1、第六章 微生物的营养,微生物生理学：,微生物生理学部分，是食品应用微生物学的核心内容，在这里，与我们关系最密切的就是微生物发酵。通过发酵过程，生产出各种色、香、味不同的，甚至具有地方或民族特色的食品。发酵食品（Fermented foods）发酵食品的生产是古老的生物技术，是人类文明科学文化成就的重要组成部分。英国Strathclyde大学生命科学与生物技术系的微生物学教授Brian（布莱恩）编著的最新的应用微生物学专著。Micrcbiology of Fermented Foods（发酵食品微生物学）。,本著作立足于当代，全面系统地论述了发酵食品的种类、发酵工艺、发酵M和发酵的生物化学过程。
2、同时展示了发酵领域的一些新理论，很有参考价值。是食品微生物实际应用的代表作。微生物和其它生物一样都是有生命的，所有生物为了生存都必须不断地从外界环境中吸收所需要的各种物质，从中获得原料和能量，以便合成新的细胞物质，生物所需要的这些物质称为营养物。营养物质是生物进行一切生命活动的物质基础，失去这个基础，一切生物都无法生存，微生物也不例外。可见，营养对M的重要性,第一节 微生物细胞的化学组成及微生物的营养类型,一、微生物细胞的化学组成水分含量（%）细菌 酵母 霉菌 芽孢孢子水份： 7585 7080 8590 40 38干物质：1525 2030 1015 60 62,2、化学组成（1）从化学元素
3、角度：碳、氮、氢、氧、硫、磷、钾、钙、镁、铁，前六种元素是碳水化合物、脂类、蛋白质、核酸的组成成分。（2）从化学物质角度：蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸、无机盐及灰分元素（P2O5、SO3、K2O、Na2O、MgO、CaO、Fe2O3、SiO2、CuO）。,二、微生物的营养类型（一）根据碳素营养来源区分自养菌autotrophy（无机型）：微生物能利用简单的无机物取得碳源作为营养物质进行生长繁殖。异养菌heterotrophy（有机型）：微生物只能以现成的有机碳化物作为碳源，不能利用无机碳。（二）根据能源的区分光能营养型phototrophy: 可利用光能的微生物，能将光能转化成化学能。化能营
4、养型Chemotrophy：生物的能量来自物质氧化过程中所释放出的能量。,（三）微生物营养的类型根据M的碳素来源和能量来源进行综合归类，可将其分成以下四种营养类型：1、光能自养型（光能无机型）：如红硫菌科2、光能异养型（光能有机型）：如红硫菌科3、化能自养型（化能无机型）：如硝化菌科4、化能异养型（化能有机型）：绝大多数的细 菌、放线菌、霉菌、酵母菌等都属于化能异养型。也是生物界中（包括细菌、真菌、原生生物、高等动物等）最常见的营养类型。,第二节 营养物质及其生理功能,微生物所需要的营养物质，主要包括碳素化合物、氮素化合物、水分、无机盐类和生长素等。这些物质对微生物的生命活动主要有三方面的作用
5、： 供给M合成细胞物质的原料；产生M在合成反应及生命活动中所需要的能量； 调节新陈代谢；,一、碳源：凡是构成M细胞和代谢产物中碳架来源的营养物称为碳源。碳源在微生物体（细胞）内的存在形式：1、结构物：荚膜、细胞壁2、贮藏物：淀粉粒二、氮源：凡是构成M细胞物质或代谢产物中氮素来源的营养物称为氮源。氮源在微生物体（细胞）内的存在形式：1、以蛋白质形式，主要在细胞质；2、核酸形式：遗传物质；,三、水：水是M体内不可缺少的主要成分，微生物的生活必须有水，没有水也就不可能有生命形式存在。水在微生物体内的作用：1、水创造了细胞的自然环境；2、水直接参与某些重要反应，如：聚合物水解、光合作用等；3、水是生理
