Ферменты — это ключевые белки, катализирующие биохимические реакции в микроорганизмах, и их активность в значительной степени зависит от pH окружающей среды. Каждый фермент имеет свой оптимальный диапазон pH, в пределах которого его каталитическая активность достигает наивысшего уровня. Когда pH окружающей среды отклоняется от оптимального диапазона, активность ферментов постепенно снижается , а в тяжелых случаях происходит необратимая инактивация. Это препятствует биохимическим метаболическим процессам внутри микроорганизма, подавляет усвоение и использование питательных веществ и, в конечном итоге, снижает качество семян.
Изменения pH также могут вызывать изменения в метаболических путях микроорганизмов. Например, в кислой среде некоторые микроорганизмы инициируют молочнокислое брожение для поддержания внутриклеточного гомеостаза pH, изменяя типы и пропорции микробных метаболитов и косвенно влияя на качество семян.
Уровень pH может изменять электрический заряд клеточных мембран микроорганизмов, тем самым регулируя их проницаемость. Клеточная мембрана является основным каналом обмена веществами между микроорганизмами и внешней средой; изменения ее проницаемости напрямую влияют на эффективность поглощения питательных веществ и выведения продуктов метаболизма микроорганизмами.
Чрезвычайно кислая или щелочная среда может повредить целостность клеточных мембран, вызывая утечку внутриклеточных веществ и проникновение вредных веществ извне в клетки, что нарушает нормальные физиологические функции клеток и подавляет нормальный рост и метаболизм микроорганизмов.
Степень диссоциации питательных веществ, таких как аминокислоты и минералы, в культуральной среде изменяется в зависимости от значения pH, что напрямую влияет на эффективность поглощения и использования микроорганизмами различных питательных веществ.
В смешанных микробных культурах различные виды бактерий демонстрируют разную способность к усвоению питательных веществ. Колебания pH могут изменять конкуренцию за питательные вещества между видами бактерий, влияя тем самым на рост и размножение доминирующих популяций бактерий.
Неоптимальные значения pH могут замедлять или даже останавливать рост микроорганизмов, препятствовать накоплению микробной биомассы и негативно влиять на качество семян. Длительное воздействие неподходящих условий pH может привести к генетическим мутациям и рекомбинации у микроорганизмов, что ставит под угрозу генетическую стабильность семян и стабильность последующих процессов ферментации. С другой стороны, подходящие условия pH повышают устойчивость микроорганизмов к окислению и осмотическому давлению, позволяя им адаптироваться к сложным производственным условиям и поддерживать стабильный рост и метаболизм.
1. Поглощение анионов и метаболизм источников азота: Когда анионы, такие как ацетат и фосфат, в культуральной среде поглощаются и используются микроорганизмами, или когда источники азота метаболизируются с образованием аммиака (NH₃), pH системы повышается.
2. Поглощение катионов и накопление органических кислот: Микроорганизмы поглощают катионы, такие как ионы аммония (NH₄⁺) и ионы калия (K⁺), или в системе накапливаются органические кислоты, что приводит к снижению pH системы.
3. Влияние соотношения углерода и азота: pH среды с высоким содержанием углерода, как правило, снижается в процессе ферментации; pH среды с высоким содержанием азота, как правило, повышается в процессе ферментации.
а. Регулировка pH: pH регулируется путем непосредственного добавления растворов кислоты или щелочи;
b. Коррекция буфера: Используйте буферную систему для поддержания стабильности pH культуральной среды и смягчения колебаний pH окружающей среды;
c. Физиологическая буферная регуляция: добавление физиологически кислых или физиологически щелочных солей для достижения долговременного гомеостаза pH посредством микробного метаболизма.