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1、关于微生物的生长(3)第1页，讲稿共58张，创作于星期日生长：生物个体物质有规律地、不可逆增加，导致个体体生长：生物个体物质有规律地、不可逆增加，导致个体体积扩大的生物学过程。积扩大的生物学过程。繁殖：生物个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命繁殖：生物个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。生长是一个逐步发生的量变过程，生长是一个逐步发生的量变过程，繁殖是一个产生新的生命个体的质变过程。繁殖是一个产生新的生命个体的质变过程。由于微生物个体微小，因此在描述微生物的生长由于微生物个体微小，因此在描述微生
2、物的生长时，一般是指其群体生长。时，一般是指其群体生长。第2页，讲稿共58张，创作于星期日个体生长个体生长个体繁殖个体繁殖群体生长群体生长群体生长群体生长=个体生长个体生长+个体繁殖个体繁殖第一节第一节 微生物的生长繁殖微生物的生长繁殖 多数微生物，尤其是单细胞微生物，其个体生长难以观多数微生物，尤其是单细胞微生物，其个体生长难以观察和测量，人们肉眼所见往往是微生物的群体，因此在研究察和测量，人们肉眼所见往往是微生物的群体，因此在研究微生物生长规律时，一般是研究其群体生长。微生物生长规律时，一般是研究其群体生长。第3页，讲稿共58张，创作于星期日一、细菌的生长繁殖一、细菌的生长繁殖1.影响细菌
3、生长繁殖的主要因素影响细菌生长繁殖的主要因素（1）营养基质）营养基质（2）温度：多数细菌最适生长温度）温度：多数细菌最适生长温度20-40（3）酸碱度：多数细菌最适）酸碱度：多数细菌最适pH为为6.5-7.5（4）渗透压）渗透压（5）呼吸环境）呼吸环境第4页，讲稿共58张，创作于星期日2.微生物群体的生长规律（典型生长曲线）微生物群体的生长规律（典型生长曲线）定量描述液体培养基中细菌群体生长规律的实验曲线，称定量描述液体培养基中细菌群体生长规律的实验曲线，称为生长曲线。为生长曲线。将少量单细胞纯种微生物，接种到一恒定容积的新鲜液体将少量单细胞纯种微生物，接种到一恒定容积的新鲜液体培养基中，在适
4、宜条件下培养，每隔一定时间取样，测细菌细培养基中，在适宜条件下培养，每隔一定时间取样，测细菌细胞数目。以培养时间为横坐标，以细菌增长数目的对数为纵坐胞数目。以培养时间为横坐标，以细菌增长数目的对数为纵坐标，绘制所得的曲线。标，绘制所得的曲线。第5页，讲稿共58张，创作于星期日 一条典型的生长曲线至少可以分为一条典型的生长曲线至少可以分为迟缓期，对数期，稳定迟缓期，对数期，稳定期和衰亡期期和衰亡期等四个生长时期等四个生长时期活菌数培养时间培养时间 .对数期对数期.稳定期稳定期.衰亡期衰亡期.迟缓期迟缓期细细菌菌数数目目（个个/mml l）对对数数细菌的生长曲线细菌的生长曲线第6页，讲稿共58张，
5、创作于星期日迟缓期迟缓期 将少量细菌接种于新鲜液体培养基后，在开始的一将少量细菌接种于新鲜液体培养基后，在开始的一段时间内菌数不立即增加，或增加很少，生长速度接近于段时间内菌数不立即增加，或增加很少，生长速度接近于零。又称为延滞期、适应期等。零。又称为延滞期、适应期等。迟缓期的特点：迟缓期的特点：u细胞形态变大或增长，如巨大芽孢杆菌，在迟缓期末细菌的平细胞形态变大或增长，如巨大芽孢杆菌，在迟缓期末细菌的平均长度比刚接种时长均长度比刚接种时长6倍。一般来说处于迟缓期的细胞体积最大；倍。一般来说处于迟缓期的细胞体积最大；u细胞内细胞内RNA，尤其是，尤其是rRNA含量增高，合成代谢活跃；含量增高，
6、合成代谢活跃；u对外界不良环境条件反应敏感。对外界不良环境条件反应敏感。第7页，讲稿共58张，创作于星期日迟缓期出现的原因：代谢调整迟缓期出现的原因：代谢调整p菌种菌种 ：繁殖速度较快的菌种迟缓期一般较短：繁殖速度较快的菌种迟缓期一般较短p接种物菌龄接种物菌龄 ：用对数生长期的菌种接种时，其迟缓期较短，：用对数生长期的菌种接种时，其迟缓期较短，甚至检查不到延滞期甚至检查不到延滞期p接种量：一般接种量增大可缩短甚至消除迟缓期接种量：一般接种量增大可缩短甚至消除迟缓期（发酵工业（发酵工业上一般采用上一般采用1/101/10的接种量）的接种量）p培养基成分：在营养成分丰富的天然培养基上生长的迟培养基
