第 3 章 微 生 物 的 营 养 和 生 长
合 成 代 谢 : 将 小 分 子 前 体 物 质 ( 如 氨 基 酸 核 苷 酸 和 单 糖 ) 合 成 较 大 分 子 ( 如 蛋 白 质 核 酸 和 多 糖 ) 的 过 程, 又 称 同 化 作 用, 并 消 耗 能 量 分 解 代 谢 : 将 来 自 环 境 中 或 细 胞 内 储 存 的 有 机 营 养 物 质 ( 如 糖 脂 蛋 白 等 ), 通 过 一 步 步 反 应 降 解 成 较 小 的 简 单 的 物 质 的 过 程, 又 称 异 化 作 用, 并 产 生 能 量
3.1.1 微 生 物 营 养 的 要 素 一 微 生 物 细 胞 的 化 学 组 成 3.1 微 生 物 的 营 养 水 :70%-90% 微 生 物 细 胞 干 物 质 细 胞 化 学 元 素 组 成 : 无 机 物 ( 盐 ) 有 机 物 : 蛋 白 质 糖 脂 核 酸 维 生 素 等 主 要 元 素 : 碳 氢 氧 氮 磷 硫 钾 镁 钙 铁 等 ; 微 量 元 素 : 锌 锰 钠 氯 钼 硒 钴 铜 钨 镍 硼 等 微 生 物 动 物 植 物 之 间 存 在 营 养 上 的 统 一 性
二 微 生 物 细 胞 化 学 组 成 含 量 的 变 化 此 组 成 可 因 菌 种 的 种 类 菌 龄 培 养 基 组 成 培 养 条 件 分 析 方 法 等 而 有 所 不 同 微 生 物 细 胞 的 化 学 组 成 主 要 成 分 细 菌 酵 母 菌 霉 菌 水 分 75~85 70~80 85~90 ( 占 细 胞 鲜 重 的 %) 蛋 白 质 50~80 32~75 14~15 占 细 碳 水 化 合 物 12~28 27~63 7~40 胞 干 脂 肪 5~20 2~15 4~40 重 的 核 酸 10~20 6 ~ 8 1 % 无 机 盐 2~30 3.8~7 6~12
三 营 养 物 质 及 其 生 理 功 能 微 生 物 与 动 植 物 营 养 要 素 的 比 较 动 物 ( 异 养 ) 异 养 微 生 物 自 养 绿 色 植 物 ( 自 养 ) 碳 源 糖 类 脂 肪 糖 醇 有 机 酸 等 二 氧 化 碳 碳 酸 盐 等 二 氧 化 碳 氮 源 能 源 蛋 白 质 及 其 降 解 物 与 碳 源 同 蛋 白 质 及 其 降 解 物 有 机 氮 化 物 无 机 与 氮 碳 化 源 物 同 氮 无 机 氮 化 物 氮 氧 化 无 机 物 或 利 用 日 光 能 生 长 因 子 维 生 素 有 些 需 要 维 生 素 等 生 长 因 子 不 需 要 无 机 氮 化 物 利 用 日 光 能 不 需 要 无 机 元 素 无 机 盐 无 机 盐 无 机 盐 无 机 盐 水 分 水 水 水 水 微 生 物 生 长 所 需 要 六 大 营 养 要 素
3.1.2 微 生 物 的 营 养 类 型 生 长 所 需 要 的 营 养 物 质 自 养 型 生 物 异 养 型 生 物 光 能 营 养 型 生 物 生 长 过 程 中 能 量 的 来 源 化 能 营 养 型
光 能 自 养 型 : 以 光 为 能 源, 不 依 赖 任 何 有 机 物 即 可 正 常 生 长 光 能 异 养 型 : 以 光 为 能 源, 但 生 长 需 要 一 定 的 有 机 营 养 化 能 自 养 型 : 以 无 机 物 的 氧 化 获 得 能 量, 生 长 不 依 赖 有 机 营 养 物 化 能 异 养 型 : 以 有 机 物 的 氧 化 获 得 能 量, 生 长 依 赖 于 有 机 营 养 物 质
一 光 能 自 养 型 微 生 物 以 C0 2 作 为 唯 一 碳 源 或 主 要 碳 源, 并 利 用 光 能, 以 无 机 物 如 硫 化 氢 硫 代 硫 酸 钠 或 其 他 无 机 硫 化 物 作 为 供 氢 体 将 CO 2 还 原 成 细 胞 物 质, 同 时 产 生 元 素 硫 光 能 CO 2 +H 2 S [CH 2 O]+2S+H 2 O 光 合 色 素 光 能 自 养 型 微 生 物 包 括 蓝 细 菌 ( 含 叶 绿 素 ) 红 硫 细 菌 和 绿 硫 细 菌 等 少 数 微 生 物 ( 含 细 菌 叶 绿 素 ), 由 于 含 有 光 合 色 素, 因 而 能 使 先 能 转 变 成 化 学 能 (ATP), 供 机 体 直 接 利 用
二 光 能 异 养 型 微 生 物 以 CO 2 为 主 要 碳 源 或 唯 一 碳 源, 以 有 机 物 ( 如 异 丙 醇 ) 作 为 供 氢 体, 利 用 光 能 将 CO 2 还 原 成 细 胞 物 质, 红 螺 菌 属 中 的 一 些 细 菌 属 于 此 种 营 养 类 型 光 能 2(H 3 C) 2 CHOH+CO 2 2CH 3 COCH 3 +[CH 2 O]+H 2 O 光 合 色 素 光 能 异 养 型 细 菌 在 生 长 时 大 多 数 采 要 外 源 的 生 长 因 子
三 化 能 无 机 自 养 型 ( 化 能 自 养 型 ) 生 长 所 需 要 的 能 量 来 自 无 机 物 氧 化 过 程 中 放 出 的 化 学 能 ; 以 CO 2 或 碳 酸 盐 作 为 唯 一 或 主 要 碳 源 进 行 生 长 时, 利 用 H 2 H 2 S Fe 2+ NH 3 或 NO - 2 等 作 为 电 子 供 体 使 CO 2 还 原 成 细 胞 物 质 这 类 微 生 物 主 要 有 硫 化 细 菌 硝 化 细 菌 氢 细 菌 与 铁 细 菌 它 们 在 自 然 界 物 质 转 换 过 程 中 起 着 重 要 的 作 用 化 能 无 机 自 养 型 只 存 在 于 微 生 物 中, 可 在 完 全 无 机 及 无 光 的 环 境 中 生 长 它 们 广 泛 分 布 于 土 壤 及 水 环 境 中, 参 与 地 球 物 质 环
四 化 能 异 养 型 微 生 物 大 多 数 微 生 物 属 于 化 能 异 养 型, 其 生 长 所 需 要 能 量 和 碳 源 通 常 来 自 同 一 种 有 机 物 腐 生 型 微 生 物 : 利 用 无 生 命 活 性 的 有 机 物 作 为 生 长 的 碳 源 寄 生 型 微 生 物 : 寄 生 在 生 活 的 细 胞 内, 从 寄 生 体 内 获 得 生 长 所 需 要 的 营 养 物 质 存 在 于 寄 生 与 腐 生 之 间 的 中 间 过 渡 类 型 微 生 物, 称 为 兼 性 腐 生 型 或 兼 性 寄 生 型
3.2 微 生 物 培 养 基 人 工 配 制 的 供 微 生 物 生 长 繁 殖 和 生 物 合 成 各 种 代 谢 产 物 所 需 的 多 种 营 养 物 质 的 混 合 物 培 养 基 对 菌 体 的 生 长 繁 殖 产 物 的 生 物 合 成 产 品 的 分 离 精 制 以 及 产 品 的 质 量 和 产 量 都 有 显 著 的 影 响 在 微 生 物 的 发 酵 生 产 中, 由 于 产 生 菌 的 生 理 生 化 特 性 发 酵 设 备 和 工 艺 条 件 的 不 同, 所 采 用 的 培 养 基 是 各 不 相 同 的 即 使 同 一 个 菌 种, 不 同 的 培 养 目 的 不 同 的 发 酵 阶 段, 其 培 养 基 组 成 也 不 完 全 一 样 应 用 合 适 的 培 养 基 能 充 分 发 挥 产 生 菌 合 成 微 生 物 产 物 的 能 力, 提 高 产 品 的 质 量 和 产 量
培 养 基 几 乎 是 一 切 对 微 生 物 进 行 研 究 和 利 用 工 作 的 基 础 3.2.1 培 养 基 的 成 分 : 碳 源 氮 源 硫 源 磷 源 无 机 盐 和 微 量 元 素 生 长 因 子 促 进 剂 和 抑 制 剂 前 体 消 沫 剂 水
一 碳 源 用 于 构 成 微 生 物 细 胞 和 代 谢 产 物 中 碳 素 的 来 源, 并 为 微 生 物 的 生 长 繁 殖 和 代 谢 活 动 提 供 能 源 主 要 功 能 1 提 供 微 生 物 生 长 繁 殖 所 需 的 能 源 ; 2 提 供 微 生 物 合 成 菌 体 的 碳 成 分 ; 3 提 供 合 成 目 的 产 物 的 碳 成 分 工 业 生 产 常 用 的 碳 源 : 工 业 生 产 所 用 微 生 物 绝 大 多 数 是 异 养 菌, 不 像 自 养 菌 那 样 能 够 利 用 光 还 原 态 无 机 物 或 碳 酸 盐 作 为 能 源 物 质, 只 能 利 用 有 机 碳 水 化 合 物 作 为 能 源 对 于 异 养 微 生 物, 碳 源 又 兼 做 能 源, 称 为 双 功 能 营 养 物
