Les enzymes sont des protéines essentielles qui catalysent les réactions biochimiques au sein des micro-organismes, et leur activité est fortement influencée par le pH du milieu. Chaque enzyme possède une plage de pH optimale au sein de laquelle son activité catalytique est maximale. Lorsque le pH du milieu s'écarte de cette plage optimale, l'activité enzymatique diminue progressivement et, dans les cas les plus graves, une inactivation irréversible se produit. Ceci perturbe les processus métaboliques biochimiques du micro-organisme, inhibe l'absorption et l'utilisation des nutriments et, en fin de compte, réduit la qualité des semences.
Les variations de pH peuvent également induire des modifications des voies métaboliques microbiennes. Par exemple, en milieu acide, certains micro-organismes initient une fermentation lactique pour maintenir l'homéostasie du pH intracellulaire, ce qui modifie les types et les proportions de métabolites microbiens et affecte indirectement la qualité des semences.
Le pH peut modifier l'état de charge électrique des membranes cellulaires microbiennes, régulant ainsi leur perméabilité. La membrane cellulaire constitue le principal canal d'échange de substances entre les micro-organismes et le milieu extérieur ; les variations de sa perméabilité influent directement sur l'efficacité de l'absorption des nutriments et de l'excrétion des déchets métaboliques par les micro-organismes.
Des environnements extrêmement acides ou alcalins peuvent endommager l'intégrité des membranes cellulaires, provoquant la fuite de substances intracellulaires et l'invasion des cellules par des substances nocives provenant de l'extérieur, perturbant ainsi les fonctions physiologiques cellulaires normales et inhibant la croissance et le métabolisme normaux des micro-organismes.
Le degré de dissociation des nutriments tels que les acides aminés et les minéraux dans le milieu de culture varie en fonction du pH, ce qui affecte directement l'efficacité des micro-organismes à absorber et à utiliser divers nutriments.
Dans les systèmes de culture microbienne mixte, les différentes espèces bactériennes présentent des capacités d'utilisation des nutriments variables. Les fluctuations du pH peuvent modifier la compétition pour les nutriments entre les espèces bactériennes, affectant ainsi la croissance et la reproduction des populations bactériennes dominantes.
Un pH sous-optimal peut ralentir, voire stopper, la croissance microbienne, entraver l'accumulation de biomasse microbienne et nuire à la qualité des semences. Une exposition prolongée à un pH inadapté peut entraîner des mutations génétiques et des recombinaisons chez les micro-organismes, compromettant ainsi la stabilité génétique des semences et celle des processus de fermentation ultérieurs. À l'inverse, un pH adéquat renforce la résistance microbienne à l'oxydation et à la pression osmotique, lui permettant de s'adapter à des environnements de production complexes et de maintenir une croissance et un métabolisme stables.
1. Absorption des anions et métabolisme des sources d'azote : Lorsque les anions tels que l'acétate et le phosphate présents dans le milieu de culture sont absorbés et utilisés par les micro-organismes, ou lorsque les sources d'azote sont métabolisées pour produire de l'ammoniac (NH₃), le pH du système augmentera.
2. Absorption de cations et accumulation d'acides organiques : Les micro-organismes absorbent des cations tels que les ions ammonium (NH₄⁺) et les ions potassium (K⁺), ou des acides organiques s'accumulent dans le système, ce qui entraînera une diminution du pH du système.
3. Effet du rapport carbone-azote : Le pH du milieu à forte teneur en carbone diminue généralement pendant la fermentation ; le pH du milieu à forte teneur en azote augmente généralement pendant la fermentation.
a. Ajustement du pH : le pH est ajusté par ajout direct de solutions acides ou alcalines ;
b. Ajustement du tampon : Utiliser un système tampon pour maintenir la stabilité du pH du milieu de culture et atténuer les fluctuations du pH environnemental ;
c. Régulation du tampon physiologique : Ajouter des sels acides ou alcalins physiologiques pour obtenir une homéostasie du pH à long terme grâce au métabolisme microbien.