7、成分：在营养成分丰富的天然培养基上生长的迟缓期比在合成培养基上生长时短；缓期比在合成培养基上生长时短；影响迟缓期长短的因素：影响迟缓期长短的因素：第8页，讲稿共58张，创作于星期日对数期对数期 又称为指数期，指细菌经过迟缓期的调整后，细胞数量又称为指数期，指细菌经过迟缓期的调整后，细胞数量呈几何级数快速增加的一段时期。呈几何级数快速增加的一段时期。对数期的特点：对数期的特点：u细胞快速分裂，生长速率常数最大，细胞每分裂一次所需的世代细胞快速分裂，生长速率常数最大，细胞每分裂一次所需的世代时间最短而稳定；时间最短而稳定；u菌体平衡生长，个体形态、化学组成和生理特征均匀一致；菌体平衡生长，个体形态
8、、化学组成和生理特征均匀一致；u酶活力高而稳定，代谢旺盛。酶活力高而稳定，代谢旺盛。第9页，讲稿共58张，创作于星期日在在对对数数生生长长期期内内，细细菌菌数数目目的的增增加加是是按按指指数数级级数数增增加加的的，即即 20 2 1 22 23 2n 这这里里的的指指数数 n n 为为细细菌菌分分裂裂的的次次数数或或者者增增殖殖的的代代数数，也也就就是是一一个个细菌繁殖细菌繁殖n n代产生代产生2 2n n 个细菌。个细菌。如如果果在在对对数数期期开开始始时时间间 t t1 1的的菌菌数数为为 x x1 1 ，繁繁殖殖 n n 代代后后到到对对数数期期后后期期t t2 2的菌数为的菌数为 x
9、x2 2，则，则代时代时(Generation time(Generation time，G)G)（即每增加一代所需要的时间）（即每增加一代所需要的时间）G=（t2-t1）/n 先求代数先求代数n 由于由于x2=x1 2n lgx2=lgx1+nlg2；n=（lgx2-lgx1）/lg2 n=3.3 lg(x2/x1)G=（t2-t1）/3.3 lg(x2/x1)第10页，讲稿共58张，创作于星期日 不同种类的细菌，对数期的代时差异很大，但是多数细菌的代时为不同种类的细菌，对数期的代时差异很大，但是多数细菌的代时为202030min30min，培养基成分和环境条件对代时影响较大。，培养基成分和
10、环境条件对代时影响较大。应用意义：应用意义：由于此时期的菌种比较健壮，生产上用作接种的最佳菌龄；由于此时期的菌种比较健壮，生产上用作接种的最佳菌龄；发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度；发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度；食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期；食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期；是生理代谢及遗传研究或进行染色、形态观察等的良好材料。是生理代谢及遗传研究或进行染色、形态观察等的良好材料。第12页，讲稿共58张，创作于星期日稳定期稳定期 又称恒定期。处于稳定期的微生物，新增殖的细胞又称恒定期。处于稳定期的微生物，新增殖的细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，整个培
11、养物中二者处于动数与老细胞的死亡数几乎相等，整个培养物中二者处于动态平衡，此时生长速度又逐渐趋向零。态平衡，此时生长速度又逐渐趋向零。在一定容积的培养基中，细菌为什么不能按指数期的高速率无限生在一定容积的培养基中，细菌为什么不能按指数期的高速率无限生长呢长呢?这是由于指数期细菌活跃生长引起周围环境条件发生了一系列变化，这是由于指数期细菌活跃生长引起周围环境条件发生了一系列变化，某些营养物质消耗，有害代谢产物的积累，以及诸如某些营养物质消耗，有害代谢产物的积累，以及诸如pHpH、温度等的改、温度等的改变，限制了菌体细胞继续以高速度进行生长和分裂。变，限制了菌体细胞继续以高速度进行生长和分裂。第1
12、3页，讲稿共58张，创作于星期日稳定期的特点：稳定期的特点：l生长速率常数为零，活菌数达到平衡，菌体产量达到最高；生长速率常数为零，活菌数达到平衡，菌体产量达到最高；l细胞代谢活力减退，出现形态和生理特征的改变；细胞代谢活力减退，出现形态和生理特征的改变；l细胞内开始积累贮藏物质；细胞内开始积累贮藏物质；l芽孢细菌此时开始形成芽孢；芽孢细菌此时开始形成芽孢；l许多重要发酵产物在此期大量积累并达到高峰。许多重要发酵产物在此期大量积累并达到高峰。u稳定期是发酵生产收获的重要时期，延长稳定期可获得更稳定期是发酵生产收获的重要时期，延长稳定期可获得更多的代谢产物，此期是产物的最佳收获期。多的代谢产物，