二 氮 源 氮 源 是 指 构 成 微 生 物 细 胞 物 质 和 代 谢 产 物 的 氮 素 的 来 源 主 要 功 能 是 : 1 构 成 微 生 物 细 胞 结 构 物 质, 如 氨 基 酸 蛋 白 质 核 酸 等 ; 2 合 成 含 氮 代 谢 产 物 ; 3 作 为 酶 的 组 成 分 或 维 持 酶 的 活 性 ; 4 调 节 渗 透 压 PH 值 氧 化 还 原 电 位 等 ; 5 当 培 养 基 中 碳 源 不 足 时, 可 作 为 补 充 碳 源
氮 源 种 类 无 机 氮 源 1) 氨 基 氮 : NH 4 OH (NH 4 ) 2 SO 4 NH 4 NO 3 NH 4 Cl 2) 硝 态 氮 : NaNO 3 KNO 3 有 机 氮 源 1) 合 成 产 物 : 尿 素 2) 天 然 原 料 : 植 物 蛋 白 : 黄 豆 饼 粉 花 生 饼 粉 棉 籽 饼 粉 菜 籽 饼 粉 麦 麸 玉 米 浆 玉 米 麸 质 粉 动 物 蛋 白 : 蛋 白 胨 鱼 粉 蚕 蛹 粉 牛 肉 膏 微 生 物 蛋 白 : 酵 母 粉 / 浸 膏 废 菌 丝 粉 其 它 : 酒 糟 等
氮 源 种 类 无 机 氮 源 有 机 氮 源 速 效 氮 源 : 无 机 氮 源 或 以 蛋 白 质 降 解 产 物 形 式 存 存 的 有 机 氮, 如 玉 米 浆, 可 以 直 接 被 菌 体 吸 收 利 用 速 效 氮 源 通 常 有 利 于 菌 体 的 生 长, 但 在 微 生 物 药 物 的 发 酵 生 产 中 也 会 出 现 类 似 于 葡 萄 糖 效 应 的 现 象 铵 阻 遏 效 应, 即 由 于 速 效 氮 源 ( 特 别 是 铵 ) 被 微 生 物 快 速 吸 收 利 用 而 使 其 中 间 代 谢 物 阻 遏 了 次 级 代 谢 产 物 的 合 成, 使 次 级 代 谢 产 物 的 产 量 大 幅 度 下 降
氮 源 种 类 无 机 氮 源 有 机 氮 源 迟 效 氮 源 : 黄 豆 饼 粉 和 花 生 饼 粉 酵 母 膏 等, 有 机 氮 源 中 所 含 的 氮 存 在 于 蛋 白 质 中, 必 须 在 微 生 物 分 泌 的 蛋 白 酶 作 用 下, 水 解 成 氨 基 酸 和 多 肽 以 后, 才 能 被 菌 体 直 接 利 用 因 此, 在 抗 生 素 发 酵 过 程 中, 往 往 将 速 效 氮 源 和 迟 效 氮 源 有 机 氮 源 和 无 机 氮 源 按 一 定 比 例 配 成 混 合 氮 源, 以 控 制 菌 体 生 长 与 目 的 代 谢 产 物 的 形 成, 达 到 提 高 抗 生 素 产 量 的 目 的 早 期 : 加 入 易 同 化 的 氮 源 无 机 氮 源 或 速 效 氮 源 ; 中 期 : 菌 体 的 代 谢 酶 系 已 形 成, 则 可 利 用 迟 效 氮 源
三 无 机 盐 和 微 量 元 素 微 生 物 在 生 长 繁 殖 和 代 谢 产 物 的 合 成 过 程 中, 还 需 要 某 些 无 机 离 子 如 硫 磷 镁 钙 钠 钾 ( 大 量 元 素 ) 铁 铜 锌 锰 钼 和 钴 等 ( 微 量 元 素 ) 各 种 不 同 的 产 生 菌 以 及 同 一 种 产 生 菌 在 不 同 的 生 长 阶 段 对 这 些 物 质 的 需 求 浓 度 是 不 相 同 的 无 机 盐 及 微 量 元 素 对 微 生 物 生 理 活 性 的 作 用 与 其 浓 度 相 关, 一 般 它 们 在 低 浓 度 时 对 微 生 物 生 长 和 目 的 产 物 的 合 成 有 促 进 作 用, 在 高 浓 度 时 常 表 现 出 明 显 的 抑 制 作 用
生 理 功 能 1 构 成 菌 体 成 分 2 作 为 酶 的 组 成 部 分 3 酶 的 激 活 剂 或 抑 制 剂 4 调 节 培 养 基 渗 透 压 5 调 节 ph 值 6 维 持 氧 化 还 原 电 位 等 锌 离 子 是 碱 性 磷 酸 酶 脱 氢 酶 肽 酶 的 组 成 成 分 ; 钴 离 子 是 肽 酶 的 组 成 成 分 ; 锰 离 子 是 超 氧 化 物 歧 化 酶 氨 肽 酶 的 组 成 成 分 ; 铜 离 子 是 氧 化 酶 酪 氨 酸 酶 的 组 成 成 分
磷 微 生 物 对 磷 的 需 要 量 一 般 为 0.005~0.01 mol/l 磷 源 在 微 生 物 生 长 和 代 谢 调 节 中, 磷 具 有 重 要 的 生 理 功 能 1 磷 是 核 酸 磷 脂 辅 酶 或 辅 基 ( 如 辅 酶 l 辅 酶 Ⅱ 辅 酶 A) 等 物 质 的 组 成 成 分 ; 2 磷 是 能 量 传 递 物 质 三 磷 酸 腺 甘 (ATP) 的 组 成 成 分 ; 3 磷 酸 盐 在 代 谢 调 节 方 面 起 着 重 要 的 作 用 4 磷 酸 盐 还 是 重 要 的 缓 冲 剂, 可 以 缓 冲 发 酵 过 程 中 ph 的 变 化
四 生 长 因 子 生 长 因 子 是 微 生 物 生 长 代 谢 必 不 可 少, 但 不 能 用 简 单 的 碳 源 或 氮 源 生 物 合 成 的 一 类 特 殊 的 营 养 物 质 根 据 化 学 结 构 及 代 谢 功 能, 生 长 因 子 主 要 有 三 类 : 1 维 生 素 2 氨 基 酸 及 其 衍 生 物 3 碱 基 此 外 还 有 脂 肪 酸 卟 啉 甾 醇 等
几 种 生 长 因 子 的 主 要 功 能 生 长 因 子 主 要 功 能 维 生 素 B 1 脱 羧 酶 转 醛 酶 转 酮 酶 的 辅 基 维 生 素 B 2 黄 素 蛋 白 的 辅 基, 与 氢 的 转 移 有 关 维 生 素 B 6 辅 基, 与 氨 基 酸 的 脱 羧 转 氨 基 有 关 生 物 素 各 种 羧 化 酶 的 辅 基 钴 酰 胺 的 辅 酶, 与 甲 硫 氨 酸 和 胸 腺 嘧 啶 谷 维 氨 生 酸 素 生 B 12 产 菌 均 为 生 物 素 缺 陷 型, 以 生 物 素 为 生 长 因 子, 核 苷 酸 的 合 成 和 异 构 化 有 关 生 叶 长 因 酸 子 对 发 辅 酵 酶 的 F, 调 与 控 核 起 酸 到 的 重 合 要 成 的 有 作 关 用 赖 泛 氨 酸 产 生 菌 乙 几 酰 乎 载 都 体 是 的 谷 辅 氨 基 酸, 产 与 生 酰 菌 基 的 转 突 移 变 有 株 关, 均 为 生 物 维 素 生 缺 素 陷 K 型, 电 同 子 时 传 也 递 是 某 些 氨 基 酸 如 高 丝 氨 酸 的 缺 陷 型, 尼 克 酸 脱 氢 酶 的 辅 基 因 此 需 要 生 物 素 和 某 些 氨 基 酸 作 为 生 长 因 子
生 长 因 子 的 需 要 量 一 般 很 少, 天 然 原 料, 如 - 如 酵 母 膏 - 玉 米 浆 - 麦 芽 浸 出 液 - 肝 浸 液 - 或 其 他 新 鲜 的 动 植 物 浸 液 有 机 氮 源 是 生 长 因 子 的 重 要 来 源, 多 数 有 机 氮 源 含 有 较 多 的 B 族 维 生 素 和 微 量 元 素 以 及 生 长 因 子 都 含 有 丰 富 的 生 长 因 子, 因 此 配 制 复 合 培 养 基 时, 不 需 单 独 添 加 生 长 因 子
五 前 体 在 微 生 物 代 谢 产 物 的 生 物 合 成 过 程 中, 有 些 化 合 物 能 直 接 被 微 生 物 利 用 构 成 产 物 分 子 结 构 的 一 部 分, 化 合 物 本 身 的 结 构 没 有 大 的 变 化, 这 些 物 质 称 为 前 体 在 青 霉 素 发 酵 时, 人 们 发 现 添 加 玉 米 浆 后, 青 霉 素 单 位 可 从 20μg/Lml 增 加 到 100μg/ml 进 一 步 研 究 表 明, 发 酵 单 位 增 加 的 主 要 原 因 是 玉 米 浆 中 含 有 苯 乙 酰 胺, 它 能 被 优 先 结 合 到 青 霉 素 分 子 中, 从 而 提 高 了 青 霉 素 G 的 产 量
抗 生 素 青 霉 素 G 青 霉 素 O 青 霉 素 V 抗 生 素 发 酵 常 用 的 前 体 物 质 前 体 物 质 苯 乙 酸 或 在 发 酵 中 能 形 成 苯 乙 酸 的 物 质, 如 苯 乙 基 酰 胺 等 烯 丙 基 - 硫 基 乙 酸 苯 氧 乙 酸 放 线 菌 素 C 3 肌 氨 酸 链 霉 素 金 霉 素 溴 四 环 素 红 霉 素 灰 黄 霉 素 肌 醇 精 氨 酸 甲 硫 氨 酸 氯 化 物 溴 化 物 丙 酸 丙 醇 丙 酸 盐 乙 酸 盐 氯 化 物
