第四节 霉菌的特性

霉菌是我们日常在阴暗潮湿的角落里或衣物、食品上，用肉眼能见到的，有各种颜色，呈绒毛状、棉絮状或网状的东西，俗称发霉。由于它们在微生物中是比较大的，所以用放大镜及低倍显微镜一般可以分辨清楚。它们的种类极多，形态又很特殊，我们可以从以下两方面来加以认识。

（1）霉菌菌落的特征 严格地讲，要由霉菌的一个分生孢子或一个孢子囊孢子在固体培养基上发芽、生长及繁殖后，形成一定的菌丛，称为霉菌的菌落。但习惯上通常把固体培养基上，接种某一种菌（有无数孢子），经过培养，它们向四周蔓延繁殖后所生成的群体也称为菌落。当霉菌在培养基上或自然基质上开始生长时，先有一个肉眼看不出的时期，接着逐渐见到白斑点，用低倍显微镜观察，此时可以见到丝状的物体，微生物学上把每一个单一的细丝称为菌丝，而把混在一起的许多菌丝称为菌丝体。霉菌分营养菌丝和气生菌丝，气生菌丝较松散地裸露于空气中。如果由营养菌丝直接生出分生孢子梗，肉眼就见到绒毛状。如果由营养菌丝先生出气生菌丝，再由它生出分生孢子梗时，往往乱作一团，这样菌落就呈疏松的棉絮状或网状。霉菌最初生长时往往是白色或浅色的，这就是生长菌丝的颜色。随后由于各种霉菌的分生孢子等子实体都有一定的形状和颜色，所以在菌丝体上最后形成黄、绿、青、橙、褐、黑等各种不同色泽孢子的菌落。一些生长较快的霉菌，越接近菌落中央处的菌丝，它的生理年龄越大，常会较早形成子实体，呈色较深，而边缘处则最年轻，使菌落的周围有淡色圈的形成，有时随着菌落的不断扩大而形成一系列的同心圈。有些霉菌只在菌落中间部分产生分生孢子头，它的边缘菌丝发育不完全，颜色逐渐变浅或逐渐消失，形成了显著的边缘区。有的霉菌的菌丝生长时扩展极快，在合适的条件下能迅速地布满全部培养基表面，这样就无法分辨出菌落。

霉菌的菌落甚大，各种霉菌在一定的培养基上又都能形成特殊的菌落，肉眼容易分辨，它不但是鉴别霉菌时的重要依据之一，而且在生产实践中可以通过对霉菌群体的形态观察来控制它们的生长发育，同时防止杂菌的污染。

（2）霉菌的个体形态 霉菌是多细胞真菌的代表，因为菌体由多细胞组成，所以较为复杂，它的个体形态、大小及作用也各不相同。

霉菌的孢子在适宜的条件下，首先吸水膨大，再开始萌发，即由孢子表面露出一个或多个芽管，俗称发芽；然后芽管迅速增长，并长出分枝，分枝上再生分枝，使培养基或基质表面上布满结成网状的菌丝体，形成的各个步骤，可以通过显微镜进行观察（图2-10），在显微镜下可看到一个菌丝的分枝和另一个菌丝相结合，而使菌丝体产生梯形或网状的联结现象。一般当菌体的增长已达到一定的大小时，才开始生出孢子囊梗或分子孢子梗等特化的菌丝，最后由它们生出孢子，即形成子实体。肉眼就可以观察到各种不同的霉菌所生成的菌丛。所谓菌丛就是霉菌菌丝体和子实体的综合外观（图2-11）。菌丝有两种类型，一种是生长在培养基或自然基质内部或贴附在表面上向四周蔓延的菌丝，称为营养菌丝，也称基内菌丝或基质菌丝；另一种是向空间生长的，称为气生菌丝。霉菌的菌丝还有两种不同的结构：一为不生横隔膜的，即整个菌丝及其分枝连成长管状，因而只能算是单细胞的，如根霉和毛霉等。一为菌丝中各细胞由隔膜分开，即形成了简单的多细胞，如曲霉、青霉等大多数霉菌都是属于这一种。

