Обмен веществ неразрывно связан с процессом питания микроорганизмов. Потребности микроорганизмов в питательных веществах чрезвычайно разнообразны, но независимо от их потребностей в питательной среде должны содержаться все элементы, которые имеются в клетках микроорганизмов. Источником водорода и кислорода для всех микроорганизмов является вода. Источниками всех остальных элементов, кроме углерода и азота, являются минеральные соли. Источниками углерода и азота могут быть как минеральные, так и органические вещества.
По отношению к источникам углерода все микроорганизмы делятся на две большие группы: автотрофы и гетеротрофы. Соответственно и тип питания этих микроорганизмов называется либо автотрофным, либо гетеротрофным. Микроорганизмы, использующие для биосинтеза веществ клетки неорганический источник углерода (СО2),называются автотрофами. Микроорганизмы, которые не могут использовать СО2 в качестве единственного источника углерода, и нуждаются в органических соединениях, называются гетеротрофами. К гетеротрофам относится большинство микроорганизмов. Многие гетеротрофные микроорганизмы для синтеза веществ клетки в качестве источника углерода используют в основном углеводы, а также спирты, но, кроме того, могут использовать липиды, белки, аминокислоты (их углеродный скелет) и гораздо реже - органические кислоты.
Кроме углерода, важнейшим элементом для синтеза белковых веществ клетки является азот. По отношению к источнику азота микроорганизмы делятся на аминоавтотрофы и аминогетеротрофы. Аминоавтотрофы усваивают азот из минеральных соединений (нитратов, нитритов, аммонийных солей и т.п.) Аминогетеротрофы нуждаются в готовых органических азотсодержащих соединениях (белках, аминокислотах, пуринах, пиримидинах), которые они используют одновременно как источник углерода и азота. Однако усваиваемость органических источников азота различна. Белки, являющиеся высокомолекулярными соединениями, не проникают в микробную клетку, поэтому использовать их могут только микроорганизмы, выделяющие в среду протеолитические ферменты, расщепляющие белки до аминокислот, которые затем непосредственно потребляются клеткой.
Кроме основных питательных веществ многим гетеротрофным микроорганизмам необходимо наличие в среде в готовом виде так называемых факторов роста (витаминов, аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований), которые они сами не синтезируют. Факторы роста нельзя рассматривать как стимуляторы роста микроорганизмов. Они необходимы микроорганизмам в очень малых дозах и используются для биосинтеза различных компонентов клетки. Витамины нужны для синтеза различных ферментов, аминокислоты - для синтеза белков, пуриновые и пиримидиновые основания - для синтеза ДНК и РНК.
Подразделение микроорганизмов по типам питания на автотрофов и гетеротрофов довольно условно, так как между ними имеется ряд переходных групп. К автотрофам относится сравнительно небольшая группа микроорганизмов, играющих важную роль в круговороте веществ в природе. Для пищевой промышленности они значения не имеют.
Среди гетеротрофов имеются микроорганизмы, резко различающиеся, но потребностям в питательных веществах. В связи с этим гетеротрофы подразделяются на две группы: сапрофитыи паразиты.
Сапрофиты питаются за счет органических веществ отмерших животных и растений. К ним относятся гнилостные бактерии, мицелиальные грибы, актиномицеты, дрожжи, бактерии-возбудители процессов брожения и др. Одни из них имеют колоссальное значение в круговороте веществ в природе, другие вызывают порчу пищевых продуктов или используются в пищевой промышленности в процессах переработки растительного и животного сырья.
Паразиты питаются за счет органических веществ живого организма хозяина. В их число входят все болезнетворные микроорганизмы, включая вирусы, вызывающие заболевания человека, животных, растений.