氨 基 酸 发 酵 的 前 体 物 质 氨 基 酸 菌 体 前 体 物 质 产 量 丝 氨 酸 嗜 甘 油 棒 状 杆 菌 甘 氨 酸 1.6 % 色 氨 酸 异 常 汉 逊 酵 母 氨 茴 酸 0.8 % 色 氨 酸 麦 角 菌 吲 哚 1.3 % 蛋 氨 酸 脱 氢 极 毛 杆 菌 2- 羟 基 4- 甲 基 硫 代 丁 醇 1.1 % 异 亮 氨 酸 粘 质 赛 杆 菌 α - 氨 基 丁 酸 0.8 % 异 亮 氨 酸 阿 氏 棒 状 杆 菌 D- 苏 氨 酸 1.5 % 苏 氨 酸 谷 氨 酸 小 球 菌 高 丝 氨 酸 2.0 %
3.2.2 培 养 基 的 种 类 一 按 组 成 成 分 1 合 成 培 养 基 : 1 所 用 适 物 用 质 于 化 菌 学 种 成 基 分 本 明 代 确 谢 和 稳 过 定 程 ; 的 物 质 变 化 等 科 学 研 究 工 2 重 复 作 性, 好 如 ; 做 有 关 营 养 代 谢 分 类 鉴 定 生 物 测 定 及 选 3 营 养 育 单 菌 一 种 ; 遗 传 分 析 等 定 量 研 究 工 作 ; 4 价 格 不 较 适 高 合 ; 于 大 规 模 培 养 ; 在 生 产 某 些 菌 苗 和 疫 苗 的 过 程 中, 为 了 防 止 异 源 杂 蛋 白 质 等 掺 入, 常 用 合 成 培 养 基
2 复 合 培 养 基 ( 天 然 培 养 基 ): 天 然 培 养 基 是 由 化 学 成 分 不 清 楚 或 化 学 成 分 不 恒 定 的 天 然 有 机 物 组 成 的 培 养 基 这 是 大 规 模 工 业 发 酵 中 使 用 最 普 遍 的 培 养 基 原 料 : 动 植 物 组 织 或 微 生 物 的 浸 出 物 水 解 液 等 优 点 : 1 原 料 来 源 丰 富, 价 格 低 廉 ;2 营 养 丰 富 组 分 复 杂, 如 牛 肉 膏 蛋 白 胨 酵 母 膏 麦 芽 汁 玉 米 浆 黄 豆 一 般 不 需 要 另 外 添 加 微 量 元 素 维 生 素 等 物 质, 有 利 于 微 生 饼 粉 淀 粉 水 解 液 糖 蜜 物 的 生 长 繁 殖 和 目 的 产 物 的 合 成 缺 点 : 每 批 原 料 的 质 量 有 差 异, 若 对 原 料 不 加 以 控 制 会 严 重 影 响 生 产 的 稳 定 性
二 按 状 态 分 1 液 体 培 养 基 : 液 体 培 养 基 : 水 占 80%~90%, 其 中 含 有 可 溶 性 的 或 不 溶 性 的 组 分, 呈 液 态 是 发 酵 工 业 大 规 模 使 用 的 培 养 基, 如 培 养 种 子 和 发 酵 用 培 养 基, 在 培 养 过 程 中, 通 过 振 荡 或 搅 拌 不 但 可 以 使 培 养 基 中 营 养 物 质 分 布 均 匀, 而 且 可 以 增 加 培 养 基 的 通 气 量, 有 利 于 氧 的 传 递 在 微 生 物 生 理 代 谢 研 究 菌 种 鉴 定 中, 也 常 用 液 体 培 养 基 根 据 微 生 物 对 氧 的 要 求 情 况, 分 别 作 静 止 或 通 风 搅 拌 培 养
2 固 体 培 养 基 : 固 化 培 养 基 : 在 液 体 培 养 基 中 加 入 一 定 量 的 凝 固 剂 配 成 的 培 养 基, 常 用 的 凝 固 剂 是 琼 脂, 加 量 2% 左 右 形 式 : 试 管 斜 面 茄 1. 形 不 瓶 被 斜 微 面 生 物 培 分 养 解 皿 平 利 板 用 等 液 化 ; 适 用 于 菌 种 和 孢 子 的 2. 培 不 养 因 和 消 保 毒 存 灭, 菌 以 而 及 被 菌 破 种 坏 的 ; 分 离 菌 落 理 想 凝 固 剂 应 具 特 征 的 观 察 活 菌 计 3. 数 在 和 微 菌 生 种 物 鉴 的 定 生 长 温 度 内 保 持 固 态 ; 备 的 条 件 天 然 固 体 培 养 基 : 由 4. 天 凝 然 固 固 点 态 的 基 温 质 度 ( 对 麸 微 皮 生 物 大 无 米 害 ; 小 米 木 屑 禾 壳 ) 加 少 量 水 5. 透 配 明 置 度 而 好 成, 粘 着 力 强 用 于 孢 子 培 养 ; 药 用 食 用 菌 的 固 体 发 酵 生 产
3 半 固 体 培 养 基 : 液 体 培 养 基 中 加 入 少 量 (0.5% 左 右 ) 的 琼 脂, 培 养 基 呈 半 固 体 状 态 主 要 用 于 鉴 定 细 菌 观 察 细 菌 运 动 特 征 及 噬 菌 体 的 效 价 测 定 等 ; 厌 氧 菌 培 养 保 藏 也 用
三 按 作 用 分 科 学 研 究 基 础 培 养 基 选 择 培 养 基 鉴 别 培 养 基 原 生 质 体 再 生 培 养 基 生 物 效 价 检 测 培 养 基 鉴 定 培 养 基 分 离 纯 化 培 养 基 发 酵 生 产 孢 子 培 养 基 种 子 培 养 基 发 酵 培 养 基 补 料 培 养 基
1 孢 子 培 养 基 : 供 菌 种 繁 殖 孢 子 用 的 培 养 基 基 本 要 求 : 能 使 菌 体 迅 速 发 芽 生 长, 产 生 大 量 的 优 质 孢 子, 且 不 易 引 起 菌 种 发 生 变 异 不 同 菌 种 的 孢 子 培 养 基 是 不 相 同 的, 产 黄 青 霉 和 金 色 链 霉 菌 用 的 分 别 是 小 米 培 养 基 和 麸 皮 培 养 基 ; 球 状 青 霉 用 大 米 培 养 基 ; 灰 色 链 霉 菌 用 豌 豆 浸 液 葡 萄 糖 氯 化 钠 蛋 白 胨 琼 脂 培 养 基 对 于 一 定 的 菌 种, 采 用 什 么 样 的 孢 子 培 养 基 最 合 适, 需 要 通 过 大 量 的 实 验 和 长 期 的 摸 索 来 确 定
孢 子 培 养 基 的 营 养 要 求 : 营 养 不 要 太 丰 富, 碳 源 和 氮 源 ( 特 别 是 有 机 氮 源 ) 的 浓 度 要 低, 否 则 不 易 产 孢 子 如 灰 色 链 霉 菌 在 葡 萄 糖 - 硝 酸 盐 的 合 成 培 养 基 上 都 能 很 好 地 生 长 和 产 生 孢 子, 但 若 加 入 0.5% 酵 母 膏 或 酪 蛋 白 后, 就 只 长 菌 体 而 不 产 孢 子 所 用 无 机 盐 的 浓 度 要 适 量, 否 则 会 影 响 孢 子 数 量 和 孢 子 质 量 培 养 基 的 ph 和 湿 度 要 适 宜, 否 则 孢 子 的 生 长 量 会 受 到 影 响, 如 培 养 青 霉 菌 孢 子 的 大 米 培 养 基, 其 水 分 需 控 制 在 20%~25%
2 种 子 培 养 基 : 供 孢 子 发 芽 生 长 和 大 量 繁 殖 菌 ( 丝 ) 体 的 培 养 基 一 般 指 的 是 种 子 罐 的 培 养 基 和 摇 瓶 种 子 的 培 养 基, 其 作 用 是 进 行 种 子 的 扩 大 培 养, 增 加 细 胞 数 目, 使 菌 体 长 成 年 轻 代 谢 旺 盛 活 力 高 的 种 子 配 制 种 子 培 养 基 时 应 考 虑 的 是 : 1 营 养 成 分 要 比 较 丰 富 和 完 全, 含 容 易 被 利 用 的 碳 源 氮 源 无 机 盐 和 维 生 素 等 氮 源 和 维 生 素 的 含 量 要 高 些, 氮 源 一 般 既 含 有 机 氮 源 又 含 无 机 氮 源, 因 为 天 然 有 机 氮 源 中 的 氨 基 酸 能 刺 激 孢 子 萌 发, 无 机 氮 源 有 利 于 菌 丝 体 的 生 长
2 种 子 培 养 基 : 配 制 种 子 培 养 基 时 应 考 虑 的 是 : 2 培 养 基 的 组 成 能 维 持 ph 在 一 定 范 围 内, 以 保 证 菌 体 生 长 时 的 酶 活 力 3 营 养 物 质 的 总 浓 度 以 略 稀 薄 为 宜, 以 保 持 一 定 的 溶 解 氧 水 平, 有 利 于 大 量 菌 体 的 生 长 繁 殖 4 最 后 一 级 种 子 培 养 基 的 营 养 成 分 要 尽 可 能 接 近 发 酵 培 养 基 的 成 分, 使 种 子 进 人 发 酵 培 养 基 后 能 迅 速 适 应, 快 速 生 长
3 发 酵 培 养 基 : 供 菌 种 在 进 一 步 的 生 长 繁 殖 后 生 物 合 成 目 的 产 物 用 的 培 养 基 它 除 了 要 使 种 子 转 接 后 能 迅 速 生 长 达 到 一 定 的 菌 丝 浓 度, 更 要 使 菌 体 迅 速 合 成 所 需 的 目 的 产 物 对 发 酵 培 养 基 的 营 养 要 求 是 : 1 营 养 成 分 要 适 当 丰 富 和 完 全, 既 有 利 于 菌 丝 的 生 长 繁 殖 又 不 导 致 菌 体 过 量 繁 殖, 而 抑 制 了 目 的 产 物 的 合 成 ; 2 培 养 基 ph 稳 定 地 维 持 在 目 的 产 物 合 成 的 最 适 ph 范 围 ; 3 根 据 目 的 产 物 生 物 合 成 的 特 点, 添 加 特 定 的 元 素 前 体 诱 导 物 和 促 进 剂 等 对 产 物 合 成 有 利 的 物 质 ; 4 控 制 原 料 的 质 量, 避 免 原 料 波 动 对 生 产 造 成 的 影 响
