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1、理化因素对微生物的影响本讲稿第一页，共八十六页 一、温度一、温度温度是影响微生物生长的最重要因素之一。温度是影响微生物生长的最重要因素之一。温度对微生物的影响具体表现在：温度对微生物的影响具体表现在：影响酶活性，温度变化影响酶促反应速率，最终影响细影响酶活性，温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞合成。胞合成。影响细胞膜的流动性，温度高，流动性大，有利于物影响细胞膜的流动性，温度高，流动性大，有利于物质的运输，温度低，流动性降低，不利于物质运输，质的运输，温度低，流动性降低，不利于物质运输，因此，温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的因此，温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌。分泌。影响
2、物质的溶解度，对生长有影响。影响物质的溶解度，对生长有影响。本讲稿第二页，共八十六页（一）微生物生长的三个温度基点（一）微生物生长的三个温度基点从微生物整体来看：从微生物整体来看：生长的温度范围一般在生长的温度范围一般在-10 100-10 100 极端下限为极端下限为-30-30，极端上限为，极端上限为105300 105300 但对于特定的某一种微生物：但对于特定的某一种微生物：只能在一定温度范围内生长，在这个范围内，每只能在一定温度范围内生长，在这个范围内，每种微生物都有自己的生长温度三基点，即最低、最种微生物都有自己的生长温度三基点，即最低、最适、最高生长温度。适、最高生长温度。本讲稿
3、第三页，共八十六页处于最适生长温度时，处于最适生长温度时，生长速度最快，代时生长速度最快，代时最短。最短。超过最低生长温度时，微超过最低生长温度时，微生物不生长，温度过低，生物不生长，温度过低，甚至会死亡。甚至会死亡。超过最高生长温度时，超过最高生长温度时，微生物不生长，温度微生物不生长，温度过高，甚至会死亡。过高，甚至会死亡。本讲稿第四页，共八十六页（二）微生物生长温度类型（二）微生物生长温度类型根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生物划为根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生物划为三个类型：三个类型：低温型微生物（嗜冷微生物）低温型微生物（嗜冷微生物）中温型微生物（嗜温微生物）中温型微
4、生物（嗜温微生物）高温型微生物（嗜热微生物）高温型微生物（嗜热微生物）本讲稿第五页，共八十六页本讲稿第六页，共八十六页本讲稿第七页，共八十六页 低温型微生物低温型微生物:最适生长温度在最适生长温度在520,520,主要分布在地球的两极、主要分布在地球的两极、冷泉、深海、冷冻场所及冷藏食品中。冷泉、深海、冷冻场所及冷藏食品中。例：假单孢菌中的某些嗜冷菌在低温下生长，常引起例：假单孢菌中的某些嗜冷菌在低温下生长，常引起冷藏食品的腐败。冷藏食品的腐败。嗜冷微生物在低温下生长的机理，目前还不清嗜冷微生物在低温下生长的机理，目前还不清楚，据推测有两种原因：楚，据推测有两种原因：它们体内的酶能在低温下有效
5、地催化，在高温下它们体内的酶能在低温下有效地催化，在高温下酶活丧失酶活丧失细胞膜中的不饱和脂肪酸含量高，低温细胞膜中的不饱和脂肪酸含量高，低温下也能保持半流动状态，可以进行物质的传递。下也能保持半流动状态，可以进行物质的传递。本讲稿第八页，共八十六页 中温型微生物：中温型微生物：最适生长温度为最适生长温度为2040 2040，大多数微生物属于，大多数微生物属于此类。此类。室温型主要为腐生或植物寄生，在植物或土壤室温型主要为腐生或植物寄生，在植物或土壤中。中。体温型主要为寄生，在人和动物体内。体温型主要为寄生，在人和动物体内。本讲稿第九页，共八十六页 高温型微生物：高温型微生物：最适生长温度为最
6、适生长温度为50 60,50 60,主要分布在温泉、堆主要分布在温泉、堆肥和土壤中。肥和土壤中。在高温下能生长的原因：在高温下能生长的原因：酶蛋以及核糖体有酶蛋以及核糖体有较强的抗热性较强的抗热性核酸具有较高的热稳定性（核核酸具有较高的热稳定性（核酸中酸中G+CG+C含量高（含量高（tRNAtRNA），可提供形成），可提供形成 氢键，氢键，增加热稳定性增加热稳定性 ）。）。细胞膜中饱和脂肪酸含量细胞膜中饱和脂肪酸含量高，较高温度下能维持正常的液晶状态高，较高温度下能维持正常的液晶状态。本讲稿第十页，共八十六页 高温微生物的特点高温微生物的特点:生长速度快，合成大分子迅速，可及时修复高生长速度快