13、此期是产物的最佳收获期。第14页，讲稿共58张，创作于星期日衰亡衰亡期期 营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，使得细营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，使得细菌死亡速率超过新生速率，整个群体呈现出负增长。菌死亡速率超过新生速率，整个群体呈现出负增长。u这一阶段的细胞，有的开始自溶，有的产生或释放出一这一阶段的细胞，有的开始自溶，有的产生或释放出一些次生代谢产物，芽孢菌此时开始释放芽孢。菌体细胞些次生代谢产物，芽孢菌此时开始释放芽孢。菌体细胞也呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊，有的也呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊，有的细胞内多液泡，革兰氏染色反应的阳性菌变成阴性反应细胞内多
14、液泡，革兰氏染色反应的阳性菌变成阴性反应等。等。注意：在实际工作中常采用分光光度计测定注意：在实际工作中常采用分光光度计测定ODOD值的方法绘制值的方法绘制细菌的生长曲线。细菌的生长曲线。第15页，讲稿共58张，创作于星期日 在实践中，应当根据什么来指导发酵工业的生产？在实践中，应当根据什么来指导发酵工业的生产？如，何时能够收获微生物的菌体？如，何时能够收获微生物的菌体？何时适合进行代谢产物的收获？何时适合进行代谢产物的收获？应当根据微生物群体应当根据微生物群体的生长规律来指导的生长规律来指导发酵生产发酵生产第16页，讲稿共58张，创作于星期日二、真菌的生长繁殖二、真菌的生长繁殖1.真菌生长繁
15、殖的条件真菌生长繁殖的条件（1 1）营养基质：真菌对营养要求不高，一般只需供给碳源和氮源即）营养基质：真菌对营养要求不高，一般只需供给碳源和氮源即可；可；（2 2）温度：多数真菌最适生长温度为）温度：多数真菌最适生长温度为25-3025-30；（3 3）湿度：相对湿度在）湿度：相对湿度在90%90%以上，利于真菌繁殖；以上，利于真菌繁殖；（4 4）pHpH：真菌喜酸性环境，一般：真菌喜酸性环境，一般pH3-6pH3-6之间生长良好；之间生长良好；（5 5）呼吸环境：霉菌一般为好氧菌，酵母为兼性厌氧菌。）呼吸环境：霉菌一般为好氧菌，酵母为兼性厌氧菌。第17页，讲稿共58张，创作于星期日丝状微生物
16、的纯培养采用孢子接种，丝状微生物的纯培养采用孢子接种，在液体培养基中震荡培养或深层通在液体培养基中震荡培养或深层通气加搅拌培养，菌丝体通过断裂繁气加搅拌培养，菌丝体通过断裂繁殖不形成产孢结构。可以用菌丝干殖不形成产孢结构。可以用菌丝干重作为衡量生长的指标，即以时间重作为衡量生长的指标，即以时间为横坐标，以菌丝干重为纵坐标，为横坐标，以菌丝干重为纵坐标，绘制生长曲线。绘制生长曲线。可分为三个阶段：可分为三个阶段：1、生长迟缓期、生长迟缓期2、迅速生长期、迅速生长期3、衰退期、衰退期1.丝状真菌的群体生长规律（非典型生长曲线）丝状真菌的群体生长规律（非典型生长曲线）第18页，讲稿共58张，创作于星
17、期日1 1、生长迟缓期、生长迟缓期:造成生长停滞的原因一是孢子萌发前真正的停滞造成生长停滞的原因一是孢子萌发前真正的停滞状态，另一种是生长已经开始，但还无法测定。状态，另一种是生长已经开始，但还无法测定。2 2、迅速生长期、迅速生长期:菌丝体干重迅速增加，其立方根与时间呈直线关菌丝体干重迅速增加，其立方根与时间呈直线关系，菌丝干重不以几何级数增加，没有对数生长期。生长主要系，菌丝干重不以几何级数增加，没有对数生长期。生长主要表现在菌丝尖端的伸长和出现分支、断裂等，此时期的菌体呼表现在菌丝尖端的伸长和出现分支、断裂等，此时期的菌体呼吸强度达到高峰，有的开始积累代谢产物。吸强度达到高峰，有的开始积
18、累代谢产物。3 3、衰退期、衰退期:菌丝体干重下降，到一定时期不再变化。大多数次级代菌丝体干重下降，到一定时期不再变化。大多数次级代谢产物在此期合成，大多数细胞都出现大的空泡。有些菌丝体还会谢产物在此期合成，大多数细胞都出现大的空泡。有些菌丝体还会发生自溶菌丝体，这与菌种和培养条件有关。发生自溶菌丝体，这与菌种和培养条件有关。第19页，讲稿共58张，创作于星期日三、微生物的同步培养三、微生物的同步培养 在分批培养中，各个细胞的生理状态、代谢活动并在分批培养中，各个细胞的生理状态、代谢活动并不完全一样。如果以群体测定结果的平均值来代表单个细不完全一样。如果以群体测定结果的平均值来代表单个细胞的生