3.2.3 发 酵 培 养 基 的 设 计 培 养 基 设 计 贯 穿 于 发 酵 工 艺 研 究 的 各 个 阶 段? 无 论 是 在 微 生 物 发 酵 的 实 验 室 研 究 阶 段 中 试 放 大 阶 段 还 是 在 发 酵 生 产 阶 段, 都 要 对 发 酵 培 养 基 的 组 成 进 行 设 计 从 理 论 上 讲, 微 生 物 的 营 养 需 求 和 细 胞 生 长 及 产 物 合 成 之 间 存 存 着 化 学 平 衡, 即 : 碳 源 + 氮 源 + 其 他 营 养 需 求 细 胞 + 产 物 +CO 2 +H 2 O+ 热 量 设 计 发 酵 培 养 基 的 组 成, 就 是 使 其 营 养 成 分 1 满 足 生 成 一 定 数 量 菌 体 细 胞 的 需 求 ; 2 满 足 生 产 一 定 量 代 谢 产 物 的 需 求 ; 3 满 足 维 持 菌 体 生 命 活 动 提 供 能 量 的 需 求
设 计 培 养 基 主 要 包 括 下 列 几 个 步 骤 : 1 确 定 培 养 基 的 基 本 组 成 1 根 据 微 生 物 的 特 性 和 培 养 目 的, 考 虑 碳 源 和 氮 源 的 种 类, 注 意 速 效 碳 ( 氮 ) 源 和 迟 效 碳 ( 氮 ) 源 的 相 互 配 合 要 避 免 某 些 培 养 基 成 分 对 代 谢 产 物 合 成 可 能 存 在 的 阻 遏 或 抑 制 作 用 2 要 注 意 生 理 酸 性 物 质 和 生 理 碱 性 物 质, 以 及 ph 缓 冲 剂 的 加 入 和 搭 配 3 对 于 不 能 合 成 自 身 生 长 所 需 要 的 生 长 因 子 的 菌 种, 要 选 用 含 有 生 长 因 子 的 复 合 培 养 基 或 在 培 养 基 中 添 加 生 长 因 子 还 要 考 虑 菌 种 在 代 谢 产 物 合 成 中 对 特 殊 成 分 如 前 体 促 进 剂 等 的 需 要
设 计 培 养 基 主 要 包 括 下 列 几 个 步 骤 : 1 确 定 培 养 基 的 基 本 组 成 4 要 考 虑 原 材 料 对 泡 沫 形 成 的 影 响 原 材 料 来 源 的 稳 定 性 和 长 期 供 应 情 况, 以 及 原 材 料 彼 此 之 间 不 能 发 生 化 学 反 应
2 确 定 培 养 基 成 分 的 基 本 配 比 和 浓 度 a) 碳 源 和 氮 源 的 浓 度 和 比 例 对 于 孢 子 培 养 基 来 说, 营 养 不 能 太 丰 富 ( 特 别 是 有 机 氮 源 ), 否 则 不 利 产 孢 子 ; 对 于 发 酵 培 养 基 来 说 既 要 利 于 菌 体 的 生 长, 又 能 充 分 发 挥 菌 种 合 成 代 谢 产 物 的 能 力 碳 源 与 氮 源 的 比 例 是 一 个 影 响 发 酵 水 平 的 重 要 的 因 素 因 为 碳 源 既 作 为 碳 架 参 与 菌 体 和 产 物 合 成 又 作 为 生 命 活 动 的 能 源, 所 以 一 般 情 况 下, 碳 源 用 量 要 比 氮 源 用 量 高 应 该 指 出 的 是 : 碳 氮 比 也 随 碳 源 和 氮 源 的 种 类 以 及 通 气 搅 拌 等 条 件 而 异, 因 此 很 难 确 定 一 个 统 一 的 比 值
2 确 定 培 养 基 成 分 的 基 本 配 比 和 浓 度 a) 碳 源 和 氮 源 的 浓 度 和 比 例 碳 氮 比 偏 小, 菌 体 生 长 旺 盛, 但 易 造 成 菌 体 提 前 衰 老 自 溶, 影 响 产 物 的 积 累 ; 碳 氮 比 过 大, 菌 体 繁 殖 数 量 少, 不 利 于 产 物 的 积 累 碳 氮 比 合 适, 但 碳 源 和 氮 源 浓 度 偏 高, 会 导 致 菌 体 的 大 量 繁 殖, 发 酵 液 黏 度 增 大, 影 响 溶 解 氧 浓 度, 容 易 引 起 菌 体 的 代 谢 异 常, 影 响 产 物 合 成 碳 氮 比 合 适, 但 碳 源 和 氮 源 浓 度 过 低, 会 影 响 菌 体 的 繁 殖, 同 样 不 利 于 产 物 的 积 累
2 确 定 培 养 基 成 分 的 基 本 配 比 和 浓 度 b) 生 理 酸 性 物 质 和 生 理 碱 性 物 质 的 比 例 生 理 酸 性 物 质 和 生 理 碱 性 物 质 的 用 量 也 要 适 当, 否 则 会 引 起 发 酵 过 程 中 发 酵 液 的 ph 大 幅 度 波 动, 影 响 菌 体 生 长 和 产 物 的 合 成 因 此, 要 根 据 菌 种 # 在 现 有 工 艺 和 设 备 条 件, # 生 长 和 合 成 产 物 时 ph 的 变 化 情 况 # 最 适 ph 的 控 制 范 围 ( 一 般 霉 菌 和 酵 母 菌 比 较 适 于 微 酸 性 环 境, 放 线 菌 和 细 菌 适 于 中 性 或 微 碱 性 环 境 ) 综 合 考 虑 生 理 酸 碱 物 质 及 其 用 量, 从 而 保 证 在 整 个 发 酵 过 程 中 ph 都 能 维 持 在 最 佳 状 态
2 确 定 培 养 基 成 分 的 基 本 配 比 和 浓 度 c) 无 机 盐 浓 度 孢 子 培 养 基 中 无 机 盐 浓 度 会 影 响 孢 子 数 量 和 孢 子 颜 色 发 酵 培 养 基 中 高 浓 度 磷 酸 盐 抑 制 次 级 代 谢 产 物 的 生 物 合 成 d) 其 他 培 养 基 成 分 的 浓 度 对 于 培 养 基 中 每 一 个 成 分, 都 应 考 虑 其 浓 度 对 菌 体 生 长 和 产 物 合 成 的 影 响
3 原 料 的 选 择 原 料 价 格 低 廉 ; 因 地 制 宜, 就 地 取 材 ; 原 料 资 源 要 丰 富, 容 易 收 集 ; 原 料 要 容 易 贮 藏 ; 对 人 体 无 害, 影 响 发 酵 过 程 的 杂 质 含 量 因 应 当 极 少, 或 者 几 乎 不 含 ; 适 合 微 生 物 的 需 要 和 吸 收 利 用 对 生 产 中 除 发 酵 以 外 的 其 他 方 面, 如 通 气 搅 拌 精 制 废 弃 物 的 处 理 等 所 带 来 的 困 难 最 少
发 酵 培 养 基 的 设 计 培 养 基 的 筛 选 设 计 后 的 培 养 基 要 通 过 实 验 进 行 筛 选 验 证 大 量 的 培 养 基 筛 选, 一 般 采 用 摇 瓶 发 酵 的 方 法, 这 种 方 法 筛 选 效 率 高, 可 在 短 时 间 内 从 大 量 的 不 同 组 成 的 培 养 基 中 筛 选 到 较 好 的 培 养 基 组 成 但 摇 瓶 的 发 酵 条 件 与 罐 上 的 发 酵 条 件 还 有 较 大 的 不 同, 故 由 摇 瓶 筛 选 出 的 培 养 基, 还 要 通 过 实 验 发 酵 罐 的 验 证, 并 经 过 逐 级 放 大 实 验 和 培 养 基 成 分 的 调 整 才 能 成 为 生 产 用 的 培 养 基
3.2.4 影 响 发 酵 培 养 基 质 量 的 因 素 在 工 业 发 酵 中, 常 出 现 菌 种 生 长 和 代 谢 异 常 生 产 水 平 大 幅 度 波 动 等 现 象 产 生 这 些 现 象 的 原 因 有 很 多, 如 产 生 菌 的 不 稳 定 种 子 质 量 波 动 发 酵 工 艺 条 件 控 制 不 严 格 等, 而 培 养 基 质 量 是 一 个 重 要 的 影 响 因 素 影 响 培 养 基 质 量 变 化 的 因 素 也 较 多, 主 要 有 原 材 料 质 量 水 质 培 养 基 的 灭 菌 和 黏 度 等
一 原 材 料 质 量 有 机 氮 源 是 影 响 培 养 基 质 量 的 主 要 因 素 之 一 工 业 发 酵 中 使 用 的 培 养 基 绝 大 多 数 是 由 一 些 农 副 产 品 组 成, 所 用 的 原 材 料 成 分 复 杂, 也 受 品 种 产 地 加 工 方 法 和 贮 藏 条 件 的 不 同 而 造 成 其 内 在 质 量 有 较 大 的 差 异, 因 而 常 常 引 起 发 酵 水 平 的 波 动 例 如 在 链 霉 素 的 发 酵 生 产 中, 培 养 基 使 用 东 北 大 豆 加 工 成 的 黄 豆 饼 粉 比 用 华 北 或 江 南 大 豆 的 黄 最 饼 粉 发 酵 单 位 要 高 而 且 稳 定, 这 是 因 为 东 北 大 豆 胱 氨 酸 和 甲 硫 氨 酸 的 含 量 比 华 北 和 江 南 大 豆 的 高
