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醋酸菌
來源:互聯網

醋酸菌(acetic acid bacteria),醋酸桿菌科的一類細菌。

醋酸菌根據鞭毛的形態可分為兩種周生鞭毛細菌和極生鞭毛細菌。醋酸菌形態為短桿或長桿細胞,單獨、成對或排列成鏈狀,不形成芽孢;革蘭氏染色,幼齡陰性,老齡不穩定,常為陽性,好氧,喜歡在含糖和酵母膏的培養基上生長。最適生長溫度為30℃左右,最適pH值為5.4~6.3。

醋酸菌廣泛分布于果園的土壤中、葡萄或其他漿果酸敗食物表面,以及未滅菌的醋、果酒、啤酒、黃米酒中。在糖源充足的條件下,食用醋酸菌可直接將葡萄糖轉變成醋酸;在氧氣充足的條件下可將乙醇氧化成醋酸,從而制成醋。生長過程中可產生乳白色的生物膜代謝產物含有纖維素,具有酸腥味,與酵母菌共生有促進生長的作用。

發現簡史

兩個多世紀以前,人們發現將啤酒、葡萄酒等酒精含量較低的酒精飲料放置空氣中稍久,液面上長一成薄膜,酒精逐漸變成醋酸。將此薄膜少許移植于啤酒或葡萄酒中則這些酒很容易變成醋,因此把形成薄膜的桿生物稱為¨醋母”。1822年PerSOn叫這種有生命的薄膜為酵母(Mycoderma),此詞的意義是指粘質薄膜或菌態薄膜,但沒有說明薄膜與食用醋酸發酵的關系。1837年KUtzing發現這種醋母是由小點生物(即現在所稱的細菌)所組成。但兩年之后,德國化學家Liebig認為¨醋母”是一種沒有生命的蛋白質沉淀。當時荷蘭著名葡萄酒化學家Muster對“醋母”的進行分析,沒有發現灰分,所以他也認為¨醋母”是一種蛋白質和纖維素的化合物,因此Liebig的學說得到了支持1852年ThomSOn通過對¨醋母”的精確分析發現,醋母”含有94.53%的水、5.134%有機化合物和0.336%的灰分,因此Milder的分析結果隨之被否定了。1864年Pasteur發表兩篇論文重新提起了Kitting的說法。他認為食用醋酸發酵是由一種微小菌體―醋酸醭酵母(Mycodermaaceti)所引起的,但并沒有對細菌的形態進行描述。直到1878年Hansen研究啤酒的自然發酵時發現,引起這種發酵至少有兩種細菌,一種為醋酸醭酵母,另一種為巴氏醭酵母(Mycodermapasteurianum)。后來被分別改稱為醋桿菌屬(Bacteriumaceti)和巴氏桿菌(Bacteriumpasteurianum)。1900年他又根據別人的發現增加了庫氏桿菌(hutzingianum)。他還對這三種醋酸菌的形態進行∫詳細的研究,為現代醋酸菌分類奠定了基礎。

分類

醋酸菌作為一類革蘭氏陰性、好氧的桿菌,從其發現至今,醋酸菌其分類地位和名稱較為混亂,經過了多次的變更和修訂。

早期的研究把醋酸菌歸類為一個屬,即醋酸桿菌屬(醋桿菌屬)。Frater通過不同的生化標準,把該屬細菌分成四個亞組:過氧化葡萄糖桿菌亞組(peroxydans)、氧化葡萄糖桿菌亞組(oxydans)、半氧化葡萄糖桿菌亞組(mesOxydans)和弱氧化葡萄糖桿菌亞組(suboxydαns)。隨后,Leifson(1954)把食用醋酸分為兩個屬:(1)醋酸桿菌屬(Acetobacter),該屬細菌有周生鞭毛并能氧化醋酸;(2)醋單孢菌屬(Aeeomnas),該屬細菌桿寄生鞭毛不能氧化醋酸。而Asαi等(1958)則把醋單孢菌屬(Acetomonas)更名為葡萄糖桿菌屬(葡糖桿菌屬)。

《伯杰細菌鑒定手冊》(第八版,1974)接受了醋酸菌的兩屬分類,即醋酸桿菌屬(不運動或借助周生鞭毛運動)和葡萄糖桿菌屬(不運動或借助極生鞭毛運動)。并把葡萄糖桿菌屬歸類于假單孢菌科(假單胞菌科),而醋酸桿菌屬不屬于任何一個科,單列屬。