19、长或生理特性是不符合客观实际的，然而利用单个胞的生长或生理特性是不符合客观实际的，然而利用单个细胞进行研究又是很困难的。为了解决这一问题，就必须细胞进行研究又是很困难的。为了解决这一问题，就必须设法使群体处于同一发育阶段，使群体和个体行为变得一设法使群体处于同一发育阶段，使群体和个体行为变得一致，因而发展了单细胞的同步培养技术。致，因而发展了单细胞的同步培养技术。第20页，讲稿共58张，创作于星期日n同步培养法：同步培养法：使培养的微生物处于比较使培养的微生物处于比较一致的生长发育阶段上的培养方法一致的生长发育阶段上的培养方法。n同步生长的概念：同步生长的概念：一个细胞群体中各个一个细胞群体中
20、各个细胞都在同一时间进行分裂的状态，称细胞都在同一时间进行分裂的状态，称为同步生长，进行同步分裂的细胞称为为同步生长，进行同步分裂的细胞称为同步细胞。同步细胞。同步生长的细菌，其生长曲线呈同步生长的细菌，其生长曲线呈现现“梯形梯形”。n同步细胞群体在任何一时刻都处在细胞周同步细胞群体在任何一时刻都处在细胞周期的同一相，彼此间形态、生化特征都很一期的同一相，彼此间形态、生化特征都很一致，因而是细胞学、生理学和生物化学等研致，因而是细胞学、生理学和生物化学等研究的良好材料。究的良好材料。第21页，讲稿共58张，创作于星期日获得同步生长的方法：获得同步生长的方法主要有两类：获得同步生长的方法主要有两
21、类：环境条件诱导法：变换温度、光线、培养基等，造成与正常细胞周期不环境条件诱导法：变换温度、光线、培养基等，造成与正常细胞周期不同的周期变化。同的周期变化。选择法：选择性过滤、梯度离心。物理方法，随机选择，不影响选择法：选择性过滤、梯度离心。物理方法，随机选择，不影响细胞代谢。细胞代谢。第22页，讲稿共58张，创作于星期日选择法又称机械法选择法又称机械法 微生物的子细胞与成熟细胞，通过机械法就可使它们在一定微生物的子细胞与成熟细胞，通过机械法就可使它们在一定程度上分开来。然后用同样大小的细胞进行培养便可获得同步培程度上分开来。然后用同样大小的细胞进行培养便可获得同步培养物。养物。l离心沉降分离
22、法离心沉降分离法l过滤分离法过滤分离法 l硝酸纤维薄膜法硝酸纤维薄膜法原理：原理：一些细菌细胞会紧紧粘附于硝酸纤一些细菌细胞会紧紧粘附于硝酸纤维微孔滤膜上。维微孔滤膜上。步骤：步骤：菌悬液通过微孔滤膜，细胞吸附其菌悬液通过微孔滤膜，细胞吸附其上；反置滤膜，以新鲜培养液通过滤膜，上；反置滤膜，以新鲜培养液通过滤膜，洗掉浮游细胞；除去起始洗脱液后就可以洗掉浮游细胞；除去起始洗脱液后就可以得到刚刚分裂下来的新生细胞，即为同步得到刚刚分裂下来的新生细胞，即为同步培养。培养。第23页，讲稿共58张，创作于星期日机械法机械法同步培养物是在不影响细菌代谢的情况下同步培养物是在不影响细菌代谢的情况下获得的，因
23、而菌体的生命活动必然较为正常。获得的，因而菌体的生命活动必然较为正常。局限性：局限性：有些微生物即使在相同的发育阶段，个体大有些微生物即使在相同的发育阶段，个体大小也不一致，甚至差别很大，这样的微生物不宜采用小也不一致，甚至差别很大，这样的微生物不宜采用这类方法。这类方法。第24页，讲稿共58张，创作于星期日调整生理条件的同步法（诱导法）调整生理条件的同步法（诱导法）温度调整法温度调整法 将微生物的培养温度控制在亚适温度条件下一段时间，将微生物的培养温度控制在亚适温度条件下一段时间，使细胞的生长在分裂前不久的阶段稍微受到抑制，然后将培养温度使细胞的生长在分裂前不久的阶段稍微受到抑制，然后将培养
24、温度提高或降低到最适生长温度，大多数细胞就会进行同步分裂。提高或降低到最适生长温度，大多数细胞就会进行同步分裂。营养条件调整法营养条件调整法 即控制营养物的浓度或培养基的组成以达到同步生即控制营养物的浓度或培养基的组成以达到同步生长。例如限制碳源或其他营养物，使细胞只能一次分裂而不能继续生长。例如限制碳源或其他营养物，使细胞只能一次分裂而不能继续生长，从而获得了刚分裂的细胞群体，然后再转入适宜的培养基中，它长，从而获得了刚分裂的细胞群体，然后再转入适宜的培养基中，它们例进入了同步生长。们例进入了同步生长。注意：由于同步群体的个体差异，同步生长不能无限地维持，往往会逐注意：由于同步群体的个体差异
