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1、微生物生长微生物生长2 2Q:l l怎样使微生物生长，即如何培养微生物怎样使微生物生长，即如何培养微生物？l l微生物如何进行生长？微生物如何进行生长？l l影响微生物生长的因素是什么？影响微生物生长的因素是什么？l l如何控制微生物的生长？如何控制微生物的生长？低温微生物低温微生物中温微生物中温微生物高温微生物高温微生物（1）低温型微生物l l最适温度在最适温度在10101515之间。之间。l l主要分布在极地、深海、高山和冷藏库等处。主要分布在极地、深海、高山和冷藏库等处。l l嗜冷微生物是导致低温保藏食品腐败的根源。嗜冷微生物是导致低温保藏食品腐败的根源。嗜冷微生物是导致低温保藏食品腐败
2、的根源。嗜冷微生物是导致低温保藏食品腐败的根源。嗜冷微生物可以氛围嗜冷微生物可以氛围专性和兼性专性和兼性专性和兼性专性和兼性两类两类l l专性嗜冷菌：专性嗜冷菌：低于低于2020以下的环境中生活，高于以下的环境中生活，高于2020即死亡。即死亡。l l兼性嗜冷菌：兼性嗜冷菌：耐冷菌，可以在低温下生长，但也可以在耐冷菌，可以在低温下生长，但也可以在2020以上以上生长。生长。嗜冷机制研究与应用l l细胞膜内含有大量的细胞膜内含有大量的不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸，而且会随温度的降低，而且会随温度的降低而增加，从而保证了膜在低温下的而增加，从而保证了膜在低温下的流动性流动性流动
3、性流动性，这样，细胞就，这样，细胞就能在低温下不断从外界环境中吸收营养物质。能在低温下不断从外界环境中吸收营养物质。l l相反，温度升高，细胞蛋白质的合成相反，温度升高，细胞蛋白质的合成 就会停止。就会停止。l l研究开发嗜好冷微生物的研究开发嗜好冷微生物的最适反应温最适反应温最适反应温最适反应温 度低的酶度低的酶度低的酶度低的酶，在工业和日常生活中都有，在工业和日常生活中都有 应用价值。应用价值。格陵兰冰层发现存活12万年细菌 低温抑制其他微生物的生长l l在在0 0以下，菌体内的水分冻结，生化反应无法进行而停以下，菌体内的水分冻结，生化反应无法进行而停止生长。有些微生物在冰点下就会死亡，主
4、要原因是细胞止生长。有些微生物在冰点下就会死亡，主要原因是细胞内水分变成了内水分变成了冰晶冰晶冰晶冰晶，造成细胞脱水或细胞膜的物理损伤。，造成细胞脱水或细胞膜的物理损伤。l l生产上常用低温保藏食品，各种食品的保藏温度不同，分生产上常用低温保藏食品，各种食品的保藏温度不同，分为寒冷温度、冷藏温度和冻藏温度。为寒冷温度、冷藏温度和冻藏温度。l l注意食品包装上注意食品包装上注明的冷藏温度！注明的冷藏温度！（2）中温型的微生物l l绝大多数微生物属于这一类。绝大多数微生物属于这一类。绝大多数微生物属于这一类。绝大多数微生物属于这一类。最适生长温度在最适生长温度在20204040之间，最低生长温度之
5、间，最低生长温度10102020，最高生长，最高生长温度温度40404545。l l嗜体温性微生物：人体寄生菌为嗜体温性微生物：人体寄生菌为嗜体温性微生物：人体寄生菌为嗜体温性微生物：人体寄生菌为3737左右左右左右左右 A A）病原菌：病原菌：引起人和动物疾病的病原微生物、发酵工业引起人和动物疾病的病原微生物、发酵工业 应用的微生物菌种以及导致食品原料和成品腐败变质应用的微生物菌种以及导致食品原料和成品腐败变质 的微生物。的微生物。B B）肠道益生菌肠道益生菌肠道菌群l l厌氧菌以类杆菌、双歧杆菌和乳酸杆菌为主厌氧菌以类杆菌、双歧杆菌和乳酸杆菌为主,含菌含菌数量大。兼性需氧菌以大肠杆菌和肠球
