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醋酸桿菌

醋酸桿菌

醋酸桿菌是一類能使糖類和酒精氧化成醋酸等產物的短桿菌。細胞橢圓或短桿,0.8-1.2μm× 1.5-2.5μm,單生、成對偶爾成短鏈;細胞端尖或平。革蘭氏陽性。運動,亞極生的單鞭毛或兩根鞭毛。不產芽孢。極端嚴格好氧,化能無機營養,氧化氫、還原CO2生成乙酸。也可營化能有機營養,發酵果糖和其他底物幾乎只產生乙酸。乙酸是代謝的有機終產物。不產生接觸酶。最適生長溫度30℃。廣泛分佈於水生環境中。在液體培養基的表面容易形成菌膜,常存在於醋和醋的食品中。工業上可以利用醋酸桿菌釀醋、製做醋酸和葡萄糖酸等。

形態特徵


細胞呈橢圓形桿狀,革蘭氏染色陽性,無芽孢,有鞭毛或無鞭毛,不產色素,液體培養形成菌膜。
醋酸桿菌
醋酸桿菌

生化特性


化能異養型,能利用葡萄糖果糖、蔗糖、麥芽糖、酒精作為碳源,可利用蛋白質水解物、尿素、硫酸銨作為氮源,生長繁殖需要的無機元素有P、K、Mg。嚴格好氧,具有醇脫氫酶、醛脫氫酶等氧化酶類,因此除能氧化酒精生成醋酸外,還可氧化其他醇類和糖類生成相應的酸和酮。
最適生長溫度30-35℃,不耐熱。最適生長pH為3.5-6.5。某些菌株耐酒精和耐醋酸能力強。不耐食鹽,因此醋酸發酵結束后,添加食鹽除調節食醋風味外還可防止醋酸菌繼續將醋酸氧化為CO2和H2O。

分佈範圍


醋酸桿菌屬在自然界分佈較廣,在發酵的糧食,腐敗的水果、蔬菜和果汁、醋或酒精飲料中都有醋酸桿菌存在。紋膜醋酸桿菌常使葡萄酒和果汁變酸。

主要菌種


(1)紋膜醋酸桿菌
培養時液面形成乳白色、皺褶狀的黏性菌膜。搖動時,液體變混。能產生葡萄糖酸,最高產醋酸量8.75%。生長溫度範圍4℃-42℃,最適生長溫度30℃能耐14%-15%的酒精。
(2)奧爾蘭醋酸桿菌
它是紋膜醋酸桿菌的亞種,也是法國奧爾蘭地區用葡萄酒生產食醋的菌種。能產生葡萄糖酸,產酸能力較弱,最高產醋酸量2.9%,耐酸能力強。生長溫度範圍7℃-39℃,最適生長溫度30℃。
(3)許氏醋桿菌
它是法國著名的速釀食醋菌種,也是釀醋工業重要的菌種之一。產酸能力強,最高產醋酸量達11.5%。對醋酸沒有進一步的氧化作用,耐酸能力較弱。最適生長溫度25℃-27.5℃,最高生長溫度37℃。
(4)AS1.41醋酸桿菌
它屬於惡臭醋酸桿菌的混濁變種,是我國釀醋工業常用菌種之一。細胞桿狀,常成鏈排列。固體培養菌落表面光滑,灰白色,液體培養液面形成菌膜並沿容器上升,液體不混濁。產醋酸量6%-8%,產葡萄糖酸能力弱,可將醋酸進一步氧化為CO2和H2O。最適生長溫度28℃-30℃,最適生長pH3.5-6.5。耐酒精濃度8%。
(5)滬釀1.01醋酸桿菌
它屬於巴氏醋酸桿菌的亞種,是從丹東速釀醋中分離得到的,也是我國釀醋工業常用菌種之一。細胞桿狀,常成鏈排列,液體培養時液面形成淡青色薄層菌膜。氧化酒精生成醋酸的轉化率達93%-95%。

