[科普中國]-醋酸菌

醋酸菌是重要的工業(yè)用菌之一。醋酸菌的細(xì)胞為橢圓至桿狀；單個(gè)、成對(duì)或成鏈；端毛或周毛；運(yùn)動(dòng)或不運(yùn)動(dòng)；革蘭氏陰性；專性好氧菌，氧化各種有機(jī)物成有機(jī)酸及其它種氧化物。一般在乙醇或其它可氧化物的酵母煮液或酵母消化液培養(yǎng)基上生長旺盛。1

醋酸桿菌屬的重要的特征是能將乙醇氧化成醋酸，并可將醋酸和乳酸氧化成CO2和H2O。有些菌株能夠合成纖維素，其纖維素組成細(xì)胞壁外的基質(zhì)，而細(xì)菌則埋置于纖維索微絲纏結(jié)的片層中。當(dāng)這些種的細(xì)菌生長在靜止的液體培養(yǎng)基中，它們就會(huì)在表面形成一層纖維素薄膜。2

醋酸菌是一種原核生物，以二分裂的形式用來增殖。自然界中的醋酸菌分布廣泛，在果園的土壤中、葡萄或酸敗食物表面以及未滅菌的醋、果酒和啤酒中都有生長。代謝類型屬于異養(yǎng)需氧型，故在發(fā)酵過程中一直需要氧氣的參與。醋酸菌在發(fā)酵工程中常用來釀醋。3

發(fā)現(xiàn)簡史兩個(gè)多世紀(jì)以前，人們發(fā)現(xiàn)將啤酒、葡萄酒等酒精含量較低的酒精飲料放置亍空氣中稍久，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醭酵母（ Mycoderma），此詞的意義是指粘質(zhì)薄膜或菌態(tài)薄膜，但沒有說明薄膜與醋酸發(fā)酵的關(guān)系。1837年 KUtzing發(fā)現(xiàn)這種醋母是由小點(diǎn)生物（即現(xiàn)在所稱的細(xì)菌）所組成。但兩年之后，德國化學(xué)家 Liebig認(rèn)為¨醋母”是一種沒有生命的蛋白質(zhì)沉淀。當(dāng)時(shí)荷蘭著名葡萄酒化學(xué)家 Muster對(duì)“醋母”的進(jìn)行分析，沒有發(fā)現(xiàn)灰分，所以他也認(rèn)為¨醋母”是一種蛋白質(zhì)和纖維素的化合物，因此 Liebig的學(xué)說得到了支持1852年Thom SOn通過對(duì)¨醋母”的精確分析發(fā)現(xiàn)，醋母”含有94.53%的水、5.134%有機(jī)物和0.336%的灰分，因此 Milder的分析結(jié)果隨之被否定了。1864年 Pasteur發(fā)表兩篇論文重新提起了 Kitting的說法。他認(rèn)為醋酸發(fā)酵是由一種微小菌體―醋酸醭酵母（ Mycoderma aceti）所引起的，但并沒有對(duì)細(xì)菌的形態(tài)進(jìn)行描述。直到1878年 Hansen研究啤酒的自然發(fā)酵時(shí)發(fā)現(xiàn)，引起這種發(fā)酵至少有兩種細(xì)菌，一種為醋酸醭酵母，另一種為巴氏醭酵母（ Mycoderma pasteurianum）。后來被分別改稱為醋酸桿菌（ Bacteriumaceti）和巴氏桿菌（ Bacterium pasteurianum）。1900年他又根據(jù)別人的發(fā)現(xiàn)增加了庫氏桿菌（ hutzingianum）。他還對(duì)這三種醋酸菌的形態(tài)進(jìn)行∫詳細(xì)的研究，為現(xiàn)代醋酸菌分類奠定了基礎(chǔ)。4

分類醋酸菌作為一類革蘭氏陰性、好氧的桿菌，從其發(fā)現(xiàn)至今，其分類地位和名稱較為混亂，經(jīng)過了多次的變更和修訂。

早期的研究把醋酸菌歸類為一個(gè)屬，即醋酸桿菌屬（Acetobacter）。 Frater通過不同的生化標(biāo)準(zhǔn)，把該屬細(xì)菌分成四個(gè)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）把醋酸分為兩個(gè)屬：（1）醋酸桿菌屬（ Acetobacter），該屬細(xì)菌有周生鞭毛并能氧化醋酸；（2）醋單孢菌屬（Aeeomnas），該屬細(xì)菌桿極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（ Gluconobacter）。4

《伯杰細(xì)菌鑒定手冊(cè)》（第八版，1974）接受了醋酸菌的兩屬分類，即醋酸桿菌屬（不運(yùn)動(dòng)或借助周生鞭毛運(yùn)動(dòng)）和葡萄糖桿菌屬（不運(yùn)動(dòng)或借助極生鞭毛運(yùn)動(dòng)）。并把葡萄糖桿菌屬歸類于假單孢菌科（ Pseudomonadaceae），而醋酸桿菌屬不屬于任何一個(gè)科，單列屬。4