《伯杰細菌系統學手冊》(第九版,1984)最終把這兩個屬歸于一個新的科―醋桿菌屬科(Acetobacteraceae),該科細菌獨有的特征是能把乙醇氧化成醋酸。其中醋酸桿菌屬包括四個種:醋化醋桿菌(Acetobeαcerαceti)、漢遜氏醋桿菌(Acetobacterhansenii)、液化醋桿菌(Acetobacterliquefaciens)和巴氏醋桿菌(Acetobacterpasteurianuma);葡萄糖桿菌屬只有一個種,即氧化葡萄糖桿菌(Gluconobαcteroxydans)。醋酸桿菌科兩個屬的區桿在于醋酸桿菌屬細菌能把乙醇氧化成醋酸并把醋酸氧化成H2O和CO2而葡萄糖桿菌屬只能把酒精氧化成醋酸。

鑒于對醋酸菌分類學研究的不斷深入,1993年,在《伯杰細菌系統學手冊》(第九版)的基礎,出版了《伯杰細菌鑒定手冊》(第九版)。該手冊仍然保留了醋酸菌的兩屬分類,只是增加了科數。手冊把醋酸桿菌屬的種數增加了3個(使該屬細菌種數達到7個),分別是:重氮營養醋桿菌(A.diazotrophicus),該種的細菌可以生長于30%的D-葡萄糖的培養基中;甲醇醋桿菌(A.methanolicus),可以以甲醇作為碳源;膠醋酸菌(A.xylinum),該種細菌分離自醋能夠在液面產生一層厚的、似革質的纖維素菌膠膜。膠醋酸菌和醋化醋桿菌非常相似,區別在于前者能夠在CaCO3-乙醇培養基上生長而后者不能。手冊把葡萄糖桿菌屬的種數也增加了2個種(使該屬細菌種數達到3個),即弗氏葡萄糖桿菌(C.frateurii)和淺井氏葡萄糖桿菌(G.asai)、其中弗氏葡萄糖桿菌可以以核糖醇做碳源,而淺井氏葡萄糖桿菌生長需要煙酸

根據日本朝井勇宣分類,醋酸桿菌依其發育最適溫度和特性分為兩大類:一類發育適溫在30℃以上,氧化酒精為醋酸的稱為醋酸桿菌;一類發育適溫在30℃以下,氧化葡萄糖為葡萄糖酸的稱為葡萄糖氧化桿菌。

(1)醋酸桿菌屬。在比較高的溫度下39-40℃,可以發育,增殖的適溫為30℃以上,主要作用是氧化乙醇食用醋酸,亦能氧化葡萄糖生成少量的葡萄糖酸,并可繼續氧化醋酸為二氧化碳和水。

(2)葡萄糖氧化桿菌屬。這屬菌能在比較低的溫度下(7-9℃)發育,增殖的適溫在30℃以下。主要作用是氧化葡萄糖為葡萄糖酸,亦能氧化酒精生成少量醋酸,但不能氧化醋酸為二氧化碳和水。

細胞形態

細胞橢圓形至桿狀,直或稍彎曲,以單個、成對或成鏈存在。醋酸菌有些菌株經常出現中出現退化類型。以周生鞭毛或側生鞭毛運動,或不運動。菌落灰白色,大多數菌株不產生色素,少數菌株產生褐色水溶性色素,或由于細胞內含卟啉而使菌落呈粉紅色。模式種為醋化醋桿菌(Acetobacteraceti)。

生長要求

醋酸菌為好氧菌,在實施液體靜置培養時,會在液面形成生物膜,但葡萄糖氧化成桿菌時不形成菌膜。在含有較高濃度乙醇食用醋酸的環境中,醋酸桿菌對缺氧非常敏感,中斷供氧會造成菌體死亡

醋酸菌生長繁殖的適宜溫度為28℃-33℃。醋酸菌醋酸菌不耐熱,在60℃下經10min即死亡。醋酸菌生長的最適pH為3.5-6.5,一般的醋酸桿菌能耐受醋酸達7%-9%。醋酸桿菌對酒精的耐受力頗高,酒精濃度可達到5%-12%(體積分數),但對食鹽的耐受力很差,當食鹽濃度超過1%-1.5%時就停止活動。在生產中當醋酸發酵完畢時就添加食鹽,其目的除調節醋的運用滋味外,也是防止醋酸菌繼續作用,將醋酸氧化為二氧化碳和水的有效措施。

對醋酸菌最適宜的碳源是葡萄糖、果糖等己糖,其次是蔗糖麥芽糖等。醋酸菌不能直接利用淀粉等多糖類。乙醇也是很適宜的碳源,有些醋酸菌還能以丙三醇甘露醇多元醇為碳源。蛋白質水解產物、尿素硫酸銨等都適宜于人作為醋酸菌的氮源至于礦物質,必需的有磷、鉀、鎂三種元素。由于配制食醋的原料一般是糧食,即使用代用原料,其淀粉、蛋白質、礦物質的含量也很豐富,營養成分已能滿足醋酸菌的需要,除少數釀醋工藝外,一般不再需要另外添加氮源、礦物質等營養物質。