6、菌为主数量大。兼性需氧菌以大肠杆菌和肠球菌为主,仅仅占占1%1%。l l肠道上部细菌少肠道上部细菌少,下端细菌多。下端细菌多。l l正常肠道菌群之间互相适应、互相依赖、互相制正常肠道菌群之间互相适应、互相依赖、互相制约约,维持相对动态平衡。维持相对动态平衡。（3）高温型微生物l l适于在适于在4545以上的温度中生长。以上的温度中生长。l l在自然界中的分布仅局限于某些地区，如温泉、日照充足在自然界中的分布仅局限于某些地区，如温泉、日照充足的土壤表层、堆肥、发酵饲料等腐烂有机物中。的土壤表层、堆肥、发酵饲料等腐烂有机物中。l l芽孢杆菌属、高温放线菌属、甲烷杆菌属、温泉中的细菌芽孢杆菌属、高温
7、放线菌属、甲烷杆菌属、温泉中的细菌有的可在有的可在近于近于I00I00的高温中生长的高温中生长。l l这类高温型的微生物，给罐头工业、发酵工业等带来了一这类高温型的微生物，给罐头工业、发酵工业等带来了一定难度。定难度。l l根据对温度的不同要求，嗜热菌可划分为根据对温度的不同要求，嗜热菌可划分为3 3类类类类：（1 1）兼性嗜热菌：兼性嗜热菌：最高生长温度在最高生长温度在40405050之间，但最适之间，但最适 生长温度仍在中温范围内，故又称为耐热菌。生长温度仍在中温范围内，故又称为耐热菌。（2 2）专性嗜热菌：专性嗜热菌：最适生长温度在最适生长温度在4040以上，以上，4040以下则以下则
8、生长很差，甚至不能生长。生长很差，甚至不能生长。（3 3）极端嗜热菌：极端嗜热菌：最适生长温度在最适生长温度在6565以上，最低生长温以上，最低生长温 度在度在4040以上。以上。嗜热机制研究与应用（1 1）细胞膜组分：）细胞膜组分：）细胞膜组分：）细胞膜组分：环境温度升高，类脂总含量增加，细胞环境温度升高，类脂总含量增加，细胞中长链饱和脂肪酸增加，不饱和脂肪酸减少。脂肪酸熔点中长链饱和脂肪酸增加，不饱和脂肪酸减少。脂肪酸熔点的高低和热稳定性呈如下顺序：的高低和热稳定性呈如下顺序：直链饱和脂肪酸带支链直链饱和脂肪酸带支链饱和脂肪酸不饱和脂肪酸。饱和脂肪酸不饱和脂肪酸。（2 2）蛋白质的热稳定性
9、：）蛋白质的热稳定性：）蛋白质的热稳定性：）蛋白质的热稳定性：已从嗜热菌中分离出多种已从嗜热菌中分离出多种蛋白质，蛋白质，酶类，酶类，它们的热稳定性高于中温型细菌的类似蛋白。嗜热它们的热稳定性高于中温型细菌的类似蛋白。嗜热菌蛋白质天然结构的稳定性，可能就是由于其中菌蛋白质天然结构的稳定性，可能就是由于其中个别氨基个别氨基酸酸的细微改变而引起的。的细微改变而引起的。Taq酶酶-DNA聚合聚合酶酶l l19691969年从美国黄石国家森林公园火山温泉中分离得到一个年从美国黄石国家森林公园火山温泉中分离得到一个细细菌（菌（T Thermus hermus aqaquaticusuaticus），该该
10、菌株能在菌株能在70707575生生长长。l l从从该该菌株中分离得到菌株中分离得到TaqTaq酶酶酶酶-DNA-DNA聚合聚合聚合聚合酶酶酶酶，该该酶酶可以可以耐受耐受耐受耐受9090以上的高温而不失活以上的高温而不失活以上的高温而不失活以上的高温而不失活，对对于于PCRPCR的的应应用有里程碑的意用有里程碑的意义义，PCRPCR技技术术是分子生物学研究的最重要技是分子生物学研究的最重要技术术，19931993年年年年诺诺诺诺贝贝贝贝尔尔尔尔化学化学化学化学奖奖奖奖。二、二、pH 绝大多数微生物都生长在pH59之间“钟型曲线，三点”一般霉菌能适应pH范围最大，酵母菌适应的范围较小，细菌 最小