黄 豆 饼 粉 有 冷 榨 ( 压 榨 温 度 <70 ) 和 热 榨 ( 压 榨 温 度 >100 ) 两 种 方 法, 这 两 种 不 同 加 工 方 法 得 到 的 黄 豆 饼 粉 中 其 主 要 成 分 有 很 大 的 不 同 冷 榨 黄 豆 饼 粉 和 热 榨 黄 豆 饼 粉 的 主 要 成 分 含 量 加 工 方 法 水 分 粗 蛋 白 粗 脂 肪 糖 类 灰 分 (%) (%) (%) (%) (%) 冷 榨 12.12 46.65 6.12 26.64 5.44 热 榨 3.38 47.94 3.74 22.84 6.31 在 土 霉 素 红 霉 素 发 酵 中 使 用 热 榨 黄 豆 饼 粉 的 效 果 好, 而 在 链 霉 素 发 酵 时 采 用 冷 榨 黄 豆 饼 粉 的 效 果 好
碳 源 对 培 养 基 质 量 的 影 响 虽 不 如 有 机 氮 源 那 样 明 显, 但 也 会 因 原 材 料 的 品 种 产 地 加 工 方 法 不 同, 而 影 响 其 成 分 及 杂 质 的 含 量, 最 终 影 响 发 酵 水 平 不 同 产 地 的 甘 蔗 用 碳 酸 法 和 亚 硫 酸 法 两 种 工 艺 制 备 的 糖 蜜, 其 成 分 也 是 有 所 不 同 的 ; 废 糖 蜜 和 工 业 用 葡 萄 糖 中 总 糖 还 原 糖 含 氮 物 氯 离 子 无 机 磷 重 金 属 水 分 等 含 量 差 异 更 大, 这 些 都 会 严 重 影 响 发 酵 水 平
二 水 质 发 酵 工 业 所 用 的 水 有 深 井 水 地 表 水 自 来 水 和 蒸 馏 水 等 深 井 水 的 水 质 可 因 地 质 情 况 水 源 深 度 采 水 季 节 及 环 境 的 不 同 而 不 同 ; 地 表 水 的 水 质 受 环 境 污 染 的 影 响 更 大, 同 时 受 到 季 节 的 影 响 ; 水 中 的 无 机 离 子 和 其 他 杂 质 影 响 着 微 生 物 的 生 长 和 产 物 的 合 成
三 灭 菌 大 多 数 培 养 基 均 采 用 高 压 蒸 汽 灭 菌 法, 一 般 在 121 条 件 下 灭 菌 20~30min 如 果 灭 菌 的 操 作 控 制 不 当, 会 降 低 培 养 基 中 的 有 效 营 养 成 分, 产 生 有 害 物 质, 影 响 培 养 基 的 质 量, 给 发 酵 带 来 不 利 的 影 响 其 原 因 是 : 1 不 耐 热 的 营 养 成 分 可 能 产 生 降 解 而 遭 到 破 坏 灭 菌 温 度 越 高 或 灭 菌 时 间 越 长, 营 养 成 分 被 破 坏 越 多 糖 类 物 质 高 温 灭 菌 时 会 形 成 氨 基 糖 焦 糖
2 某 些 营 养 成 分 之 间 可 能 发 生 化 学 反 应 灭 菌 温 度 越 高 或 灭 菌 时 间 越 长, 化 学 反 应 越 强, 导 致 可 利 用 的 营 养 成 分 减 少 越 多 3 产 生 对 微 生 物 生 长 或 产 物 合 成 有 害 的 有 毒 物 质 葡 萄 糖 在 高 温 下 易 与 氨 基 酸 和 其 他 含 氨 基 的 物 质 反 应, 形 成 5- 羟 甲 基 糠 醛 和 棕 色 的 类 黑 精, 从 而 导 致 营 养 成 分 的 减 少, 并 生 成 毒 性 产 物 对 微 生 物 的 生 长 发 育 不 利, 甚 至 影 响 正 常 的 发 酵 过 程
四 培 养 基 黏 度 的 影 响 培 养 基 中 一 些 不 溶 性 的 固 体 成 分, 如 淀 粉 黄 豆 饼 粉 花 生 饼 粉 等 使 培 养 基 的 黏 度 增 加, 直 接 影 响 氧 的 传 递 和 微 生 物 对 溶 解 氧 的 利 用, 对 灭 菌 控 制 和 产 品 的 分 离 提 取 也 带 来 不 利 影 响 因 此, 在 微 生 物 的 发 酵 生 产 中 可 使 用 稀 配 方, 并 通 过 中 间 补 料 方 式 补 足 营 养 成 分, 或 将 基 础 培 养 基 适 当 液 化 ( 如 用 蛋 白 酶 淀 粉 酶 对 培 养 基 进 行 初 步 酶 解 ), 或 采 取 补 加 无 菌 水 的 方 法, 来 降 低 培 养 基 的 黏 度, 以 保 证 培 养 基 质 量, 提 高 发 酵 水 平
3.2.5 发 酵 工 业 原 料 的 预 处 理 一 淀 粉 质 原 料 的 预 处 理 淀 粉 质 原 料 正 式 进 入 生 产 前, 必 须 进 行 预 处 理 以 保 证 生 产 的 正 常 进 行 和 提 高 生 产 效 益 1 原 料 除 杂 2 原 料 粉 碎
1 原 料 除 杂 发 酵 工 厂 在 进 行 生 产 前, 必 须 先 将 原 料 中 混 杂 的 小 铁 钉 杂 草 泥 快 和 石 头 等 杂 质 除 去, 保 证 后 续 粉 碎 蒸 馏 研 磨 输 送 等 工 序 的 正 常 和 顺 利 进 行 对 于 一 些 带 壳 的 原 料, 如 高 粱 小 麦 等, 粉 碎 前 去 壳, 否 则 : 1 皮 壳 无 营 养 价 值, 对 微 生 物 无 好 处, 在 醪 液 中 阻 碍 液 体 流 动 ; 2 占 空 间, 降 低 设 备 生 产 能 力 ; 3 漂 浮 在 液 面, 妨 碍 热 量 散 发 和 气 体 溢 出 ; 4 阻 塞 蒸 馏 塔 等
原 料 除 杂 方 法 a) 筛 选 风 选 气 流 - 筛 式 分 离 机 b) 磁 力 除 铁 器 永 久 性 磁 力 除 铁 器 电 磁 除 铁 器
2 原 料 粉 碎 把 原 料 进 行 粉 碎 后 成 为 粉 末 原 料, 其 目 的 是 要 增 加 原 料 受 热 面 积, 有 利 于 淀 粉 颗 粒 的 吸 水 膨 涨 糊 化, 提 高 热 处 理 效 率, 缩 短 热 处 理 时 间 另 外, 粉 末 状 原 料 加 水 混 合 后 容 易 流 动 输 送 1 干 粉 碎 2 湿 粉 碎
二 糖 蜜 原 料 的 预 处 理 糖 蜜 干 物 质 浓 度 很 大, 糖 分 高, 胶 体 物 质 和 灰 分 多, 产 酸 细 菌 多, 不 但 影 响 菌 体 生 长 和 发 酵, 特 别 是 胶 体 的 存 在, 只 是 发 酵 过 程 中 产 生 大 量 泡 沫, 影 响 到 产 品 的 提 炼 及 产 品 的 纯 度, 因 此, 糖 蜜 投 入 生 产 前 要 进 行 适 当 预 处 理
1 糖 蜜 的 澄 清 1 加 酸 酸 化 : 使 部 分 蔗 糖 转 化 为 单 糖, 并 可 抑 制 杂 菌 2 加 热 灭 菌 : 杀 灭 杂 菌, 一 般 采 用 蒸 汽 加 热 至 80-90, 维 持 60min 3 静 置 沉 淀 : 经 酸 化 和 热 处 理 后, 胶 体 等 杂 质 大 部 分 可 聚 集 生 成 不 溶 性 沉 淀 2 糖 蜜 的 脱 钙 处 理 糖 蜜 中 有 较 多 的 钙 盐, 有 可 能 影 响 产 品 的 结 晶 提 取, 故 需 进 行 脱 钙 处 理, 常 用 Na 2 CO 3 做 钙 盐 沉 淀 剂
3 糖 蜜 的 除 生 物 素 处 理 糖 蜜 的 生 物 素 含 量 较 高,40-2000ug/kg, 一 般 甘 蔗 糖 蜜 的 生 物 素 含 量 是 甜 菜 糖 蜜 的 30-40 倍 对 生 物 素 缺 陷 型 菌 株 来 说, 当 采 用 糖 蜜 作 为 培 养 基 时, 将 严 重 影 响 菌 株 细 胞 膜 通 透 性, 代 谢 产 物 不 能 积 累
三 纤 维 质 原 料 的 预 处 理 世 界 农 作 物 秸 秆 的 来 源 和 用 途
纤 维 素 :38-50% 半 纤 维 素 :23-32% 木 质 素 :15-25% 木 质 素 对 纤 维 素 的 包 覆 作 用 及 结 晶 纤 维 素 致 密 结 构 引 起 的 反 应 惰 性, 使 纤 维 素 酶 水 解 严 重 受 限, 因 此 需 要 对 原 料 进 行 预 处 理 使 木 质 素 和 纤 维 素 分 离 开
3.3 微 生 物 生 长 与 繁 殖 生 长 微 生 物 细 胞 吸 收 营 养 物 质, 进 行 新 陈 代 谢, 当 同 化 作 用 > 异 化 作 用 时, 生 命 个 体 的 重 量 和 体 积 不 断 增 大 的 过 程 繁 殖 生 命 个 体 生 长 到 一 定 阶 段, 通 过 特 定 方 式 产 生 新 的 生 命 个 体, 即 引 起 生 命 个 体 数 量 增 加 的 生 物 学 过 程 发 育 从 生 长 到 繁 殖, 是 生 物 的 构 造 和 机 能 从 简 单 到 复 杂 从 量 变 到 质 变 的 发 展 变 化 过 程, 这 一 过 程 称 为 发 育 生 长 是 一 个 逐 步 发 生 的 量 变 过 程, 繁 殖 是 一 个 产 生 新 的 生 命 个 体 的 质 变 过 程
