances, affectant ainsi l'absorption des nutriments, l'activité enzymatique, la décomposition et l'anabolisme des micro-organismes. Par conséquent, le changement de pH entraînera le changement du processus métabolique des micro-organismes, de sorte que la masse et la proportion de métabolites sont modifiées. Chez les bacilles aérogéniques, le glucose déshydrogénase dans le milieu de la culture, le pH, le milieu nutritif potassium, l'acide gluconique H0 ~ 55 pour produire de l'acide gluco et de l'acide gluco-céto glucocique. De plus, dans le milieu restreint en nutriments de soufre ou d'ammoniac, les bactéries ont produit de l'acide glucotarique et de l'acide 2-cétoglucotarique à H5 mais pas à PH68.

Facteurs affectant le changement de pH pendant la fermentation

Dans le processus de fermentation, le pH est souvent un changement dynamique. Ce changement de pH dépend de l'espèce de micro-organisme et de la composition du milieu basal et des conditions de fermentation. Dans le processus du métabolisme du thalle, il a le pouvoir de créer son pH de croissance optimal, mais le pH fluctuera en continu lorsque les conditions externes changent considérablement. D'une part, les micro-organismes sécrètent des acides organiques tels que l'acide lactique, l'acide acétique, l'acide citrique, etc., ou certaines substances alcalines par le biais d'activités métaboliques, conduisant ainsi au changement de pH de l'environnement de fermentation. D'un autre côté, les micro-organismes provoquent le changement de pH du liquide de fermentation en utilisant des substances acides ou des substances alcalines dans le milieu de fermentation.

La source d'azote de milieu basal a une grande influence sur le pH du bouillon de fermentation. Si l'ammoniac est utilisé comme source d'azote, NH; Il existe sous la forme de NH en solution, et après qu'il soit utilisé comme R-NH, H + est généré dans le milieu, de sorte que le pH diminue; Si NO est utilisé comme source d'azote, H + est consommé, NO est réduit à R-NH et le pH augmente; Si les acides aminés sont utilisés comme sources d'azote, H + est produit après l'utilisation des acides aminés et le pH diminue. Le pH du milieu de culture fluctue parfois. Par exemple, les protéines dans le milieu, d'autres matières organiques azotées ou de l'urée dans la fermentation d'acide glutamique sont hydrolysées par des enzymes urinaires pour libérer de l'ammoniac, le pH peut augmenter rapidement, lorsque l'ammoniac est utilisé par les bactéries, le pH tombera à nouveau. Dans le processus de fermentation, l'ajout d'une source d'azote apparaîtra également la situation de fluctuation du pH, comme l'ajout d'ammoniac, le pH du liquide de fermentation a d'abord augmenté, lorsque l'ammoniac a commencé à être utilisé, le pH a progressivement diminué. De plus, trop de sucre ou d'huile est ajouté à un moment de fermentation, et une oxydation incomplète entraînera l'accumulation d'acides organiques, entraînant une baisse du pH. En fait, le changement de pH mesuré dans le bouillon de fermentation est le résultat d'une combinaison de diverses réactions.

Contrôle du pH pendant la fermentation

Le pH du liquide de fermentation change constamment pendant la fermentation car les micro-organismes absorbent et assimilent constamment des nutriments et excrétent les métabolites. Ceci n'est pas seulement lié à la composition du milieu, mais également lié aux caractéristiques physiologiques du micro-organisme. Chaque micro-organisme a son propre pH optimal pour la croissance et la fermentation. Par exemple, la production de rifamycine, car toutes les unités de carbone dans la molécule de rifamycine B sont dérivées du glucose, l'utilisation du glucose dans la phase de croissance a un certain impact sur la production de rifamycine B. Il est prouvé que son pH optimal se situe dans la plage de 7,0 ~ 7,5.