11、。霉菌和酵母菌生长最适霉菌和酵母菌生长最适pHpH在在5 56 6之间，而细菌的生长之间，而细菌的生长 最适最适pHpH在在7 7左右。左右。嗜碱性微生物：硝化菌、尿素分解菌、根瘤菌和放线菌等耐碱微生物：若干链霉菌等嗜酸微生物：硫杆菌属等耐酸微生物：乳酸杆菌、醋酸杆菌、许多肠杆菌和假单胞菌等微生物微生物最低最低 pH最适最适 pH最高最高 pH圆褐固氮菌4.57.47.69.0大豆根瘤菌4.26.87.011.4亚硝酸细菌7.07.88.69.4氧化硫硫杆菌1.02.02.84.06.0嗜酸乳酸杆菌4.04.65.86.66.8放线菌5.07.08.010.0酵母菌3.05.06.08.0黑曲
12、霉黑曲霉1.55.06.09.0多种微生物生长的最低、最适与最高多种微生物生长的最低、最适与最高pH值值益生菌的体外筛选l l人体胃部的人体胃部的pHpH值大约是值大约是2.02.0，而小肠的，而小肠的pHpH值大约是值大约是6.86.8。l l不同的微生物有其最适的生长不同的微生物有其最适的生长pHpH范围，同一微生范围，同一微生物在其不同的生长阶段和不同的生理、生化过程物在其不同的生长阶段和不同的生理、生化过程中，也要求不同的最适中，也要求不同的最适pHpH。这对发酵工业中。这对发酵工业中pHpH的的控制、积累代谢产物特别重要。控制、积累代谢产物特别重要。啤酒发酵l l控制啤酒控制啤酒pH
13、pH为为4.34.44.34.4，则啤酒的口感风味淡爽、，则啤酒的口感风味淡爽、柔和、协调；柔和、协调；pHpH在在4.04.0以下，啤酒口感会发酸。以下，啤酒口感会发酸。l l发酵工业中，及时调整发酵液的发酵工业中，及时调整发酵液的pHpH，以利于积累，以利于积累代谢产物是生产中的一项重要措施。代谢产物是生产中的一项重要措施。（表（表4-74-7）l l食品工业中常用酸类防腐剂食品工业中常用酸类防腐剂毒性大小为：苯甲酸类对羟基苯甲酸酯类山梨酸类毒性大小为：苯甲酸类对羟基苯甲酸酯类山梨酸类 三、氧三、氧氧气对微生物的生命活动有着重要影响。分好氧菌（aerobe）和厌氧菌（anaerobe）两类
14、。好氧菌中又分为专性好氧、兼性厌氧和微好氧菌；厌氧菌分为专性厌氧菌、耐氧菌。2 O2 .-+2HSOD好氧、耐氧微生物好氧、耐氧微生物 H2O2+O2过氧化氢酶过氧化氢酶过氧化物酶过氧化物酶好氧菌好氧菌H2O+O22H2O NADH2 NAD耐氧菌耐氧菌 好氧、耐氧微生物的超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（SODSOD）将超氧阴离子转化为毒性稍低的过氧化氢，过氧化氢酶再将过氧化氢转化为无毒的水。厌氧微生物因为没有超氧化物歧化酶，超氧阴离子自由基可造成其损害。实验证明，大肠杆菌的超氧化物歧化酶突变，就变成“严格厌氧菌”。氧中毒现象研究机理好氧微生物好氧微生物 兼性好氧微生物兼性好氧微生物 耐氧厌氧
15、微生物耐氧厌氧微生物 厌氧微生物厌氧微生物 微好氧微生物微好氧微生物 绝大多数真菌绝大多数真菌和许多细菌和许多细菌乳酸菌乳酸菌许多酵母许多酵母光合细菌光合细菌产甲烷菌产甲烷菌发酵单胞菌发酵单胞菌极端微生物极端微生物l l极端微生物：指的就是那些生活在极端微生物：指的就是那些生活在高温、高盐、高温、高盐、高酸、高辐射高酸、高辐射等极端环境中的生命形式。等极端环境中的生命形式。l l生命起源生命起源l l生产应用生产应用根据控制作用的效果分类灭菌（sterilization）:凡是能够杀死或消除材料或物体上全部微生物的方法；消毒(disinfection):能够杀死、消除或降低材料或物体上的病原微
