發(fā)酵生產(chǎn)中常采用的pH調(diào)整措施與注意事項(xiàng)有哪些？
小楊 / 2025-05-12 09:24:37
百歐博偉生物：在發(fā)酵生產(chǎn)中，pH是影響微生物生長(zhǎng)、代謝產(chǎn)物合成及發(fā)酵效率的關(guān)鍵參數(shù)。為了維持適宜的pH范圍，常采用以下調(diào)整措施：
一、物理化學(xué)方法
1、酸堿溶液調(diào)節(jié)
酸液（如硫酸、鹽酸、磷酸）：用于中和堿性代謝產(chǎn)物（如氨類），降低pH。
堿液（如NaOH、KOH、氨水）：用于中和酸性代謝產(chǎn)物（如乳酸、乙酸），提高pH。
操作方式：通過在線pH傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)或手動(dòng)添加酸/堿溶液。
2、緩沖劑添加
在培養(yǎng)基中添加緩沖鹽（如磷酸鹽、碳酸鈣、檸檬酸鹽），通過其緩沖能力減少pH波動(dòng)。
應(yīng)用實(shí)例：碳酸鈣（CaCO?）在乳酸發(fā)酵中可中和乳酸，維持pH穩(wěn)定。
二、生物調(diào)控方法
1、碳氮比（C/N）調(diào)節(jié)
高碳源（如葡萄糖）：代謝產(chǎn)酸，可能降低pH；需配合補(bǔ)加氮源（如尿素、氨水）以平衡。
低碳源：減少酸性代謝物積累，防止pH過度下降。
2、流加補(bǔ)料策略
分批補(bǔ)料：通過分階段補(bǔ)加碳源或氮源，避免因底物一次性消耗導(dǎo)致的pH劇烈波動(dòng)。
pH-stat控制：根據(jù)pH變化自動(dòng)補(bǔ)加底物（如葡萄糖），維持代謝平衡。
三、原位中和法
中和劑添加
針對(duì)特定代謝產(chǎn)物添加中和劑，例如：
乳酸發(fā)酵中投加CaCO?，中和乳酸生成乳酸鈣沉淀。
谷氨酸發(fā)酵中補(bǔ)加尿素，中和α-酮戊二酸的酸性。
四、通氣與攪拌控制
好氧發(fā)酵：增加通氣量可加速CO?排出，防止因CO?溶解導(dǎo)致pH下降。
厭氧發(fā)酵：通過調(diào)節(jié)攪拌速率或通氣類型（如氮?dú)獗Ｗo(hù)）間接影響pH。
五、微生物代謝調(diào)控
菌種選育：篩選耐酸/耐堿菌株或代謝途徑優(yōu)化的工程菌，減少pH敏感性。
誘導(dǎo)調(diào)控：通過添加誘導(dǎo)劑（如金屬離子、前體物質(zhì)）改變代謝方向，減少酸性/堿性副產(chǎn)物積累。
六、集成控制策略
自動(dòng)化系統(tǒng)：結(jié)合在線pH傳感器、PLC控制系統(tǒng)和補(bǔ)料泵，實(shí)現(xiàn)pH動(dòng)態(tài)平衡。
模型預(yù)測(cè)控制：利用代謝動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)pH變化趨勢(shì)，提前調(diào)整補(bǔ)料或中和劑用量。
七、注意事項(xiàng)
避免過度調(diào)節(jié)：頻繁添加強(qiáng)酸/強(qiáng)堿可能對(duì)菌體造成損傷，需控制添加速率。
經(jīng)濟(jì)性考量：工業(yè)規(guī)模中需權(quán)衡緩沖劑或中和劑的成本與效果。
產(chǎn)物分離影響：某些中和劑可能增加后續(xù)產(chǎn)物提取難度。
通過上述措施的組合應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程中pH的精準(zhǔn)控制，從而提升菌體生長(zhǎng)速率、產(chǎn)物得率和發(fā)酵過程穩(wěn)定性。
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