7、，合成大分子迅速，可及时修复高温对其造成的分子损伤。温对其造成的分子损伤。耐高温菌具应用优势：在减少能源消耗、减少染菌、耐高温菌具应用优势：在减少能源消耗、减少染菌、缩短发酵周期等方面具重要意义。有利于非气体物质缩短发酵周期等方面具重要意义。有利于非气体物质在发酵液中的扩散和溶解，防止杂菌污染，由高温微在发酵液中的扩散和溶解，防止杂菌污染，由高温微生物产的酶制剂，酶反应温度和耐热性都比中温微生生物产的酶制剂，酶反应温度和耐热性都比中温微生物高。物高。本讲稿第十一页，共八十六页 不同生理生化过程的最适温度不同生理生化过程的最适温度 微生物不同生理活动要求不同温度，所以，微生物不同生理活动要求不同
8、温度，所以，最适生长温度最适生长温度 发酵速度快、积累代谢产物多。发酵速度快、积累代谢产物多。一般而言，老龄比幼龄耐热，原核生物比真核生物一般而言，老龄比幼龄耐热，原核生物比真核生物耐热，非光合生物比光合生物耐热，结构简单的比结耐热，非光合生物比光合生物耐热，结构简单的比结构复杂的耐热，在富含蛋白质的培养基上生长的细菌构复杂的耐热，在富含蛋白质的培养基上生长的细菌耐热能力强。耐热能力强。本讲稿第十二页，共八十六页 菌菌 名名 生长温度生长温度 发酵温度发酵温度 累积产物温度累积产物温度 （）（）（）Streptococcus thermophilusStreptococcus thermoph
9、ilus 37 37 47 47 37 37S.lactisS.lactis 34 34 40 40 产细胞：产细胞：25302530 产乳酸：产乳酸：3030Streptomyces griseusStreptomyces griseus 37 37 28 28 _ _Corenybacterium pekinenseCorenybacterium pekinense 32 32 3335 3335 _ _Clostridium acetobutylicumClostridium acetobutylicum 37 37 33 33 _ _Penicilium chrysogenumPeni
10、cilium chrysogenum 30 30 25 25 20 20以青霉素的生产为例：培养以青霉素的生产为例：培养165165小时采用分段控制温度的方法，其青霉素产量比始终小时采用分段控制温度的方法，其青霉素产量比始终在在30 30 培养提高了培养提高了14.7%14.7%。分段控制方式：分段控制方式：0505小时，小时，30 30；540540小时，小时，25 25；4012540125小时，小时，20 20；125165125165小时，小时，25 25。本讲稿第十三页，共八十六页（三）高温与低温对微生物的影响（三）高温与低温对微生物的影响1 1、高温对微生物的影响、高温对微生物的影
11、响高温下蛋白质不可逆变性，膜受热出现小孔，破坏细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）。胞结构（溶菌）。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:(1)(1)微生物种类及发育阶段微生物种类及发育阶段 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；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；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；老龄菌比幼龄菌抗热。老龄菌比幼龄菌抗热。本讲稿第十四页，共八十六页 (2)(2)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 与培养基的营
12、养成分有关：培养基中蛋白质含量高时比与培养基的营养成分有关：培养基中蛋白质含量高时比较耐热。较耐热。与与pH pH 有关：有关：pHpH适宜时不易死亡，适宜时不易死亡，pHpH不适宜时，容不适宜时，容易死亡。易死亡。与水分有关：含水量大时容易死亡，含水量小时与水分有关：含水量大时容易死亡，含水量小时不容易死亡。不容易死亡。与含菌量有关：含菌量高，抗热性增强，含菌量低，与含菌量有关：含菌量高，抗热性增强，含菌量低，抗热性差。抗热性差。与热处理时间有关：热处理时间长，微生物易死亡。与热处理时间有关：热处理时间长，微生物易死亡。本讲稿第十五页，共八十六页 2 2、低温对微生物的影响、低温对微生物的影