《伯杰細(xì)菌系統(tǒng)學(xué)手冊(cè)》（第九版，1984）最終把這兩個(gè)屬歸于一個(gè)新的科―醋酸桿菌科（ Acetobacteraceae），該科細(xì)菌獨(dú)有的特征是能把酒精氧化成醋酸。其中醋酸桿菌屬包括四個(gè)種：醋化醋桿菌（Acetobeαcer αceti）、漢遜氏醋桿菌（ Acetobacter hansenii）、液化醋桿菌（ Acetobacter liquefaciens）和巴氏醋桿菌（ Acetobacter pasteurianuma）；葡萄糖桿菌屬只有一個(gè)種，即氧化葡萄糖桿菌（ Gluconobαcter oxydans）。醋酸桿菌科兩個(gè)屬的區(qū)桿在于醋酸桿菌屬細(xì)菌能把酒精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。4

鑒于對(duì)醋酸菌分類學(xué)研究的不斷深入，1993年，在《伯杰細(xì)菌系統(tǒng)學(xué)手冊(cè)》（第九版）的基礎(chǔ)，出版了《伯杰細(xì)菌鑒定手冊(cè)》（第九版）。該手冊(cè)仍然保留了醋酸菌的兩屬分類，只是增加了科數(shù)。手冊(cè)把醋酸桿菌屬的種數(shù)增加了3個(gè)（使該屬細(xì)菌種數(shù)達(dá)到7個(gè)），分別是：重氮營養(yǎng)醋桿菌（ A. diazotrophicus），該種的細(xì)菌可以生長于30%的D-葡萄糖的培養(yǎng)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(xì)菌分離自醋能夠在液面產(chǎn)生一層厚的、似革質(zhì)的纖維素菌膠膜。膠醋酸菌和醋化醋桿菌非常相似，區(qū)別在于前者能夠在CaCO3-酒精培養(yǎng)基上生長而后者不能。手冊(cè)把葡萄糖桿菌屬的種數(shù)也增加了2個(gè)種（使該屬細(xì)菌種數(shù)達(dá)到3個(gè)），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。4

根據(jù)日本朝井勇宣分類，醋酸桿菌依其發(fā)育最適溫度和特性分為兩大類：一類發(fā)育適溫在30℃以上，氧化酒精為醋酸的稱為醋酸桿菌；一類發(fā)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。5

（1）醋酸桿菌屬。在比較高的溫度下39-40℃，可以發(fā)育，增殖的適溫為30℃以上，主要作用是氧化酒精為醋酸，亦能氧化葡萄糖生成少量的葡萄糖酸，并可繼續(xù)氧化醋酸為二氧化碳和水。5

（2）葡萄糖氧化桿菌屬。這屬菌能在比較低的溫度下（7-9 ℃）發(fā)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。5

細(xì)胞形態(tài)細(xì)胞橢圓形至桿狀，直或稍彎曲，以單個(gè)、成對(duì)或成鏈存在。有些菌株經(jīng)常出現(xiàn)中出現(xiàn)退化類型。以周生鞭毛或側(cè)生鞭毛運(yùn)動(dòng)，或不運(yùn)動(dòng)。菌落灰白色，大多數(shù)菌株不產(chǎn)生色素，少數(shù)菌株產(chǎn)生褐色水溶性色素，或由于細(xì)胞內(nèi)含卟啉而使菌落呈粉紅色。模式種為醋化醋桿菌（Acetobacter aceti）。2

生長要求醋酸菌為好氧菌，在實(shí)施液體靜置培養(yǎng)時(shí)，會(huì)在液面形成菌膜，但葡萄糖氧化成桿菌時(shí)不形成菌膜。在含有較高濃度乙醇和醋酸的環(huán)境中，醋酸桿菌對(duì)缺氧非常敏感，中斷供氧會(huì)造成菌體死亡6

醋酸菌生長繁殖的適宜溫度為28℃-33℃。醋酸菌不耐熱，在60℃下經(jīng)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(dá)7%-9%。醋酸桿菌對(duì)酒精的耐受力頗高，酒精濃度可達(dá)到5%-12%（體積分?jǐn)?shù)），但對(duì)食鹽的耐受力很差，當(dāng)食鹽濃度超過1%-1.5%時(shí)就停止活動(dòng)。在生產(chǎn)中當(dāng)醋酸發(fā)酵完畢時(shí)就添加食鹽，其目的除調(diào)節(jié)食醋滋味外，也是防止醋酸菌繼續(xù)作用，將醋酸氧化為二氧化碳和水的有效措施。6

對(duì)醋酸菌最適宜的碳源是葡萄糖、果糖等六碳糖，其次是蔗糖和麥芽糖等。醋酸菌不能直接利用淀粉等多糖類。酒精也是很適宜的碳源，有些醋酸菌還能以甘油甘露醇等多元醇為碳源。蛋白質(zhì)水解產(chǎn)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(zhì)，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(zhì)、礦物質(zhì)的含量也很豐富，營養(yǎng)成分已能滿足醋酸菌的需要，除少數(shù)釀醋工藝外，一般不再需要另外添加氮源、礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)。6

