微生物應用工業微生物應用工業Ch3. Ch3. 微生物之一般特性微生物之一般特性

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阮雪芬阮雪芬Sep 24, 2002Sep 24, 2002

NTUTNTUT

www.ntut.edu.tw/~yukijuan/lectures/Microbio/Sep24.ppt

生理特性• 微生物的細胞含 :

– 碳水化合物– 脂肪– 蛋白質– 核酸– 各種維生素和礦物質

• 培養基– 營養物質 – 代謝物質

• 小麥與綠藻之生產成本比較 ( 表 3-1)• 人類細胞與微生物呼吸速度之比較 ( 表 3-2)

微生物對自然界物質循環之任務

• 地球上之物質循環 (Fig 3-1)• 氮元素之循環 (Fig3-2)

自然界微生物之存在 (1/5)• 土壤中之微生物 :

– 種類與數量為自然界最多– 又以細菌為最多 (107/1g)– 放線菌次之 (105~6/1g)– 黴菌 (104~5/1g)– 酵母很少

• 空氣中之微生物– 微生物以本身 , 或附在塵粒中 , 或含在水滴中– 空中落下菌之菌群別分布 (Table3-4)

自然界微生物之存在 (2/5)• 淡水及海洋中之微生物

– 淡水 :Pseuodomonas 屬 & Alcaligenes 屬•自淨作用•BOD: 生物化學的氧需求量•污水常見微生物 :

– 細菌 : Sphaerotilns or Beggiotoa– 黴菌 : Geotrichum Candidum

– 海洋 : 存在很多革蘭氏陰性菌•海洋細菌多屬好鹽性 , 且大部為好冷菌

自然界微生物之存在 (3/5)• 植物與微生物

– 根圈– 根瘤 : 豆科植物的根瘤中共生一種能固定空

中氮的根瘤菌– 菌根 : 植物的根共生真菌類

•外生菌根 : 菌絲不會進入根細胞 , 如松茸•內生菌根 : 菌絲會進入根細胞

自然界微生物之存在 (4/5)• 動物與微生物

– 腸內菌•大腸菌•腸球菌•乳酸桿菌

– 反芻動物•Rummen 細菌為主

– 以纖維素分解菌最重要 (Table3-8)

自然界微生物之存在 (5/5)• 昆蟲與微生物

– 微生物常被昆蟲利用作為食物– 微生物殺蟲劑

菌體的成分• 菌體之主要成分 --- 水

– 生活 ( 營養 ) 細胞 (vegetable cell):70-85%– 孢子 : 很少

• 灰分 :– 細菌 :1-14%, 酵母 : 6-11%, 黴菌 : 5-13%– 一般以 P,K 最多

菌體的成分• 有機成分 (See biochem)

– Proteins

Only L amino acids are constituents of proteins

菌體的成分 ---有機成分

– Nucleic acids: DNA & RNA– Carbohydrate:10-60%

•貯存物質•細胞構造物質•核酸成分

菌體的成分 ---有機成分

– Lipids•Free lipid•Bound lipid

– Vitamins•Vitamin B: Co-enzyme

– B1: Cocarboxylase– B2: FAD– B6: Pyridoxal phosphate– Pantothenic acid: Coenzyme A– Nicotinic acid: NAD, NADP

微生物之營養 ---分類

(Table 3-17)• 微生物同化”碳”營養素有二種形式

– 獨立營養菌 (Autotrophic microbe)•光合成菌 : 利用光以產生能量•化學合成菌 : 氧化無機物獲得能量以合成菌體

– 從屬營養菌 (Heterotrophic microbe)•活物寄生 : 病原菌•死物寄生 : 發酵或腐敗微生物

微生物之營養 ---分類 (續 )

(Table 3-17)– 從屬營養菌 (Heterotrophic microbe)

•氮固定菌•No-exacting 菌•胺基酸要求菌•生長素要求菌•胺基酸及生長素要求菌

微生物之營養 ---一般必需之營養素

• 碳源– 單糖類 :葡萄糖 & 果糖– 雙糖類 : 蔗糖 or 麥芽糖

• 氮源• 無機鹽類 : P• 生長素

微生物之營養 ---微生物定量法

• Fig 3-10 原理

培養基及其調製法• 分類

– 依來源分• 天然培養基• 合成培養基• 半合成培養基

– 依形狀分• 液體• 固體

– 依用途分• 普通• 特殊

培養基及其調製法•製備

– 過濾– pH值的調節– 分注– 殺菌– 斜面及柱狀培養基– 培養基之保存

培養基及其調製法• 常用的天然培養基

– 麴汁– 麥芽汁– 肉汁

• 常用的人工培養基• 緩衝液

– Phosphate buffer– Tris buffer

微生物之增殖• 測定法

– Dry cell weight method– Cell volume method– Cell nitrogen content– Spectrophotomatic method– Total cell measurement(See Fig3-15&3-16)– Viable cell counts

微生物之增殖生長曲線與菌體增殖動力學

• dx/dt=ux• In E. Coli, one generation=20 mins3

times/1hr72times/24hrs• Theoretically, 272=4.72 x 1019, but not.

微生物之增殖生長曲線與菌體增殖動力學

• 生長曲線 : 半對數曲線– Lag phase– Log phase (Exponential phase)– Stationary phase– Death phase

微生物之增殖生長曲線與菌體增殖動力學

• 同調培養 (Synchronous culture)•方法 :

– 調節生理條件– 應用機械的物理方法

• 死亡速度 : -dx/dt=kx

微生物的增殖與環境因子• 氧

– 好氣性菌– 通性厭氣性菌– 厭氣性菌

• 溫度– 好冷菌– 好溫菌– 好熱菌

微生物的增殖與環境因子• 溫度

– 殺菌法• 間歇• 高壓

• 乾燥與水分活性• pH Value• 滲透壓 :

– 微生物在高滲透壓不易生長 ,故保存食品常添加鹽或糖

微生物的增殖與環境因子• Light and Radiation• 靜水壓• 化學藥品

– 抗微生物性物質 : 能殺滅細菌或抑制其生長的物質• 微生物間的交互作用

– 互利共生– 拮抗作用

微生物之化學反應• 氧化反應

-CH- -C- OH O

•還原反應 -C-C- -CH- O OH

微生物之化學反應• Decarboxylation

-CH2-COOH -CH3

• Deamination-CH- -CH2- NH2

• Glycosylation

微生物之化學反應• Hydrolysis

H-C-O-CH + H2OH-C-OH + HO-C-H• Methylation(加 CH3)

RS-SR RS-CH3 • Esterification

-COOH +R-OH -COOR• Dehyration

微生物之化學反應• Condensation• Amination• Acetylation• Amidation