4.1.4. Концентрация водородных ионов

Кислотность (рН) среды обитания является важным фактором, определяющим возможность роста и размножения микроорганиз-мов. Водородный показатель реакции среды рН показывает степень её кис-лотности (рН от 7 до 1) или щелочности (рН от 7 до 14). Нейтральная реак-ция среды соответствует рН 7.

В природных условиях прокариоты (бактерии) могут развиваться в диапазоне рН от 1 до 11. В зависимости от отношения к рН среды их можно разделить на три группы: нейтрофилы, ацидофилы и алкалофилы.

Нейтрофилы предпочитают нейтральную реакцию среды, оптимальный рН для их роста составляет 6,8-7,3, минимальный -4, максимальный-9. Подавляющее большинство бактерий относятся к нейтрофилам (гнилостные бактерии, возбудители отравлений, бактерии группы кишечной палочки и др.)

Ацидофилы (кислотолюбивые) развиваются при оптимальном рН 4 и выше (уксуснокислые и другие бактерии, продуцирующие органические кислоты).

Алкалофилы (щелочелюбивые) развиваются при оптимальном рН 9 и выше (некоторые представители бактерий кишечной группы - холерный вибрион и др.).

Споры бактерий обычно более устойчивы к изменениям рН, чем вегетативные клетки.

У большинства эукариот (мицелиальных грибов и дрожжей) оптимальный рН для их роста равен 4,5-6. Минимум рН для дрожжей составляет 3, для грибов - 1,5; максимальный для дрожжей - 8,5, для грибов - 10, т.е. мицелиальные грибы могут расти в более широком диапазоне рН, чем дрожжи.

Указанные предельные значения рН могут значительно колебаться в зависимости от других условий среды. В кислой среде усиливается действие других неблагоприятных факторов.

Если рН не соответствует оптимальной величине, то микроорганизмы не могут нормально развиваться даже при наличии всех необходимых питательных веществ, так как рН оказывает большое влияние на активность ферментов клетки и проницаемость её стенки.

Для бактерий кислая реакция среды более опасна, чем щелочная. Особенно неблагоприятна среда для развития гнилостных бактерий, оптимальный рН которых лежит в слабощелочной области (рН 7,5).

Губительное действие на микроорганизмы некоторых органических кислот (например, уксусной, бензойной, масляной) может быть обусловлено не только неблагоприятной концентрацией водородных ионов, но и токсичностью недиссоциированных молекул кислот. Установлено, например, что уксусная кислота в количестве 0,5-2% оказывает бактерицидное действие. Молочнокислый стрептококк прекращает размножаться в субстрате, содержащем молочную кислоту, при рН 4,7-4,4, а в присутствии уксусной - при рН 5,1- 4,8.

Неодинаковое отношение микроорганизмов к реакции среды является одной из причин наблюдаемой в природных условиях смены одних форм микроорганизмов другими. Зная, отношение различных микроорганизмов к реакции среды, и регулируя рН, можно подавлять или стимулировать их развитие, что имеет большое практическое значение. Так, неблагоприятное действие кислой среды на гнилостные бактерии положено в основу хранения некоторых пищевых продуктов в маринованном и квашеном виде.

4.1.5. Окислительно-восстановительные условия среды Молекулярный кислород является одним из важнейших факторов внешней среды, определяющим направление биохимических реакций, осуществляемых микроорганизмами в энергетическом обмене. Отношение микроорганизмов к содержанию кислорода в среде определяется наличием у тех или иных окислительно-восстановительных ферментов, ответственных за энергетический обмен.

Окислительно-восстановительные условия в среде характеризуются окислительно-восстановительным потенциалом - rН₂¹, выражающим степень аэробности среды, или степенью насыщения её кислородом.

В среде, окислительные свойства которой соответствуют насыщению её кислородом, rН₂ равен 41. В среде с высокими восстановительными условия-ми, соответствующими насыщению среды водородом, rН₂ равен 0. При равновесии окислительных и восстановительных процессов в среде rН₂ ниже 28, то это указывает на большую или меньшую восстановительную способность среды, а выше 28 - не её окислительную способность.

Облигатные анаэробы живут при rН₂ от 0 до 12-14; факультативные анаэробы - при rН₂ от 0 до 20-30.

Для аэробов нижний предел rН₂ около 12-15, а значение rН₂ выше 30

неблагоприятно и для них.

Окислительно-восстановительный потенциал среды влияет не только на

рост и размножение микроорганизмов, но и на их биохимическую активность

Регулируя окислительно-восстановительные условия среды, можно затормозить или вызвать активное развитие той или группы микроорганизмов. Возможно, например, вызвать рост анаэробов присутствии

воздуха путём добавления редуцирующих веществ, снижающих окислитель-

но-восстановительный потенциал среды. И наоборот, можно культивировать аэробов в анаэробных условиях, повысив rН₂ среды, вводя в неё вещества, обладающие окислительными свойствами.

В процессе жизнедеятельности микроорганизмы могут изменять окислительно-восстановительный потенциал среды, выделяя в неё различные

продукты обмена.

При консервировании, например, грибов в домашних условиях для

¹ _{Показатель rН2 представляет собой отрицательный логарифм давления молекулярного водорода в среде, взятый с обратный знаком.}

предотвращения развития палочковидной спорообразующей анаэробной бактерии - возбудителя ботулизма - Clostridium botulinum, банки следует заполнять не полностью, а оставлять некоторое воздушное пространство. Тогда имеющийся О₂ будет препятствовать прорастанию спор. В виноделии для предотвращения развития аэробных микроорганизмов-вредителей (пленчатых дрожжей, уксуснокислых бактерий) необходимо следить за полным заполнением ёмкостей с вином с целью предотвратить поступление необходимого для их развития О₂.