25、，同步生长不能无限地维持，往往会逐渐破坏，最多能维持渐破坏，最多能维持2 2-3-3个世代，又逐渐转变为随机生长，即非同步个世代，又逐渐转变为随机生长，即非同步化。化。第25页，讲稿共58张，创作于星期日四、微生物的连续培养四、微生物的连续培养分批培养（分批培养（batch culture）：将微生物置于一定容：将微生物置于一定容积的定量的培养基中培养，培养基一次性加入。不积的定量的培养基中培养，培养基一次性加入。不再补充和更换，最后一次性收获。再补充和更换，最后一次性收获。连续培养（连续培养（continuous culture）：在微生物培养的过：在微生物培养的过程中，不断供给新鲜的营养液
26、，同时排除含菌体及代程中，不断供给新鲜的营养液，同时排除含菌体及代谢产物的发酵液，让培养的微生物长时间地处于对数谢产物的发酵液，让培养的微生物长时间地处于对数生长期。生长期。连续培养理论基础连续培养理论基础：基于对典型生长曲线中稳定期形：基于对典型生长曲线中稳定期形成原因的认识，采取相应有效措施推迟其来临，从成原因的认识，采取相应有效措施推迟其来临，从而发展出连续培养技术。而发展出连续培养技术。第26页，讲稿共58张，创作于星期日原理：当微生物在单批培养方式下生长达到对数期后期时，一方面原理：当微生物在单批培养方式下生长达到对数期后期时，一方面以一定的速度流进新鲜培养基并搅拌，另一方面以溢流方
27、式流出培养液，以一定的速度流进新鲜培养基并搅拌，另一方面以溢流方式流出培养液，使培养物达到动态平衡，其中的微生物就能长期保持对数期的平衡生长使培养物达到动态平衡，其中的微生物就能长期保持对数期的平衡生长状态和稳定的生长速率。状态和稳定的生长速率。单批培养单批培养 恒浊法恒浊法恒化法恒化法 单批培养单批培养连续培养连续培养时间时间连续流入连续流入新鲜培养液新鲜培养液lg细胞数（个细胞数（个/ml）连续培养连续培养 第27页，讲稿共58张，创作于星期日连续培养连续培养控制连续培养的方法控制连续培养的方法恒浊连续培养恒浊连续培养不断调节流速而使细菌培养液浊度保持恒定不断调节流速而使细菌培养液浊度保持
28、恒定恒化连续培养恒化连续培养保持恒定的流速保持恒定的流速第28页，讲稿共58张，创作于星期日连续培养技术连续培养技术恒浊培养恒浊培养概念：概念：通过调节培养基流速，使培养液浊度保持恒定的通过调节培养基流速，使培养液浊度保持恒定的连续培养方法。连续培养方法。原理原理：调节新鲜培养基流入的速度和培养物流出的速度来维调节新鲜培养基流入的速度和培养物流出的速度来维持菌浓度不变持菌浓度不变,即浊度不变。采用即浊度不变。采用光电装置光电装置检测培养容器中检测培养容器中的浊度的浊度，当浊度高时，使新鲜培养基的流速加快，浊度降当浊度高时，使新鲜培养基的流速加快，浊度降低，则减慢培养基的流速。低，则减慢培养基的
29、流速。特点：特点：基质过量，微生物始终以最高速率进行生长；但工艺复基质过量，微生物始终以最高速率进行生长；但工艺复杂，烦琐。杂，烦琐。使用范围：使用范围：用于生产大量菌体、生产与菌体生长相平行的用于生产大量菌体、生产与菌体生长相平行的某些代谢产物，如乳酸、乙醇等。某些代谢产物，如乳酸、乙醇等。第29页，讲稿共58张，创作于星期日连续培养技术连续培养技术恒化连续培养恒化连续培养概念概念：以恒定流速使营养物质浓度恒定并保持细菌生长速以恒定流速使营养物质浓度恒定并保持细菌生长速率恒定，使微生物始终在低于其最高生长速率下进行生长率恒定，使微生物始终在低于其最高生长速率下进行生长繁殖的方法。繁殖的方法。
30、原理：原理：通过控制某一种营养物浓度通过控制某一种营养物浓度（如碳、氮源、生（如碳、氮源、生长因子等）长因子等），使其始终成为生长限制因子，而达到控，使其始终成为生长限制因子，而达到控制培养液流速保持不变，细菌的生长速率将取决于限制培养液流速保持不变，细菌的生长速率将取决于限制性因子的浓度。制性因子的浓度。特点：特点：维持营养成分的亚适量，控制微生物生长速率。维持营养成分的亚适量，控制微生物生长速率。菌体生长速率恒定，菌体均一、密度稳定，产量低于最高菌体生长速率恒定，菌体均一、密度稳定，产量低于最高菌体产量。菌体产量。应用范围：应用范围：实验室科学研究实验室科学研究第30页，讲稿共58张，创作
31、于星期日恒化连续培养装置恒化连续培养装置第31页，讲稿共58张，创作于星期日恒浊器恒浊器恒化器恒化器的比较的比较第32页，讲稿共58张，创作于星期日连续发酵（连续发酵（continuous fermentationcontinuous fermentation）的特点）的特点连续培养在生产上的应用，相对于单批发酵而言。连续培养在生产上的应用，相对于单批发酵而言。优点：优点：缺点：缺点：连续发酵的生产时间受以上因素限制，一般只能维持数月。连续发酵的生产时间受以上因素限制，一般只能维持数月。缩短发酵周期，提高设备利用率；缩短发酵周期，提高设备利用率；便于自动控制；便于自动控制；降低动力消耗及体力劳
