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生物科技行业第二章发酵过程的

生物学基础

第二章发酵过程的生物学基础

第一节发酵过程和微生物（自学）

自然界中存在着各种各样的微生物，它们具有不同的形态结构和生理特征，

能够分成不同的类群。其中，细菌、放线菌、酵母和霉菌等已广泛应用于发酵工

业，有的直接利用其菌体细胞，有的则利用其代谢产物或转化机能。了解微生物

的种类、形态及生理特征的目的在于认识微生物的特性，掌握其生命活动规律，

使其在工业生产中充分发挥作用。

微生物具有体积小、种类多、分布广、繁殖快、便于培养和容易发生变异等特点，

且且在生产中不易受时间、季节、地区的限制，所以在工业生产上越来越广泛地

被重视和应用。如前所述，发酵工程是以微生物的生命活动为中心的，各种发酵

生产都必须有相应的微生物。微生物的生物学性状和发酵条件决定了其相应产物

的生成。

工业上用的全部微生物都称为工业微生物。此外仍要和杂菌污染打交道，杂

菌污染会严重影响甚至完全破坏我们所需的工业发酵过程。此外，有些微生物既

是工业生产茵，又可能是杂菌。例如，醋酸菌在生产醋时是生产菌，但会引起酒

类的败坏。工业生产上常用的微生物和经常遇到的杂菌主要是细菌、放线菌、酵

母菌和霉菌。由于发酵工程本身的发展以及基因工程正在进入发酵过程，病毒、

藻类等其它微生物也正在逐步地变为工业生产菌。本章主要介绍和发酵工程有关

的主要微生物类群。

壹、细菌

细菌是自然界中分布最广、数量最多的壹类微生物，属单细胞原核生物，具

有较典型的核分裂或二分分裂繁殖。体形微小，通常在1000倍的光学显微镜成

电子显微镜下才能见到。工业生产常用的细菌有以下几种：

1，枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)

枯草芽孢杆菌为生孢孢的需氧菌。营养细胞杆状，大小壹般为0.7~0.8×

2~3μm。菌端半圆形。单个或呈短链。在细胞中央部位形成芽孢，芽孢为椭、圆

形，大小约为0．6~0．7×1．0~1．5μm。芽孢萌发，沿赤道分裂，为中腰发芽。

细胞侧生鞭毛，能运动。革兰氏染色阳性。生长温度为30~39℃，但在50、56。

℃时尚能生长。最适pH为6.7~7.2。属需菌菌。芽孢耐高温，壹般在100℃3h才

能杀死。有的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。

由于芽孢能耐高温，所以分布较广，常存于枯草和土壤中。壹般来说为腐败

茵，如在酱油、酱类和白酒制曲时，如果水分含量大，温度较高，就容易造成枯

草杆菌迅速繁殖。这不但消耗原料蛋白质和淀粉，而且生成刺眼鼻的氨味，造成

曲子发钻和异臭，使制曲失败。经科研获得的枯草杆菌能产生大量的淀粉酶和蛋

白曲，这些已分离到的优良菌种在工业生产上得到了广泛应用。例如，ASl．393

枯草芽泡杆菌用于生产中性蛋白酶却发酵生产酱油、食醋。及饴糖时就可采用

BF7658枯草芽孢杆菌生产的α—淀粉酶。

2，大肠杆菌(Escherihiacoli)

细胞杆状，长度为0.5×1.0~3.0μm，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。

大肠杆菌发酵葡萄糖和乳糖，产酸、产气。大肠杆菌的谷氨酸脱羧酶在工业

上被用来进行谷氨酸定量分析。仍能够利用大肠杆菌制取天冬氨酸、苏氨酸和缬

氨酸等。在医药方面和基因工程方面，大肠杆菌是很好的研究材料。

3，乳酸杆菌(Lactobacillus)

细胞杆状到球状。常生长成链，大多不运动，能运动者为周生鞭毛。革兰氏

染色阳性。无芽孢。正常菌落粗糙。发酵碳水化合物，产物的85％之上为乳酸。

厌氧或兼性厌氧。生长温度为45、50℃。

常用的德氏乳酸杆菌为杆状，大小为0.5~0.8×2、9μm。在麦芽汁糖化液内，

繁殖特别旺盛。菌体肥壮，产酸力特别强。在固体培养基上，菌落微小。在肉汁

培养基内略带浑浊。

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、泡菜等制作无不和乳酸菌有关。在酱

油酿造过程中，它也起到了良好的作用。

4，丙酮丁醇梭菌(Clos.acetobutyleum)

细胞呈杆状，圆端，0.6~0.7×2.6~4.7μm，芽孢囊1.3~1.6×4.7~5.5μm。单

生或成对，但不成链。芽孢卵圆，