霉菌的种类繁多，个体形态也各不相同，为了进一步认识这一类微生物，下面再将与酿酒生产关系密切的几种主要霉菌分别进行介绍。

（一）曲霉

曲霉菌丝具有横隔，所以它是多细胞菌丝。当生长到一定阶段后，部分菌丝细胞的壁变厚，成为足细胞，并由此向上生出直立的分生孢子梗，它的顶端膨大，称为顶囊。顶囊一般呈球状。在顶囊表面以辐射方式生出一列或两列小梗，在小梗上着生一串串的分生孢子。曲霉的菌丝形状若与高粱相比，就更清楚了。高粱下部的根、根毛就等于曲霉的菌丝体，高粱秆就是曲霉的孢子柄，穗和高粱粒便可看成是曲霉孢子囊和孢子了（图2-12）。曲霉分生孢子穗的形状和分生孢子的颜色、大小、滑面或带刺，都是鉴定的依据。

曲霉是酿酒工业所用的糖化菌种，是与酿酒关系最密切的一类菌。菌种好坏与提高出酒率、提高产品质量关系密切。

现在各白酒厂广泛应用的优良曲霉菌种中，黑曲霉（邬氏曲霉、泡盛曲霉、甘薯曲霉）都是糖化力较强的菌种。白曲霉（肉桂色的河内白曲、B11号曲霉以及东酒2号曲霉等）都已普遍使用，效果良好。黄曲霉（黄曲霉、米曲霉）现在应用于白酒生产的不多，因其糖化力远不及黑曲霉强，也不耐酸，所以出酒率不高，但由于其蛋白酶活力强，广泛地应用于酱油及制酱工业中。

大曲中常见的曲霉有如下几种。

（1）黑曲霉 自然界分布极广，在各种基质上普遍存在。能引起水分较高的粮食霉变。黑曲霉菌丛呈黑褐色，顶囊成大球形，小梗有多层，自顶囊全面着生，分生孢子球形。

黑曲霉具有多种活性强大的酶系，广泛应用于工业生产。如淀粉酶用于淀粉的液化、糖化，以生产酒精、白酒或制造葡萄糖等。耐酸性蛋白酶用于蛋白质分解或食品消化剂的制造、毛皮软化。果胶酶用于水解聚半乳糖醛酸、果汁澄清和植物纤维精炼。柚苷酶和陈皮苷酶用于柑橘罐头去苦或防止白浊。黑曲霉还能产生多种有机酸，如抗坏血酸、柠檬酸、葡萄糖酸等。

制曲时如果曲的水分过多，未及时蒸发，温度高时，黑曲霉生长较多。

（2）黄曲霉 黄曲霉菌落生长较快，最初带黄色，后变成黄绿色，老熟后变成褐绿色。产生的液化型淀粉酶（α-淀粉酶）较黑曲霉强，蛋白质分解力次于米曲霉。某些菌系能产生黄曲霉毒素，如花生上生长的黄曲霉就能产生黄曲霉毒素。黄曲霉是大曲中的主要曲霉。

（3）米曲霉 菌丛一般为黄绿色，后变成黄褐色，分生孢子头放射形，顶囊球形或瓶形，色与黄曲霉相似，含有多种酶类，糖化型淀粉酶（β-淀粉酶）和蛋白质分解酶都较强。主要用作酿酒的糖化曲和用于酱油生产中。

（4）栖土曲霉 菌丛棕褐色或棕色，含有丰富的蛋白酶。

（5）红曲霉 菌落初期为白色，老熟后变成粉红色、紫红色或灰黑色，有些种能产生鲜艳的红曲霉红素和红曲霉黄素。我国早在宋朝就利用它培制红曲，用于酿酒、制醋、做豆腐乳的着色剂、食品染色剂等。某些黄酒就是利用红曲霉制造的，福建古田是著名的红曲产地。

红曲霉能产生淀粉酶、麦芽糖酶、蛋白酶、酯化酶，还能产生柠檬酸、琥珀酸、乙醇等。红曲霉在大曲中常可发现。现在已有人将红曲霉用于大曲生产中，以提高浓香型酒中酯的含量。