32、动强度；降低动力消耗及体力劳动强度；产品质量较稳定。产品质量较稳定。p杂菌污染杂菌污染p菌种退化菌种退化p营养物利用率低于单批培养营养物利用率低于单批培养第33页，讲稿共58张，创作于星期日第二节第二节 环境因素对微生物生长的影响环境因素对微生物生长的影响环境条件适宜：微生物正常生长繁殖与代谢环境条件适宜：微生物正常生长繁殖与代谢环境条件不宜：微生物生长繁殖受抑制甚至死亡环境条件不宜：微生物生长繁殖受抑制甚至死亡 学习环境因素对微生物生长的影响，有利于我们通过控学习环境因素对微生物生长的影响，有利于我们通过控制环境条件促进有益菌繁殖与代谢，抑制有害菌对食品等的制环境条件促进有益菌繁殖与代谢，抑
33、制有害菌对食品等的污染。污染。第34页，讲稿共58张，创作于星期日第35页，讲稿共58张，创作于星期日一、物理因素对微生物生长的影响一、物理因素对微生物生长的影响1.1.温度温度温度对微生物代谢的影响主要有：温度对微生物代谢的影响主要有：u影响酶活性，一定范围内，温度每升高影响酶活性，一定范围内，温度每升高1010，酶促反应速率增加一倍；，酶促反应速率增加一倍；u影响细胞膜流动性，温度高，流动性大，利于物质运输，反之流动性小，影响细胞膜流动性，温度高，流动性大，利于物质运输，反之流动性小，不利于物质运输；不利于物质运输；u影响物质溶解度，温度高，溶解度上升，温度低，溶解度下降；影响物质溶解度，
34、温度高，溶解度上升，温度低，溶解度下降；u影响核酸、蛋白质等生物大分子活性，温度过高易变性。影响核酸、蛋白质等生物大分子活性，温度过高易变性。第36页，讲稿共58张，创作于星期日 根据最适生长温度不同，可将微生物分为低温型、根据最适生长温度不同，可将微生物分为低温型、中温型、高温型三大类群。中温型、高温型三大类群。第37页，讲稿共58张，创作于星期日-10-50102051510202040第38页，讲稿共58张，创作于星期日（1）低温型微生物：）低温型微生物：又称嗜冷微生物，可分为专性嗜冷和兼性嗜冷两种。又称嗜冷微生物，可分为专性嗜冷和兼性嗜冷两种。分布：分布：常分布在地球两极地区几乎终年冰
35、冻的水域和土壤中；或者分布常分布在地球两极地区几乎终年冰冻的水域和土壤中；或者分布在平均温度为在平均温度为55左右的海洋中，或分布在只有左右的海洋中，或分布在只有1 1-2-2的海洋深处；有的分的海洋深处；有的分布于冷泉。冷藏食物的腐败往往由这类微生物引起。布于冷泉。冷藏食物的腐败往往由这类微生物引起。机理：机理：u 细胞内的酶在低温下仍能有效地发挥作用；细胞内的酶在低温下仍能有效地发挥作用；u 细胞膜中不饱和脂肪酸含量较高，细胞膜在低温下仍保持半流动状细胞膜中不饱和脂肪酸含量较高，细胞膜在低温下仍保持半流动状态，从而能进行活跃的物质代谢。态，从而能进行活跃的物质代谢。第39页，讲稿共58张，
36、创作于星期日（2）中温型微生物：）中温型微生物：又可分为室温性微生物和体温性微生物。又可分为室温性微生物和体温性微生物。室温性微生物室温性微生物适于适于2020-30-30生长，如土壤微生物、植物病原微生物。主要生长，如土壤微生物、植物病原微生物。主要为腐生或植物寄生，存在植物或土壤中。为腐生或植物寄生，存在植物或土壤中。体温性微生物体温性微生物多为人及温血动物的病原菌，它们生长的极限范围在多为人及温血动物的病原菌，它们生长的极限范围在1010-4545，最适生长温度与其宿主体温相近，在，最适生长温度与其宿主体温相近，在2525-40-40之间，人体寄生之间，人体寄生菌为菌为3737左右。左右
37、。中温型微生物不能在低于中温型微生物不能在低于1010的条件下生长：与蛋白质的合成和反馈抑制有的条件下生长：与蛋白质的合成和反馈抑制有关。关。1010以下的低温，使很多酶的功能受到抑制，蛋白质的合成过程不能启以下的低温，使很多酶的功能受到抑制，蛋白质的合成过程不能启动。动。第40页，讲稿共58张，创作于星期日（3）高温型微生物：）高温型微生物：适于在适于在50-6050-60的温度中生长，在自然界中的分布仅局限于某些地的温度中生长，在自然界中的分布仅局限于某些地区，如堆肥在发酵过程中温度常高达区，如堆肥在发酵过程中温度常高达6060-70-70。能在。能在5555-70-70中生长的微中生长的
