食品微生物学（第二版） 课件 第五章食品微生物的营养

第五章食品微生物的营养学习目的与要求1.重点掌握培养基的选择、设计原则及方法。2.掌握影响营养物质进入细胞的因素及其进入细胞的方法。第一节微生物的六类营养要素定义：在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质。功能：提供合成细胞物质及代谢物的原料;并为整个生理活动提供所需要能源（异养微生物）。种类:⑴有机碳源——必须利用有机碳源的微生物是异养微生物⑵无机碳源——以无机碳源作主要碳源的微生物是自养微生物一、碳源（Carbonsource）类型元素水平化合物水平培养基原料水平有机碳C·H·O·N·X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等C·H·O·N多数氨基酸、简单蛋白质等一般氨基酸、明胶等C·H·O糖、有机酸、醇、脂类等葡萄糖、蔗糖、淀粉、糖蜜等C·H烃类天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等无机碳C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3NaHCO3、CaCO3等微生物的碳源谱微生物工业发酵中用做碳源的原料：饴糖、糖蜜、淀粉（玉米、大米、高粱等）、麸皮、各种碎米、米糠等。定义：在微生物生长过程中，为微生物提供氮素来源的物质。功能：⑴提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢物等的原料；⑵少数细菌可以铵盐、亚硝酸盐等氮源为能源。种类：⑴无机氮——可以利用无机氮源合成生长所需各种氨基酸的微生物是氨基酸自养型微生物。⑵有机氮——直接从环境吸收现成氨基酸作氮源的微生物是氨基酸异养微型生物。二、氮源（Nitrogensource）类型

元素水平化合物水平培养基原料水平有机氮N·C·H·O·X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等尿素、蛋白胨、明胶等无机氮N·HNH3、铵盐等(NH4)2SO4等N·O硝酸盐等KNO3等NN2空气微生物的氮源谱微生物工业发酵中用做氮源的原料：尿素、鱼粉、蚕蛹粉、豆饼、豆粕等。定义：为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素（包括大量元素和微量元素）的物质，多以无机盐的形式供给。功能：维持生物大分子和细胞结构的稳定性，调节并维持细胞的渗透压，控制细胞的氧化还原电位，作为能源。种类：⑴大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe（微生物生长所需浓度在10-3~10-4mol/L）⑵微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co（微生物生长所需浓度在10-6~10-8mol/L）

一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化合物。三、无机盐（Inorganicsalt）定义：一类对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简单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。不同微生物需求的生长因子的种类和数量不同。按微生物对生长因子的需要与否，可分为生长因子自养型、异养型和过量合成的微生物三种。种类：常见的生长因子分为维生素、氨基酸、嘌呤嘧啶三大类。配制培养基时，可加入生长因子含量丰富的天然物质如酵母膏、玉米浆、肝浸汁等。四、生长因子（

Growthfactor）微生物对水的需要程度（水对微生物生长的影响）常用环境（或基质）中的水活度值（wateractivity,

w）表示。所谓

w就是水的有效浓度。几类微生物生长最适

w

微生物

w

一般细菌0.91

酵母菌0.88

霉菌0.80

嗜盐细菌0.70

嗜盐真菌0.65

嗜高渗酵母0.60五、水（Water）1、化学物质⑴有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）⑵无机物：化能自养微生物的能源主要为一些还原态的无机物（不同于碳源如NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+）,能利用这些能源都是一些原核生物，包括亚硝酸细菌、硝酸细菌、硫细菌、氢细菌和铁细菌等。2、光能光能自养和光能异养微生物的能源。六、能源（Energysource）第二节微生物的营养类型根据能源、氢供体和碳源可将微生物划分为以下几种营养类型：

或称为光能无机营养型，是一类具有光合色素、能利用光能，并以水或还原态无机物为氢供体来同化C02的微生物。1.产氧光合作用

光能

蓝细菌：CO2＋H2O[CH2O]+O2↑

叶绿素2.不产氧的光合作用

光能

紫硫细菌：CO2＋2H2S[CH2O]+2S+H2O

绿硫细菌

菌绿素

需要厌氧、光照、以还原态无机硫化物（H2S、S、S2O32-）为氢供体。

一、光能自养型微生物(a)紫硫细菌生活的水域(b)硫粒

或称为光能有机营养型，以CO2及简单的有机物为主要碳源或唯一碳源，以简单有机物（如甲醇、乙酸）作为氢供体，利用光能同化C02的微生物。

紫色非硫细菌群中的红螺菌属就是这种营养类型的典型代表，需少量简单有机物与硫化物一起作为氢供体，在黑暗、有氧条件下进行化能异养的生活，在有光、厌氧条件下表现为光能异养。

