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pH与生长

pH for growth微生物作为一个整体来说,其生长的pH范围极广(pH=2~10),有少数 种类还可超出这一范围,但绝大多数微生物的生长pH都在5~9之间。与温 度的三基点相似,不同微生物的生长pH也存在最低、最适与最高3个数值 (见表)。

不同微生物的生长pH范围

微生物名称 pH值
最低 最适 最高
Thiobacillus thiooxidans(氧化硫硫杆菌) 0.5 2.0~3.5 6.0
Lactobacillus acidophilus (嗜酸乳杆菌) 4.0~4.6 5.8~6.6 6.8
Acetobacter aceti(醋化醋杆菌) 4.0~4.5 5.4~6.3 7.0~8.0

微生物名称 pH值
最低 最适 最高
Rhizobium japonicum(大豆根瘤菌) 4.2 6.8~7.0 11.0
Bacillus subtilis(枯草芽孢杆菌) 4.5 6.0~7.5 8.5
Escherichia coli(大肠埃希氏菌) 4.3 6.0~8.0 9.5
Staphylococcus aureus(金黄色葡萄球菌) 4.2 7.0~7.5 9.3
Azotobacter chroococcum(褐球固氮菌) 4.5 7.4~7.6 9.0
Streptococcus pyogenes(酿脓链球菌) 4.5 7.8 9.2
Nitrosomonas sp(一种亚硝化单胞菌) 7.0 7.8~8.6 9.4
Aspergillus niger(黑曲霉) 1.5 5.0~6.0 9.0
一般放线菌 5.0 7.0~8.0 10.0
一般酵母菌 2.5 4.0~5.8 8.0
一般霉菌 1.5 3.8~6.0 7.0~11.0

除不同种类微生物有其最适生长pH值外,同一种微生物在其不同的生 长阶段和不同的生理、生化过程,有不同的最适pH要求。这一规律对发酵 生产中pH的控制极为重要。例如,黑曲霉(Aspergillus niger)在pH=2.0~2.5 时,有利于合成柠檬酸,在pH=2.5~6.5范围内时,就以菌体生长为主,而在 pH= 7左右时,则大量合成草酸;又如,丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)在pH=5.5~7.0时,以菌体的生长繁殖为主,而在pH=4.3~ 5.3范围内才进行丙酮、丁醇发酵。此外,许多抗生素的生产菌也有同样情 况。利用上述规律对提高发酵生产效率十分重要。

微生物的生命活动过程也会能动地改变外界环境的pH,这就是通常遇 到的培养基的原始pH在培养微生物的过程中会时时发生改变的原因。其 中发生pH改变的可能反应有以下数种(见下图)。

变酸与变碱两种过程,在一般微生物的培养中往往以变酸占优势,因此, 随着培养时间的延长,培养基的pH会逐渐下降。当然,pH的变化还与培养 基的组分尤其是碳氮比有很大的关系,碳氮比高的培养基,例如培养多种真 菌的培养基,经培养后其pH值常会显著下降;相反,碳氮比低的培养基,例 如培养一般细菌的培养基,经培养后,其pH值常会明显上升。

pH改变的可能反应