一 个 微 生 物 细 胞 合 适 的 外 界 条 件, 吸 收 营 养 物 质, 进 行 代 谢 如 果 同 化 作 用 的 速 度 超 过 了 异 化 作 用 个 体 的 生 长 原 生 质 的 总 量 ( 重 量 体 积 大 小 ) 就 不 断 增 加 群 体 内 各 个 个 体 的 进 一 步 生 长 个 体 生 长 个 体 繁 殖 群 体 生 长 群 体 的 生 长
3.3.1 微 生 物 生 长 的 测 定 方 法 微 生 物 生 长 : 单 位 时 间 里 微 生 物 数 量 或 生 物 量 (Biomass) 的 变 化 微 生 物 生 长 的 测 定 : 个 体 计 数 群 体 重 量 测 定 群 体 生 理 指 标 测 定
个 体 (1) 培 养 平 板 计 数 法
一 个 菌 落 可 能 是 多 个 细 胞 一 起 形 成, 所 以 在 科 研 中 一 般 用 菌 落 形 成 单 位 (colony forming units, CFU) 来 表 示, 而 不 是 直 接 表 示 为 细 胞 数 采 用 培 养 平 板 计 数 法 要 求 操 作 熟 练 准 确, 否 则 难 以 得 到 正 确 的 结 果 : 样 品 充 分 混 匀 ; 每 支 移 液 管 及 涂 布 棒 只 能 接 触 一 个 稀 释 度 的 菌 液 ; 同 一 稀 释 度 三 个 以 上 重 复, 取 平 均 值 每 个 平 板 上 的 菌 落 数 目 合 适, 便 于 准 确 计 数 ;
个 体 (2) 膜 过 滤 培 养 法 当 样 品 中 菌 数 很 低 时, 可 以 将 一 定 体 积 的 湖 水 海 水 或 饮 用 水 等 样 品 通 过 膜 过 滤 器, 然 后 将 将 膜 转 到 相 应 的 培 养 基 上 进 行 培 养, 对 形 成 的 菌 落 进 行 统 计
个 体 (3) 最 大 可 能 法 (MPN) 对 未 知 样 品 进 行 十 倍 稀 释, 然 后 根 据 估 算 取 三 个 连 续 的 稀 释 度 平 行 接 种 多 支 试 管, 对 这 些 平 行 试 管 的 微 生 物 生 长 情 况 进 行 统 计, 长 菌 的 为 阳 性, 未 长 菌 的 为 阴 性, 然 后 根 据 数 学 统 计 计 算 出 样 品 中 的 微 生 物 数 目 主 要 适 用 于 只 能 进 行 液 体 培 养 的 微 生 物, 或 采 用 液 体 鉴 别 培 养 基 进 行 直 接 鉴 定 并 计 数 的 微 生 物
个 体 (4) 显 微 镜 直 接 计 数 法 采 用 细 菌 计 数 板 或 血 球 计 数 板, 在 显 微 镜 下 对 微 生 物 数 量 进 行 直 接 计 数 ( 计 算 一 定 容 积 里 样 品 中 微 生 物 的 数 量 )
群 体 (1) 比 浊 法 在 一 定 波 长 下, 测 定 菌 悬 液 的 光 密 度, 以 光 密 度 (optical density, 即 OD) 表 示 菌 量 原 理 是 在 一 定 范 围 内, 菌 悬 液 中 的 细 胞 浓 度 与 混 浊 度 成 正 比, 即 与 光 密 度 成 正 比, 菌 数 越 多, 光 密 度 越 大
群 体 (2) 重 量 法 以 干 重 湿 重 直 接 衡 量 微 生 物 群 体 的 生 物 量 ; 通 过 样 品 中 蛋 白 质 核 酸 含 量 的 测 定 间 接 推 算 微 生 物 群 体 的 生 物 量 生 理 指 标 法 微 生 物 的 生 理 指 标, 如 呼 吸 强 度, 耗 氧 量 酶 活 性 生 物 热 等 与 其 群 体 的 规 模 成 正 相 关 样 品 中 微 生 物 数 量 多 或 生 长 旺 盛, 这 些 指 标 愈 明 显, 因 此 可 以 借 助 特 定 的 仪 器 如 瓦 勃 氏 呼 吸 仪 微 量 量 热 计 等 设 备 来 测 定 相 应 的 指 标
3.3.2 微 生 物 的 群 体 生 长 特 征 群 体 生 长 是 以 群 体 中 细 胞 数 量 的 增 加 来 表 示 的, 由 一 个 细 胞 分 裂 成 为 两 个 细 胞 的 时 间 间 隔 称 为 世 代, 一 个 世 代 所 需 的 时 间 就 是 代 时 (Generation time, G ), 代 时 也 就 是 群 体 细 胞 数 目 扩 大 一 倍 所 需 时 间, 有 时 也 称 为 倍 增 时 间
代 时 能 够 反 应 细 菌 的 生 长 速 率, 代 时 短, 生 长 速 率 快, 代 时 长, 生 长 速 率 慢 在 很 多 微 生 物 学 研 究 中 常 常 要 了 解 微 生 物 的 代 时 代 时 在 不 同 种 微 生 物 中 的 变 化 很 大, 多 数 微 生 物 的 代 时 为 1~3h, 然 而 有 些 快 速 生 长 的 微 生 物 的 代 时 还 不 到 10min, 而 另 一 些 微 生 物 的 代 时 却 可 长 达 几 小 时 或 几 天 ; 另 外, 同 一 种 微 生 物, 在 不 同 的 生 长 条 件 下 其 代 时 的 长 短 也 不 同 ; 但 是, 在 一 定 条 件 下, 每 一 种 微 生 物 的 代 时 是 恒 定 的, 因 此 它 是 微 生 物 菌 种 的 一 个 重 要 特 征
一 些 细 菌 的 代 时 菌 名 培 养 基 培 养 温 度 代 时 E. coli( 大 肠 杆 菌 ) 肉 汤 37 17min E. coli 牛 奶 37 12.5 Enterobacter aerogenes( 产 气 肠 细 菌 ) 肉 汤 或 牛 奶 37 16~18 E. aerogenes 组 合 37 29~44 B. Cereus( 蜡 状 芽 孢 杆 菌 ) 肉 汤 30 18 B. thermophilus( 嗜 热 芽 孢 杆 菌 ) 肉 汤 55 18.3 Lactobacillus acidophilus( 嗜 酸 乳 杆 菌 ) 牛 奶 37 66~87 Streptococcus lactis( 乳 酸 链 球 菌 ) 牛 奶 37 26 S. lactis 乳 糖 肉 汤 37 48 Salmonella typhi( 伤 寒 沙 门 氏 菌 ) 肉 汤 37 23.5 Azotobacter chroococcum( 褐 球 固 氮 菌 ) 葡 萄 糖 25 344~46 Mycobacterium tuberculosis( 结 核 分 枝 杆 菌 ) 组 合 37 792~93 Nitrobacter agilis( 活 跃 硝 化 杆 菌 ) 组 合 27 1200
温 度 对 微 生 物 的 代 时 有 明 显 影 响 : E. coli 在 不 同 温 度 下 的 代 时 温 度 ( ) 代 时 ( 分 ) 温 度 ( ) 代 时 ( 分 ) 10 860 35 22 15 120 37 17 20 90 40 17.5 25 40 45 20 30 29 47.5 77
3.3.3 微 生 物 的 群 体 生 长 曲 线 生 长 曲 线 代 表 了 细 菌 在 新 的 环 境 中 从 开 始 生 长 分 裂 直 至 死 亡 的 整 个 动 态 变 化 过 程 每 种 细 菌 都 有 各 自 的 典 型 生 长 曲 线, 但 它 们 的 生 长 过 程 却 有 着 共 同 的 规 律 性 一 般 可 以 将 生 长 曲 线 划 分 为 四 个 时 期
延 滞 期 对 数 期 稳 定 期 衰 亡 期 典 型 的 生 长 曲 线 (Growth curve)
(1) 迟 缓 期 (Lag phase) 将 少 量 菌 种 接 入 新 鲜 培 养 基 后, 在 开 始 一 段 时 间 内 菌 数 不 立 即 增 加, 或 增 加 很 少, 生 长 速 度 接 近 于 零 也 称 延 迟 期 适 应 期
迟 缓 期 的 特 点 : 细 胞 形 态 变 大 或 增 长, 例 如 巨 大 芽 孢 杆 菌, 在 迟 缓 期 末, 细 胞 的 平 均 长 度 比 刚 接 种 时 长 6 倍 一 般 来 说 处 于 迟 缓 期 的 细 菌 细 胞 体 积 最 大 细 胞 内 RNA, 尤 其 是 rrna 含 量 增 高, 合 成 代 谢 活 跃, 核 糖 体 酶 类 和 ATP 的 合 成 加 快, 易 产 生 诱 导 酶 对 外 界 不 良 条 件 反 应 敏 感 细 胞 处 于 活 跃 生 长 中, 只 是 分 裂 迟 缓 在 此 阶 段 后 期, 少 数 细 胞 开 始 分 裂, 曲 线 略 有 上 升