16、生物，使之不致引起疾病的方法；防腐(antisepsis):能够防止或抑制微生物生长，但不能杀死微生物群体的方法。根据控制作用原理、方式和方法分类（两大类）物理控制方法化学控制方法第四节第四节 微生物生长的控制微生物生长的控制 一、物理控制方法一、物理控制方法(一一)高温灭菌高温灭菌 v 干热灭菌：干热灭菌：1500C1700C下处理下处理1-2小时。小时。适用于适用于玻璃器皿、金属用具玻璃器皿、金属用具等耐热物品的灭菌。等耐热物品的灭菌。优点：可保持物品的干燥优点：可保持物品的干燥v火焰灭菌（灼烧灭菌）：常用于火焰灭菌（灼烧灭菌）：常用于金属性接种工具金属性接种工具、污染物品及实验材料等废弃
17、物的处理。污染物品及实验材料等废弃物的处理。1 1、干热灭菌法、干热灭菌法湿湿热热灭灭菌菌是是利利用热蒸汽灭菌。用热蒸汽灭菌。2.湿热灭菌湿热灭菌在在相相同同温温度度下下，湿湿热热的的效效力力比比干干热灭菌好。热灭菌好。为什么？为什么？热蒸汽对细胞成分的破坏作用更强热蒸汽对细胞成分的破坏作用更强 热蒸汽比热空气穿透力强热蒸汽比热空气穿透力强 蒸汽潜热大，当气体转变为液体时可放出大量热量，故可迅蒸汽潜热大，当气体转变为液体时可放出大量热量，故可迅速提高灭菌物体的温度。速提高灭菌物体的温度。v 煮沸消毒：水，1000C处理15min以上。v 高压蒸汽灭菌:应用最广泛的灭菌方法。1210C,时间维持
18、1520分钟，1150C,时间维持30分钟的方法。适用于一切微生物学实验，医疗结构或发酵工厂 中对培养基等多种器材、物料的灭菌。湿热灭菌的种类该法不是利用高压来杀死微生物，而是利用提高压力使水的沸点升高，以提高水蒸汽的温度，更加有效地杀灭微生物。v 巴氏消毒法巴氏消毒法(pasteurization):低温消毒法，一般在低温消毒法，一般在 630C,30min或或 720C,15min。用于牛奶，啤酒，果酒，用于牛奶，啤酒，果酒，酱油等不能进行高温灭菌的液体。酱油等不能进行高温灭菌的液体。可杀死其中的病原菌如结核杆菌、伤寒杆菌等，同时又可杀死其中的病原菌如结核杆菌、伤寒杆菌等，同时又不不 损害
19、营养与风味。损害营养与风味。v 间隙灭菌法：用流通蒸汽反复多次处理的灭菌法。间隙灭菌法：用流通蒸汽反复多次处理的灭菌法。“巴氏奶”和“常温奶”l l乳汁中的这些生物活性物质都十分怕热。低于乳汁中的这些生物活性物质都十分怕热。低于8585的牛奶消毒的牛奶消毒法称为巴氏灭菌法，目前为止是牛奶的最科学的加工工艺。采法称为巴氏灭菌法，目前为止是牛奶的最科学的加工工艺。采用巴氏灭菌法生产的鲜奶，营养价值和原奶基本相同。用巴氏灭菌法生产的鲜奶，营养价值和原奶基本相同。l l但是，近年来我国出现了常温奶，也叫超高温灭菌奶。这种奶但是，近年来我国出现了常温奶，也叫超高温灭菌奶。这种奶是采用是采用1301301
20、50150超高温灭菌后灌装的。这种消毒方法不仅能超高温灭菌后灌装的。这种消毒方法不仅能破坏鲜奶中全部生物活性物质和大部分维生素，还会使容易被破坏鲜奶中全部生物活性物质和大部分维生素，还会使容易被人吸收的钙离子与牛奶的酪蛋白结合，形成不易被人吸收的络人吸收的钙离子与牛奶的酪蛋白结合，形成不易被人吸收的络合物。合物。l l如果按包装来评价牛奶的营养价值，则屋型纸盒鲜奶如果按包装来评价牛奶的营养价值，则屋型纸盒鲜奶100100分，分，玻璃瓶和塑料袋装鲜奶玻璃瓶和塑料袋装鲜奶9090分，用原奶发酵的酸奶分，用原奶发酵的酸奶8080分，强化型分，强化型奶粉奶粉6060分，用奶粉发酵的酸奶分，用奶粉发酵的
21、酸奶5050分，常温奶分，常温奶4040分。分。l l液态奶中，巴氏奶的增速慢于高温消毒奶，目前二者的市液态奶中，巴氏奶的增速慢于高温消毒奶，目前二者的市场份额约为场份额约为3 3：7 7；酸奶是中国乳制品中增长最快的品种，；酸奶是中国乳制品中增长最快的品种，2001-20062001-2006年间年均增速超过年间年均增速超过23%23%。（二）低温抑菌 降低酶反应速度使微生物生长受抑制，但不能杀死微生物。1冷藏法可以将新鲜食物放置在5保存（通常冰箱冷藏室的温度），防止腐败。然而贮藏只能维持几天，因为低温条件下有些耐冷微生物仍能够缓慢生长，最终造成食品腐败。2冷冻法家庭或食品工业中采用-10至