13、响 当环境温度低于微生物的最适生长温度时，微生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，当微生物的原生质结构并未破物的生长繁殖停止，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内保持活坏时，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。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。一些细菌、酵母菌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菌种通常可以长时间地保藏在和霉菌的琼脂斜面菌种通常可以长时间地保藏在44的的冰箱中。冰箱中。当温度过低，造成微生物细胞冻结时，有的微生物会当温度
14、过低，造成微生物细胞冻结时，有的微生物会死亡，有些则并不死亡。死亡，有些则并不死亡。本讲稿第十六页，共八十六页 造成死亡的原因：造成死亡的原因：冻结时细胞水分变成冰晶，冰晶对细胞膜产生机械损伤，冻结时细胞水分变成冰晶，冰晶对细胞膜产生机械损伤，膜内物质外漏。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，缓慢冻结，形成的冻结速度对冰晶形成有很大影响，缓慢冻结，形成的冰晶大，对细胞损伤大；快速冻结，形成的冰晶小、冰晶大，对细胞损伤大；快速冻结，形成的冰晶小、分布均匀，对细胞的损伤小，因此，利用快速冻结可分布均匀，对细胞的损伤小，因此，利用快速冻结可以对一些
15、菌种进行冻结保藏，一般情况下在菌悬液中以对一些菌种进行冻结保藏，一般情况下在菌悬液中再加一些甘油、糖、牛奶、保护剂等可对菌种进行长再加一些甘油、糖、牛奶、保护剂等可对菌种进行长期保藏。期保藏。本讲稿第十七页，共八十六页 二、干燥二、干燥 渗透压和干燥都涉及到水分含量和水活度，它渗透压和干燥都涉及到水分含量和水活度，它们对微生物的生长都有很大的影响。们对微生物的生长都有很大的影响。干燥对微生物的影响干燥对微生物的影响 干燥抑制微生物生长或造成其死亡的原因：干燥抑制微生物生长或造成其死亡的原因：干燥能引起微生物细胞内蛋白质的变性和盐类等干燥能引起微生物细胞内蛋白质的变性和盐类等物质浓度提高，从而抑
16、制生长或造成微生物死亡。物质浓度提高，从而抑制生长或造成微生物死亡。本讲稿第十八页，共八十六页微生物对干燥的抵抗力与以下因素有关：微生物对干燥的抵抗力与以下因素有关：温度：温度：在相同的干燥环境下，温度高，微生物易死亡，在相同的干燥环境下，温度高，微生物易死亡，而在低温下不易死亡（例如冷冻干燥保藏菌种）而在低温下不易死亡（例如冷冻干燥保藏菌种）干燥速度：干燥速度快，微生物不易死亡，反之，易死亡。干燥速度：干燥速度快，微生物不易死亡，反之，易死亡。基质：在不同基质中对干燥的抵抗力不同，含有糖、淀基质：在不同基质中对干燥的抵抗力不同，含有糖、淀粉、蛋白质等物质时，不易死亡。粉、蛋白质等物质时，不易
17、死亡。微生物种类及生长时期：产荚膜菌比不产荚膜菌抗性强；微生物种类及生长时期：产荚膜菌比不产荚膜菌抗性强；小型、厚壁细胞的微生物比长型、薄壁细胞的微生物小型、厚壁细胞的微生物比长型、薄壁细胞的微生物抗性强；细菌的芽孢、真菌的孢子比营养细胞抗干燥抗性强；细菌的芽孢、真菌的孢子比营养细胞抗干燥性很强；老龄菌比幼龄菌抗性强。性很强；老龄菌比幼龄菌抗性强。本讲稿第十九页，共八十六页 三、渗透压渗透压 水或其他溶剂经过半透性膜而进行的扩散称水或其他溶剂经过半透性膜而进行的扩散称为渗透，在渗透时溶剂通过半透性膜时的压力为渗透，在渗透时溶剂通过半透性膜时的压力称为渗透压，其大小与溶液的浓度成正比。称为渗透压
18、，其大小与溶液的浓度成正比。本讲稿第二十页，共八十六页 渗透压对微生物的影响渗透压对微生物的影响 细胞内溶质浓度与胞外溶液的溶质浓度相等时，为细胞内溶质浓度与胞外溶液的溶质浓度相等时，为等渗溶液等渗溶液,溶液的溶质浓度高于胞内溶质浓度为高渗溶液的溶质浓度高于胞内溶质浓度为高渗溶液溶液,溶液的溶质浓度低于胞内溶质浓度为低渗溶液。溶液的溶质浓度低于胞内溶质浓度为低渗溶液。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,细胞外形细胞外形不变。不变。在高渗溶液中在高渗溶液中,细胞易失水细胞易失水,脱水后发生质壁分离脱水后发生质壁分离,生长受生长受抑制或死亡。抑制或死亡。(盐渍和糖渍
