微生物對培養(yǎng)基中碳源的代謝
微生物發(fā)酵機(jī)理是指微生物通過其代謝活動，利用基質(zhì)合成人們所需要的產(chǎn)物的內(nèi)在規(guī)律。
由于微生物的種類、遺傳性狀和環(huán)境條件不同，微生物所能積累的產(chǎn)物不同，主要有微生物菌體、微生物酶和代謝產(chǎn)物，微生物的代謝產(chǎn)物很多，如酒精、丙酮丁醇、有機(jī)酸、氨基酸、核苷酸、蛋向質(zhì)、抗生素、維生素、脂肪、多糖等。這些產(chǎn)物中有些是某種微生物在一定的環(huán)境條件下所生成的，如灑精和乳酸。也有許多產(chǎn)物是生理正常的微生物不能過量積累的，必須是具有特異的生理特征的微生物才能積累。
人為地改變微生物的代謝調(diào)控機(jī)制，使有用中間代謝產(chǎn)物過量積累，這種發(fā)酵稱為代謝控制發(fā)酵。微生物積累某種產(chǎn)物，取決于微生物遺傳性狀和環(huán)境條件，要控制微生物發(fā)酵的方向和質(zhì)量，首先要研究微生物的生理代謝規(guī)律，就是生物合成各種代謝產(chǎn)物的途徑和代謝調(diào)節(jié)機(jī)制，環(huán)境因素對代謝方向的影響以及改變微生物代謝方向的措施，這就是發(fā)酵機(jī)理的研究內(nèi)容。
微生物的碳素營養(yǎng)物質(zhì)主要包括淀粉、纖維素、半纖維索、幾丁質(zhì)和果膠多糖類及其水解產(chǎn)物，其中最重要的是淀粉及其水解產(chǎn)物—葡萄糖。淀粉之所以是微生物重要的碳素營養(yǎng)物質(zhì)，一是來源廣泛而且十分豐富，農(nóng)副產(chǎn)品和野生植物都含有大量的淀粉，二是能被大多數(shù)微生物分解利用。因此，在發(fā)酵生產(chǎn)中常以淀粉作碳源，經(jīng)微生物轉(zhuǎn)化，而生成一系列的發(fā)酵產(chǎn)品。
微生物分解淀粉是在淀粉酶類催化作用下進(jìn)行的。根據(jù)微生物淀粉酶類作用機(jī)制不同，可分為a-淀粉酶、p-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和異淀粉酶等類型。這些酶類共同對淀粉分鰓的結(jié)果，形成葡萄糖和果糖等已糖類物質(zhì)。絕大多數(shù)異養(yǎng)菌都能利用葡萄糖等作碳源和能源，其他已糖均需轉(zhuǎn)化為葡萄糖后再進(jìn)一步被分解利用。
不同類型的微生物對葡萄糖分解方式和途徑也不一樣：
1.碳源的厭氧分解
兼性和專性厭氧菌均能在無氧的條件下，對葡萄糖進(jìn)行分解，并可生成多種多樣的代謝產(chǎn)物，人們正是利用微生物的這些轉(zhuǎn)化特性，形成了許多工業(yè)發(fā)酵產(chǎn)品。如酒精、乳酸、丙酮與丁醇等。
2.碳源的有氧分解
有氧分解葡萄糖時(shí)，出現(xiàn)異常代謝，就有可能導(dǎo)致代謝途徑中某一中間產(chǎn)物的積累，而成為人類所需的發(fā)酵產(chǎn)品。在發(fā)酵工業(yè)中，如檸檬酸發(fā)酵，谷氨酸發(fā)酵以及很多的抗生素發(fā)酵生產(chǎn)，就是人為干擾微生物菌體內(nèi)葡萄糖分解代謝，而造成一些中間代謝產(chǎn)物或次級代謝產(chǎn)物積累。
本文參考《發(fā)酵工程原理與技術(shù)》一書。
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