迟 缓 期 出 现 的 原 因 : 微 生 物 接 种 到 一 个 新 的 环 境, 暂 时 缺 乏 分 解 和 催 化 有 关 底 物 的 酶, 或 是 缺 乏 充 足 的 中 间 代 谢 产 物 等 为 产 生 诱 导 酶 或 合 成 中 间 代 谢 产 物, 就 需 要 一 段 适 应 期 迟 缓 期 的 长 短 与 菌 种 的 遗 传 性 菌 龄 以 及 移 种 前 后 所 处 的 环 境 条 件 等 因 素 有 关, 短 的 只 需 要 几 分 钟, 长 的 需 数 小 时 在 生 产 实 践 中 缩 短 迟 缓 期 的 常 用 手 段 : (1) 通 过 遗 传 学 方 法 改 变 种 的 遗 传 特 性 使 迟 缓 期 缩 短 ; (2) 利 用 对 数 生 长 期 的 细 胞 作 为 种 子 ; (3) 尽 量 使 接 种 前 后 所 使 用 的 培 养 基 组 成 不 要 相 差 太 大 ; (4) 适 当 扩 大 接 种 量
(2) 对 数 生 长 期 (Log phase): 又 称 指 数 生 长 期 (Exponential phase), 以 最 大 的 速 率 生 长 和 分 裂, 细 菌 数 量 呈 对 数 增 加, 细 菌 内 各 成 分 按 比 例 有 规 律 地 增 加, 表 现 为 平 衡 生 长 对 数 生 长 期 的 细 菌 个 体 形 态 化 学 组 成 和 生 理 特 性 等 均 较 一 致, 代 谢 旺 盛 生 长 迅 速 代 时 稳 定, 所 以 是 研 究 微 生 物 基 本 代 谢 的 良 好 材 料 它 也 常 在 生 产 上 用 作 种 子, 使 微 生 物 发 酵 的 迟 缓 期 缩 短, 提 高 经 济 效 益
(3) 稳 定 生 长 期 (Stationary phase): 由 于 营 养 物 质 消 耗, 代 谢 产 物 积 累 和 ph 等 环 境 变 化, 逐 步 不 适 宜 于 细 菌 生 长, 导 致 生 长 速 率 降 低 直 至 零 ( 即 细 菌 分 裂 增 加 的 数 量 等 于 细 菌 死 亡 数 ) 稳 定 生 长 期 又 称 恒 定 期 或 最 高 生 长 期, 此 时 培 养 液 中 活 细 储 存 糖 原 等 细 胞 质 内 含 物, 也 是 发 酵 过 程 积 累 代 谢 产 物 的 菌 数 最 高 并 维 持 稳 定 重 要 阶 段 芽 孢 杆 菌 在 此 阶 段 形 成 芽 孢 或 建 立 自 然 感 受 态 等 ; 某 些 放 线 菌 抗 生 素 的 大 量 形 成 也 在 此 时 期 生 产 上 常 通 过 补 充 营 养 物 质 ( 补 料 ) 或 取 走 代 谢 产 物 调 节 ph 调 节 温 度 对 好 氧 菌 增 加 通 气 搅 拌 或 振 荡 等 措 施 延 长 稳 定 生 长 期, 以 获 得 更 多 的 菌 体 物 质 或 积 累 更 多 的 代 谢 产 物
(4) 衰 亡 期 (Decline 或 Death phase): 营 养 物 质 耗 尽 和 有 毒 代 谢 产 物 的 大 量 积 累, 细 菌 死 亡 速 率 超 过 新 生 速 率, 整 个 群 体 呈 现 出 负 增 长 该 时 期 死 亡 的 细 菌 以 对 数 方 式 增 加, 但 在 衰 亡 期 的 后 期, 由 于 部 分 细 菌 产 生 抗 性 也 会 使 细 菌 死 亡 的 速 率 降 低, 仍 有 部 分 活 菌 存 在 细 菌 代 谢 活 性 降 低, 细 菌 衰 老 并 出 现 自 溶, 产 生 或 释 放 出 一 些 产 物, 如 氨 基 酸 转 化 酶 外 肽 酶 或 抗 生 素 等 细 胞 呈 现 多 种 形 态, 有 时 产 生 畸 形, 细 胞 大 小 悬 殊, 有 些 革 兰 氏 染 色 反 应 阳 性 菌 变 成 阴 性 反 应 等
不 同 的 微 生 物 或 同 一 种 微 生 物 对 不 同 物 质 的 利 用 能 力 是 不 同 的 有 的 物 质 可 直 接 被 利 用 ( 例 如 葡 萄 糖 或 NH +4 等 ); 有 的 需 要 经 过 一 定 的 适 应 期 后 才 能 获 得 利 用 能 力 ( 例 如 乳 糖 或 NO - 3 等 ) 前 者 通 常 称 为 速 效 碳 源 ( 或 氮 源 ), 后 者 称 为 迟 效 碳 源 ( 或 氮 源 ) 当 培 养 基 中 同 时 含 有 这 两 类 碳 源 ( 或 氮 源 ) 时, 微 生 物 在 生 长 过 程 中 会 形 成 二 次 生 长 现 象
3.4 环 境 条 件 对 微 生 物 生 长 繁 殖 的 影 响 微 生 物 与 所 处 的 环 境 之 间 具 有 复 杂 的 相 互 影 响 和 相 互 作 用 : 一 方 面, 各 种 各 样 的 环 境 因 素 对 微 生 物 的 生 长 和 繁 殖 有 影 响, 另 一 方 面, 微 生 物 生 长 繁 殖 也 会 影 响 和 改 变 环 境 研 究 环 境 因 素 与 微 生 物 之 间 的 关 系, 可 以 通 过 控 制 环 境 条 件 来 利 用 微 生 物 有 益 的 一 面, 同 时 防 止 它 有 害 的 一 面 影 响 微 生 物 生 长 的 外 界 因 素 很 多, 除 了 前 面 讲 过 的 营 养 因 素 之 外, 还 有 许 多 物 理 化 学 因 素 的 影 响
3.4.1 温 度 对 微 生 物 生 长 的 影 响 温 度 是 影 响 微 生 物 生 长 的 最 重 要 因 素 之 一 一 温 度 对 微 生 物 的 影 响 具 体 表 现 在 : 影 响 酶 活 性, 温 度 变 化 影 响 酶 促 反 应 速 率, 最 终 影 响 细 胞 合 成 影 响 细 胞 膜 的 流 动 性, 温 度 高, 流 动 性 大, 有 利 于 物 质 的 运 输, 温 度 低, 流 动 性 降 低, 不 利 于 物 质 运 输, 因 此, 温 度 变 化 影 响 营 养 物 质 的 吸 收 与 代 谢 产 物 的 分 泌 影 响 物 质 的 溶 解 度, 对 生 长 有 影 响
二 微 生 物 生 长 的 三 个 温 度 基 点 从 微 生 物 整 体 来 看 : 生 长 的 温 度 范 围 一 般 在 -10 ~100 ; 极 端 下 限 为 -30, 极 端 上 限 为 105~300 ; 但 对 于 特 定 的 某 一 种 微 生 物 : 只 能 在 一 定 温 度 范 围 内 生 长, 在 这 个 范 围 内, 每 种 微 生 物 都 有 自 己 的 生 长 温 度 三 基 点, 即 最 低 最 适 最 高 生 长 温 度
三 微 生 物 生 长 温 度 类 型 根 据 微 生 物 的 最 适 生 长 温 度 的 不 同, 可 将 微 生 物 划 为 三 个 类 型 : 低 温 型 微 生 物 ( 嗜 冷 微 生 物 ) 中 温 型 微 生 物 ( 嗜 温 微 生 物 ) 高 温 型 微 生 物 ( 嗜 热 微 生 物 )
1) 低 温 型 微 生 物 : 最 适 生 长 温 度 在 5~20, 主 要 分 布 在 地 球 的 两 极 冷 泉 深 海 冷 冻 场 所 及 冷 藏 食 品 中 例 : 假 单 孢 菌 中 的 某 些 嗜 冷 菌 在 低 温 下 生 长, 常 引 起 冷 藏 食 品 的 腐 败 嗜 冷 微 生 物 在 低 温 下 生 长 的 机 理, 目 前 还 不 清 楚, 据 推 测 有 两 种 原 因 :1 它 们 体 内 的 酶 能 在 低 温 下 有 效 地 催 化, 在 高 温 下 酶 活 丧 失 2 细 胞 膜 中 的 不 饱 和 脂 肪 酸 含 量 高, 低 温 下 也 能 保 持 半 流 动 状 态, 可 以 进 行 物 质 的 传 递
2) 中 温 型 微 生 物 : 最 适 生 长 温 度 为 20 ~40, 大 多 数 微 生 物 属 于 此 类 3) 高 温 型 微 生 物 : 最 适 生 长 温 度 为 50 ~60, 主 要 分 布 在 温 泉 堆 肥 和 土 壤 中 在 高 温 下 能 生 长 的 原 因 :1 酶 蛋 以 及 核 糖 体 有 较 强 的 抗 热 性 2 核 酸 具 有 较 高 的 热 稳 定 性 ( 核 酸 中 G+C 含 量 高 (trna), 可 提 供 形 成 氢 键, 增 加 热 稳 定 性 ) 3 细 胞 膜 中 饱 和 脂 肪 酸 含 量 高, 较 高 温 度 下 能 维 持 正 常 的 液 晶 状 态