19、保藏食品盐渍和糖渍保藏食品)在低渗溶液中在低渗溶液中,细胞吸水膨胀细胞吸水膨胀,甚至导致细胞破裂死亡。甚至导致细胞破裂死亡。本讲稿第二十一页，共八十六页 渗透压与溶质的种类及浓度有关渗透压与溶质的种类及浓度有关:溶质浓度高溶质浓度高,渗透压大；渗透压大；不同种类的溶质形成的渗透压大小不同不同种类的溶质形成的渗透压大小不同,小分子溶小分子溶液比大分子溶液渗透压大；离子溶液比分子溶液渗透液比大分子溶液渗透压大；离子溶液比分子溶液渗透压大；相同含量的盐、糖、蛋白质所形成的溶液渗透压大；相同含量的盐、糖、蛋白质所形成的溶液渗透压为压为 盐盐 糖糖 蛋白质。蛋白质。对于一般微生物来说，在含盐对于一般微生
20、物来说，在含盐5%30%5%30%或含糖或含糖30%80%30%80%的高渗条件下可抑制或杀死某些微生物。但各种微生的高渗条件下可抑制或杀死某些微生物。但各种微生物承受渗透压的能力不同，有些能在高渗条件下生长，物承受渗透压的能力不同，有些能在高渗条件下生长，称其为耐高渗微生物。称其为耐高渗微生物。本讲稿第二十二页，共八十六页 细菌中的嗜盐菌：细菌中的嗜盐菌：能在能在15%30%15%30%的盐溶液中生长，主要分布在盐湖、死的盐溶液中生长，主要分布在盐湖、死海、海水和盐场及腌渍菜中。又分为：海、海水和盐场及腌渍菜中。又分为：低嗜盐菌：能在低嗜盐菌：能在2%5%2%5%盐溶液中生长盐溶液中生长 中
21、嗜盐菌：中嗜盐菌：5%20%5%20%极端嗜盐菌：极端嗜盐菌：20%30%20%30%本讲稿第二十三页，共八十六页 高糖环境下生长的微生物：高糖环境下生长的微生物：花蜜酵母菌和某些霉菌能在花蜜酵母菌和某些霉菌能在60%80%60%80%的糖溶液中生长。的糖溶液中生长。产甘油的耐高渗酵母能在产甘油的耐高渗酵母能在20%40%20%40%的糖蜜中生长。的糖蜜中生长。本讲稿第二十四页，共八十六页 四、表面张力四、表面张力 液体表面尽可能缩小表面积的力称为表面张力。液体表面尽可能缩小表面积的力称为表面张力。液体培养基的表面张力与微生物的形态、生长、液体培养基的表面张力与微生物的形态、生长、繁殖密切相关
22、。一些无机盐可增强溶液的表面张繁殖密切相关。一些无机盐可增强溶液的表面张力，有机酸、蛋白质、肥皂、多肽和醇等能降低力，有机酸、蛋白质、肥皂、多肽和醇等能降低溶液的表面张力。溶液的表面张力。能改变液体表面张力的物质为表面活性剂，分为能改变液体表面张力的物质为表面活性剂，分为阳离子型、阴离子型和非离子型三类。表面活性阳离子型、阴离子型和非离子型三类。表面活性剂加入培养基中，可影响微生物细胞的生长和分剂加入培养基中，可影响微生物细胞的生长和分裂。裂。本讲稿第二十五页，共八十六页 阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂有肥皂、十二烷基磺酸钠等。如有肥皂、十二烷基磺酸钠等。如肥皂的作用是机械除菌，微生物附着于
23、泡沫中被水肥皂的作用是机械除菌，微生物附着于泡沫中被水冲洗掉。冲洗掉。非离子型非离子型表面活性剂为一些高分子化合物，如聚醛类表表面活性剂为一些高分子化合物，如聚醛类表面活性剂，面活性剂，非离子型非离子型表面活性剂不电离，无抑菌活表面活性剂不电离，无抑菌活性。性。本讲稿第二十六页，共八十六页 阳离子型阳离子型表面活性剂主要有季铵盐类化合物等，表面活性剂主要有季铵盐类化合物等，阳离子型阳离子型表面活性剂有明显的抗菌活性。其作用机理：表面活性剂有明显的抗菌活性。其作用机理：降低表面张力，便于机械除菌；抑制酶，使蛋白质变降低表面张力，便于机械除菌；抑制酶，使蛋白质变性；破坏细胞膜，造成渗漏。季铵盐类表
24、面活性剂有性；破坏细胞膜，造成渗漏。季铵盐类表面活性剂有杀菌和清洁作用，使用不受温度影响，气味低、无毒、杀菌和清洁作用，使用不受温度影响，气味低、无毒、无腐蚀性、穿透性好。无腐蚀性、穿透性好。本讲稿第二十七页，共八十六页 表面活性剂的应用表面活性剂的应用:在发酵工业中表面活性剂作为消泡剂应用（现采用聚在发酵工业中表面活性剂作为消泡剂应用（现采用聚醚类代替植物油），防止发酵罐因泡沫多而跑液。表醚类代替植物油），防止发酵罐因泡沫多而跑液。表面活性剂可以改变细胞膜的通透性，使细胞内合成的面活性剂可以改变细胞膜的通透性，使细胞内合成的代谢产物能够顺利排出胞外。（降低了发酵产物在胞代谢产物能够顺利排出胞
25、外。（降低了发酵产物在胞内的浓度，减小产物抑制；有利于提高发酵产物的产内的浓度，减小产物抑制；有利于提高发酵产物的产量和简化产物的分离提取。）量和简化产物的分离提取。）表面活性剂常用于与微生物细胞膜结合的酶的提取。表面活性剂常用于与微生物细胞膜结合的酶的提取。本讲稿第二十八页，共八十六页五、氢离子浓度五、氢离子浓度（一）环境（一）环境pHpH值对微生物生长的影响值对微生物生长的影响 影响膜表面电荷的性质及膜的通透性，进而影影响膜表面电荷的性质及膜的通透性，进而影响对物质的吸收能力。响对物质的吸收能力。改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径：如：酵母改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径：如：酵母菌在菌
