发酵工程及设备第二章.ppt

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1、第二章 发酵过程的生物学基础,本章的教学内容,第一节 发酵过程与微生物第二节 微生物的营养与培养基的设计第三节 微生物的生长模式及其动力学第四节 环境对微生物的影响第五节 代谢产物的代谢调控第六节 微生物代谢产物的过量产生,.微生物的概念.微生物的种类.微生物的特点.微生物与发酵,第一节 发酵过程与微生物,一、微生物的概念,微生物(Microorganism,microbe)是指一大类形体微小、结构简单 的低等生物的总称。,小：观察借助光镜；测量单位为微米或纳米；,简：简单多细胞;单细胞;无细胞结构,低：进化程度低，为原始的生命形式；,微生物的概念,三个要点:,微生物的概念,独立存在,自主生存

2、,1.微生物小的直观感觉,真核细胞型,原核细胞型,电镜,微生物的相对大小,肉眼,光学显微镜,可见范围,病毒,微生物的概念,2.微生物的细胞类型,真核细胞的主要特征:有核膜，核仁，染色体;有细胞器;核糖体为80S;,微生物的概念,微生物的细胞类型,原核细胞的主要特征:无核膜、核仁、染色体，仅有裸露的DNA链形成的核区域，称核质体；无细胞器；核糖体为70S；,微生物的概念,二、微生物的种类,1、原核生物 细菌、放线菌、衣原体 支原体、立克次氏体、蓝细菌2、真核生物 真菌（霉菌、酵母菌等）、原生动物、单细胞藻类；3、非细胞生物 病毒、类病毒、拟病毒、朊病毒等；,各种“视野”下的细菌,光镜,暗视野,荧

3、光,透射电镜,超薄切片,冷冻切片,扫描电镜,DNA蛋白质复合物,微生物的种类,电镜下的微生物,曲霉,阿米巴,草履虫,酵母菌,微生物的种类,细菌、酵母菌、放线菌菌落形态观察 菌落（colony）:将单个细菌细胞接种到适宜的固体培养基中，在适宜的条件下细菌便迅速生长繁殖，经过一定时间后，由于细胞生长受到各种因素的限制，因而可在培养基表面或里面聚集形成一个肉眼可见的，具有一定形态的子细胞群体(形状，大小、颜色、光泽、表面状况、边缘、隆起度、透光性、质地以及是否分泌色素等方面)。,酵母菌落:呈圆形、湿润具有粘性、不透明、表面光滑、有油脂状光泽，多数白色或乳白色，少数红色。与培养基结合不紧，易被挑取。当

4、培养时间较长时，菌落颜色变暗，有特殊的酒香味。放线菌的菌落:常呈辐射状而得名，菌落周缘有辐射形菌丝。菌落特征介于霉菌与细菌之间，菌落质地致密、干燥、多皱、菌落较小而不广泛延伸。幼龄菌落因气生菌丝尚未分化形成孢子丝，故菌落表面与细菌菌落相似，当形成大量孢子丝及分生孢子布满菌落表面后，就形成表面絮状、粉末状或颗粒状的典型放线菌菌落。此外，由于放线菌菌丝及孢子常含有色素，使菌落的正面和背面呈现不同颜色。由于营养菌丝生长在培养基内与培养基结合较牢固，所以菌落不易挑起。,细菌菌落：共有特征：湿润，较光滑，较透明，较粘稠，易挑取，质地均匀，颜色多样，菌落正反面及边缘与中央颜色一致。特有特征：有鞭毛：菌落大

5、而平坦，边缘多缺刻、不规则 有糖被：菌落大，透明，呈蛋清状 有芽孢：菌落外观粗糙，“干燥”，不透明且表面多褶,霉菌菌落特征：菌落形态较大，质地疏松，外观干燥，不透明，呈现或松或紧的蛛网状、绒毛状、棉絮状或毡状；菌落与培养基间的连接紧密，不易挑取，菌落正反面、边缘与中心颜色常不一致。,细菌菌落及菌苔,放线菌的的形态,微生物的种类,气生菌丝,孢子丝,孢子,培养基,基内菌丝,放线菌菌落,几种菌落,青霉,毛霉,青霉,黑曲霉,黄曲霉,红曲霉,黄曲霉,霉菌菌落,黑曲霉,黄曲霉,构巢曲霉,烟曲霉,绳状青霉,杂色曲霉,桔青霉,兰色梨头毛霉,少根根霉,三、发酵工业常用微生物的形态特征,发酵工业对菌种的要求,1.

6、能在价廉原料制备的培养基上迅速生长并生成所需代谢产物,且产量高2.培养条件易于控制,3.生长迅速,发酵周期短,4.满足代谢控制的要求5.抗噬菌体和杂菌的能力强,6.遗传性状稳定,菌种不易变异退化7.在发酵过程中产生的泡沫少,这对装料系数,提高单罐产量,降低成本有重要意义 8.对需要添加的前体物质 有耐受力,并且不能 将这些前体物质作为一般碳源利用9.不是病原菌,同时在系统发育上与病原菌无关,不产生任何有害的生活物质,以保证安全,1.细菌（Bacterium)（1）形态,球形,杆形,弧形螺旋形,发酵工业常用微生物的形态特征,螺旋菌,螺旋体,弧菌,短杆菌,梭状芽孢杆菌,长杆菌,细菌个体形态图,（2