微 生 物 不 同 生 理 活 动 要 求 不 同 温 度, 所 以, 最 适 生 长 温 度 发 酵 速 度 快 积 累 代 谢 产 物 多 菌 名 生 长 温 度 发 酵 温 度 累 积 产 物 温 度 ( ) ( ) ( ) Streptococcus thermophilus 37 47 37 S.lactis 34 40 产 细 胞 :25~30 产 乳 酸 :30 Streptomyces griseus 37 28 _ Corenybacterium pekinense 32 33~35 _ Clostridium acetobutylicum 37 33 _ Penicilium chrysogenum 30 25 20
3.4.2 氧 气 对 微 生 物 生 长 的 影 响 微 生 物 对 氧 的 需 要 和 耐 受 力 在 不 同 的 类 群 中 变 化 很 大, 根 据 微 生 物 与 氧 的 关 系, 可 把 它 们 分 为 几 种 类 群 : 好 氧 菌 兼 性 厌 氧 菌 厌 氧 菌 专 性 好 氧 菌 : 微 好 氧 菌 : 耐 氧 厌 氧 菌 : ( 专 性 ) 厌 氧 菌 :
1) 专 性 好 氧 菌 (strict aerobe) 必 须 在 有 分 子 氧 的 条 件 下 才 能 生 长, 有 完 整 的 呼 吸 链, 以 分 子 氧 作 为 最 终 氢 受 体, 细 胞 含 有 超 氧 物 歧 化 酶 (SOD, superoxide dismutase) 和 过 氧 化 氢 酶 2) 厌 氧 菌 (anaerobe) 分 子 氧 对 它 有 毒 害, 短 期 接 触 空 气, 也 会 抑 制 其 生 长 甚 至 致 死 ; 在 空 气 或 含 有 10%CO 2 的 空 气 中, 在 固 体 培 养 基 表 面 上 不 能 生 长, 只 有 在 其 深 层 的 无 氧 或 低 氧 化 还 原 电 势 的 环 境 下 才 能 生 长 ; 生 命 活 动 所 需 能 量 通 过 发 酵 无 氧 呼 吸 循 环 光 合 磷 酸 化 或 甲 烷 发 酵 提 供 ; 细 胞 内 缺 乏 SOD 和 细 胞 色 素 氧 化 酶, 大 多 数 还 缺 乏 过 氧 化 氢 酶
3) 兼 性 好 氧 菌 (facultative aerobe) 在 有 氧 或 无 氧 条 件 下 均 能 生 长, 但 有 氧 情 况 下 生 长 得 更 好, 在 有 氧 时 靠 呼 吸 产 能, 无 氧 时 接 发 酵 或 无 氧 呼 吸 产 能 ; 细 胞 含 有 SOD 和 过 氧 化 氢 酶 4) 微 好 氧 菌 ( microaerophilic aerobe) 只 能 较 低 的 氧 分 压 下 才 能 正 常 生 长, 通 过 呼 吸 链 并 以 氧 为 最 终 氢 受 体 而 产 能 5) 耐 氧 菌 (aerotolerant anaerobe) 可 在 分 子 氧 存 在 下 进 行 厌 氧 生 活 的 厌 氧 菌 生 活 不 需 要 氧, 分 子 氧 也 对 它 无 毒 害 不 具 有 呼 吸 链, 依 靠 专 性 发 酵 获 得 能 量 细 胞 内 存 在 SOD 和 过 氧 化 物 酶, 但 缺 乏 过 氧 化 氢 酶
氧 浓 度 对 不 同 微 生 物 生 长 的 影 响
3.4.3 ph 值 与 微 生 物 生 长 的 相 互 影 响 影 响 膜 表 面 电 荷 的 性 质 及 膜 的 通 透 性, 进 而 影 响 对 物 质 的 吸 收 能 力 改 变 酶 活 酶 促 反 应 的 速 率 及 代 谢 途 径 : 如 : 酵 母 菌 在 ph4.5-5 产 乙 醇, 在 ph6.5 以 上 产 甘 油 酸 环 境 ph 值 还 影 响 培 养 基 中 营 养 物 质 的 离 子 化 程 度, 从 而 影 响 营 养 物 质 吸 收, 或 有 毒 物 质 的 毒 性
一 不 同 微 生 物 对 ph 要 求 不 同 微 生 物 的 生 长 ph 值 范 围 极 广, 从 ph<2~>8 都 有 微 生 物 能 生 长, 但 是 绝 大 多 数 种 类 都 生 活 在 ph5.0~9.0 之 间 各 种 微 生 物 都 有 其 生 长 的 最 低 最 适 和 最 高 ph 值 低 于 最 低 或 超 过 最 高 生 长 ph 值 时, 微 生 物 生 长 受 抑 制 或 导 致 死 亡 不 同 的 微 生 物 最 适 生 长 的 ph 值 不 同, 根 据 微 生 物 生 长 的 最 适 ph 值, 将 微 生 物 分 为 : 嗜 碱 微 生 物 : 硝 化 细 菌 尿 素 分 解 菌 多 数 放 线 菌 耐 碱 微 生 物 : 许 多 链 霉 菌 中 性 微 生 物 : 绝 大 多 数 细 菌, 一 部 分 真 菌 嗜 酸 微 生 物 : 硫 杆 菌 属 耐 酸 微 生 物 : 乳 酸 杆 菌 醋 酸 杆 菌
不 同 微 生 物 的 生 长 ph 值 范 围 微 生 物 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 Rhizobium japonicum 大 豆 根 瘤 菌 4.2 6.8~7.0 11.0 Azotobacter chroococcum 圆 褐 固 氮 4.5 7.4~7.6 9.0 Nitrosomonas sp. 硝 化 单 胞 菌 7.0 7.8~8.6 9.4 Acetobacter aceti 醋 化 醋 杆 菌 4.0~4.5 5.4~6.3 7.0~8.0 Staphylococcus aureus 金 黄 葡 球 菌 4.2 7.0~7.5 9.3 Chlorobium limicola 泥 生 绿 菌 6.0 6.8 7.0 Thurmus aquaticus 水 生 栖 热 菌 6.0 7.5~7.8 9.5 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 3.0 5.0~6.0 8.0
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 中, 对 ph 值 的 要 求 也 不 同 在 发 酵 工 业 中, 控 制 ph 值 尤 其 重 要 例 :Aspergillus niger 在 ph2~2.5 范 围 时 有 利 于 合 成 柠 檬 酸, 当 在 ph2.5~6.5 范 围 内 时 以 菌 体 生 长 为 主, 而 在 ph7.0 时, 则 以 合 成 草 酸 为 主
二 微 生 物 的 生 命 活 动 对 环 境 ph 值 的 影 响 微 生 物 在 生 长 过 程 中 也 会 使 外 界 环 境 的 ph 值 发 生 改 变 : 有 机 物 分 解 : 分 解 糖 类 脂 肪 等, 产 生 酸 性 物 质, 使 培 养 液 ph 值 下 降 ; 分 解 蛋 白 质 尿 素 等, 产 生 碱 性 物 质, 使 培 养 液 ph 值 上 升 无 机 盐 选 择 性 吸 收 : 铵 盐 吸 收 ((NH 4 ) 2 SO 4 硝 酸 盐 吸 收 (NaNO 3 培 养 过 程 中 调 节 ph 值 的 措 施 NH 4 + 被 吸 收 NO 3 + 被 吸 收 过 酸 时 : 加 入 碱 或 适 量 氮 源, 提 高 通 气 量 过 碱 时 : 加 入 酸 或 适 量 碳 源, 降 低 通 气 量 H 2 SO 4 ), ph NaOH), ph
三 酸 碱 添 加 剂 的 抑 菌 机 理 酸 类 物 质 : 无 机 酸 : 与 H + 浓 度 成 正 比 的 高 氢 离 子 浓 度, 可 引 起 菌 体 表 面 蛋 白 的 变 性 和 核 酸 的 水 解, 并 破 坏 酶 类 的 活 性 有 机 酸 : 与 不 电 离 的 部 分 成 正 比, 故 有 时 有 机 酸 的 抑 菌 效 果 > 无 机 酸 作 为 食 品 防 腐 剂 的 有 机 酸 如 苯 甲 酸 和 水 杨 酸 可 与 微 生 物 细 胞 中 的 成 分 发 生 氧 化 作 用, 从 而 抑 制 微 生 物 的 生 长 碱 类 物 质 : 强 碱 可 引 起 蛋 白 质 核 酸 大 分 子 变 性 水 解, 以 杀 死 或 抑 制 微 生 物 食 品 工 业 中 常 用 石 灰 水 NaOH Na 2 CO 3 等 作 为 机 器 工 具 以 及 冷 藏 库 的 消 毒 剂
光 复 活 现 象 : 经 紫 外 线 照 射 的 微 生 物, 在 可 见 光 下, 光 可 以 激 活 DNA 修 复 酶, 该 酶 能 修 复 DNA 上 的 损 伤, 使 微 生 物 的 突 变 率 或 死 亡 率 下 降 UV 黑 dark 暗