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釀造微生物生態系統

釀造食品多為固態發酵,了解微生物在可溶性基質上坐長和在固體基質上生長的不同是重要的。首先,對完全溶解的培養基來說,所有基質都是同樣可選擇利用的,而對一種固體培養基來說,在開始時,基質的大部分是細胞和酶所接觸不到的;其次在液體分批培養過程中,可利用的溶解基質的量總是在降低。 而在利用固體培養基生長的不同階段,可接近的基質量可以降低,也可以升高或維持恒定。因而,基質的可及性是微生物在固體基質上生長的重要參數;第三,不溶性的固體物質一般都是由大分子多聚物組成,這些多聚物不能自由地通過細胞膜的滲透屏障。 因而。在進入細胞之前"固形物必須先由微生物及其酶進行適當轉化,轉化速度往往是決定生長速度的重要因素。固體基質發酵一詞可以有廣義和狹義兩種含義。 廣義地講,可以指一切使用不溶性固體基質來培養微生物的工藝過程,既包括將固體懸浮在液體中的深層發酵,也包括在沒有(或幾乎沒有)游離小的濕固體材料上培養微生物的所謂固態發酵。在多數情況下,固體基質發酵被專門用來指后者。 微生物對固體基質的利用受到多種不同的物理化學因素的影響,有些因素是利用了可溶性基質培養微生物時所沒有或不重要的。這些影響固體基質發酵動力學的因素可分為兩組,第一組涉及固形物的宏觀形態和性質,如形狀、比表面積(單位質量固形物的表面積)、結晶度和無定形性、固體內的可擴散性、多孔性及固體表面的可傳質性及其變化速度。 另一組因素與多聚物轉化相關。多聚物的分子必須在細胞外先部分水解成能穿過的細胞膜的亞單位,才能被吸收利用,影響轉化的因子包括降解酶的合成、分泌及調節等。 微生物的降解酶可以釋放到環境中去,或以某種方式結合在細胞的外表面上。在某些條件下,如細胞死亡或環境變化時,附著酶也能釋放出去,形成細胞外酶和細胞結合酶的混合物。細胞外酶可以強烈地吸附在不溶性基質上,而在培養濾液中測不出來。 對作用于不溶性基質的細胞結合酶來說,細胞必須非常緊密地接觸基質,在培養濾液中找不到胞外酶,有可能是因為酶是與細胞結合或與基質結合的結果。也有可能是酶的基本部分是與細胞結合的,而其余的部分向外分泌。 革蘭氏陽性菌傾向于把其大部分降解酶釋放到培養基中,而革蘭氏陰性菌(特別是野生型)把這些酶緊密地連結在細胞壁上。這一差別可能與它們的細胞包被結構上的差異有關。Costerton等人認為,這可能具有生態學意義。 革蘭氏陰性細菌較適于生活在稀釋液環境中,其與細胞壁結合的酶不易被沖掉,同時,酶解產物也靠近細胞的運轉系統,從而減少了由培養液的稀釋而損失的危險。這可能是河水,海水中發現的大部分細菌是革蘭氏陰性菌原因。而向外釋放降解的革蘭氏陽性菌更適于在基質較濃的環境中生長。 本文參考《發酵微生物學》一書。
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