食品微生物學(xué)（第二版） 課件 第五章食品微生物的營(yíng)養(yǎng)

第五章食品微生物的營(yíng)養(yǎng)學(xué)習(xí)目的與要求1.重點(diǎn)掌握培養(yǎng)基的選擇、設(shè)計(jì)原則及方法。2.掌握影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的因素及其進(jìn)入細(xì)胞的方法。第一節(jié)微生物的六類營(yíng)養(yǎng)要素定義：在微生物生長(zhǎng)過程中為微生物提供碳素來源的物質(zhì)。功能：提供合成細(xì)胞物質(zhì)及代謝物的原料;并為整個(gè)生理活動(dòng)提供所需要能源（異養(yǎng)微生物）。種類:⑴有機(jī)碳源——必須利用有機(jī)碳源的微生物是異養(yǎng)微生物⑵無(wú)機(jī)碳源——以無(wú)機(jī)碳源作主要碳源的微生物是自養(yǎng)微生物一、碳源（Carbonsource）類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機(jī)碳C·H·O·N·X復(fù)雜蛋白質(zhì)、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生餅粉等C·H·O·N多數(shù)氨基酸、簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)等一般氨基酸、明膠等C·H·O糖、有機(jī)酸、醇、脂類等葡萄糖、蔗糖、淀粉、糖蜜等C·H烴類天然氣、石油及其不同餾份、石蠟油等無(wú)機(jī)碳C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3NaHCO3、CaCO3等微生物的碳源譜微生物工業(yè)發(fā)酵中用做碳源的原料：飴糖、糖蜜、淀粉（玉米、大米、高粱等）、麩皮、各種碎米、米糠等。定義：在微生物生長(zhǎng)過程中，為微生物提供氮素來源的物質(zhì)。功能：⑴提供合成細(xì)胞中含氮物，如蛋白質(zhì)、核酸，以及含氮代謝物等的原料；⑵少數(shù)細(xì)菌可以銨鹽、亞硝酸鹽等氮源為能源。種類：⑴無(wú)機(jī)氮——可以利用無(wú)機(jī)氮源合成生長(zhǎng)所需各種氨基酸的微生物是氨基酸自養(yǎng)型微生物。⑵有機(jī)氮——直接從環(huán)境吸收現(xiàn)成氨基酸作氮源的微生物是氨基酸異養(yǎng)微型生物。二、氮源（Nitrogensource）類型

元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機(jī)氮N·C·H·O·X復(fù)雜蛋白質(zhì)、核酸等牛肉膏、酵母膏、餅粕粉、蠶蛹粉等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)等尿素、蛋白胨、明膠等無(wú)機(jī)氮N·HNH3、銨鹽等(NH4)2SO4等N·O硝酸鹽等KNO3等NN2空氣微生物的氮源譜微生物工業(yè)發(fā)酵中用做氮源的原料：尿素、魚粉、蠶蛹粉、豆餅、豆粕等。定義：為微生物細(xì)胞生長(zhǎng)提供碳、氮源以外的多種重要元素（包括大量元素和微量元素）的物質(zhì)，多以無(wú)機(jī)鹽的形式供給。功能：維持生物大分子和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)并維持細(xì)胞的滲透壓，控制細(xì)胞的氧化還原電位，作為能源。種類：⑴大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe（微生物生長(zhǎng)所需濃度在10-3~10-4mol/L）⑵微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co（微生物生長(zhǎng)所需濃度在10-6~10-8mol/L）

一般微生物生長(zhǎng)所需要的無(wú)機(jī)鹽有：硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物以及含有鈉、鉀、鎂、鐵等金屬元素的化合物。三、無(wú)機(jī)鹽（Inorganicsalt）定義：一類對(duì)微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用簡(jiǎn)單的碳源或氮源合成，或合成量不足以滿足機(jī)體生長(zhǎng)需要的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。不同微生物需求的生長(zhǎng)因子的種類和數(shù)量不同。按微生物對(duì)生長(zhǎng)因子的需要與否，可分為生長(zhǎng)因子自養(yǎng)型、異養(yǎng)型和過量合成的微生物三種。種類：常見的生長(zhǎng)因子分為維生素、氨基酸、嘌呤嘧啶三大類。配制培養(yǎng)基時(shí)，可加入生長(zhǎng)因子含量豐富的天然物質(zhì)如酵母膏、玉米漿、肝浸汁等。四、生長(zhǎng)因子（