7、）结 构,基本结构:细胞壁；细胞膜；细胞质；核质体；,特殊结构:荚膜；芽孢；鞭毛；,发酵工业常用微生物的形态特征,观察荚膜和鞭毛标本片,周生,荚膜,（3）培 养 特 征,固体培养基上:菌落(colony)：菌苔(lawn)：大量细菌的菌落连成一片。,发酵工业常用微生物的形态特征,液体培养基上 均匀混浊；沉淀生长；表面生长。,（3）培 养 特 征,发酵工业常用微生物的形态特征,a，大肠杆菌(Escherihia coli),特征：细胞杆状，长度为0.51.03.0m，有的近似球状，有的则为长杆状。革兰氏染色阴性。能运动或不运动，运动者周生鞭毛。许多小种产生荚膜或微荚膜，无芽抱。生化特点：大肠杆菌

8、发酵葡萄糖和乳糖，产酸、产气。,大肠埃希氏杆菌，简称为大肠杆菌，是最为著名的原核生物。,（4）工业上常见的种类,A.革兰氏阴性无芽孢杆菌,Escherich属菌株和大多数大肠杆菌是无害，但也有些大肠杆菌是致病的，会引起腹泻和尿路感染。,大肠杆菌的用途主要有:(1)制取氨基酸 天门氨基酸、色氨酸、苏氨酸和缬氨酸等。如AS 1.797(中国科学院微生物研究所编号,下同)、AS 1.751、AS 1.129和AS 1.183等为氨基酸产生菌株；(2)制备多种酶 天门冬酰氨酶（抗肿瘤酶，用于治疗白血病），青霉素酰化酶（用于制备6APA母核，生产半合成青霉素），酰基转移酶（用于拆分DL氨基酸，制备L氨基

9、酸），溶菌酶（用于消炎、抗菌等），谷氨酸脱羧酶（味精工业中用于谷氨酸的定量分析），多核苷酸化酶，半乳糖苷酶等；(3)作为基因工程受体菌 经改造后成为基因工程菌，用于生产各种多肽蛋白质类药物（如生长素、胰岛素、干扰素、白介素、红细胞生成素等）和氨基酸,如大肠杆菌K12的突变菌株HB101、C600、JM103和LE392等作为当前重组DNA的主要受体菌,此外，目前最常用的宿主菌还有大肠秆菌DH5；,b，醋酸杆菌(Acetobacter),形态特征：椭圆形到杆状，0.60.81.03.0m。有单个的、成对的；也有成链的。在老培养物中易呈多种畸形菌体，如丝状、梯状、弯曲等。鞭毛有两种类型，周生鞭毛、

10、端生鞭毛。不形成芽孢。,生理生化特征：醋酸菌是化能异养菌，革兰氏染色阴性。因为没有芽孢，故对热抵抗力较弱。温度 醋酸杆菌：一般发育适温在30以上,以氧化酒精成醋酸为 主 葡萄糖氧化杆菌：发育适温在30以下,氧化葡萄糖为葡萄糖 酸 在醋酸杆菌中常用的 有AS l.41，外形为短杆状，两端钝圆，革兰氏染色阴性。对培养基要求粗放，在米曲汁培养基中生长良好,好气性。氧化酒精为醋酸，于空气中使酒精变浑浊。表面有薄膜，有醋酸味。也能氧化醋酸为CO2和H2O。繁殖适宜温度为3l，发酵温度一般为3637。,醋酸杆菌的主要用途有：(1)发酵生产各种食用醋 如恶臭醋酸杆菌混浊变种AS 1.41,能氧化乙醇高产醋酸

11、。(2)发酵生产多种有机酸 如醋酸、酒石酸、葡萄糖酸等；(3)制备葡萄糖异构酶 用于生产高果糖浆；(4)生产山梨糖 由山梨醇氧化为山梨糖，作为生产维生素C的中间体。,C:假单胞菌（Pseudomonas）,形态特征：革兰氏阴性，直或微弯杆菌，单个，卵圆到短杆，有的长杆，大多数为0.51.01.54m，无芽孢，极生鞭毛运动（单毛或丛毛），有少数种不运动。菌苔不明显呈色，可产生水溶性色素。,生理生化特征：氧化性而非发酵性异养菌（氧化葡萄糖，分解蛋白质和利用无机氮）好氧菌，有的种在有硝酸盐存在下能行无氧呼吸,应用：维C、抗生素、酶及酶抑制剂、有机酸从石油产品制造产品（水杨酸等）消除环境污染（处理石油

12、废水，含酚、氰和化学农药的污水等）,d，黄单胞菌(Xanthomonas),形态特征：细胞直杆状；两端钝圆稍尖；大小为0.40.71.21.5m。革兰氏染色阴性，无芽孢，极生鞭毛。在含蔗糖的琼脂平板上可形成圆形、边缘整齐、粘稠光滑的黄色菌落，液体培养形成黄色粘稠的胶状物一荚膜多糖，其黄色为一种非水溶性色素。生理生化特征：野油菜黄单胞菌在通气条件下，于pH6.87.0、2830时，能以淀粉作碳源发酵生产黄原胶。,B.革兰氏阳性无芽孢杆菌,a.短杆菌（Brevibacterium）,短而直的杆菌:一般在0.51.01.05 m左右革兰氏阳性大多数不运动（运动种具有周毛或极毛）无芽孢有时产生非水溶性

