微生物对培养基中碳源的代谢

微生物发酵机理是指微生物通过其代谢活动,利用基质合成人们所需要的产物的内在规律。 由于微生物的种类、遗传性状和环境条件不同,微生物所能积累的产物不同,主要有微生物菌体、微生物酶和代谢产物,微生物的代谢产物很多,如酒精、丙酮丁醇、有机酸、氨基酸、核苷酸、蛋向质、抗生素、维生素、脂肪、多糖等。这些产物中有些是某种微生物在一定的环境条件下所生成的,如洒精和乳酸。也有许多产物是生理正常的微生物不能过量积累的,必须是具有特异的生理特征的微生物才能积累。 人为地改变微生物的代谢调控机制,使有用中间代谢产物过量积累,这种发酵称为代谢控制发酵。微生物积累某种产物,取决于微生物遗传性状和环境条件,要控制微生物发酵的方向和质量,首先要研究微生物的生理代谢规律,就是生物合成各种代谢产物的途径和代谢调节机制,环境因素对代谢方向的影响以及改变微生物代谢方向的措施,这就是发酵机理的研究内容。 微生物的碳素营养物质主要包括淀粉、纤维素、半纤维索、几丁质和果胶多糖类及其水解产物,其中最重要的是淀粉及其水解产物—葡萄糖。淀粉之所以是微生物重要的碳素营养物质,一是来源广泛而且十分丰富,农副产品和野生植物都含有大量的淀粉,二是能被大多数微生物分解利用。因此,在发酵生产中常以淀粉作碳源,经微生物转化,而生成一系列的发酵产品。 微生物分解淀粉是在淀粉酶类催化作用下进行的。根据微生物淀粉酶类作用机制不同,可分为a-淀粉酶、p-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶等类型。这些酶类共同对淀粉分鳃的结果,形成葡萄糖和果糖等已糖类物质。绝大多数异养菌都能利用葡萄糖等作碳源和能源,其他已糖均需转化为葡萄糖后再进一步被分解利用。 不同类型的微生物对葡萄糖分解方式和途径也不一样: 1.碳源的厌氧分解 兼性和专性厌氧菌均能在无氧的条件下,对葡萄糖进行分解,并可生成多种多样的代谢产物,人们正是利用微生物的这些转化特性,形成了许多工业发酵产品。如酒精、乳酸、丙酮与丁醇等。 2.碳源的有氧分解 有氧分解葡萄糖时,出现异常代谢,就有可能导致代谢途径中某一中间产物的积累,而成为人类所需的发酵产品。在发酵工业中,如柠檬酸发酵,谷氨酸发酵以及很多的抗生素发酵生产,就是人为干扰微生物菌体内葡萄糖分解代谢,而造成一些中间代谢产物或次级代谢产物积累。 本文参考《发酵工程原理与技术》一书。
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