1.1. Влияние на активность ферментов.
Активность фермента должна находиться в определенном диапазоне pH. Превышение этого диапазона может ингибировать или разрушить структуру фермента, тем самым снижая активность фермента. Когда значение pH подавляет активность определенных ферментов бактерий, это препятствует метаболизму бактерий. Это проявляется в следующих аспектах:
① Слишком кислая или слишком щелочная: если значение pH культуральной среды слишком высокое или слишком низкое, это может привести к изменению структуры фермента, тем самым подавляя активность фермента. Слишком кислая или слишком щелочная среда также может разрушить активный центр молекулы фермента, тем самым разрушая каталитическую функцию фермента.
② Ферментативная реакция. В некоторых случаях значение pH может влиять на скорость ферментативной реакции. Например, когда константы диссоциации субстрата и фермента различны, изменения pH могут влиять на связывание и диссоциацию между ферментом и субстратом, тем самым влияя на активность фермента.
③ Метаболические пути: разные виды микробов имеют разные метаболические пути, и значение pH может влиять на ферменты в этих метаболических путях. Например, во время процесса ферментации молочнокислых бактерий с целью производства молочной кислоты значение pH напрямую влияет на активность и каталитическую эффективность лактатдегидрогеназы.
1.2. Влияет на заряженное состояние клеточной мембраны.
Заряженное состояние клеточной мембраны в основном определяется распределением и активностью ионообменных белков на мембране. При определенных условиях pH ионообменные белки соединяются со специфическими ионами, образуя слой заряженных ионов на поверхности клеточной мембраны. В процессе микробной ферментации контроль соответствующего значения pH имеет большое значение для поддержания стабильности клеточной мембраны и нормальных физиологических функций.
При изменении значения pH ионообменные белки клеточной мембраны могут претерпевать конформационные изменения, тем самым изменяя свою способность связывать ионы. Например, когда значение pH увеличивается, некоторые ионообменные белки на клеточной мембране могут быть более склонны связываться с ионами водорода, делая поверхность клеточной мембраны отрицательно заряженной. Напротив, когда значение pH снижается, некоторые ионообменные белки на клеточной мембране могут быть более склонны диссоциировать от ионов водорода, оставляя поверхность клеточной мембраны с положительным зарядом.
Заряженное состояние клеточной мембраны оказывает важное влияние на рост и метаболизм микроорганизмов. Например, заряженное состояние клеточной мембраны может влиять на поглощение клеткой питательных веществ и выведение метаболитов. Кроме того, заряженное состояние клеточной мембраны также может влиять на взаимодействия между клетками.Например, при образовании биопленок взаимодействия между клетками играют важную роль в стабильности и функционировании биопленок.
1.3. Влияют на диссоциацию некоторых компонентов культуральной среды.
pH оказывает важное влияние на диссоциацию некоторых компонентов ферментационной среды. При определенных условиях pH некоторые компоненты могут существовать в разных формах, что напрямую влияет на их растворимость и доступность. В среде ферментации некоторые питательные вещества, такие как аминокислоты, нуклеиновые кислоты и т. д., имеют две диссоциируемые формы: кислую и щелочную. Они могут существовать в разных формах при разных условиях pH, что напрямую влияет на их растворимость и доступность.
2.1. Средние компоненты.
① Источник углерода: Чрезмерный источник углерода, особенно избыток глюкозы, приведет к накоплению органических кислот в процессе ферментации, тем самым снижая pH.
② Источник азота: Слишком большое количество источника азота может привести к повышению pH. Это связано с тем, что ионы аммония в источнике азота будут высвобождаться во время метаболического процесса, вызывая повышение pH.
③ Фосфат: Концентрация фосфата в культуральной среде влияет на pH ферментации. Высокие концентрации фосфатов могут привести к снижению pH, тогда как низкие концентрации могут вызвать повышение pH.
④ Буфер: в некоторых случаях для поддержания стабильности pH во время ферментации в культуральную среду добавляется буфер. Общие буферы включают фосфатный буфер, ацетатный буфер и т. д.
⑤ Кроме того, количество пеногасителя, тип и концентрация физиологических кислых веществ и физиологических щелочных веществ также влияют на pH во время процесса ферментации. Следовательно, при выборе и корректировке компонентов среды необходимо учитывать всесторонние факторы, основанные на конкретных видах микробов и требованиях ферментации.
2.2. Виды микроорганизмов.
Разные виды микроорганизмов предъявляют разные требования к значению pH, каждый микроорганизм имеет свое оптимальное значение pH для роста и оптимальное производственное значение pH. В процессе ферментации метаболическая активность микроорганизмов будет изменять значение pH культуральной среды, поэтому необходимо выбирать и контролировать оптимальное значение pH в зависимости от различных видов микробов. Например, оптимальное значение pH для бактерий обычно составляет от 6,5 до 7,5, а оптимальное значение pH для плесени и дрожжей обычно составляет от 4,0 до 6,0. Кроме того, на метаболический процесс микроорганизмов также влияет значение pH.Например, когда значение pH слишком высокое или слишком низкое, активность ферментов может ингибироваться или разрушаться, что влияет на рост и образование продуктов микроорганизмов. Поэтому очень важно контролировать значение pH во время микробной ферментации.