13、色素，呈红、橙红、黄、褐色,黄色短杆菌乳糖发酵短杆菌,发酵生产各种氨基酸,产氨短杆菌,发酵生产核苷酸类产物（ATP、IMP、NAD、辅酶、FAD等）,需要生物素作为生长因子，才能满足谷氨酸发酵,（b:棒状杆菌（Corynebacterium）,革兰氏阳性直杆菌（一端膨大的棒状）折断分裂（成八字形排列或栅状排列）大多数种不运动多数好氧,谷氨酸棒状杆菌北京棒状杆菌,味精生产中使用的主要菌种,生物素是必需的生长因素，硫胺素或某些氨基酸有促进生长的作用。能利用葡萄糖、果糖、甘露糖、麦芽糖等产酸，但均不产气。通气培养在含葡萄糖和尿素或铵盐的适宜培养基中，能大量积累L-谷氨酸。,C:乳酸杆菌（Lactob

14、acillus）,革兰氏阳性大小一般为0.51210 m，长丝（单个或成链）无芽孢多数不运动，能运动者为周生鞭毛微好氧菌,葡萄糖,同型发酵,乳酸,异型发酵,乳酸乙醇,EMP途径（丙酮酸还原）,磷酸解酮酶途径（PK)EMP:磷酸甘油醛生成乳酸HMP:乙酰磷酸还原成乙醇,德氏乳酸杆菌,工业乳酸,德氏乳杆菌保加利亚亚种嗜酸乳杆菌干酪乳杆菌,酸奶干酪,由于乳酸菌能产生乳酸，所以可用于食品的保存和调整食品的风味。在食品工业上如干酪的成熟、乳脂的酸化和腌莱、泡菜等制作无不与乳酸菌有关。在酱油酿造过程中，它也起到了良好的作用。,d:双歧杆菌（Bifidobacterium）,菌体细胞呈现多形态革兰氏阳性不形

15、成芽孢不运动不抗酸厌氧菌,葡萄糖,双歧途径,乳酸乙醇,活性双歧杆菌的乳制品或微生态制剂,E:丙酸杆菌（Propionibacterium）革兰氏阳性无芽孢不运动细胞呈多形态,薛氏丙酸杆菌费氏丙酸杆菌,丙酸 维生素B12,费氏丙酸杆菌是其主要的工业生产菌种。费氏丙酸杆菌发酵过程中会产生大量丙酸和乙酸，,a:枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）形态特征：直状、近直状的杆菌;周生或侧生鞭毛;革兰氏阳性，无荚膜;芽孢0.51.51.8m,中生或近中生 生理生化特征：生长温度为3039，但在50、56时尚能生长。最适pH为6.77.2。属需氧 菌。芽孢耐高温，一般在1003h才能杀死。有的

16、芽孢抗高温能力更强，在100煮沸8h尚能发育生长，故需高温灭菌才行。它能在铵盐液体中发酵各种糖类生成酸。应用：枯草芽孢杆菌是工业发酵的重要菌种之一。生产淀粉酶、蛋白酶、5-核苷酸酶、某些氨基酸及核苷。例如，ASl393枯草芽泡杆菌用于生产中性蛋白酶来发酵,生产酱油、食醋及饴糖时就可采用BF7658枯草芽孢杆菌生产的淀粉酶。,C.革兰氏阳性芽孢杆菌,b:芽孢梭菌（Clostridium）,细胞杆状，有芽孢(芽孢大于菌体宽)以周毛运动或不运动革兰氏阳性，少数为阴性或不定专性厌氧菌无接触酶。产各种非水溶性色素。该属93个种中，有能发酵糖类的，有能分解纤维素的，有能分解果胶的，有分解蛋白质能力很强的，

17、也有能固定大气氮的。,丙酮丁醇芽孢梭菌,丁酸梭状芽孢杆菌,工业生产丙酮丁醇,丁酸或己酸,3革兰氏阳性球菌链球菌（Streptococcus）细胞球状或卵球状，排列成链或成对不运动，少数肠球菌运动革兰氏阳性无芽孢厌氧菌,乳链球菌,乳链球菌肽（Nisin）乳酸菌素（lactolin）,天然食品防腐剂,嗜热链球菌(与保加利亚乳杆菌混合),酸牛乳和干酪生产的发酵剂,微球菌（Micrococcus）自学,4，肠膜状串珠菌(Leuconostoc mesenteroides),形态：细胞呈球状或双凸镜状，大小0.50.70.71.2m，成对或链，常排列成短链。革兰氏染色阳性，菌落小，灰白，隆起，不液化明胶

18、。生理生化特征：能同化多种糖产酸、产气。微需氧至兼性厌氧。生长需缬氨酸和谷氨酸。此菌在蔗糖液中形成特征性葡聚糖粘液。促使形成这一特征的温度是2025。在厌氧条件下能分解葡萄糖。此菌生长温度在1037之间，适温为2030。因其常使糖汁变粘而无法加工，故为糖厂之害菌。但它却是葡聚糖的生产菌。生产酸泡菜及右旋糖苷（代血浆）。,2.酵母（Yeast),发酵工业常用微生物的形态特征,形态,酵母菌为单细胞。通常菌体呈圆形、卵形或椭圆形酵母菌细胞大小一般为3 105 20 m，最长的可达100 m，其体积约比细菌大二十几倍，用光学显微镜放大400 600倍直接观察酵母菌水浸片,可以较清楚地看到活细胞的个体形

19、态。,酵母菌的分类:酵母菌分属于子囊菌纲，担子菌纲，半知菌纲通过菌落观察和细胞镜检简便地将常见常用的酵母菌进行分类,通过镜检将酵母分类,工业上常见的酵母菌1、酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae)是发酵工业上最常用最重要的菌种之一酵母细胞大型的约510612m，小型的约394.510m。细胞的长与宽的比例可将其分为三组：12、2、大于2 12 细胞多为圆形、卵圆形 酿造饮料酒和制作面包、酒精发酵大于2:酿造葡萄酒和果酒，也可用于酿造啤酒、蒸馏酒和酵 母生产细胞为长圆形，台湾396号酵母为代表。我国南 方常将其用于以糖蜜原料生产酒精。其特点是耐高渗 透压，可忍受高浓度的盐

