食品微生物课件6

第三章 微生物的营养第一节 微生物细胞的化学组 成和营养要素微生物细胞水 :70%-90%干物质 有机物 蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等及其降解产物无机物（盐）微生物 动物 植物之间存在 “营养上的统一性 ”细胞化学元素组成 :主要元素 :碳 氢 氧 氮 磷 硫 钾 镁 钙 铁等微量元素 :锌 锰 钠 氯 钼 硒 钴 铜 钨 镍 硼等一、微生物细胞的化学组成微生物细胞化学组成成分析表明，与其他高等动植物细胞一样，细胞也是 常 量元素 碳、氢、氧、氮、磷、硫 （这六种元素占细菌细胞干重的 97）和 微量元素 钼、锰、锌、钴 等构成。微生物细胞中这些元素主要以 蛋白质、糖、脂、核酸、维生素 及它们的 降解产物、代谢产物 等有机物质，水和无机盐等无机物质的形式存在。 水 是细胞中的一种主要成分，一般可占细胞干重的 80以上。一、微生物细胞的化学组成微生物细胞中碳、氢、氧、氮的含量（干物质的）微生物种类 C N H O细菌 / Bacteria 50 15 8 20酵母 / Yeast 49.8 12.4 6.7 31.1霉菌 / Mold 47.9 5.2 6.7 40.2一、微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成主要成分 细菌 酵母菌 霉菌水分 7585 7080 8590（占细胞鲜重的 %）蛋白质 5080 3275 1415 占 细 碳水化合物 1228 2763 740胞 干 脂肪 520 215 440 重的 核酸 1020 6 8 1%无机盐 230 3.87 612一、微生物细胞的化学组成二、微生物的营养物质及其生理功能营养（ nutrition）：微生物从环境中吸收营养物质并加以利用的过程即称为微生物的营养。营养物（ nutrient）：那些能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质通常称为微生物的营养物质。二、微生物的营养物质及其生理功能微生物的 六大营养物质 ：碳源、氮源、 能源 、无机元素、生长因子、水分 微生物和动物、植物营养要素的比较生物类型营养要素动物（异养）微生物 绿色植物（自养） 异养 自养碳源 糖类脂肪 糖、醇、有机酸等 二氧化碳、碳酸盐等二氧化碳、碳酸盐氮源 蛋白质或其降解物蛋白质或其降解物有机或无机氮化物、氮无机氮化物、氮气无机氮化物能源 与碳同 与碳同 氧化无机物或利用日光能利用日光能生长因子 维生素 一部分需要维生素等 不需要 不需要无机元素 无机盐 无机盐 无机盐 无机盐水分 水 水 水 水二、微生物的营养物质及其生理功能1、水分水分是生物细胞的主要化学成分，其重要的 生理功能 表现在下列几个方面：1. 细胞的构成成分2.一系列生理生化反应的反应介质3.参与许多生理生化反应4. 有效地控制细胞内的温度变化各类微生物细胞中的含水量微生物类型 细 菌 霉 菌 酵母菌 芽 孢 孢 子水分含量（%）75 85 85 90 75 80 40 38二、微生物的营养物质及其生理功能2、碳源物质凡是提供微生物营养所需的碳元素（碳架）的营养源， 称为 碳源 。碳源物质的功能 ： 构成细胞物质； 为机体提供整个生理活动所需要的能量（异养微生物）微生物的碳源谱 无机含碳化合物 ：如 CO2和碳酸盐等。 有机含碳化合物 ：糖与糖的衍生物、脂类、醇类、有机酸、烃类、芳香族化合物以及各种含氮的化合物。二、微生物的营养物质及其生理功能2、碳源物质碳源的利用次序：“ CHO ” 型中糖类是最广泛利用的碳源，其次是有机酸类、醇类和脂类等。在糖类中，单糖优于双糖，已糖优于戊糖不，葡萄糖、果糖优于甘露糖。此外，要避免 CHONX 和CHON 类有机物的浪费。二、微生物的营养物质及其生理功能3、氮源物质氮源 (nitrogen source) 凡是提供微生物营养所需的氮元素的营养源，称为氮源。氮源物质的作用： 合成细胞物质中的含氮物质（蛋白质和核酸等）。微生物营养要求的氮素物质类型：1） 空气中分子态氮2） 无机氮化合物 3） 有机氮化合物实验室常用的氮源： 碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。生产上常用的氮源： 硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。二、微生物的营养物质及其生理功能3、氮源物质二、微生物的营养物质及其生理功能4、无机元素无机盐： 微生物生长必不可少的一类营养物质，它们为机体生长提供多种重要的生理功能，包括 常量元素 和 微量元素 。常量元素： P、 S、 K、 Mg、 Ca、 Na、 Fe等。（微生物生长所需浓度在 10-310-4mol/L）微量元素： Cu、 Zn、 Mn、 Mo、 Co等。