酿造微生物生态系统

酿造食品多为固态发酵,了解微生物在可溶性基质上坐长和在固体基质上生长的不同是重要的。首先,对完全溶解的培养基来说,所有基质都是同样可选择利用的,而对一种固体培养基来说,在开始时,基质的大部分是细胞和酶所接触不到的;其次在液体分批培养过程中,可利用的溶解基质的量总是在降低。 而在利用固体培养基生长的不同阶段,可接近的基质量可以降低,也可以升高或维持恒定。因而,基质的可及性是微生物在固体基质上生长的重要参数;第三,不溶性的固体物质一般都是由大分子多聚物组成,这些多聚物不能自由地通过细胞膜的渗透屏障。 因而。在进入细胞之前"固形物必须先由微生物及其酶进行适当转化,转化速度往往是决定生长速度的重要因素。固体基质发酵一词可以有广义和狭义两种含义。 广义地讲,可以指一切使用不溶性固体基质来培养微生物的工艺过程,既包括将固体悬浮在液体中的深层发酵,也包括在没有(或几乎没有)游离小的湿固体材料上培养微生物的所谓固态发酵。在多数情况下,固体基质发酵被专门用来指后者。 微生物对固体基质的利用受到多种不同的物理化学因素的影响,有些因素是利用了可溶性基质培养微生物时所没有或不重要的。这些影响固体基质发酵动力学的因素可分为两组,第一组涉及固形物的宏观形态和性质,如形状、比表面积(单位质量固形物的表面积)、结晶度和无定形性、固体内的可扩散性、多孔性及固体表面的可传质性及其变化速度。 另一组因素与多聚物转化相关。多聚物的分子必须在细胞外先部分水解成能穿过的细胞膜的亚单位,才能被吸收利用,影响转化的因子包括降解酶的合成、分泌及调节等。 微生物的降解酶可以释放到环境中去,或以某种方式结合在细胞的外表面上。在某些条件下,如细胞死亡或环境变化时,附着酶也能释放出去,形成细胞外酶和细胞结合酶的混合物。细胞外酶可以强烈地吸附在不溶性基质上,而在培养滤液中测不出来。 对作用于不溶性基质的细胞结合酶来说,细胞必须非常紧密地接触基质,在培养滤液中找不到胞外酶,有可能是因为酶是与细胞结合或与基质结合的结果。也有可能是酶的基本部分是与细胞结合的,而其余的部分向外分泌。 革兰氏阳性菌倾向于把其大部分降解酶释放到培养基中,而革兰氏阴性菌(特别是野生型)把这些酶紧密地连结在细胞壁上。这一差别可能与它们的细胞包被结构上的差异有关。Costerton等人认为,这可能具有生态学意义。 革兰氏阴性细菌较适于生活在稀释液环境中,其与细胞壁结合的酶不易被冲掉,同时,酶解产物也靠近细胞的运转系统,从而减少了由培养液的稀释而损失的危险。这可能是河水,海水中发现的大部分细菌是革兰氏阴性菌原因。而向外释放降解的革兰氏阳性菌更适于在基质较浓的环境中生长。 本文参考《发酵微生物学》一书。
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