20、等于2:细胞大多是卵形或长卵形，长宽比例为2。包括啤酒酵母 的一些变种，如葡萄酒酵母等菌种，一般多为供生产葡 萄酒、果酒用。,Saccaharomyces cerevisiae,Saccharomyces cerevisiae）的芽殖过程,Saccharomyces cerevisiae的子囊和子囊孢子,生理生化特征：啤酒酵母能发酵葡萄糖、蔗糖、麦芽糖及半乳糖，不能发酵乳糖及蜜二糖。对棉子糖只能发酵13左右。在氮源中能利用硫酸铵，不能利用硝酸钾。应用：啤酒酵母的应用范围十分广泛，常用于传统的发酵行业，如啤酒、白酒、果酒、酒精、药用酵母片以及制造面包等，所以又称为酿酒酵母。近几年来，还利用啤酒酵

21、母提取核酸、麦角固醇、细胞色素C、凝血质和辅酶A等。由于酵母菌体内的维生素、蛋白质含量较高，食用安全，所以啤酒酵母作为一种单细胞蛋白(SCP)可作食用、药用和饲料用酵母。它的转化酶可用于转化蔗糖，制造酒心巧克力。在维生素的微生物法测定中，啤酒酵母常被用于测定生物素、泛酸、硫胺素、肌醇等的含量。,2，葡萄汁酵母（Saccharomyces uvarum）,形态特征：在麦芽汁中25培养3天，细胞园形、卵形、椭圆形或腊肠形。在麦芽汁琼脂培养基上菌落为乳白色，平滑、有光泽、边缘整齐。能产生子囊抱子，每个子囊内有孢子1、4个。孢子呈圆形或椭圆形，表面光滑。生化特征：此菌发酵能力甚强，在液体培养中常出现混

22、浊现象。葡萄汁酵母与酿酒酵母相似。主要的区别在于它能发酵棉子糖和蜜二糖。葡萄汁酵母也能发酵葡萄糖、蔗糖、麦芽糖和半乳糖。不能发酵乳糖。能利用硫酸铵，不能利用硝酸钾。应用：葡萄汁酵母常用于啤酒酿造的底层发酵，也可食用、药用或作饲料。,3，汉逊酵母(Hansenula),形态特征：圆形、椭圆形、卵圆形、腊肠形不等。多边芽殖。有的种类能形成假菌丝。子囊形状与营养细胞相同。子囊孢子1、4个，形状为帽形、土星形、圆形、半圆形，表面光滑。,异常汉逊酵母异常变种是汉逊酵母属中一个常见的种。细胞圆形，直径47m。也有腊肠形的，为2.564.520m。腊肠形中也有长达30m者。多边芽殖，能由细胞直接形成子囊，每

23、个子囊内有1、4个子囊抱子，但大多数为2个。子囊孢子礼帽形，由子囊内放出后常不散开。该变种生长在麦芽汁琼脂斜面上的菌落平坦，呈乳白色、无光泽，边缘丝状。在麦芽汁中培养后，波面有白色菌璞，培养液变成混浊，底部有菌体沉淀。生理生化特征:不能发酵乳糖及蜜二糖。对麦芽糖及半乳糖或弱发酵或不发酸。能同化硝酸盐，氧化烃类能力亦强，能利用煤油作碳源。,应用：此属酵母多能产生乙酸乙酯，从而增加产品香味，可用于酿酒和食品工业。但由于它们能利用酒精作碳源，又能在饮料表面产生干皱的菌璞，所以又是酒精生产的有害菌。,4，球拟酵母(Toruiopsis),形态特征：球拟酵母的细胞为球形、卵形成略长，无假菌丝,多边芽殖，

24、不生子囊孢子及其它孢子，无色素。在麦芽汁斜面上菌落为乳白色，表面皱褶，无光泽，边缘整齐或不整齐。在液体培养基中有沉渣及酵母环出现，有时亦能产生菌璞。应用：此属酵母有一定的经济意义，有些种能产生不同比例的甘油、赤鲜醇、D阿拉伯糖醇，有时还有甘露醇。在适宜条件下，能将40葡萄糖转化成多元醇。还有的能产生有机酸、油脂等。有的能利用烃类生产蛋白质。此属菌酒精发酵能力较弱，能产生乙酸乙酯(因菌种而异)，增加白酒和酱油的风味。,5、卡尔斯伯酵母（S.carlsbergensis）,丹麦的一个啤酒厂的名字，卡尔斯伯酵母是该厂分离出来的啤酒酿造中典型的底面酵母细胞为圆形或卵圆形，部分细胞的细胞壁有一平端高温时

25、，酿酒酵母比卡氏酵母生长得更快低温下，卡氏酵母生长得较快卡尔斯伯酵母的主要用途有：（1）用于生产啤酒 该菌种是下面发酵啤酒的主要生产菌种，国内啤酒酿造业目前使用的菌种中，很多是来源于卡氏酵母或其变种,如AS 2.420、AS 2.500等。（2）用于生产食用、药用和饲料酵母,如AS 2.500也用于生产活性干酵母。（3）用于提取麦角固醇（含量较高）（4）作为维生素测定菌，可用于测定泛酸、硫胺素、吡哆醇、,产阮假丝酵母,人们研究最多的微生物单细胞蛋白之一细胞圆形、卵形或长形。多边出芽繁殖。能形成假菌丝。在麦芽汁琼脂培养基上菌落为乳白色，平滑，有光泽，边缘整齐或菌丝状。液体培养的能形成浮膜。产朊假