酶系特征

醋酸菌有相當強的乙醇脫氫酶、醛脫氫酶等氧化酶系活力,因此除能氧化乙醇生成醋酸外,還有氧化其他醇類和糖類的能力,生成相應的酸、等物質,例如:丁酸、葡萄糖酮酸木糖酸、阿拉伯糖酸、丙酮酸琥珀酸DL-乳酸有機酸,以及氧化丙三醇生成二酮、氧化甘露醇生成果糖等。醋酸菌也有生成類的能力,接入產生芳香酯多的菌種發酵,可以使醋的運用的香味倍增。上述物質的存在對形成食醋的風味有重要作用。

分離鑒別

食用醋酸揮發酸,有醋的氣味,其鈉鹽鈣鹽等溶液與三氯化鐵溶液共熱時,生成紅褐色沉淀,原液體變成無色,可以此進行分離菌的鑒別。醋酸菌轉化乙醇生成冰醋的能力可用0.1mol/LNaOH滴定

常用菌種

在工廠,為了提高產量和質量,避免雜菌污染,一般采用人醋酸菌工純接種的方式進行發酵。由于醋酸菌種類不同,其對酒精的氧化能力也有差異。在實際生產中,選擇菌種是很重要的工作,最好選用氧化酒精速度快、不再分解醋酸、耐酸性強、產品風味好的菌種。在醋的運用生產中,常見的有紋膜醋酸菌(A.aceti)、許姓醋桿菌(A.schutzenbachii)、奧爾蘭醋桿菌屬(A.orleanense)、醋蛾子(A.xytinum)、惡臭醋桿菌(A.rancens)、混濁變種(中科AS1.41)、巴氏醋酸菌(A.pasteurianus)、巴氏亞種(滬釀1.01)等,采用純食用醋酸菌種發酵的,使用最多的是惡臭醋桿菌、混濁變種、巴氏醋酸菌、巴氏亞種這4種醋酸菌。

奧爾蘭醋酸桿菌(A.orleanense)

法國奧爾蘭地區用葡萄酒生產醋的主要菌株是奧爾蘭醋酸桿菌。它能產生少量的酯,產醋酸的能力弱,但耐酸陛較強,能由葡萄糖產5.26%葡萄醋

許姓醋酸桿菌(A.schutzenbachii)

許氏醋酸桿菌是國外有名的速釀醋菌種,也是制醋工業較重要的菌種之一,產酸可高達115g/L(以醋酸計)。最適生長溫度25-27.5℃,在37℃即不再產食用醋酸,對醋酸沒有進一步的氧化作用。

惡臭醋桿菌(A.rancens)

這是我國醋的運用生產使用的菌種之一。它在液面形成皺褶的皮膜,生物膜沿容器壁上升,液不混濁。一般能產酸60-80g/L,有的菌株能產20g/L。葡萄糖酸,能把醋酸進一步氧化為二氧化碳和水。

攀膜醋桿菌(A.ascendens)

釀造葡萄酒葡萄醋有害菌。在醋醅中常能分離出,在液面形成易破碎的菌膜,沿容器壁上升得很高,液很混濁,不適于釀醋使用。

膠膜醋桿菌(A.xytinum)

一種特殊的醋酸菌,在液面上形成一層皮革狀的類似纖維素的厚膜。在酒類的液中繁殖,可引起酒酸敗、變黏,生酸能力弱,又能再分解食用醋酸,是釀醋的有害菌。

南京中科集團AS1.41醋酸菌

該菌對培養基要求粗放,在米曲等培養基中生長良好,專性好氣,能氧化乙醇為醋酸,于空氣中能使酒精變混濁,表面有薄膜,有醋酸味,也能氧化醋酸為二氧化碳及水,繁殖的適宜溫度為31℃,發酵溫度一般控制在36-37℃。

滬釀1.01醋酸菌

滬釀1.01醋酸菌屬于巴氏醋酸桿菌的巴氏亞種。該菌是在1972年從丹東速釀醋中分離而得的,在上海釀造科學研究所實驗工廠及上海醋廠投產使用,現已被全國許多醋廠用于液體醋生產。其細胞0.3-0.55μm,專性好氣菌,在酵母膏葡萄糖淡酒瓊脂培養基上的菌落為乳白色;乙醇靜置培養表面形成不透明的薄膜。

分布范圍

醋酸桿菌分布在花、果實、棕櫚油葡萄酒、啤酒、醋酸桿菌(6張)蘋果汁、醋和果園土等環境中。產食用醋酸多的氧化醋酸桿菌存在于未殺菌的醋、黃米酒、啤酒(傳統發酵)、果酒、米酒大曲等中。

主要用途

醋酸菌是重要的工業用菌之一。釀造工業用它來生產醋的運用

主要危害

可以引起菠蘿的粉紅病和蘋果、梨的腐爛病。它是釀酒工業的害菌。

參考資料 >

醋酸菌.zgbk.com.2024-03-12

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