38、微生物有生物有芽孢杆菌属芽孢杆菌属、产甲烷菌产甲烷菌等。分布于温泉中的细菌，有的可在等。分布于温泉中的细菌，有的可在近于近于100100的高温中生长。这些耐高温的微生物，经常给罐头工的高温中生长。这些耐高温的微生物，经常给罐头工业、发酵工业带来麻烦。业、发酵工业带来麻烦。耐高温的原因：耐高温的原因：l菌体内的酶和蛋白质比起中温型微生物蛋白质对热更稳定；菌体内的酶和蛋白质比起中温型微生物蛋白质对热更稳定；l核糖体和其他成分对高温也具较大的抗性；核糖体和其他成分对高温也具较大的抗性；l细胞膜中饱和脂肪酸含量高，可以形成更强的疏水键，使膜在高细胞膜中饱和脂肪酸含量高，可以形成更强的疏水键，使膜在高温
39、下能保持其稳定性并具正常的功能。温下能保持其稳定性并具正常的功能。第41页，讲稿共58张，创作于星期日高温微生物的特点高温微生物的特点:生生长长速速度度快快，合合成成大大分分子子迅迅速速，可可及及时时修修复复高高温温对对其其造造成成的分子损伤。的分子损伤。耐耐高高温温菌菌具具应应用用优优势势：在在减减少少能能源源消消耗耗、减减少少染染菌菌、缩缩短短发酵周期等方面具重要意义。发酵周期等方面具重要意义。第42页，讲稿共58张，创作于星期日（4）高温对微生物的影响）高温对微生物的影响高温下蛋白质不可逆变性，膜受热出现小孔，破坏细胞结构（溶菌）。高温下蛋白质不可逆变性，膜受热出现小孔，破坏细胞结构（溶
40、菌）。微生物对热的耐受力与以下因素有关微生物对热的耐受力与以下因素有关:微生物种类及发育阶段微生物种类及发育阶段 n嗜热菌比其它类型的菌体抗热嗜热菌比其它类型的菌体抗热n有芽孢的细菌比无芽孢的菌抗热有芽孢的细菌比无芽孢的菌抗热n微生物的繁殖结构比营养结构抗热性强微生物的繁殖结构比营养结构抗热性强n老龄菌比幼龄菌抗热老龄菌比幼龄菌抗热第43页，讲稿共58张，创作于星期日微生物的致死温度微生物的致死温度在一定时间内（如在一定时间内（如 10 10 minmin）杀死微生物所需要的最低温杀死微生物所需要的最低温度称为微生物的致死温度。度称为微生物的致死温度。微生物的致死时间微生物的致死时间在一定温度
41、下杀死微生物所需要的最短时间称为微生物的致在一定温度下杀死微生物所需要的最短时间称为微生物的致死时间。温度愈高，致死时间愈短。死时间。温度愈高，致死时间愈短。D D 值值 （decimus valuedecimus value）在特定温度下使微生物菌数减少在特定温度下使微生物菌数减少 10 10 倍所需的时间。倍所需的时间。第44页，讲稿共58张，创作于星期日微生物对热的耐受力还受微生物对热的耐受力还受环境条件环境条件的影响的影响 培养基的营养成分培养基的营养成分 培养基中脂类、糖类、蛋白质含量高时比培养基中脂类、糖类、蛋白质含量高时比较耐热。较耐热。pHpH pHpH适宜时不易死亡，适宜时不
42、易死亡，pHpH不适宜时，容易死亡。不适宜时，容易死亡。水分水分 含水量大时容易死亡，含水量小时不容易死亡。含水量大时容易死亡，含水量小时不容易死亡。含菌量含菌量 含菌量高，抗热性增强，含菌量低，抗热性差。含菌量高，抗热性增强，含菌量低，抗热性差。热处理时间热处理时间 热处理时间长，微生物易死亡。热处理时间长，微生物易死亡。枯草芽孢杆菌芽孢的抗热力与枯草芽孢杆菌芽孢的抗热力与pHpH关系（关系（100100时）时）第45页，讲稿共58张，创作于星期日（3）低温对微生物的影响）低温对微生物的影响 当环境温度低于微生物的最适生长温度时，微生物的生长繁殖停止，当环境温度低于微生物的最适生长温度时，微
43、生物的生长繁殖停止，当微生物的原生质结构并未破坏时，不会很快造成死亡并能在较长时间当微生物的原生质结构并未破坏时，不会很快造成死亡并能在较长时间内保持活力，当温度提高时，可以恢复正常的生命活动。内保持活力，当温度提高时，可以恢复正常的生命活动。低温保藏菌种就是利用这个原理。低温保藏菌种就是利用这个原理。一些细菌、酵母菌和霉菌的琼脂斜面一些细菌、酵母菌和霉菌的琼脂斜面菌种通常可以长时间地保藏在菌种通常可以长时间地保藏在44的的冰箱中。当温度过低，造成微生物细冰箱中。当温度过低，造成微生物细胞冻结时，有的微生物会死亡，有些胞冻结时，有的微生物会死亡，有些则并不死亡。则并不死亡。第46页，讲稿共58
44、张，创作于星期日低温时死亡的原因：低温时死亡的原因：冻结时细胞水分变成冰晶，对细胞膜产生机械损伤，膜内物质外漏。冻结时细胞水分变成冰晶，对细胞膜产生机械损伤，膜内物质外漏。冻结过程造成细胞脱水。冻结过程造成细胞脱水。冻结速度对冰晶形成有很大影响。冻结速度对冰晶形成有很大影响。缓慢冻结缓慢冻结形成的冰晶大，对细胞损伤大；形成的冰晶大，对细胞损伤大；快速冻结快速冻结形成的冰晶小、分布均匀，对细胞的损伤小。形成的冰晶小、分布均匀，对细胞的损伤小。因此，利用快速冻结可以对一些菌种进行冻结保藏，一般在因此，利用快速冻结可以对一些菌种进行冻结保藏，一般在菌悬液中再加一些甘油、糖、牛奶、保护剂等可对菌种进行