26、在pH4.5-5产乙醇，在产乙醇，在 pH6.5以上产甘油、酸。以上产甘油、酸。环境环境pH值还影响培养基中营养物质的离子化程度，从值还影响培养基中营养物质的离子化程度，从而影响营养物质吸收，或有毒物质的毒性。而影响营养物质吸收，或有毒物质的毒性。本讲稿第二十九页，共八十六页（二（二)不同微生物对不同微生物对pHpH要求不同要求不同 微生物的生长微生物的生长pHpH值范围极广，从值范围极广，从pH8pH8都有都有微生物能生长。但是绝大多数种类都生活在微生物能生长。但是绝大多数种类都生活在pH5.09.0pH5.09.0之间。之间。微生物生长的微生物生长的pHpH值三基点：值三基点：各种微生物都
27、有其生长的最低、最适和最各种微生物都有其生长的最低、最适和最高高pHpH值。低于最低、或超过最高生长值。低于最低、或超过最高生长pHpH值时，值时，微生物生长受抑制或导致死亡。微生物生长受抑制或导致死亡。本讲稿第三十页，共八十六页 不同的微生物最适生长的不同的微生物最适生长的pHpH值不同，根据值不同，根据微生物生长的最适微生物生长的最适pHpH值，将微生物分为：值，将微生物分为：嗜碱微生物：硝化细菌、尿素分解菌、多数嗜碱微生物：硝化细菌、尿素分解菌、多数放线菌放线菌 耐碱微生物：许多链霉菌耐碱微生物：许多链霉菌 中性微生物：绝大多数细菌，一部分真菌中性微生物：绝大多数细菌，一部分真菌 嗜酸微
28、生物：硫杆菌属嗜酸微生物：硫杆菌属 耐酸微生物：乳酸杆菌、醋酸杆菌耐酸微生物：乳酸杆菌、醋酸杆菌本讲稿第三十一页，共八十六页一些微生物生长的一些微生物生长的pHpH值范围值范围 微生物种类微生物种类最低最低pH最适最适pH最高最高pH大肠杆菌大肠杆菌枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌黑曲霉黑曲霉一般放线菌一般放线菌一般酵母菌一般酵母菌 4.3 4.5 4.2 1.5 5.0 3.06.08.06.07.57.07.55.06.07.08.05.06.0 9.5 8.5 9.3 9.0 10 8.0本讲稿第三十二页，共八十六页 不同微生物的生长不同微生物的生长pHpH值范围值范
29、围 微生物微生物 pH值值 最低最低 最适最适 最高最高Thiobacillus thiooxidans 氧化硫硫杆菌氧化硫硫杆菌 0.5 2.03.5 6.0Lactobacillus acidophilus 嗜酸乳杆菌嗜酸乳杆菌 4.04.6 5.86.66.8Rhizobium japonicum 大豆根瘤菌大豆根瘤菌 4.2 6.87.0 11.0Azotobacter chroococcum 圆褐固氮圆褐固氮 4.5 7.47.6 9.0Nitrosomonas sp.硝化单胞菌硝化单胞菌 7.0 7.88.6 9.4Acetobacter aceti 醋化醋杆菌醋化醋杆菌 4.04
30、.5 5.46.3 7.08.0Staphylococcus aureus 金黄葡球菌金黄葡球菌 4.2 7.07.5 9.3Chlorobium limicola 泥生绿菌泥生绿菌 6.0 6.8 7.0Thurmus aquaticus 水生栖热菌水生栖热菌 6.0 7.57.8 9.5Aspergillus niger 黑曲霉黑曲霉 1.5 5.06.0 9.0一般放线菌一般放线菌 5.0 7.08.0 10.0般酵母菌般酵母菌 3.0 5、06.0 8.0本讲稿第三十三页，共八十六页生长的最适生长的最适pHpH值与发酵的最适值与发酵的最适pHpH值值 同一种微生物在其不同的生长阶段和不
31、同的同一种微生物在其不同的生长阶段和不同的生理生化过程中，对生理生化过程中，对pH值的要求也不同。在发酵值的要求也不同。在发酵工业中，控制工业中，控制pH值尤其重要，值尤其重要，举例：举例：Aspergillus niger在在pH22.5范范围时有利于合成柠檬酸，当在围时有利于合成柠檬酸，当在pH2.56.5范范围内时以菌体生长为主，而在围内时以菌体生长为主，而在pH7.0时，则时，则以合成草酸为主。以合成草酸为主。丙酮丁醇梭菌在丙酮丁醇梭菌在pH5.57.0范围时，以范围时，以菌体生长为主，而在菌体生长为主，而在pH4.35.3范围内才进范围内才进行丙酮丁醇发酵。行丙酮丁醇发酵。本讲稿第三