酶系特征醋酸菌有相當(dāng)強(qiáng)的醇脫氫酶、醛脫氫酶等氧化酶系活力，因此除能氧化酒精生成醋酸外，還有氧化其他醇類和糖類的能力，生成相應(yīng)的酸、酮等物質(zhì)，例如：丁酸、葡萄糖酮酸、木糖酸、阿拉伯糖酸、丙酮酸、琥珀酸、乳酸等有機(jī)酸，以及氧化甘油生成二酮、氧化甘露醇生成果糖等?？崴峋灿猩甚ヮ惖哪芰?，接入產(chǎn)生芳香酯多的菌種發(fā)酵，可以使食醋的香味倍增。上述物質(zhì)的存在對(duì)形成食醋的風(fēng)味有重要作用。6

分離鑒別醋酸為揮發(fā)酸，有醋的氣味，其鈉鹽、鈣鹽等溶液與三氯化鐵溶液共熱時(shí)，生成紅褐色沉淀，原液體變成無色，可以此進(jìn)行分離菌的鑒別。醋酸菌轉(zhuǎn)化乙醇生成乙酸的能力可用0.1mol/LNaOH滴定。1

常用菌種在工廠，為了提高產(chǎn)量和質(zhì)量，避免雜菌污染，一般采用人工純接種的方式進(jìn)行發(fā)酵。由于醋酸菌種類不同，其對(duì)酒精的氧化能力也有差異。在實(shí)際生產(chǎn)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(qiáng)、產(chǎn)品風(fēng)味好的菌種。在食醋生產(chǎn)中，常見的有紋膜醋酸菌（A.aceti）、許氏醋桿菌（A. schutzenbachii）、奧爾蘭醋酸桿菌（A.orleanense）、膠膜醋酸桿菌（A.xytinum）、惡臭醋桿菌（A.rancens）、混濁變種（中科AS 1.41）、巴氏醋酸菌（A. pasteurianus）、巴氏亞種（滬釀1.01）等，采用純醋酸菌種發(fā)酵的，目前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。5

奧爾蘭醋酸桿菌（A.orleanense）

法國奧爾蘭地區(qū)用葡萄酒生產(chǎn)醋的主要菌株是奧爾蘭醋酸桿菌。它能產(chǎn)生少量的酯，產(chǎn)醋酸的能力弱，但耐酸陛較強(qiáng)，能由葡萄糖產(chǎn)5.26%葡萄醋。5

許氏醋酸桿菌（A.schutzenbachii）

許氏醋酸桿菌是國外有名的速釀醋菌種，也是目前制醋工業(yè)較重要的菌種之一，產(chǎn)酸可高達(dá)115g/L（以醋酸計(jì)）。最適生長溫度25-27.5℃，在37℃即不再產(chǎn)醋酸，對(duì)醋酸沒有進(jìn)一步的氧化作用。5

惡臭醋桿菌（A.rancens）

這是我國食醋生產(chǎn)使用的菌種之一。它在液面形成皺褶的皮膜，菌膜沿容器壁上升，液不混濁。一般能產(chǎn)酸60-80g/L，有的菌株能產(chǎn)20 g/L。葡萄糖酸，能把醋酸進(jìn)一步氧化為二氧化碳和水。5

攀膜醋桿菌（A.ascendens）

釀造葡萄酒、葡萄醋的有害菌。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。5

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。在酒類的醪液中繁殖，可引起酒酸敗、變黏，生酸能力弱，又能再分解醋酸，是釀醋的有害菌。5

中科AS 1.41醋酸菌

該菌對(duì)培養(yǎng)基要求粗放，在米曲等培養(yǎng)基中生長良好，專性好氣，能氧化酒精為醋酸，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(fā)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(xué)研究所實(shí)驗(yàn)工廠及上海醋廠投產(chǎn)使用，現(xiàn)已被全國許多醋廠用于液體醋生產(chǎn)。其細(xì)胞0.3-0.55μm，專性好氣菌，在酵母膏葡萄糖淡酒瓊脂培養(yǎng)基上的菌落為乳白色；酒精靜置培養(yǎng)表面形成不透明的薄膜。5

分布范圍醋酸桿菌分布在花、果實(shí)、棕櫚油、葡萄酒、啤酒、蘋果汁、醋和果園土等環(huán)境中。2產(chǎn)醋酸多的氧化醋酸桿菌存在于未殺菌的醋、黃酒、啤酒（傳統(tǒng)發(fā)酵）、果酒、酒糟、大曲等中。1

主要用途醋酸菌是重要的工業(yè)用菌之一。1釀造工業(yè)用它來生產(chǎn)食醋。7

主要危害可以引起菠蘿的粉紅病和蘋果、梨的腐爛病。2它是釀酒工業(yè)的害菌。7

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

趙磊 - 副教授 - 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)