發酵原理


它們之中既有好氧性的醋酸細菌,也有厭氧性的醋酸細菌。
好氧性的醋酸細菌
例如紋膜醋酸桿菌(Acetobacter aceti),氧化醋酸桿菌(Acetobacter oxydans),巴氏醋酸桿菌(Acetobacter pasteurianus),氧化醋酸單胞菌(Acetomonas oxydans)等。
好氧性的醋酸細菌進行的是好氧性的醋酸發酵,在有氧條件下,能將乙醇直接氧化為醋酸,是醋酸細菌的好氧性呼吸,其氧化過程是一個脫氫加水的過程:
總反應式為: CH3CH2OH+O2=CH3COOH+ H2O
厭氧性的醋酸細菌
例如熱醋酸梭菌(Clostriolium themoacidophilus),膠醋酸桿菌(Acetobacter xylinum)等。
厭氧性的醋酸細菌進行的是厭氧性的醋酸發酵,其中熱醋酸梭菌能通過EMP途徑發酵葡萄糖,產生3M醋酸。研究證明該菌只有丙酮酸脫羧酶和COM,能利用CO2作為受氫體生成乙酸。
總反應式:C6H12O6+ 4(ADP+Pi)→3CH3COOH+4ATP

主要價值


好氧性的醋酸發酵是制醋工業的基礎。制醋原料或酒精接種醋酸細菌后,即可發酵生成醋酸發酵液供食用,醋酸發酵液還可以經提純製成一種重要的化工原料—冰醋酸。厭氧性的醋酸發酵是我國用於釀造糖醋的主要途徑。
醋是由醋酸桿菌發酵產生的。醋酸的酸味很強烈,家庭用的食醋中只含有3~6%的醋酸。在發酵過程中,細菌還能產生一些諸如乙酸乙酯一類的產物,使醋有好聞的香氣。
利用醋酸桿菌對水果進行發酵還能製造出易貯藏,又好吃的甜食果脯。
徠醋酸桿菌還能將山梨中的山梨醇轉化成山梨糖,這在自然界中少有,卻是合成VC的主要原料。
另外,醋酸桿菌還可以用於生產澱粉酶和果膠酶。

主要危害


醋酸桿菌具有較強的氧化能力,它可使水果腐敗、蔬菜腐爛、酒類和果汁變質。
醋酸桿菌能將酒進一步氧化成醋酸。造酒時如果條件掌握不好,醋酸桿菌就會將美酒變成醋酸。所以,釀酒師傅總是把酒桶蓋的嚴嚴實實,不讓醋酸桿菌混入酒桶。

分離純化


材料
樣品:取發酵成熟的固體醋醅30g。
培養基:米曲汁碳酸鈣乙醇培養基或葡萄糖碳酸鈣培養基。
試劑:1%三氯化鐵溶液,革蘭氏染色液,0.1mol/LNaOH標準溶液,1%酚酞指示劑,無菌水等。
器皿:平皿,三角瓶,吸管,試管,玻璃珠等。
方法與步驟
富集培養
滅菌后,取500mL三角瓶裝入30mL米曲汁液體培養基(其中含有0.0002%結晶紫和3%-5%的乙醇),加入1-2g樣品經30℃振蕩培養24h,若測定增殖液的pH明顯下降、有醋味、鏡檢細胞革蘭氏染色、形態與醋酸菌符合即可分離。
傾注法分離
①取增殖液1mL於裝有9mL無菌水三角瓶中(內含玻璃珠數粒),搖勻后,以10倍稀釋法依次稀釋至10,然後分別取10、10、10三個稀釋度的稀釋液各1mL置於無菌平皿中,每個稀釋度平行兩個平皿;
②熔化米曲汁碳酸鈣培養基,稍冷后加入3%的無水乙醇,搖勻,待冷至45℃-50℃,迅速傾入上述各皿,輕輕搖勻,待凝固後置於30℃,保溫培養2-3d。觀察小菌落的出現,醋酸菌因產生醋酸溶解了培養基中的碳酸鈣,而使菌落周圍產生透明圈,圈的大小因菌而異。
③挑透明圈不同的菌落於米曲汁碳酸鈣乙醇斜面培養基上,30℃培養24-48h。
性能測定
將上述各分離株分別接入米曲汁液體培養基中(300mL三角瓶裝有20mL培養基),加無水乙醇至終濃度為5%,30℃振蕩培養24h。
①鏡檢:細胞呈整齊的橢圓或短桿狀。
②醋酸的定性分析:取發酵液5mL於潔凈的試管中,用10%NaOH液中和,加l%三氯化鐵溶液2-3滴,搖勻,加熱至沸,如有紅褐色沉澱產生而原發酵液已變得五色,即可證明是醋酸。
③生酸量的測定:取發酵液1mL於250mL三角瓶中,加中性蒸餾水20mL、酚酞指示劑2滴,用0.1mol氫氧化鈉溶液滴定至微紅色,計算產酸量。