（微生物生长所需浓度在 10-610-8mol/L）细胞内一般分子成分（ P、 S、 Ca、 Ma 、 Fe等）一般功能 渗透压的维持（ Na+等） 生理调节物质 酶的激活剂（ M a2+等）常量元素 pH的稳定无 化能自养菌的能源（ S、 Fe2+、 NH4+、 NO2-等）机 特殊功能 盐 无氧呼吸时的氢受体（ NO3-、 SO42-等） 酶的激活剂（ Cu2+、 Mn2+ 、 Zn2+等）微量元素 特殊分子结构成分（ Co、 Mo等）二、微生物的营养物质及其生理功能无机盐的生理功能无机盐的生理功能4、无机元素生长因子（ growth factor） 是一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物。主要包括： 维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶及其衍生物，此外还有甾醇、 胺类、脂肪酸等。二、微生物的营养物质及其生理功能5、生长因子缺乏合成生长因子能力的微生物称为 “ 营养缺陷型 ” 微生物。二、微生物的营养物质及其生理功能6、能源能源： 指能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。微生物的能源谱：有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）化学物质 能源谱 无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源化能自养微生物的能源物质： 是一些还原态的无机物质，例如： NH4+、 NO2-、 S、 H2S、 H2、 Fe2+ 等，能利用这些物质作为能源的全部是细菌，如：硝酸细菌、亚硝酸菌、硫化细菌、硫细菌、氢细菌和铁细菌等。 这些无机养料常常是 双功能 的 （如： NH4+ 既是硝酸细菌的能源，又是它的氮源。）二、微生物的营养物质及其生理功能6、能源有机营养物 常有 双功能或三功能 作用，既是异养微生物的能源，又是它们的碳源或氮源。辐射能 是单功能的，只为光能微生物提供能源。第三章 微生物的营养第二节 微生物对营养物 质的吸收微生物吸收营养物质的方式l单纯扩散l促进扩散l主动运输l基团移位一、单纯扩散单纯扩散 是 非特异性的营养物质吸收方式 ：营养物质通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散。在扩散过程中营养物质的结构不发生变化 ：即既不与膜上的分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化。物质运输的速率与胞内外营养物质的浓度差有关 ，即随细胞膜内外该物质浓度差的降低而减小，直到胞内外物质浓度相同。扩散是一个不需要代谢能的运输方式 ，因此，物质不能进行逆浓度运输。二、促进扩散促进扩散的特点：营养物质本身在分子结构上也不会发生变化不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输 运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定 需要细胞膜上的载体蛋白参与物质 运输 被运输的物质有高度的立体专一性载体只影响物质的运输速率 ,并不改变该物质在膜内外形成的动态平衡状态 ;这种性质都类似于酶的作用特征 ,因此载体蛋白也称为透过酶 ;透过酶大都是诱导酶 ,只有在环境中存在机体生长所需的营养物质时 ,相应的透过酶才合成 .三、主动运输（微生物吸收营养物质的主要方式）主动运输的特点：消耗代谢能可以进行逆浓度运输的运输方式需要载体蛋白参与对被运输的物质有高度的立体专一性运输物质所需能量来源 :*好氧微生物与兼性厌氧微生物直接利用呼吸能*厌氧型微生物利用化学能 (ATP)*光合微生物利用光能*嗜盐细菌通过紫膜 (purple membrane)利用光能四、基团转位基团转位 是一种特殊的主动运输。 与普通的主动运输相比 ， 营养物质在运输的过程中发生了化学变化，分子结构发生改变。 其余特点与主动运输相同。基因转位主要存在于厌氧微生物中，也主要是用于单（或双）糖与糖的衍生物，以及核苷与脂肪散的运输 。大肠杆菌吸收糖的基团转位方式大肠杆菌吸收糖依赖于磷酸烯醇式丙酮酸（ PEP） -糖磷酸转移酶系统，其运输的步骤如下：(1) 热稳定蛋白的激活：PEP+HPr 酶 1 丙酮酸 +P-HPr(2) 糖被磷酸化后运入膜内P-HPr+糖 酶 2 糖 -P+HPr四、基团转位五、四种运输系统的模式比较 比较项目 单纯扩散 促进扩散 主动运输 基团转位特异载体蛋白运输速度物质运输方向胞内外浓度运输分子能量消耗运输后物质的结构无慢由浓至稀相等无特异性不需要不变有快由浓至稀相等特异性不需要不变有快由稀至浓胞内浓度高特异性需要不变有快由稀至浓胞内浓度高特异性需要改变第三章 微生物的营养第三节 微生物的营养类型异养型生物自养型生物生长所需要的营养物质生物生长过程中能量的来源 光能营养型 化能营养型光能自养型 :以光为能源 ,不依赖有机物即可正常生长光能异养型 :以光为能源 ,但生长需要一定的有机营养化能自养型 :以无机物的氧化获得能量 ,生长不依赖有机营养物化能异养型 :以有机物的氧化获得能量 ,生长依赖于有机营养物质一、营养类型分类微生物营养类型 ()一、营养类型分类微生物的营养类型 ()一、营养类型分类1光能无机自养型（光能自养