
微生物是指個體微小、構造簡單的微小生物。大多數微生物都是單細胞(例如細菌和酵母),部分是多細胞(霉菌)。一般來說,微生物主要是指細菌、放線菌、酵母菌、霉菌和病毒五大類。與釀酒有關的主要微生物有細菌及真菌中的霉菌及酵母菌。
微生物個體微小,其中有的肉眼可見,如毛霉、青霉、曲霉、假絲酵母等,也有的肉眼看不見,必須借助顯微鏡才能看見,例如酵母菌、細菌和放線菌。但是,當這些微生物的群體,集成幾億或者更多時,也就是成堆了,就能看見了,例如產膜酵母在醬油面上形成的白醭,又如許多紅茶菌體結成一個塊膜狀半透明體(又稱海寶),這些我們都是直接看得見的。在我們的日常生活中,由微生物所引起的許多現象是經常可以遇到的,例如熱天牛奶容易變酸凝固,剩飯菜容易變餿腐敗發臭;雨天東西容易長霉(例如放到床下面的皮鞋經常長霉),人喝了臟水容易鬧病等,這些都是有害微生物生命活動引起的。而很多微可為人類造福,為人類利用,如在釀酒工業中,根霉、曲霉等霉菌在培養中生成淀粉酶,能將淀粉變成可發酵性糖;酵母菌在釀酒過程中能將糖類發酵生成酒精:乳酸菌能生成乳酸及乳酸酯;一些產酯酵母可產生乙酸乙酯和其他酯類等。但是,這并不等于所有的曲霉、根霉都有很大的糖化力,所有的酵母都有很大的發酵力,相反有的菌種也是有害的,如黑根霉、灰綠曲霉、煙曲霉和野生酵母。在釀酒工業上,要選擇酶活力強、適合生產的優良菌種,要研究它們的繁殖、生長條件,如營養、溫度,水分,空氣等,使這些微生物更好地為釀酒工業服務。
微生物的特點
微生物體積小、種類多、繁殖快、分布廣、容易培養、容易發生變異、代謝能力強等特點,能很方便地被應用于工、農、醫等方面,能解決許多疑難的問題。
(一)體積小
前已述及,微生物個體微小,必須借助顯微鏡才能觀察清楚。測量微生物的大小以微米(μm)、納米(nm)或埃( Å)表示(1mm=103μm=106nm=107 Å)。一般酵母和霉菌的直徑約為20μm,桿菌長度約為2μm,而病毒的長度僅約為0.02μm。
(二)種類多
據有關資料介紹,在自然界,目前已發現的微生物有十萬種以上,我們已研究過的微生物,僅占自然界的10%左右。由于土壤中具備了微生物生活所需的各種物質、水分和溫度,所以微生物在土壤中數量最大、類型最多。由于不同種類的微生物具有不同的代謝方式,能夠分解各種各樣的有機質,因此,在自然界中雖然存在著千萬種分解程度難易不同的物質,但億萬年來在地球上并沒有堆積起任何一種物質,這就是因為不同種類的微生物能分解不同的物質所致。當前,國內外都喜愛利用微生物來防治公害,就是利用不同種類微生物的不同代謝方式,作用于不同結構物質的結果,也就是利用微生物各盡所能,各取所需,協同作戰于三廢物質中。另一方面,不同種類的微生物能積累的代謝產物也不同,所以發酵工業上常利用各種微生物來生產各種發酵產品,如酒類、酒精、丙酮一丁醇、抗生素、酶制劑、有機酸、氨基酸、核酸、醫藥和化工產品等。
(三)繁殖快
在適宜的條件下,生產丙酮一丁醇的梭狀芽孢桿菌等能在20~30min繁殖一代,一晝夜就能繁殖72代,若照此繁殖速度一晝夜可達47×l022個,但是,隨著菌體數目的增加,營養物質迅速消耗,代謝產物逐漸積累,pH、溫度、溶解氧濃度均隨之而改變,適宜環境是很難持久的,所以微生物的繁殖速度,永遠也達不到上述水平。但畢竟比高等動植物的生長速度還是快千萬倍。例如,培養酵母生產蛋白質,每8h就可收獲一次,若種大豆生產蛋白質,最短也要lOOd。可見,利用微生物生產發酵產品,其生產速度雖然趕不上化學合成,但比利用高等動植物要快得多,而且有許多生理活性物質,如蛋白質(酶),絕大部分的抗生素等用化學合成尚不能生產。
菌體的繁殖速度決定于繁殖一代所需要的時間,而繁殖一代所需要的時間,是以不同的微生物或相同種類的微生物在不同條件下培養而各不相同的。一般在糖質培養基中,大腸桿菌繁殖一代的時間為13~17min,枯草桿菌約為30min,酵母為1~2h。微生物的這一特點,為工業生產提供了有利條件。
(四)分布廣
在自然界中,上至天空,下至深海,到處都有微生物存在。特別是土壤,更是各種微生物的大本營。據估計,一畝(1畝= 666.6m2)肥沃的土地,在150cm深的表土內就有300kg以上的真菌和裂殖菌。濃香型曲酒的生產,傳統使用特定的土壤窖池,就是利用土壤微生物協同作戰而生成的發酵產品。我們很多工業上利用的菌種,不少來源于土壤。但也要考慮微生物的生態特征,如分離酒類發酵的酵母,一般是從水果表皮或果園土壤中分離的。
(五)容易培養
大多數微生物都能在常溫常壓下,利用簡單的營養物質生長,并在生長過程中積累代謝產物。因此,利用微生物發酵生產食品、藥品、化工原料都比合成法具有更多優點:
(1)不需要高溫高壓設備,如發酵生產酒、醋、醬油等。
(2)利用原料比較粗放,如利用甘薯制酒精、酒、檸檬酸等。
(3)不用特殊催化劑,一般產品是無毒的。
(六)易變異
由于微生物的個體小,對環境變化的抵抗性差,因此當環境發生劇烈變化時,大多數個體容易死亡而被淘汰,個別的個體則發生了變異而適應于新的環境。又因為大多數微生物都進行了無性繁殖,容易發生變異,而且這種變異也具有相對的穩定性。因此,在生產上就利用這一特性,通過生產菌種的選育,配合發酵條件的改革,可以使產量大幅度提高。釀酒工業上采用的“東酒一號”、“UV-11”等菌種都是通過誘變育種得到的糖化力很高的新菌株。
微生物在自然條件下,經長期累代培養后,有時也會發生變異。如被用來制造甜酒曲的根霉菌在接種數代后,其糖化力往往下降。一般在酒廠里,酵母菌不容易變異。曲霉由于能起吻合作用,比酵母易變異。但也常只是個體,很少影響到群體。酒廠所用的菌種并不是那么容易發生變異的,不要遇到生產力下降,就懷疑菌種發生了變異,不去注意生產中的各個環節,而盲目地更換菌種。
(七)代謝力強
由于微生物的個體小,具有極大的表面積和容積的比值。因此,它們能夠在有機體與外界環境之間迅速交換營養物質與廢物。從單位質量看,微生物代謝強度比高等動物的代謝強度大幾千倍至幾萬倍。例如酒精酵母,1kg菌體一天內可發酵幾千千克糖,生成酒精。
從發酵工業的角度來看,代謝能力強,在短時間內,能把大量基質轉化為有用產品,這是極其有利的。