26、丝酵母的蛋白质和维生素B含量均比啤酒酵母高。特别重要的是它能利用五碳糖和六碳糖，既能利用造纸工业的亚硫酸废液，也能利用糖蜜、土豆淀粉废料、木材水解液等生产出人畜可食用的单细胞蛋白。氧化烃类能力很强石油发酵生产单细胞蛋白的优良菌种,解脂假丝酵母,假丝酵母,6，毕赤氏酵母(Pichia),形态：细胞为椭圆形、长椭圆形或腊肠形，单个或成短链。异形接合形成子囊孢子。予囊孢子椭圆形。在麦芽汁琼脂上菌落为乳白色，无光泽，边缘有细缺口。在麦芽汁中培养，培养液表面有白而皱的粗糙的菌璞，底内有菌体沉淀。应用：此菌分解糖的能力弱，不产生酒精。能氧化酒精，能耐高或较高浓度酒精。常使酒类和酱油产生白花，形成浮膜，为酿

27、造工业中的有害菌，如粉状毕赤氏酵母。,7，红酵母(Rhodotorula),形态特征：细胞圆形、卵形或长形。多边芽殖，有明显的红色或黄色色素。很多种因由荚膜而形成粘质状菌落。菌落表面光滑，有光泽，质地粘稠；能同化某些糖类，无酒精发酵能力。应用：本属中有较好产脂肪的菌种，可由菌体提取大量脂肪。有的种对烃类有弱氧化作用，并能合成-胡萝卜素。如粘红酵母粘红变种能氧化烷烃生产脂肪，含量可达干生物量的5060。在一定条件下还能产生-丙氨酸和谷氨酸，产蛋氨酸的能力也狠强，可达干生物量的1。,8，棉病针孢酵母（Nematspora gossypii）,又名棉病囊霉。在麦芽汁和马铃留培养基上26培养良好。开始

28、时湿润的匍匐菌丝蔓延生长；菌落无色或灰白色，23天后渐趋淡黄色，5天后呈柠橙黄色，710天后菌落周围的培养基因核黄素的扩散而呈黄绿色。生物素是促进该菌生长的重要因素，甘氨酸对核黄素的产生有促进作用。曾有人报道，用猪油或玉米油可以代替所有碳源培养该菌，且生长良好；棉病囊霉能危害许多重要的经济作物，如棉花、柑桔、蕃茄等。最早是从染病的棉桃上分离而来。该菌具有大量合成核黄素的能力，产量可达4187gm1，因此它是核黄素生产的重要菌种。,9，白地霉(Geotrichumcandidum),白地霉是地霉属中常见的一个种。裂殖。节孢子单个或连接成链，长筒形、方形，也有椭圆形，末端钝圆。节孢子绝大多数为4.

29、99.65.416.6m。在麦芽汁中，2830培养一天，生白色璞。毛绒状或粉状，韧或易碎，为真菌丝。生长温度3337。对葡萄糖、甘露糖、果糖等发酵较弱。能同化甘油、乙醇；山梨醇、甘露醇。能分解果胶、油脂等。不同化硝酸盐。菌体细胞含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素和大量的核酸。它具有适应性强、生长快、产量大、培养方法简单等特点。白地霉菌体的蛋白质营养价值很高，可供食用和饲料用，也可用来提取核酸，在废料废水的综合利用上很有价值。在制曲中，白地霉的污染会降低糖化力，直接影响出酒率，所以它是白酒生产中的有害菌。,三.霉菌 形态,发酵工业常用微生物的形态特征,意指“发霉的真菌”,凡生长在营养基质上形成绒毛状

30、、网状或絮状菌丝的真菌统称为霉菌。霉菌在自然界分布很广，大量存在于土壤、空气、水和生物体内外等处。霉菌喜偏酸性环境。大多数为好氧性微生物。多腐生，少数寄生。工业上常用的霉菌有藻状菌纲的根霉、毛霉、犁头霉；子囊菌纲的红曲霉；半知菌类的曲霉、青霉等。,1，根霉(Rhizopus),根霉在自然界分布很广，是一种常见的霉菌。它对环境的适应性很强，生长极迅速。幼龄菌落为白色，棉絮状。中期为灰黑色。老熟后菌丝丛中密布黑色小点，即孢子囊。菌丝无横隔，为单细胞真菌。在培养基上生长时，由营养菌丝体产生弧形生长的匍匐菌丝，向四周蔓延。匍匐菌丝接触培养基处，分化成一丛假根。从假根着生处向上生出直立的孢子囊柄，其顶端

31、膨大形成圆形的囊，称为孢子襄。裹内生有许多孢子。成熟后的孢子囊壁破裂，释放出孢子。根霉在生命活动中分泌的淀粉酶，能将淀粉转化为糖。因此，根霉可作为常用的糖化菌种。我国民间酿制甜酒用的小曲主要含有根霉。由于根霉能分泌丰富的淀粉酶，而且又含有酒化酶，所以在生产中可边糖化边发酵。又因为根酶生长要求的温度较高，因而适于在高温季节使用。,根霉的应用十分广泛。目前常用的菌种有米根霉、华根霉、河内根霉和甘薯根霉。(1)米根霉(Rhizopus oryzae):最适温度37，41时还能生长。米根霉的淀粉酶活力极强，多作糖化菌使用,也具有酒精发酵能力及蛋白质分解能力。大量存在于酒药与酒曲中。此菌由于耐高温，特别