45、长期菌悬液中再加一些甘油、糖、牛奶、保护剂等可对菌种进行长期保藏。保藏。冻冻存存管管第47页，讲稿共58张，创作于星期日中国科学院海洋微生物菌种保藏中心中国科学院海洋微生物菌种保藏中心第48页，讲稿共58张，创作于星期日2.2.水分水分（1 1）水分活度的概念）水分活度的概念 食品中的绝对含水量包括游离态水和结合态水，前者可被微生物利食品中的绝对含水量包括游离态水和结合态水，前者可被微生物利用，后者不能利用，故食品中含有的水分不能用绝对含水量（用，后者不能利用，故食品中含有的水分不能用绝对含水量（%）表示，）表示，而是用水分活度表示食品中可被微生物利用的自由水或游离水的含量。而是用水分活度表示
46、食品中可被微生物利用的自由水或游离水的含量。水活度用水活度用AwAw表示，即相同温度和压力下，食品的蒸汽压与纯水表示，即相同温度和压力下，食品的蒸汽压与纯水蒸汽压之比。蒸汽压之比。Aw=p/p0p:p:一定温度下基质（食品）水分所一定温度下基质（食品）水分所 产生的蒸汽压产生的蒸汽压p p0 0：在与：在与p p相同温度下纯水的蒸汽压相同温度下纯水的蒸汽压第49页，讲稿共58张，创作于星期日若基质为纯水，则若基质为纯水，则p=pp=p0 0，A Aw w=1=1若基质完全无水，则若基质完全无水，则p=0p=0，A Aw w=0=0因此，因此，A Aw w最大值为最大值为 1 1；最小值为；最小
47、值为 0 0。溶质越多，水活度越低，溶质越多，水活度越低，当基质的当基质的A Aw w低于微生物生长低于微生物生长的最低的最低A Aw w时，微生物就停时，微生物就停止生长。止生长。食盐、食糖的浓度与食盐、食糖的浓度与AwAw的关系（的关系（2525时）时）单位：单位：%第50页，讲稿共58张，创作于星期日（2 2）微生物生长的最）微生物生长的最 低水活度低水活度 不同微生物，其生长不同微生物，其生长繁殖的最低水活度有较大繁殖的最低水活度有较大差异，当水活度降至差异，当水活度降至0.650.65以下时，一般微生物将停以下时，一般微生物将停止生长繁殖。止生长繁殖。通过加入糖或盐提高食品的渗透压，
48、可降低食品的水活度，通过加入糖或盐提高食品的渗透压，可降低食品的水活度，一般能引起高糖食品变质的微生物只有少数酵母和霉菌，但是一般能引起高糖食品变质的微生物只有少数酵母和霉菌，但是霉菌是好氧菌，可用厌氧的方法控制其生长。霉菌是好氧菌，可用厌氧的方法控制其生长。第51页，讲稿共58张，创作于星期日（3 3）食品保藏与）食品保藏与A Aw w的关系的关系 新鲜食品如蔬菜、水果、肉、奶等水分含量高，其新鲜食品如蔬菜、水果、肉、奶等水分含量高，其AwAw在在0.980.99之间，食品容易腐败变质。若将食品的水活度降低至之间，食品容易腐败变质。若将食品的水活度降低至0.600.70以以下，多数微生物会停
49、止生长，处于休眠甚至死亡（此时一般无需下，多数微生物会停止生长，处于休眠甚至死亡（此时一般无需对食品灭菌处理）。在实践中常采用干燥、冰冻、盐腌、糖渍等对食品灭菌处理）。在实践中常采用干燥、冰冻、盐腌、糖渍等方法降低食品的水活度，从而延长食品的货架期。方法降低食品的水活度，从而延长食品的货架期。第52页，讲稿共58张，创作于星期日3.3.渗透压渗透压 细胞内溶质浓度与胞外溶液的溶质浓度相等时，为等渗溶液细胞内溶质浓度与胞外溶液的溶质浓度相等时，为等渗溶液,溶液的溶溶液的溶质浓度高于胞内溶质浓度为高渗溶液质浓度高于胞内溶质浓度为高渗溶液,溶液的溶质浓度低于胞内溶质浓度为溶液的溶质浓度低于胞内溶质浓
50、度为低渗溶液低渗溶液.在等渗溶液中在等渗溶液中,微生物的活动保持正常微生物的活动保持正常,细胞外形不变细胞外形不变在高渗溶液中在高渗溶液中,细胞易失水细胞易失水,发生质壁分离发生质壁分离,生长受抑制或死亡生长受抑制或死亡在低渗溶液中在低渗溶液中,细胞吸水膨胀细胞吸水膨胀,但由于细胞壁的保护，较少发生但由于细胞壁的保护，较少发生破裂破裂 利用盐腌、糖渍的方法均可提高溶液的渗透压，用于保藏食品。利用盐腌、糖渍的方法均可提高溶液的渗透压，用于保藏食品。通常情况下，通常情况下，6 6倍于食盐的糖才能与食盐产生相同的抑制作用倍于食盐的糖才能与食盐产生相同的抑制作用。糖糖的浓度通常为的浓度通常为5050-