2.3. Условия культивирования.
Температура, влажность и концентрация кислорода относительно мало влияют на pH, но они также могут оказывать некоторое влияние на pH во время ферментации.
① Температура. Температура влияет на pH, главным образом, за счет активности ферментов и скорости роста микробов. В большинстве случаев повышение температуры способствует росту и метаболизму микробов, что приводит к снижению pH. Однако слишком высокая температура может также привести к инактивации ферментов или гибели микроорганизмов, тем самым повышая pH.
② Влажность: Влажность оказывает важное влияние на процесс ферментации определенных микроорганизмов. Например, для процессов ферментации, требующих субстратов с низкой активностью воды, повышение влажности может увеличить растворимость субстрата и поглощение субстрата микроорганизмами, тем самым влияя на pH.
③ Концентрация кислорода. Концентрация кислорода оказывает важное влияние на процесс ферментации аэробных микроорганизмов. В аэробных условиях микроорганизмы будут выполнять аэробное дыхание и производить больше метаболитов, тем самым влияя на pH. Кроме того, изменения концентрации кислорода также могут приводить к изменениям метаболических путей, тем самым влияя на pH.
2.4. Стадия роста клеток.
Влияние бактерий на pH ферментации на разных стадиях роста является сложным и требует мониторинга и контроля в реальных операциях. Различные бактерии и разные условия культивирования будут влиять на изменение pH, поэтому необходимо вносить корректировки в соответствии с конкретными условиями.
① Ранняя стадия роста бактерий: на ранней стадии, когда бактериальные клетки только соединяются с культуральной средой, бактериальные клетки быстро растут, клетки поглощают большое количество питательных веществ и производят большое количество кислых или нейтральных метаболитов, таких как как молочная кислота, уксусная кислота и т. д., что приводит к падению pH.
② Логарифмическая фаза роста бактерий: когда рост бактерий переходит в логарифмическую фазу роста, метаболическая активность бактерий становится сильной, вырабатывая большое количество кислых метаболитов, таких как уксусная кислота, масляная кислота и т. д., а также продуцируя некоторые щелочные метаболиты, такие как аммиак, мочевину и т. д. Поэтому pH на этом этапе может колебаться.
③ Поздняя стадия роста бактерий. На поздней стадии роста бактерий метаболическая активность бактериальных клеток ослабевает, выработка метаболитов снижается, а значение pH может повышаться.
④ Стадия образования продукта. В некоторых процессах ферментации образование продукта может происходить на более поздних стадиях роста бактерий. На pH на этом этапе может влиять образование продукта, например, при ацетон-бутаноловом брожении pH будет снижаться по мере накопления ацетон-бутанола.
Выбор и регулирование оптимального pH для микробной ферментации является одним из ключевых этапов процесса ферментации. Под оптимальным pH понимается значение pH, при котором скорость роста, метаболизма и образования продуктов микроорганизмов оптимальна. Однако в процессе ферментации значение pH может непрерывно меняться из-за изменения метаболической активности микроорганизмов и условий культивирования. Поэтому для поддержания оптимального значения pH необходим контроль pH. Ниже приведены методы выбора и регулирования оптимального pH для микробной ферментации:
① Выберите оптимальный pH: выберите оптимальное значение pH на основе характеристик роста и требований ферментации микроорганизма. Оптимальное значение pH можно подобрать экспериментально путем измерения скорости роста микробов и образования продуктов при различных значениях pH.
② Контроль pH: во время процесса ферментации значение pH регулируется путем добавления кислоты или щелочи. Обычно используемый метод регулировки заключается в непосредственном добавлении кислотных или щелочных веществ, таких как H2SO4, NaOH и т. д. Однако, когда значение pH не сильно отклоняется, использование сильных кислот и щелочей может легко разрушить буферную систему и вызвать гидролиз компонентов культурального раствора, поэтому этот метод применяется редко.
③ Регулировка объема вентиляции: Контролируйте значение pH, регулируя объем вентиляции. Этот метод в основном используется в отдельных случаях, когда добавляется больше пеногасителя.Увеличение потока воздуха может ускорить окисление жирных кислот и уменьшить падение pH, вызванное накоплением жирных кислот.
④ Добавьте физиологическую кислотную или щелочную матрицу соли: отрегулируйте значение pH посредством метаболизма. Добавление физиологических кислотно-щелочных веществ не только регулирует значение pH ферментационного бульона, но также дополняет питательные вещества и снижает ингибирующий эффект. Метод добавления зависит от фактической производственной ситуации и может быть прямым добавлением, добавлением с кормом, добавлением нескольких кормов и т. д.
⑤ Используйте метод кормления, чтобы отрегулировать значение pH: например, когда значение pH превышает оптимальное значение, это означает, что бактерии находятся в состоянии голодания, и для корректировки можно добавить сахар. Избыток сахара приведет к снижению pH. уронить.
Выбор и регулирование оптимального pH для микробной ферментации является одним из важных этапов процесса ферментации. Выбирая оптимальное значение pH и применяя соответствующие методы контроля pH, можно оптимизировать рост, метаболизм и скорость образования продуктов микроорганизмов, а также повысить эффективность ферментации.