米曲霉、黄曲霉、黑曲霉一般形态特征见表2-8。

（二）根霉

根霉在自然界分布很广，它们常生长在淀粉基质上，如馒头、面包、甘薯等，空气中也有大量的根霉孢子。根霉是小曲酒的糖化菌，根霉也可制造豆腐乳及生产糖化酶等产品。

根霉的菌丝较粗，无隔膜，一般认为是单细胞的，但在生长之处菌丛好似蜘蛛网状。菌丝会在培养基表面迅速蔓延，称为匍匐菌丝。在匍匐菌丝上有节，向下伸入培养基中，成为分枝如根状的菌丝，称为假根。从假根部向空气中丛生出直立的孢子囊梗，它的顶端膨大，成圆形的囊状物，称为孢子囊。孢子囊一般为黑色，底部有囊轴。孢子囊里形成大量的孢子囊孢子。孢子成熟后，囊壁破裂，散布各处进行繁殖。

根霉具有无性和有性繁殖，所以它们的生活史中有两类循环（图2-13）。

根霉因其生着孢子囊柄的营养菌丝像根一样而得名。每根上一般长有3～4根孢子囊柄，在孢子囊柄上部长出球形的孢子囊，内含许多孢子囊孢子。这是一种无性繁殖孢子，也是生产过程中遇到的主要繁殖形式。当具有性亲和的菌丝经过质配和核配时，就形成一种有性孢子（称作接合孢子）。它遇合适条件也会发芽，其结果是在形成的孢子囊内含有两种以上类型的孢子囊孢子。成熟的孢子囊很易破裂，将孢子囊孢子释放出来。孢子囊释放出孢子后会露出囊轴，这也是藻状菌的特殊结构之一。在显微镜下观察成熟的根霉，一般看不到完整的根霉形态，但可以观察到它的每一个部分以及有性繁殖和无性繁殖的各个环节。

我国历史悠久的民间酿造甜酒用的小曲（药曲），主要是根霉菌种及少量酵母。根霉在繁殖时，分泌大量的淀粉酶，将淀粉糖化，所以根霉是小曲的重要糖化菌种。有名的四川邛崃米曲用72种中草药。厦门白曲则采用纯种培养。中国科学院微生物研究所分离出适宜于大米原料和薯干原料的优良菌种。根霉也是制酒精的主要糖化菌。

根霉依种类的不同，其淀粉糖化力、酒精发酵力和蛋白质分解力也各异。有些根霉能分解果胶质，生成甲醇，有些根霉能产生有机酸，如米根霉能产生乳酸，黑根霉能产生延胡索酸和琥珀酸。大曲中的根霉以米根霉为主，制曲时如果水分过大，温度过高，往往也会出现米根霉。米根霉的菌落特征是：匍匐菌丝无色，爬行，假根褐色，较发达，呈指状分枝或根状。菌落疏松，最初白色，后逐渐变成灰褐色，最后变成黑褐色。米根霉有淀粉糖化性能，蔗糖转化性能，能产生乳酸、反丁烯二酸及微量的乙醇。发育温度为30～50℃，最适温度为37℃，41℃也能生长。根霉在生产传代过程中容易衰退，使用一段时间要筛选、复壮。

（三）毛霉

毛霉与根霉相近似，是一种低等真菌，在阴暗潮湿低温处常可遇到，它对环境的适应性很强，生长迅速，是制大曲和麸曲时常遇到的污染杂菌。所谓水毛，常常是指毛霉。毛霉在形态上与根霉相似，菌丝无隔膜，在培养基或基质上能广泛蔓延，但无假根和匍匐菌丝。形象地说，根霉是呈蜘蛛网状，而毛霉则是头发状。