32、为在夏季生产豆腐乳提供了方便条件，解决了豆腐乳旧法生产只能在冬季进行的困难。(2)华根霉(Rhizopus chinentis):最适温度为30。当发酵温度达45时，一般还能生长。此种菌淀粉液化力强，有溶胶性。能产生酒精、芳香脂类等物质。在酒药与酒曲中大量存在。它是酿酒所必需的主要霉菌，也是酸性蛋白酶和豆腐乳生产中的主要菌种。,应用特点：1.用于制曲酿酒2.生产葡萄糖3.生产酶制剂:淀粉糖化酶脂肪酶果胶酶-半乳糖苷酶酸性蛋白酶4.生产有机酸 5.发酵食品:6.医药工业:根霉是转化甾族化合物的重要真菌。,2，毛霉(Mucor),毛霉多见于阴湿低温处，是制曲时常见的杂菌和可利用的菌，其中常见的有鲁

33、氏毛霉(Mucor rouxianus)，它最初是在我国小曲中分离出来的。此菌能产生蛋白酶和淀粉酶，有分解大豆蛋白的能力，可用来制作豆腐乳，也用于酒精的生产；总状毛霉(Mucor racemosus)，我国著名的四川豆鼓即用此菌制成；高大毛霉(Mucor mucedo)，此菌分布较广，在牲畜粪便上或白酒厂阴湿的堆积发酵物上常可见到。它能产生脂肪酸、琥珀酸，对甾族化合物也有转化作用。,分类学上属于藻状菌纲，毛霉目，毛霉属单细胞，菌丝无隔，多核。菌丝有分枝，主要有2个类型：单轴式，假轴式。,1.单轴式孢囊梗、总状分枝（高大毛霉、总状毛霉）2.假轴式孢囊梗（鲁氏毛霉）3.孢子囊结构孢囊梗顶端膨大为孢

34、子囊，内生孢囊孢子,sporangiophoresno rhizoidsaseptate hyphae,毛霉与根霉的形态结构差异,毛霉的应用：能产生蛋白酶，具有很强的蛋白质分解能力，多用于制作腐乳、豆豉。有的可产生淀粉酶，把淀粉转化为糖。在工业上常用作糖化菌或生产淀粉酶。有些毛霉还能产生柠檬酸、草酸等有机酸，有的也可用于甾体转化。,3，犁头霉(Absidia),犁头霉的菌丝和根霉很相似，但犁头霉产生弓形的匍匐菌丝，并在弓形的匍匐菌丝上长出孢子梗，不与假根对生。孢子梗往往25支，成簇，很少单生，而且常呈轮状或不规则的分枝。孢子囊顶生，多呈梨形。囊轴呈锥形、近球形等。孢子小而呈单孢。大多无色，无线

35、状条纹。接合孢子生于匍匐菌丝上。,犁头霉分布在土壤、粪便和酒曲中，空气中也有它们的存在。常为生产的污染菌，其中有的是人畜的病原菌。犁头霉对甾族化合物有较强的转化能力，如蓝色犁头霉(Absidia coerulea)能转化多种甾体。,4，曲霉(Aspergillus),曲霉菌丝有横隔，菌丝体由多细胞菌丝所组成。营养菌丝匍匐生长于培养基表层。匍匐菌丝可以分化出厚壁的足细胞。在足细胞上生出直立的分生孢子梗，顶端膨大成顶囊，顶囊一般呈梯形、椭圆形、半球形或球形。在顶囊表面，以辐射状生出一层或两层小梗，称为初生小梗和次生小梗。在小梗上着生有一串串分生袍子。分生袍子具有各种形状、颜色和纹饰。曲霉在发酵工业

36、、医药工业、食品工业和粮食贮存等方面有着极重要的作用。几千年来我国民间就用曲霉酿酒、制酱、制醋等，应用十分广泛。,Aspergillus variecolor,（1）米曲霉(Aspergillus oryzae)米曲霉有较强的蛋白质分解能力；同时又具有糖化能力，所以很早就利用米曲霉来生产酱油和酱类。米曲霉在酿酒生产中被作为糖化菌。此外，它还是重要的蛋白酶和淀粉酶的生产菌。,（2）黄曲霉(Aspergillus flavus)培养温度37。黄曲霉产生液化型淀粉酶，并较黑曲霉强。蛋白质分解能力次于米曲霉。黄曲霉能分解DNA，产生5-脱氧胞苷酸、5-脱氧腺苷酸、5-脱氧鸟苷酸和5-脱氧胸腺嘧啶核苷酸

37、。黄曲霉中有些菌能产生黄曲霉毒素，引起家畜家禽中毒，以至死亡。这种黄曲霉毒素也是致癌物质。黄曲霉与米曲霉极为相似，容易混淆。因而除了观察菌落个体特征外，还要结合生理特性加以区别。米曲霉在含0.05茴香醛的察氏培养基上，分生孢子呈现红色，而黄曲霉则无此反应。,Aspergillus flavus黄曲霉,(3)黑曲霉（Aspergillus niger）黑曲霉具有多种活性强大的酶系，如淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶和葡萄糖氧化酶等。还能产生多种有机酸，如抗坏血酸、柠檬酸、葡萄糖酸和没食子酸等，所以在工业上被广泛应用，是生产柠檬酸和葡萄糖酸的重要菌种。黑曲霉群中还包括有乌沙米曲霉(又名字佐美曲霉)