Growthfactor）微生物對(duì)水的需要程度（水對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響）常用環(huán)境（或基質(zhì)）中的水活度值（wateractivity,

w）表示。所謂

w就是水的有效濃度。幾類微生物生長(zhǎng)最適

w

微生物

w

一般細(xì)菌0.91

酵母菌0.88

霉菌0.80

嗜鹽細(xì)菌0.70

嗜鹽真菌0.65

嗜高滲酵母0.60五、水（Water）1、化學(xué)物質(zhì)⑴有機(jī)物：化能異養(yǎng)微生物的能源（同碳源）⑵無(wú)機(jī)物：化能自養(yǎng)微生物的能源主要為一些還原態(tài)的無(wú)機(jī)物（不同于碳源如NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+）,能利用這些能源都是一些原核生物，包括亞硝酸細(xì)菌、硝酸細(xì)菌、硫細(xì)菌、氫細(xì)菌和鐵細(xì)菌等。2、光能光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物的能源。六、能源（Energysource）第二節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)類型根據(jù)能源、氫供體和碳源可將微生物劃分為以下幾種營(yíng)養(yǎng)類型：

或稱為光能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型，是一類具有光合色素、能利用光能，并以水或還原態(tài)無(wú)機(jī)物為氫供體來同化C02的微生物。1.產(chǎn)氧光合作用

光能

藍(lán)細(xì)菌：CO2＋H2O[CH2O]+O2↑

葉綠素2.不產(chǎn)氧的光合作用

光能

紫硫細(xì)菌：CO2＋2H2S[CH2O]+2S+H2O

綠硫細(xì)菌

菌綠素

需要厭氧、光照、以還原態(tài)無(wú)機(jī)硫化物（H2S、S、S2O32-）為氫供體。

一、光能自養(yǎng)型微生物(a)紫硫細(xì)菌生活的水域(b)硫粒

或稱為光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型，以CO2及簡(jiǎn)單的有機(jī)物為主要碳源或唯一碳源，以簡(jiǎn)單有機(jī)物（如甲醇、乙酸）作為氫供體，利用光能同化C02的微生物。

紫色非硫細(xì)菌群中的紅螺菌屬就是這種營(yíng)養(yǎng)類型的典型代表，需少量簡(jiǎn)單有機(jī)物與硫化物一起作為氫供體，在黑暗、有氧條件下進(jìn)行化能異養(yǎng)的生活，在有光、厭氧條件下表現(xiàn)為光能異養(yǎng)。

光能

2CH3CHOHCH3+CO2[CH2O]+2CH3COCH3+H2O

菌綠素

二、光能異養(yǎng)型微生物

或稱為化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型,以無(wú)機(jī)物如氫氣、硫化氫、二價(jià)鐵離子氧化釋放的能量和CO2為碳源生長(zhǎng)的微生物。

這類微生物主要有硫化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、氫細(xì)菌與鐵細(xì)菌等，它們?cè)谧匀唤缥镔|(zhì)轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。

三、化能自養(yǎng)型微生物

多數(shù)微生物屬于化能異養(yǎng)型，其生長(zhǎng)所需要能量、碳源和氫供體都來自于有機(jī)物。

根據(jù)化能異養(yǎng)型微生物利用有機(jī)物的特性，又可以將其分為下列兩種類型：腐生型微生物：利用無(wú)生命活性的有機(jī)物作為生長(zhǎng)的碳源。寄生型微生物：寄生在生活的細(xì)胞內(nèi)，從寄生體內(nèi)獲得生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

四、化能自養(yǎng)型微生物第三節(jié)微生物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方式

一、單純擴(kuò)散（simplediffusion）可運(yùn)送的養(yǎng)料有限，水、一些氣體（O2、CO2），及一些小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（乙醇、甘油）等。

通過促進(jìn)擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及硫酸鹽等。

二、促進(jìn)擴(kuò)散（facilitateddiffusion）

通過主動(dòng)運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)有K+、Ca2+、乳糖、葡萄糖等糖類、氨基酸等。Na+-K+-ATP酶系統(tǒng)

利用ATP能量將Na+由細(xì)胞內(nèi)“泵”出胞外，并將K+“泵”入胞內(nèi)。

三、主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）

基團(tuán)轉(zhuǎn)位主要存在于厭氧和兼性厭氧型細(xì)菌中，主要用于葡萄糖、果糖、甘露糖、堿基、核苷與脂肪酸等的運(yùn)輸。磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)