Lorsque le pH est de 7,0, le coefficient de rendement moyen atteint la valeur maximale. Parmi les différents paramètres de la fermentation de la rifamycine B, le coefficient de rendement moyen est le plus important du point de vue économique. Par conséquent, PH70 est la meilleure condition pour la production de rifamycine B. Dans ces conditions, la consommation de glucose est principalement utilisée pour la synthèse des produits, et la quantité appropriée de bactéries peut également être assurée. Les résultats ont montré que le rendement de la rifamycine B était de 14% plus élevé que celui de l'ensemble du processus de fermentation lorsque le pH du stade de croissance et du stade de production a été maintenu à 65 et 7,0, respectivement. Dans la fermentation de la cellulose Acétobacter, le pH au stade précoce de la culture par lots est de 4,0, et le pH au stade de production est ajusté à 55, ce qui peut augmenter considérablement le rendement de la cellulose et raccourcir le temps de fermentation. Par conséquent, selon les caractéristiques des micro-organismes, afin de faire se propager les micro-organismes de manière optimale, il est nécessaire non seulement de contrôler le P approprié dans le milieu d'origine, mais aussi de vérifier le changement de H à tout moment pendant les cheveux entiers processus et effectuer une réglementation correspondante.

Dans la production réelle, si la condition de contrôle est d'origine) et que la capacité de tampon n'est pas suffisamment forte, l'attention doit être accordée à l'effet de la stérilisation sur P). Si le rapport de la classe d'énergie et de la source de carbone est équilibré, il n'est pas nécessaire d'ajouter du tampon. Peut également être utilisé dans le processus de fermentation pour ajouter un ajustement de la base à l'acide faible et un faible ajustement de la base ou simplement un ajustement extérieur peut améliorer l'état de fermentation, à la matériau est une meilleure façon, peut ajuster le pH du milieu de culture et peut compléter la nutrition, augmenter La concentration du milieu diminue le travail de répression, afin d'améliorer encore le rendement du produit fermenté, la fermentation des acides aminés, le milieu d'origine, ajustez généralement PH70 environ. Dans la culture plane inclinée, la culture des semences et la fermentation du stade des longues bactéries, car le produit est très peu nombreux, le changement de pH n'est pas très important, ne s'adaptent généralement pas à la scène, car la source d'azote est consommée et l'accumulation d'acides aminés , le changement de pH est plus grand, il doit être régulé et contrôlé. Par exemple, dans le processus de fermentation du glutamate, le taux d'utilisation de différentes paires fines de P à différentes périodes est élevé et le changement de pH fluctue considérablement. Si le pH est faible au stade précoce de la fermentation, les thalles se développent vigoureusement, consomment rapidement les nutriments, transfèrent vers le métabolisme normal et poussent des thalles sans produire de glutamate. Lorsque le pH est élevé, la croissance du thalle est défavorable, le métabolisme du glucose est lent et le temps de fermentation est prolongé. Cependant, au début de la fermentation, si le pH est légèrement plus élevé (pH 7,5 ~ 80), il est avantageux d'inhiber la croissance des bactéries diverses. Par conséquent, le pH doit être contrôlé à environ 7,5 au stade précoce de la fermentation et 7 au milieu et en retard de la fermentation. La raison en est que le pH optimal de la glutamate déshydrogénase est de 7,0 ~ 7,2, et celui de l'acide transférase est 7,2 ~ 7,4. Dans la fermentation de la transglutaminase, un pH plus élevé (7,0) au stade précoce peut raccourcir la période de retard de croissance cellulaire, ce qui est bénéfique pour la synthèse de l'enzyme. Au stade moyen et tardif de la fermentation, un pH plus faible peut favoriser davantage la croissance des cellules et maintenir un taux de synthèse de produit plus élevé.

Après avoir déterminé le pH approprié pour un certain processus de fermentation, diverses méthodes sont utilisées pour la contrôler. Premièrement, il est nécessaire de considérer et de tester la formule de base du milieu de fermentation pour garantir que le changement de pH dans le processus de fermentation se situe dans la plage appropriée. Parce que le milieu contient des substances métabolisation de la production d'acide (comme le glucose, (NH) SO) et la production d'alcalines (comme l'urée, le nano) ainsi que les agents tampon (tels que le CACO;) et d'autres composants du processus de fermentation pour affecter le changement du pH, en particulier du CACO, peut réagir avec l'acide céto et jouer un rôle tampon. Dans la fermentation par lots, cette méthode est couramment utilisée pour contrôler le changement de pH.

