由于微生物不斷地吸收、同化營養(yǎng)物質(zhì)和排出代謝產(chǎn)物，因此，在發(fā)酵過程中，發(fā)酵液的ph值是一直在變化的。
為了使微生物能在合適的ph值范圍內(nèi)生長，繁殖，合成目標(biāo)代謝產(chǎn)物，必須嚴(yán)格控制發(fā)酵過程的ph值，使用發(fā)酵用pH計(jì)能準(zhǔn)確的測量到ph值。 在微生物生長和產(chǎn)物生成中，合適ph值與比生長速率μ、產(chǎn)物比生成速率Qp三個(gè)參數(shù)的相互關(guān)系有四種情況：
首種情況是菌體的比生長速率μ和產(chǎn)物比生成速率Qp的合適ph都在一個(gè)相似的較寬的范圍內(nèi)，這種發(fā)酵過程易于控制;第二種情況是μ的合適ph范圍很寬，而Qp的合適ph范圍較窄，第三種情況是μ和Qp對ph的變化都很敏感，它們的合適ph又是相同的;
第二、第三種模式的發(fā)酵ph值應(yīng)嚴(yán)格控制;第四種情況更復(fù)雜，μ和Qp有各自的合適ph值，此時(shí)應(yīng)分別嚴(yán)格控制各自的合適ph，才能優(yōu)化發(fā)酵過程。
在確定了發(fā)酵各個(gè)階段所需要的合適ph之后，需要采用各種方法來控制，使發(fā)酵過程在預(yù)定的ph范圍內(nèi)進(jìn)行。
要使ph控制在合適的范圍內(nèi)，應(yīng)首先根據(jù)不同的微生物的特性，不僅要在原始培養(yǎng)基中控制適當(dāng)?shù)膒h值，而且要在整個(gè)發(fā)酵過程中隨時(shí)檢查ph值的變化情況，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控。
首先，從基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配方考慮，通過平衡鹽類和碳源的配比，穩(wěn)定培養(yǎng)液的ph值，或加入緩沖劑(如磷酸鹽)調(diào)節(jié)培養(yǎng)基初始ph值至合適范圍并使其有較強(qiáng)的緩沖能力。在分批發(fā)酵中，常加入CaCO3中和酮酸等物質(zhì)來控制ph的變化。
發(fā)酵過程中，隨著基質(zhì)的消耗及產(chǎn)物的生成，ph值會(huì)有較大的波動(dòng)。因此，在發(fā)酵過程中也應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的ph值調(diào)節(jié)和控制方法，主要有以下幾種方法：
①直接補(bǔ)加酸、堿物質(zhì)，如h2SO4、NaOh等。當(dāng)ph值偏離不大時(shí)，使用強(qiáng)酸堿物質(zhì)容易破壞緩沖體系，而且會(huì)引起培養(yǎng)液成分發(fā)生水解，故目前已較少使用此方法。
②通過調(diào)整通風(fēng)量來控制ph值。此方法主要是在加多了消泡劑的個(gè)別情況下使用，提高空氣流量可加速脂肪酸的氧化，以減少因脂肪酸積累引起的ph降低。
③補(bǔ)加酸性或堿性鹽基質(zhì)，如氨水、尿素、(Nh4)2SO4等，通過代謝調(diào)節(jié)ph值。補(bǔ)加性酸堿物質(zhì)，既調(diào)節(jié)了發(fā)酵液的ph值，又可以補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)，還能減少阻遏作用。補(bǔ)加的方式根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況而定，可以是直接加入、流加、多次流加等方式。
④采用補(bǔ)料方式調(diào)節(jié)ph值。例如，當(dāng)ph值上升至超過合適值，意味著菌處于饑餓狀態(tài)，可加糖調(diào)節(jié)，糖的過量又會(huì)使ph下降。
采用補(bǔ)料的方法可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充營養(yǎng)、延長周期、調(diào)節(jié)ph和改變培養(yǎng)液的性質(zhì)(如黏度)等幾種目的，特別是那些對產(chǎn)物合成有阻遏作用的營養(yǎng)物質(zhì)，通過少量多次補(bǔ)加可以避免它們對產(chǎn)物合成的阻遏作用。
發(fā)酵過程中使用氨水和有機(jī)酸來調(diào)節(jié)ph時(shí)需謹(jǐn)慎。過量的氨會(huì)使微生物中毒，導(dǎo)致其呼吸強(qiáng)度急速下降。在需要用通氨氣來調(diào)節(jié)ph或補(bǔ)充氮源的發(fā)酵過程中，可通過監(jiān)測溶解氧濃度的變化防止菌體出現(xiàn)氨過量中毒現(xiàn)象。
在實(shí)際生產(chǎn)過程中，一般可以選取其中一種或幾種方法，并結(jié)合ph的在線檢測情況對ph進(jìn)行有效控制，以保證ph值長期處于合適的范圍內(nèi)。