四、基團(tuán)轉(zhuǎn)位（grouptranslocation）

4種運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)方式的比較第四節(jié)培養(yǎng)基定義：應(yīng)科研或生產(chǎn)的需要，由人工配制的、適合于不同微生物生長(zhǎng)繁殖或積累代謝產(chǎn)物用的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)（混合養(yǎng)料）。特點(diǎn)：任何培養(yǎng)基都應(yīng)具備微生物所需要的五大營(yíng)養(yǎng)要素，且應(yīng)比例適當(dāng)。所以一旦配成必須立即滅菌。用途：促使微生物生長(zhǎng)；積累代謝產(chǎn)物；分離微生物菌種；鑒定微生物種類；微生物細(xì)胞計(jì)數(shù)；菌種保藏；制備微生物制品。培養(yǎng)基的配制原則目的明確營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)條件適宜經(jīng)濟(jì)節(jié)約

一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法根據(jù)不同的微生物的營(yíng)養(yǎng)要求配制針對(duì)強(qiáng)的培養(yǎng)基。

培養(yǎng)化能自養(yǎng)型的氧化硫桿菌的培養(yǎng)基組成為：

S10g（NH4)2SO40.4gMgSO4·7H2O0.5gFeSO40.01gKH2PO44gCaCl20.25gH2O1000mL

培養(yǎng)化能異養(yǎng)型的細(xì)菌的培養(yǎng)基組成為：葡萄糖1gNaCl5g

蛋白胨10g

酵母粉5gH2O1000mL

（一）目的明確注意各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度與配比。培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度合適時(shí)微生物才能生長(zhǎng)良好，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度過低時(shí)不能滿足微生物正常生長(zhǎng)所需，濃度過高時(shí)則可能對(duì)微生物生長(zhǎng)起抑制作用。碳氮比（C/N）直接影響微生物生長(zhǎng)與繁殖及代謝物的形成與積累，故常作為考察培養(yǎng)基組成時(shí)的一個(gè)重要指標(biāo)。

速效性氮（或碳）源與遲效性氮（或碳）源的比例各種金屬離子間的比例

碳源中的碳原子的mol數(shù)氮源中所含的氮原子的mol數(shù)C/N比值=

（二）營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)1.pH:各類微生物的最適生長(zhǎng)pH值各不相同細(xì)菌：7.0~8.0 放線菌：7.5~8.5

酵母菌：3.8~6.0 霉菌：4.0~5.8

在微生物的生長(zhǎng)和代謝過程中，由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，培養(yǎng)基的初始pH值會(huì)發(fā)生改變，為了維持培養(yǎng)基pH值的相對(duì)恒定，通常采用下列兩種方式：內(nèi)源調(diào)節(jié)：在培養(yǎng)基里加一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比。外源調(diào)節(jié)：按實(shí)際需要不斷向發(fā)酵液流加酸或堿液。（三）理化適宜2.滲透壓和aw

等滲溶液適宜微生物生長(zhǎng)滲透壓高滲溶液細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離 低滲溶液細(xì)胞吸水膨脹，直至破裂各種微生物生長(zhǎng)繁殖范圍的αw值在0.99～0.60之間。3.氧化還原電勢(shì)（Eh）氧化還原電勢(shì)：物質(zhì)失去或得到電子的難易程度。好氧微生物：0.3-0.4v

厭氧微生物：0.1v以下影響因素：氧分壓越大，Eh越高；pH越大，Eh越低培養(yǎng)基中常用的還原劑：巰基乙酸、抗壞血酸、硫化鈉、半胱氨酸、鐵屑、谷胱甘肽或瘦牛肉粒等。天然培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基含用化學(xué)成分還不清楚或化學(xué)成分不恒定的天然有機(jī)物牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、麥芽汁培養(yǎng)基化學(xué)成分完全了解的物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基高氏1號(hào)培養(yǎng)基、查氏培養(yǎng)基半合成培養(yǎng)基主要以化學(xué)試劑配制，還添加天然成分的培養(yǎng)基（一）按成分不同劃分

二、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基在液體培養(yǎng)基中加入一定量凝固劑，使其成為固體狀態(tài)，瓊脂含量一般為1.5%～2.0%瓊脂含量一般為0.2%～0.7%，觀察微生物的運(yùn)動(dòng)特征、分類鑒定及噬菌體效價(jià)滴定不加任何凝固劑半固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基常