32、十四页，共八十六页 微生物微生物 生长最适、生长最适、pH合成抗生素最适合成抗生素最适pH灰色链霉菌灰色链霉菌6.36.96.77.3红霉素链霉菌红霉素链霉菌6.67.06.87.3产黄青霉产黄青霉6.57.26.26.8金霉素链霉菌金霉素链霉菌6.16.65.96.3龟裂链霉菌龟裂链霉菌 6.06.65.86.1灰黄青霉灰黄青霉6.47.06.26.5本讲稿第三十五页，共八十六页 同一种微生物在不同的生长阶段和不同生理生化同一种微生物在不同的生长阶段和不同生理生化过程中，对环境过程中，对环境pHpH值要求不同。值要求不同。例如：丙酮丁醇梭菌例如：丙酮丁醇梭菌H H值值=5.5=5.57.07
33、.0时，以菌体生长为主。时，以菌体生长为主。在在pHpH值值=4.3=4.35.35.3时，进行丙酮丁醇发酵。时，进行丙酮丁醇发酵。同一种微生物由于环境同一种微生物由于环境pHpH值不同，可能积累不同的代谢值不同，可能积累不同的代谢产物。产物。例如：黑曲霉例如：黑曲霉pHpH值值=2=23 3时，产物以柠檬酸为主，只产少量草酸。时，产物以柠檬酸为主，只产少量草酸。pHpH值在值在7 7左右时，产物以草酸为主，只产少量柠檬酸左右时，产物以草酸为主，只产少量柠檬酸。本讲稿第三十六页，共八十六页（三）微生物细胞内的（三）微生物细胞内的pHpH值值 虽然微生物生活的环境虽然微生物生活的环境pHpH值范
34、围较宽，但是其细值范围较宽，但是其细胞内的胞内的pHpH值却相当稳定，一般都接近中性。值却相当稳定，一般都接近中性。这种维持细胞内稳定中性这种维持细胞内稳定中性pHpH值的特性能够保持细胞内值的特性能够保持细胞内各种生物活性分子的结构稳定和细胞内酶所需要的最各种生物活性分子的结构稳定和细胞内酶所需要的最适适pHpH值。微生物胞内酶的最适值。微生物胞内酶的最适pHpH值一般为中性，胞外值一般为中性，胞外酶的最适酶的最适pHpH值接近环境值接近环境pHpH值。值。本讲稿第三十七页，共八十六页（四）微生物的生命活动对环境四）微生物的生命活动对环境pHpH值的影响值的影响 微生物在生长过程中也会使外界
35、环境的微生物在生长过程中也会使外界环境的pHpH值发生改值发生改变，原因：变，原因：由于有机物分解：由于有机物分解：分解糖类、脂肪等，产生酸性物质，使培养液分解糖类、脂肪等，产生酸性物质，使培养液pHpH值下降；值下降；分解蛋白质、尿素等，产生碱性物质，使培养液分解蛋白质、尿素等，产生碱性物质，使培养液pHpH值上升值上升 由于无机盐选择性吸收：由于无机盐选择性吸收：铵盐吸收铵盐吸收 pHpH下降下降硝酸盐吸收硝酸盐吸收 pHpH上加上加本讲稿第三十八页，共八十六页 培养过程中调节培养过程中调节pHpH值的措施值的措施 过酸时：加入碱或适量氮源，提高通气量。过酸时：加入碱或适量氮源，提高通气量
36、。过碱时：加入酸或适量碳源，降低通气量配制培过碱时：加入酸或适量碳源，降低通气量配制培养基时调整养基时调整pHpH值的措施。值的措施。本讲稿第三十九页，共八十六页（五）酸碱添加剂的抑菌机理（五）酸碱添加剂的抑菌机理酸类物质：酸类物质：无机酸：与无机酸：与H H+浓度成正比的高氢离子浓度，可引浓度成正比的高氢离子浓度，可引起菌体表面蛋白的变性和核酸的水解，并破坏酶起菌体表面蛋白的变性和核酸的水解，并破坏酶类的活性类的活性有机酸：与不电离的部分成正比有机酸：与不电离的部分成正比,故有时有机酸的故有时有机酸的抑菌效果抑菌效果 无机酸。作为食品防腐剂的有机酸如苯无机酸。作为食品防腐剂的有机酸如苯甲酸和
37、水杨酸可与微生物细胞中的成分发生氧化甲酸和水杨酸可与微生物细胞中的成分发生氧化作用，从而抑制微生物的生长。作用，从而抑制微生物的生长。本讲稿第四十页，共八十六页 碱类物质：强碱可引起蛋白质、核酸大分子变碱类物质：强碱可引起蛋白质、核酸大分子变性、水解，以杀死或抑制微生物。食品工业中常性、水解，以杀死或抑制微生物。食品工业中常用石灰水、用石灰水、NaOHNaOH、NaNa2 2COCO3 3等作为机器、工具以及冷等作为机器、工具以及冷藏库的消毒剂。藏库的消毒剂。本讲稿第四十一页，共八十六页六、氧化还原电位六、氧化还原电位 微生物对氧的需要和耐受力在不同的类群中变化很大，微生物对氧的需要和耐受力在
38、不同的类群中变化很大，根据微生物与氧的关系根据微生物与氧的关系,可把它们分为几种类群可把它们分为几种类群:专性好氧菌专性好氧菌:好氧菌好氧菌 微好氧菌：微好氧菌：兼性厌氧菌兼性厌氧菌 耐氧厌氧菌：耐氧厌氧菌：厌氧菌厌氧菌 (专性专性)厌氧菌厌氧菌本讲稿第四十二页，共八十六页氧浓度对不同微生物生长的影响氧浓度对不同微生物生长的影响本讲稿第四十三页，共八十六页专性好氧菌专性好氧菌 必须在有分子氧的条件下才能生长，有完整的呼必须在有分子氧的条件下才能生长，有完整的呼吸链，以分子氧作为最终氢受体，细胞含有超氧物吸链，以分子氧作为最终氢受体，细胞含有超氧物歧化酶和过氧化氢酶。歧化酶和过氧化氢酶。微好氧菌