光能

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

菌绿素

二、光能异养型微生物

或称为化能无机营养型,以无机物如氢气、硫化氢、二价铁离子氧化释放的能量和CO2为碳源生长的微生物。

这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌等，它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。

三、化能自养型微生物

多数微生物属于化能异养型，其生长所需要能量、碳源和氢供体都来自于有机物。

根据化能异养型微生物利用有机物的特性，又可以将其分为下列两种类型：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。

四、化能自养型微生物第三节微生物吸收营养物质的方式

一、单纯扩散（simplediffusion）可运送的养料有限，水、一些气体（O2、CO2），及一些小分子营养物质（乙醇、甘油）等。

通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及硫酸盐等。

二、促进扩散（facilitateddiffusion）

通过主动运输转运的物质有K+、Ca2+、乳糖、葡萄糖等糖类、氨基酸等。Na+-K+-ATP酶系统

利用ATP能量将Na+由细胞内“泵”出胞外，并将K+“泵”入胞内。

三、主动运输（activetransport）

基团转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中，主要用于葡萄糖、果糖、甘露糖、碱基、核苷与脂肪酸等的运输。磷酸转移酶系统

四、基团转位（grouptranslocation）

4种运送营养物质方式的比较第四节培养基定义：应科研或生产的需要，由人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物用的营养基质（混合养料）。特点：任何培养基都应具备微生物所需要的五大营养要素，且应比例适当。所以一旦配成必须立即灭菌。用途：促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生物菌种；鉴定微生物种类；微生物细胞计数；菌种保藏；制备微生物制品。培养基的配制原则目的明确营养协调条件适宜经济节约

一、选用和设计培养基的原则和方法根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培养基。

培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为：

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

培养化能异养型的细菌的培养基组成为：葡萄糖1gNaCl5g

蛋白胨10g

酵母粉5gH2O1000mL

（一）目的明确注意各种营养物质的浓度与配比。培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好，营养物质浓度过低时不能满足微生物正常生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用。碳氮比（C/N）直接影响微生物生长与繁殖及代谢物的形成与积累，故常作为考察培养基组成时的一个重要指标。

速效性氮（或碳）源与迟效性氮（或碳）源的比例各种金属离子间的比例

碳源中的碳原子的mol数氮源中所含的氮原子的mol数C/N比值=

（二）营养协调1.pH:各类微生物的最适生长pH值各不相同细菌：7.0~8.0 放线菌：7.5~8.5

酵母菌：3.8~6.0 霉菌：4.0~5.8

在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物质的利用和代谢产物的形成与积累，培养基的初始pH值会发生改变，为了维持培养基pH值的相对恒定，通常采用下列两种方式：内源调节：在培养基里加一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐；调节培养基的碳氮比。外源调节：按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液。（三）理化适宜2.渗透压和aw

等渗溶液适宜微生物生长渗透压高渗溶液细胞发生质壁分离 低渗溶液细胞吸水膨胀，直至破裂各种微生物生长繁殖范围的αw值在0.99～0.60之间。3.氧化还原电势（Eh）氧化还原电势：物质失去或得到电子的难易程度。好氧微生物：0.3-0.4v

厌氧微生物：0.1v以下影响因素：氧分压越大，Eh越高；pH越大，Eh越低培养基中常用的还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫化钠、半胱氨酸、铁屑、谷胱甘肽或瘦牛肉粒等。天然培养基合成培养基含用化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基化学成分完全了解的物质配制而成的培养基高氏1号培养基、查氏培养基半合成培养基主要以化学试剂配制，还添加天然成分的培养基（一）按成分不同划分

二、培养基的类型及应用固体培养基液体培养基在液体培养基中加入一定量凝固剂，使其成为固体状态，琼脂含量一般为1.5%～2.0%琼脂含量一般为0.2%～0.7%，观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定不加任何凝固剂半固体培养基固体培养基常