6、过程中的必要溶剂； 四、无机盐：无机盐也是M生长所必不可缺的营养物，其中又可分为主要元素和微量元素两大类。,无机盐的作用：1、参与细胞物质的构成和能量转移；2、有的用来维持原生质的胶体状态和细胞透性；3、有的则是某些酶的活化剂； 五、生长因子：生长因子主要包括维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶及其衍生物等。这些物质M自身不能合成，必须由外源供给才能生长繁殖。这些都是微生物生命活动中不可缺少的。,第三节 微生物对营养物质的吸收方式,外界的各种营养物质，必须被M吸收到体内，才能加以利用。M没有摄取营养物质的特殊器官（例如：动物器官、植物根系），其营养物质的吸收和代谢产物的排出是由微生物的整个细胞表面的扩散
7、、渗透、吸收等作用来完成。,一、营养物质的吸收大分子Pr、多糖、脂肪、需胞外E分解成小分子才能被吸收。1、细胞膜的通透性：细胞膜允许物质透过的特性。2、选择性通透：细胞膜容易透过某些物质，而不易透过另一些物质，这种现象称为选择性通透。,二、营养物质跨膜运输的机制1、被动扩散（单纯扩散）：物质由高浓度区向低浓度区扩散（顺浓度梯度），是一种单纯的物理性扩散，不需要能量，不与膜上的分子发生反应。最简单的方式、不主要。例如：水分子、氧分子、某些溶质分子，通过分子的随机运动，透过M细胞膜上的小孔进入细胞。,2、助长扩散（促进扩散）：借助于载体蛋白的扩散，是可逆的。由于仅靠单纯的物理性扩散不能满足M对营养
8、物的需求。M细胞膜上有多种具有运载营养物功能的特异性Pr（载体Pr），称为渗透E。E象渡般一样，将营养物由膜外运到膜内。这种方式是真核生物酵母菌的主要机制。特点：具有特异性，一种酶只对一种物质，由高深度向低浓度运输；不需要能量。,3、主动运输：主动运输是所有细胞质膜最重要的特性之一，它类似于助长扩散过程，但不同的是被运输的物质可以逆浓度梯度移动，并且需要能量。事实上，某些营养物在细胞内以高于胞外的浓度积累。例加：大肠杆菌在生长期内，胞内K+高出胞外3000倍；当以乳糖作为碳源时，胞内的乳糖浓度则高出胞外500倍，以上是靠载体Pr在能量ATP作用下完成的。载体Pr与营养物有高度亲和力，具有特异性
9、。,具体过程：首先形成载体Pr运输物质复合体复合体旋转180从膜外侧转移到细胞膜内表面，同时消耗代谢能量ATP载体P r构型发生改变，亲和力减弱，物质被释放 再获得能量 ，恢复原状，亲和力增强，结合位朝向膜外，又可重复进行主动运输。大肠杆菌对乳糖的吸收，是由载体Pr（B丰乳糖苷酶）完成的,4、基团转移：发生在糖类的运输中，这种运输方式需要能量， 除具有主动运输的特点外，主要是被转运的物质改变了本身的化学性质，即有化学基团转移到被转运的营养物上面去。例如：糖类及其衍生物 （在磷酸转移E的催化作用下）磷酸糖，进入细胞（磷酸糖是在胞内形成）当复合物再转向胞外时，膜对此无透性，磷酸糖被阻挡在膜内，从而
10、使胞内糖的浓度高于胞外。,第四节 培养基,微生物的生长和繁殖需要一定的营养物质，根据M对营养物质的需要，经过人工配制的适合不同M生长、繁殖或积累代谢产物的营养基质称为培养基。培养基的主要用途：1、促进M生长与繁殖；2、用于M纯种的分离、鉴定和制造M制品等；,一、培养基的类型由于各种M所需要的营养物质不同，所以培养基的种类也有很多种，据目前估计可有数千种之多。同一菌种由于使用目的不同，对于培养基的要求不完全一样，即培养不同类型的M，采用不同类型的培养基。自养菌和异养菌的培养基成分显然不同，前者不含有机碳化物，而后者需要有机化合物为其碳源和能源。,（一）根据营养物质来源：1、合成培养基是由已知化学
11、成份及数量的化学药品配制而成的。这种培养基成分精确，重复性强，但价格高，一般可用于实验研究有关M的营养、代谢、分类鉴定、生物制品及选育菌种等。2、天然培养基是采用化学成分还不十分清楚或化学成分不恒定的天然有机物。可利用各种动植物组织、微生物浸出液（提取液）、水解液等物质，例如：牛肉膏、酵母膏、麦芽汁、蛋白胨、牛奶、血清等；多种天然的含有丰实营养的有机物，例如：马铃薯、玉米粉、麸皮、花生饼粉等制成的培养基，又称综合培养基。,例如许多细菌都可以使用的培养基配方：牛肉膏 ： 3g蛋白胨 ： 10g蒸馏水 ：1000ml 调节pH值至7.47.6如果在培养基中增加酵母膏和葡萄糖可提高培养基的营养价值；