39、微好氧菌 只能较低的氧分压下才能正常生长，通过呼吸只能较低的氧分压下才能正常生长，通过呼吸链并以氧为最终氢受体而产能。链并以氧为最终氢受体而产能。本讲稿第四十四页，共八十六页 兼性好氧菌兼性好氧菌 在有氧或无氧条件下均能生长，但有氧情况下生在有氧或无氧条件下均能生长，但有氧情况下生长得更好，在有氧时靠呼吸产能，无氧时接发酵或长得更好，在有氧时靠呼吸产能，无氧时接发酵或无氧呼吸产能；细胞含有无氧呼吸产能；细胞含有SODSOD和过氧化氢酶和过氧化氢酶。耐氧菌耐氧菌 可在分子氧存在下进行厌氧生活的厌氧菌。生活不可在分子氧存在下进行厌氧生活的厌氧菌。生活不需要氧，分子氧也对它无毒害。不具有呼吸链，依靠
40、需要氧，分子氧也对它无毒害。不具有呼吸链，依靠专性发酵获得能量。细胞内存在专性发酵获得能量。细胞内存在SODSOD和和过氧化物酶，但过氧化物酶，但缺乏过氧化氢酶。缺乏过氧化氢酶。本讲稿第四十五页，共八十六页 厌氧菌厌氧菌 分子氧对它有毒害，短期接触空气，也会抑制其分子氧对它有毒害，短期接触空气，也会抑制其生长甚至致死；在空气或含有生长甚至致死；在空气或含有10%CO10%CO2 2的空气中，在固的空气中，在固体培养基表面上不能生长，只有在其深层的无氧或低氧体培养基表面上不能生长，只有在其深层的无氧或低氧化还原电势的环境下才能生长；生命活动所需能量通过化还原电势的环境下才能生长；生命活动所需能量
41、通过发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸化或甲烷发酵提供；细发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸化或甲烷发酵提供；细胞内缺乏胞内缺乏SODSOD和细胞色素氧化酶，大多数还缺乏过氧化和细胞色素氧化酶，大多数还缺乏过氧化氢酶氢酶。本讲稿第四十六页，共八十六页厌氧菌的氧毒害机制厌氧菌的氧毒害机制 SOD SOD学说：学说：严格厌氧微生物并不是被气态的氧所杀死，而是由于严格厌氧微生物并不是被气态的氧所杀死，而是由于不能解除某些氧代谢产物的毒性而死亡。不能解除某些氧代谢产物的毒性而死亡。在氧还原为水的过程中，可形成某些有毒的中在氧还原为水的过程中，可形成某些有毒的中间产物，例如，过氧化氢（间产物，例如，过氧化氢（H H
42、2 2O O2 2）、超氧阴离子（）、超氧阴离子（O O2 2 ）等。超氧阴离子为活性氧，兼有分子和离子的）等。超氧阴离子为活性氧，兼有分子和离子的性质，反应力极强，极不稳定，可破坏膜和重要生性质，反应力极强，极不稳定，可破坏膜和重要生物大分子，对微生物造成毒害或致死。物大分子，对微生物造成毒害或致死。本讲稿第四十七页，共八十六页 好氧微生物具有降解这些产物的酶，如过氧化氢酶、好氧微生物具有降解这些产物的酶，如过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶等，过氧化物酶、超氧化物歧化酶等，而严格厌氧菌缺乏而严格厌氧菌缺乏SODSOD，故易被生物体内极易产，故易被生物体内极易产生的超氧阴离子自由基毒害致
43、死。生的超氧阴离子自由基毒害致死。本讲稿第四十八页，共八十六页 各类菌所含对氧解毒酶各类菌所含对氧解毒酶专性好氧菌专性好氧菌 SOD SOD，过氧化氢酶，过氧化氢酶 兼性厌氧菌兼性厌氧菌 SOD SOD，过氧化氢酶过氧化氢酶 专性厌氧菌专性厌氧菌 二种酶均无二种酶均无 微好氧菌微好氧菌 少量少量SOD SOD 耐氧菌耐氧菌 SOD SOD，过氧化物酶过氧化物酶本讲稿第四十九页，共八十六页 在培养不同类型的微生物时，要采用相应的措施保证在培养不同类型的微生物时，要采用相应的措施保证不同微生物的生长。不同微生物的生长。培养好氧微生物：需震荡或通气，保证充足的氧气。培养好氧微生物：需震荡或通气，保证
44、充足的氧气。培养专性厌氧微生物：需排除环境中的氧气，同培养专性厌氧微生物：需排除环境中的氧气，同时时 在培养基中添加还原剂，降低在培养基中添加还原剂，降低 培养基中的氧化还原电位势。培养基中的氧化还原电位势。培养兼性厌氧或耐氧微生物：可深层静止培养培养兼性厌氧或耐氧微生物：可深层静止培养。本讲稿第五十页，共八十六页 第五节第五节 灭菌和消毒灭菌和消毒 灭菌：采用强烈的理化因素，是任何物体内外部灭菌：采用强烈的理化因素，是任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施，的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施，称为灭菌。称为灭菌。消毒：采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内消毒：采用较