38、、邬氏曲霉、适于甘薯原料的甘薯曲霉，以及由乌沙米曲霉变异而来的白曲霉。一些白曲霉中较优良的菌种不仅能分泌较丰富的淀粉酶、果胶酶和纤维素酶，而且酶系较纯，酶活力较强，同时又较耐粗放培养。因此，为目前北方酒精厂及白酒厂所广泛采用。,Aspergillus,(4)栖土曲霉(Aspergillus terricola)培养温度为3234，含有较丰富的蛋白酶，为蛋白酶生产菌种。AS3942为中性蛋白酶生产菌。,Aspergillus fumigatus 烟曲霉,曲霉的分生孢子穗扫描电镜图片,5，青霉(Penicillium),青霉的菌丝与曲霉相似，有分隔，但无足细胞。其分生孢子梗的顶端不膨大，无顶囊。分

39、生孢子梗经过多次分枝，产生几轮对称或不对称的小梗，形如扫帚。小梗顶端产生成串的分生孢子。分生孢子一般为蓝绿色或灰绿色。青霉的孢子耐热性较强，菌体繁殖温度较低，是制曲时常见的杂菌，对制曲危害较大。它使酒味发苦，同时对曲房等建筑物也有腐蚀作用，是酿酒上的有害菌。但有些青霉菌，不仅是生产青霉素的重要菌种，还被用来生产有机酸、维生素和酶制剂等,子囊菌纲，青霉属青霉也是多细胞，菌丝有分隔，有分枝，与曲霉相似，但大多无足细胞。分生孢子梗顶端不膨大，无顶囊。多次分枝产生几轮小梗小梗顶端产生成串分生孢子，状如扫帚 小梗有单轮生，对称多轮生，非对称多轮生,(1)产黄青霉(Penicillium chrysoge

40、num)产黄青霉能产生多种酶类及有机酸。在工业生产上主要用其变种来生产青霉素，也能用来生产葡萄糖氧化酶、葡萄糖酸、柠檬酸和抗坏血酸等。(2)桔青霉(Penicillium citrinum)桔青霉可产脂肪酶、葡萄糖氧化酶和凝乳酶，有的菌系能产生5-磷酸二酯酶，可用来分解核酸，生产5-核苷酸。此菌分布普遍，在霉腐材料和贮存粮食上常发现生长。会引起病变，并具有毒性。此外还有娄地青霉，具有分解油脂和蛋白质的能力，可用于制造干酪。其菌丝含有多种氨基酸。其孢子能将甘油三酸氧化为甲基酮。展开青霉主要用于生产灰黄霉素。,6，木霉(Trichoderma),木霉的菌丝生长初期为白色。菌丝在培养基上生长成平坦菌

41、落。菌落生长迅速，棉絮状或致密层束状，表面有不同程度的绿色。菌丝透明，有隔，分枝繁杂。分生孢子梗为菌丝的短侧枝，上有对生或互生分枝。在分枝上又可连续分技。分枝末端为小梗，小梗上可生出瓶状、束状、对生、互生或单生等不同的分生孢子。依靠粘液，分生孢子在小梗上聚成球形或近球形的孢子头。分生孢子有球形、椭圆形、倒卵形等。壁光滑或粗糙，透明或亮绿色。,木霉在土壤中分布很广，在木材及其它物品上亦常能找到。有些菌株能分解纤维素和木质素等复杂的有机物。若能利用这一特性，以纤维素来代替淀粉原料进行发酵生产，这对国民经济将有十分重要的意义。但木霉也常造成蔬菜、谷物和大型真菌等的霉变，使木材、皮革及其它纤维性材料霉

42、烂，给生产和生活造成一定危害。,7，紫红曲霉(Monascus purpureus),紫红曲霉是红曲霉属的一种。个体形态为菌丝具有不规则的分枝。细胞内多核，含有橙红色的颗粒。直径37m。菌丝和分枝顶端产生分生孢子，单生或成短链。分生孢子子呈球形或犁形。有性生殖时，在长短不一的梗上产生单一的原闭囊壳(子囊果)。渐渐成熟后，成为橙红色的闭囊壳，直径约为2575m，闭囊壳内含有十多个球形子囊。每个子囊内。又有8个光滑的卵圆形、无色或淡红色的子囊孢子，大小一般是56.53.55m。紫红曲霉在麦芽汁琼脂培养基上生长良好。菌丝体最初为白色，逐渐蔓延成膜状。老熟后菌落表面有皱拆和气生菌丝，呈紫红色。菌落背面

43、也有同样的颜色。,紫红曲霉喜酸性环境，生长最pH3.55，但即使在pH 2.5时也能生存。生长最适温度为3235，有时达40也能生长。对于酒精有极强的抵抗力。紫红曲霉在我国民间早有利用，主要用作食品及饮料的着色剂，用红曲配制红酒、玫瑰醋、红腐乳，以及其它食品。此外用它制成的红曲又可以作中药，有消食活血、健脾胃的功能。近年来，紫红曲霉还被用来生产糖化酶等酶制剂。,8，产黄头孢霉(Cephalosporium chrysogen),菌丝分枝，有隔，纤细，宽l1.2m，浅黄色；分生抱子梗短，不分枝，无隔，微黄色；很少产生孢子。在籼米饭培养基上培养半月，可产生大量的不正常的孢子，形态多样，单细胞或有一