Dans le processus de fermentation, si la méthode ci-dessus ne peut pas atteindre la cible de contrôle, la méthode suivante peut être utilisée pour ajuster le pH:

je. Ajout de la méthode de carbonate de calcium

Lorsque le sel d'ammonium alcaline physiologique est utilisé comme source d'azote, le pH de la liqueur baissera en raison de la racine acide restante après le NH utilisé par les bactéries. Le carbonate de calcium peut être ajouté au milieu de culture pour ajuster le pH. Dans la fermentation de l'acide lactique, le carbonate de calcium est souvent utilisé pour ajuster le pH pour éviter la diminution de la production d'acide lactique causée par la diminution du pH.

ii Ajout de débit d'eau de l'ammoniac

Dans le processus de fermentation, l'ammoniac est ajouté pour ajuster le pH en fonction du changement de pH, et en tant que source d'azote, pour fournir NH. L'ammoniac est bon marché et facilement provenant. Cependant, l'effet de l'eau de l'ammoniac est rapide, ce qui a une grande influence sur la fluctuation du pH du bouillon de fermentation. Une petite quantité d'addition de débit multiples doit être utilisée pour éviter la croissance inhibit la croissance et peut également empêcher l'apparition de H. la méthode d'ajout d'écoulement spécifique doit être déterminée en fonction des caractéristiques des bactéries, des bactéries, de la consommation de sucre et d'autres conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions, les conditions Contrôle général pH 7,0 ~ 8.0 est bon à utiliser la méthode de flux de système automatique. L'utilisation de l'ammoniac dans le processus de fermentation pour ajuster la prudence P, la quantité d'ammoniac provoquera un empoisonnement microbien, entraînant une baisse rapide de l'intensité respiratoire. Par conséquent, dans le processus de fermentation où le gaz d'ammoniac est nécessaire pour ajuster le pH ou reconstituer les sources d'azote, les bactéries peuvent être empêchées d'empoisonner l'ammoniac en surveillant le changement de concentration dissous en oxygène. Par exemple, la fermentation de la streptomycine, en utilisant un contrôle d'addition d'eau d'ammoniac, du pH, P adapté à la gamme de synthèse de la streptomycine, remplie de la synthèse du produit nécessitait une source d'azote.

iii. Ajout de flux d'urée

Cette méthode est actuellement largement utilisée dans notre pays. En utilisant l'urée comme source d'azote pour ajuster le pH, le changement de pH a une certaine régularité et facile à contrôler. Premièrement, en raison de la ventilation, de l'agitation et de l'action des enzymes urinaires dans les bactéries, les fractions élémentaires libèrent l'ammoniac et le pH augmente; L'ammoniac et les composants moyens sont utilisés par les bactéries et forment des acides organiques et d'autres métabolites intermédiaires, qui sont réduits. À l'heure actuelle, l'urée doit être ajoutée à temps pour ajuster le pH et compléter les sources d'azote. Lorsque l'urée est ajoutée à l'écoulement, l'urée est décomposée par l'enzyme d'urine de thallus et l'ammoniac est libéré. L'ammoniac est utilisé pour faire tomber le pH en combinant des métabolites, et un flux répété est effectué pour maintenir un certain pH. En plus du changement de pH, une petite quantité d'addition multi-flux doit être prise en compte aux différents stades de la croissance bactérienne et de la fermentation de la consommation de sucre pour maintenir un pH légèrement inférieur, afin de faciliter la croissance des micro-organismes. Lorsque la croissance des bactéries est accélérée, la consommation de sucre est accélérée, la quantité de débit peut être plus appropriée, le pH peut être légèrement plus élevé, la fermentation plus tard est propice à la promotion de la production de glutamate, de maintien du pH72 environ. Lorsque la quantité de sucre résiduel est très petite, près du pot, sans ou moins ajoutée pour le meilleur, afin de ne pas provoquer de déchets.

iv. Contrôler le pH en nourrissant

Le contrôle du pH est combiné avec une régulation métabolique et le pH est contrôlé par le contrôle de l'alimentation. Par exemple, dans le processus de fermentation de la pénicilline, selon les besoins physiologiques et métaboliques de la production de bactéries, le pH est contrôlé en ajustant le taux de sucre et le rendement de la pénicilline est augmenté de plus de 25% par rapport au taux équilibré de sucre et Contrôle du pH.