45、温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部的一部分对人体有害的病原菌，而对被处理物体基部的一部分对人体有害的病原菌，而对被处理物体基本无害的措施，称为消毒。本无害的措施，称为消毒。本讲稿第五十一页，共八十六页防腐：利用理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁防腐：利用理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖，从而达到防止物品发生霉腐的措施，称为防殖，从而达到防止物品发生霉腐的措施，称为防腐。腐。化疗：即化学治疗。利用具有高度选择毒力的化学化疗：即化学治疗。利用具有高度选择毒力的化学物质抑制宿主体内病院微生物的生长繁殖，以达物质抑制宿主体内病院微生物的生长繁殖，以达到治疗该传染病的一种措施。到治疗该传染病的一种
46、措施。本讲稿第五十二页，共八十六页一、常用的灭菌、消毒、抑菌及除菌的物理一、常用的灭菌、消毒、抑菌及除菌的物理方法方法本讲稿第五十三页，共八十六页 1 1、高温灭菌（消毒）法、高温灭菌（消毒）法是最常用的物理方法。是最常用的物理方法。高温可引起蛋白质、核酸等活性大分子氧化或变性失高温可引起蛋白质、核酸等活性大分子氧化或变性失活而导致微生物死亡。活而导致微生物死亡。干热灭菌法干热灭菌法焚烧法：是将被灭菌物品在火焰中燃烧，使所有的生物焚烧法：是将被灭菌物品在火焰中燃烧，使所有的生物质碳化。简单、彻底，但对被灭菌物品的破坏极大。适质碳化。简单、彻底，但对被灭菌物品的破坏极大。适用于无经济价值的物品灭
47、菌，及不怕烧的实验器具，如用于无经济价值的物品灭菌，及不怕烧的实验器具，如接种环、镊子、试管或三角瓶口的灭菌等。接种环、镊子、试管或三角瓶口的灭菌等。本讲稿第五十四页，共八十六页 干燥热空气灭菌法干燥热空气灭菌法 将物品放入烘箱内，然后升温至将物品放入烘箱内，然后升温至150150170 170 ，维持，维持1 12 2小时。适用于玻璃、陶瓷和金小时。适用于玻璃、陶瓷和金属物品的灭菌，不适合液体样品，及棉花、纸张、属物品的灭菌，不适合液体样品，及棉花、纸张、纤维和橡胶类物质的灭菌。纤维和橡胶类物质的灭菌。特点：由于空气传热穿透力差，菌体在脱水状特点：由于空气传热穿透力差，菌体在脱水状态下不易杀
48、死，所以温度高、时间长。态下不易杀死，所以温度高、时间长。本讲稿第五十五页，共八十六页 湿热灭菌法：湿热灭菌法：特点：温度低、时间短、灭菌效果高特点：温度低、时间短、灭菌效果高 原因：原因：1)1)菌体内含水量越高，则凝固温度越低；菌体内含水量越高，则凝固温度越低；2)2)蒸汽冷凝会放出潜热；蒸汽冷凝会放出潜热；3)3)饱和水蒸汽穿透力强；饱和水蒸汽穿透力强；4)4)湿热易破坏细胞内蛋白质大分子的稳定湿热易破坏细胞内蛋白质大分子的稳定 性，主要破坏氢键结构。性，主要破坏氢键结构。本讲稿第五十六页，共八十六页高压蒸汽灭菌法高压蒸汽灭菌法利用水的沸点随水蒸气压力的增加而上升，以达到利用水的沸点随水
49、蒸气压力的增加而上升，以达到100 100 以上高温灭菌的方法。以上高温灭菌的方法。方法：方法：121121（1kg/cm1kg/cm2 2或或1515磅磅/英寸英寸2 2）维持）维持15-20min15-20min。112 112（0.5kg/cm0.5kg/cm2 2或或8 8磅磅/英寸英寸2 2）20-30min20-30min。115 115（0.75kg/cm0.75kg/cm2 2或或1111磅磅/英寸英寸2 2）20-30min20-30min。应根据灭菌物品的性质或成分选择灭菌温度应根据灭菌物品的性质或成分选择灭菌温度例如：生理盐水、营养琼脂等培养基用例如：生理盐水、营养琼脂等
50、培养基用121 121。含葡萄糖、乳糖、氨基酸等培养基用含葡萄糖、乳糖、氨基酸等培养基用112 112。适用：耐高温物品，玻璃仪器、含水或不含水的物品。适用：耐高温物品，玻璃仪器、含水或不含水的物品。本讲稿第五十七页，共八十六页注意事项：注意事项：排净冷空气；排净冷空气；灭菌终了，缓慢灭菌终了，缓慢降压；降压；灭菌结束，趁灭菌结束，趁热取出物品。热取出物品。高高 压压 蒸蒸 汽汽 灭灭 菌菌 锅锅本讲稿第五十八页，共八十六页 高温对培养基的影响及其防止措施高温对培养基的影响及其防止措施高温对培养基的不利影响：高温对培养基的不利影响：会产生混浊或形成不溶性沉淀会产生混浊或形成不溶性沉淀营养成分被