毛霉是制豆腐乳及豆豉的主要菌种，有的菌种含油量较高。

毛霉能糖化淀粉及生成少量乙醇，且蛋白质分解能力强，其中许多毛霉能产生草酸、琥珀酸、甘油等。有的毛霉能产生3-羟基丁酮、脂肪酶、果胶酶等。

发酵工业上常用的毛霉有以下几种。

（1）高大毛霉 这种菌分布很广，多出现在牲畜粪便上。在培养基上的菌落，初期为白色，老后变为淡黄色，有光泽，菌丛高达3～12cm。

（2）鲁氏毛霉 此菌种最初是从我国小曲中分离出来的，是毛霉中最早被用于淀粉法制酒精的一种。它能产生蛋白酶，有分解大豆蛋白质的能力。我国多用它来做豆腐乳。

（3）总状毛霉 是毛霉中分布最广的一种，几乎在各地的土壤中、生霉材料上、空气和各种粪便上都能找到。菌丛灰白色，菌丛直立而稍短，孢子囊柄总状分枝。四川豆豉即用此菌制成。

（四）木霉

木霉（图2-14）在土壤中分布极广，在木材及其他物品上容易发现它的踪迹。有些菌株能强烈地分解纤维素和木质素等复杂物质，以代替淀粉质原料，对国民经济有十分重要的意义。但某些木霉又是木材腐朽的有害菌。木霉菌丛有横隔，蔓延生长，形成平的菌落，菌丛无色或浅色。菌丛向空气中伸出直立的分生孢子梗，孢子梗再分枝成两相对的侧枝，最后形成小梗，小梗的顶端有成簇的分生孢子，孢子成绿色或铜绿色。

木霉的利用范围很广泛，并日益引起重视。木霉含有多种酶系，尤其是纤维素酶，是生产纤维素酶的重要菌种。它能利用农副产品，如麦秆、木材、木屑等纤维质原料，使之转变成糖质原料。黑龙江省将木霉与B11号曲霉混合制曲（木霉∶B11号曲霉＝20∶80），对提高淀粉出酒率有一定的效果。

（五）青霉

青霉在自然界分布很广，空气、土壤及各类物品上都能找到。目前除应用于制造青霉素外，还应用于制造有机酸及纤维素酶等酶制剂和磷酸二酯酶等。青霉的菌丝与曲霉相似。营养菌丝有隔膜，因而也是多细胞的。但青霉孢子穗的结构与曲霉不同，分生孢子梗由营养菌丝或气生菌丝生出，大多无足细胞，单独直立成一定程度的集合体或成为菌丝束。分生孢子梗具有横隔，光滑或粗糙。它的上端生有扫帚状的分枝轮，称为帚状枝（图2-15）。青霉的分生孢子一般是蓝绿色或灰绿色、青绿色，少数有灰白色、黄褐色。不同生长时期的分生孢子颜色差异很大。

青霉菌的孢子耐热性强，它的繁殖温度较低，是制麸曲和大曲时常见的杂菌。曲块在贮存中受潮，表面就会生长青霉。车间和工具清洁卫生搞不好，也会长青霉，它会使成品酒带来霉味和苦味。青霉菌对曲房、车间建筑物及用具等腐蚀也相当厉害，因此是酿酒中的大敌。

（六）其他霉菌

（1）念珠菌 是踩大曲“穿衣”的主要菌种，也是小曲挂白粉的主要菌种。它的淀粉酶类型主要是α-淀粉酶和糖化酶。作用于淀粉的最终产物是纯度较高的葡萄糖。有人试验，此菌还可生成较多的多元醇，如阿拉伯糖醇等，使生产的白酒有甜味感，并能改进后味。它在白酒中的功用尚不甚清楚。

（2）犁头霉 有些类似根霉，也有匍匐枝和假根，但孢子囊散生在匍匐枝中间不与假根对生。孢子囊顶生，多呈洋梨形。犁头霉在酿酒上是有利还是有害，尚无定论。踩制大曲时犁头霉较多，其糖化力一般较低。

（3）链孢霉 它的孢子呈鲜艳的橘红色，是制造胡萝卜素的重要菌种。它是顽强的野生菌，常生长于鲜玉米芯和酒糟上，一旦侵入曲房，不但造成危害，并很难彻底清除。