22、-20左右的冷冻温度，使食品冷冻成固态加以保存，在此条件下，微生物基本上不再生长，因而可以比冷藏法更长时间地保存食品。降低微生物可利用水的数量或活度而抑制微生物的生长。1.干燥干燥是使物品或培养物脱水的方法。干燥并不一定杀死微生物，但因使细胞造成代谢停止而抑制微生物生长，有时也可引起某些微生物细胞的死亡。休眠孢子：抗干燥能力强，在干燥条件下可长期不死2.渗透压增加渗透压是另一种通过限制微生物可利用水而控制其生长的方法。高渗环境中，水从细胞中流出，使细胞脱水。像盐腌制咸肉或咸鱼，糖浸果脯或蜜饯等均是这一方法在食品保存中的应用。（三）干燥和高渗抑菌（三）干燥和高渗抑菌（四）辐射杀菌（四）辐射杀菌有
23、四种类型的辐射作用:紫外光、电离辐射、某种条件下的强可见光、微波等，可用作控制微生物的生长和保存食品。(五五)过滤除菌过滤除菌控控制制液液体体中中微微生生物物的的群群体体可可以以通通过过将将微微生生物物从从液液体体中中移走而不是杀死的方法来实现。移走而不是杀死的方法来实现。（a）注射式微孔滤器）注射式微孔滤器 （b）小型过滤装置）小型过滤装置 （c）层流生物安全柜）层流生物安全柜 图图616 常用膜滤器常用膜滤器 化化学学控控制制方方法法主主要要是是指指利利用用各各种种化化学学药药剂剂控控制制微微生物生长的方法。生物生长的方法。抗微生物的化学试剂抗微生物的化学试剂 物理状态不同：物理状态不同：
24、液态的、气态的和固态的液态的、气态的和固态的 杀菌效果和对人体或动物体影响不同：杀菌效果和对人体或动物体影响不同：消毒剂、防腐剂、化学治疗剂消毒剂、防腐剂、化学治疗剂二、化学控制方法二、化学控制方法 消毒剂是指那些可抑制或杀灭微生物，但对人体也可能产生有害作用的化学试剂。主要用于抑制或杀灭物体表面、器械、排泄物和周围环境中的微生物。防腐剂是指那些可以抑制微生物生长，但对人体或动物体的毒性较低的化学试剂。可用于机体表面，如皮肤、粘膜、伤口等处防止感染，也有的用于食品、饮料、药品的防腐作用。消毒剂和防腐剂之间的界限已不很严格，如高浓度的石碳酸（3%-5%）用于器皿表面消毒，而低浓度的石碳酸（0.5
25、%）则用于生物制品的防腐剂。消毒剂和防腐剂 天然环境中的微生物生长天然环境中的微生物生长 天然环境比人工条件常常要更复杂和更动态更复杂和更动态。天然环境中微生物生长特点：大量研究揭示，自然环境条件下的细菌能够生长在复杂的群落中，表现出生长在试管中的纯培养微生物所不曾发生的某些现象。“活的但未能培养的微生物活的但未能培养的微生物”英国科学家J.R.Postgate 首次提出了活的但未能培养的微活的但未能培养的微生物概念生物概念,指出受自然界生境压力(或选择性实验室培养基压力)的微生物,对次生压力特别敏感。这样的次生压力作用能够产生活的微生物，但却不能够在通常用作培养它们的培养基中生长。据估计，目前仅有大约据估计，目前仅有大约0.1%0.1%原核微生物能够人原核微生物能够人工培养。工培养。“外星生命？”我们的肉眼可我们的肉眼可能无法看见外能无法看见外星微生物。尽星微生物。尽管从表面上看，管从表面上看，外星微生物像外星微生物像普通细菌，但普通细菌，但在生化性质上，在生化性质上，却有很大不同：却有很大不同：它们的某些结它们的某些结构元件，可能构元件，可能是由稀有氨基是由稀有氨基酸或不同元素酸或不同元素组成的。组成的。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！54