44、隔，直或弯曲，51224.2m。孢子梗常丛集成类菌核状成类分生抱梗座结构。这种孢子壁较厚，可达0.5m，可像分生孢子一样萌发繁殖。本种产头孢菌素N及头孢菌素C，与青霉素一样同属-内酰胺抗生素，毒性极低，其衍生物称为先锋霉素。,四、放线菌,放线菌因其菌落呈放射状而得名。它是一个原核生物类群，在自然界中分布很广，尤其在含有机质丰富的微碱性土壤中较多。大多腐生，少数寄生。它的最大经济价值在于能产生多种抗生素。从微生物中发现的抗生素，有60以上是放线菌产生的，因此人们在抗生素发酵土业中，非常重视对放线菌的研究与运用。,1、放线菌分类系统,放线菌菌落中的菌丝常从一个中心向四周辐射状生长并因此而得名介于细

45、菌和真菌之间的单细胞微生物 放线菌的归属还存在分歧伯杰氏系统细菌学手册将放线菌作为细菌。理由：放线菌无核膜、菌丝直径小而且与杆细菌的直径相近、对溶菌酶敏感及对抗细菌的药物敏感等。放线菌对人类最突出的贡献就是它能产生大量的、种类繁多的抗生素达4000种,绝大多数放线菌属于异养型(除少数自养型菌种)革兰氏阳性营养要求：碳源:葡萄糖、麦芽糖、糊精、淀粉和甘油较好，而蔗糖、木糖、棉子糖、醇和有机酸次之。氮源：蛋白质、蛋白胨以及某些氨基酸最合适，硝酸盐、铵盐和尿素次之。除诺卡氏菌外，绝大多数放线菌都能利用酪蛋白，并能液化明胶。矿质营养：Mg和K对于放线菌菌丝生长和抗生素的产生有显著作用。大多数放线菌是好

46、气的，生产抗生素过程中必须足够的通气量大多数放线菌的最适生长温度为2337 放线菌的最适生长pH值为中性至微碱性,2、放线菌生理生化特点,3.工业上常用种类：1）链霉菌属(Streptomyces),链霉菌的基内和气生菌丝多分枝，无分隔，直径0.52m。气生菌丝产生许多孢子串生的孢子链，孢子链长短不等。此属中不少菌种产生抗生素，这些抗生素约占各种微生物(包括放线菌)所产抗生素的50以上。(1)灰色链霉菌(Streptomyces griseus)在葡萄糖-硝酸盐培养基上生长时，菌落平而薄，初为白色，逐渐变为橄榄色。气生菌丝浓密，粉状，呈水绿色。发育适温37生产链霉素温度为265275。(2)龟

47、裂链霉菌(Streptomyces rimosus)于1950年就发现此菌能产生氧四环素(也称土霉索)。菌丝白色，呈树枝状；孢子为灰白色，呈拄形；菌落为灰白色，其表面后期有皱褶，呈龟裂状。,(3)金霉素链霉菌(Streptomyces aureofaciens)在PDA培养基上生长时，其基内菌丝能产生金黄色色素，但其气生菌丝无色，孢子初为白色，经57天培养后，则由棕灰色转变为灰黑色。因该菌所产生的抗生素为金霉素(氯四环素)，故称金霉素链霉菌。如其培养基中的NaCl以NaBr代替时，则此链霉菌又可产生四环素。(4)红霉素链霉菌(Streptomyces erythreus)此菌生长扩展，有不同规

48、则的边缘，菌丝深入培养基内，初为白色，后变为微黄色，菌落周围白色乳状，气生菌丝细，有分技。最适温度25，产生红霉素。,2，小单孢菌（Micromonospora）,小单孢菌与一般放线菌有不同之处。菌丝体纤细，0.30.6m。有分枝和分隔，不断裂。茵丝体长入培养基内，不形成气生茵丝，而在基内菌丝体上长出孢子梗，其顶端生一个球形、椭圆形或长圆形的孢子。大小约为1.01.50.91.2m。菌落致密，与培养基紧密结合在一起，表面凸起，多皱或光滑、疣状，平坦者较少。菌落常为黄橙色、红色、深褐色、黑色和蓝色。这是产生抗生素较多的一个属。如绛红小单孢菌(Micromonospora purpurea)和棘孢

49、小单孢菌(Micromonospora echinospora)都能产生庆大霉素。,3，游动放线菌属(Actinoplanes),一般不形成气生菌丝，基内菌丝分枝，直或卷曲，多数不分隔，直径0.22.0m，孢囊在基内菌丝体上形成，大小为522 m，着生在孢囊梗上或菌丝上，孢囊梗直或有分技，在每技顶上有一至数十个孢囊。孢囊孢子在孢囊内盘卷或呈直行排列，成熟后分散为不规则排列。孢子呈球形(11.5m)，有时端生140根鞭毛，能运动。孢囊成熟后，孢囊孢子释放出来。有的菌种能形成分生抱子。我国生产的创新霉素由济南游动放线菌新菌(Actinoplanes tsinanensi sn.sp)产生。米苏里游

50、动放线菌(Actinoplanes missouriensis)能以木糖为诱导物，大量生产葡萄糖异构酶。,4，诺卡氏菌属(Norcardia),基丝较链霉菌纤细，0.20.6m，有横隔，一般无气丝。基丝培养十几个小时形成横隔，并断裂成杆状或球状抱子。菌落较小，其边缘多呈树根毛状。主要分布于土壤中。有些种能产生抗生素(如利福霉素、蚁霉素等)，也可用于石油脱蜡及污水净化中脱氰等。,5，孢囊链霉菌(Streptosporangium),孢囊孢子无鞭毛，气丝的孢子丝盘卷成球形孢囊。其孢囊有两层壁，外壁较厚，内壁系薄膜，孢囊内形成孢囊孢子。这类菌亦可产生不少抗生素，如可抑制细菌、病毒和肿瘤的多霉素等。,