12、其中各成分的作用：牛肉膏：提供碳水化合物、有机氮、水溶性维生素和无机盐；蛋白胨：提供有机氮、维生素；酵母膏：提供大量B族维生素、有机氮、碳水化合物；天然培养基配制方便，而且比较经济，因此除实验室常用外，更适用于生产上大规模培养微生物。,3、半合成培养基在以天色有机物为主要碳源、氮源及生长素的培养基中加入一些化学药品，以补充无机盐成分，使其更能满足M生长的需要，这类培养基称为合成培养基。大多数微生物能在这种培养基上生长。例如：普通肉汤、普通琼脂等（二）根据培养基的物理性状1、固体培养基：在液体培养基中加入2%琼脂（洋菜、石花菜），使培养基凝固呈固体状态。此培养基可用于菌种保藏、纯种分离、菌落特征
13、观察、活菌计数等方面。2、液体培养基：在配制好的培基中不加琼脂，培养基为液体状态。由于营养物质以溶质状态溶解于水中，使M能更充分接触和利用，因此M生长快、积累代谢产物量多，一般适用于生产。,3、半固体培养基：在液体培养基中加入少量（0.350.4%）的琼脂，使培养基呈半固体状。多用于细菌有无运动性（鞭毛）的检查、菌种保存等。用半固体培养基进行穿刺培养有助于肠道菌的鉴定。（三）根据培养基的用途1、基础培养基：这种培养基是培养一般M用的，根据某些M的特殊需要，加入一些特殊物质即可。营养琼脂细菌的基础培养基；马铃薯葡萄糖琼脂霉菌的基础培养基；麦芽汁琼脂酵母菌的基础培养基；,2、加富培养基：在培养其中
14、加入一些额外的营养物质（如血液、血清、动植物组织提取液等），使某种M生长比其它M更迅速，以达到逐渐淘汰其他M之目的。例如：布氏杆菌培养用的血清琼脂培养基，常用于菌种的筛选工作。3、选择培养基：在培养基中加入某些化学药品以抑制不需要的M生长，而促进某些需要的M生长，这样的培养基就称为选择培养基（加富、鉴别培养基也可以是选择培养基）。加入的物质无营养作用，一般为具有抑菌或抗菌作用的染色剂或抗生素。例如：结晶紫、灿烂绿（煌绿）、伊红、甲基兰、四硫磺酸钠、抗生素等。在沙门氏培养基中加如四硫磺酸钠，抑制大肠杆菌的生长 ；分离酵母菌时加入青链霉素抑制细菌的生长。,4、鉴别培养基：根据M能否利用培养基中的某
15、种成分，依靠指示剂的颜色反应，借以鉴别不同种类微生物的培养基称为鉴别培养基。 乳糖发酵管：乳糖、溴甲酚紫产酸产气、变黄； 远藤氏琼脂培养基：乳糖（产酸）、碱性复红（非醌式醌式结构）大肠杆菌菌落为红色、金属光泽； 伊红美兰琼脂：大肠杆菌菌落：黑色、金属光泽，其它菌无；,二、培养基的配制原则（一）营养成分：各种成分要满足M生长繁殖的要求；（二）营养成分的比例：在营养物中碳源、氮源、无机盐和生长素是必不可少的，但是他们之间的组成要有适当的比例，因为培养基中营养物之间的浓度配比直按影响M的生长繁殖和代谢产物的积累。（三）培养基的PH值各种不同M生长最适pH不同1、大多数细菌、放线菌为中性至微碱性：pH
16、值 7.07.5；2、酵母菌和霉菌pH值 4.56.4；,生理酸性和生理碱性：含葡萄糖的培养基由于糖发酵产酸，pH值下降；含蛋白质、氨基酸的培养基，由于菌体分解蛋白质或氨基酸而产碱，使培养基pH值上升。前者为生理酸性，后者为生理碱性。一般为避免由于pH值变化对细菌生长繁殖造成影响，常在培养基中加入一些缓冲物质，如磷酸盐缓冲剂。（一）氯化还原电位：影响不大。,三、培养基的制备方法（一）培养基的制备过程：称量、溶解、调pH、过滤（固体加入琼脂）、高压灭菌、无菌检验。（二）注意事项：溶解、pH值、灭菌、附：常用培养基配方1、察氏琼脂培养基（合成培养基）硝酸钠 3g磷酸氢二钾 1g硫酸镁 0.5g氯化钾 0.5g蔗糖（葡萄糖） 30g琼脂 15g蒸馏水 1000mlPH值： 6. 6,
