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1、第六章第六章 微生物的生长及其控制微生物的生长及其控制v个体生长个体生长 个体繁殖个体繁殖 群体生长群体生长v群体生长群体生长 个体生长个体生长+个体繁殖个体繁殖 由于微生物的个体极小，所以常用群由于微生物的个体极小，所以常用群体生长来反映个体生长的状况体生长来反映个体生长的状况一、获得微生物纯培养的方法v纯培养的概念纯培养的概念：微生物学中将从一个细胞得微生物学中将从一个细胞得到的后代称为纯培养到的后代称为纯培养v方法方法：稀释倒平板法稀释倒平板法 划线法划线法 单细胞挑取法单细胞挑取法 利用选择培养基培养法利用选择培养基培养法第一节微生物纯培养的生长第一节微生物纯培养的生长二、微生物的同步
2、生长v同步生长的概念：同步生长的概念：采用一定的方法使细胞群采用一定的方法使细胞群体处于分裂步调一致的状态，称为同步生长体处于分裂步调一致的状态，称为同步生长 通过环境条件诱导同步生长群体通过环境条件诱导同步生长群体获得同步生长的方法获得同步生长的方法:1.1.温度、培养基成分等）温度、培养基成分等）2.2.通过物理方法选择同步生长群体通过物理方法选择同步生长群体3.3.（离心方法、过滤分离、硝酸纤维素滤膜）（离心方法、过滤分离、硝酸纤维素滤膜）三、测定生长繁殖的方法 测体积测体积 直接法直接法 称干重称干重测生长量测生长量 比浊法比浊法 间接法间接法 测含碳量测含碳量 生理指标法生理指标法
3、测含氮量测含氮量 其它（其它（P、DNA）比例计数法比例计数法 直接法直接法 血球计数法血球计数法计繁殖数计繁殖数 液体稀释法液体稀释法 间接法间接法 平板菌落计数法平板菌落计数法细细胞胞数数 延滞期延滞期 指数期指数期 稳定期稳定期 衰亡期衰亡期单细胞微生物的典型生长曲线单细胞微生物的典型生长曲线第二节微生物的生长规律第二节微生物的生长规律延滞期的特点v生长速度为零生长速度为零v细胞体积急剧增大细胞体积急剧增大v细胞内的细胞内的RNA尤其是尤其是rRNA含量增高，细含量增高，细胞呈嗜碱性胞呈嗜碱性v合成代谢活跃，易产生诱导酶合成代谢活跃，易产生诱导酶v对外界不良环境条件敏感对外界不良环境条件
4、敏感影响延滞期长短的因素v接种龄接种龄v接种量接种量v培养基成分培养基成分 发酵工业需尽量缩短该期发酵工业需尽量缩短该期,以降低生产成本以降低生产成本 在食品工业上在食品工业上,尽量在此期进行消毒或灭菌尽量在此期进行消毒或灭菌指数期的特点v生长速度常数生长速度常数R R最大最大v细胞进行平衡生长细胞进行平衡生长v酶系活跃，代谢旺盛酶系活跃，代谢旺盛影响指数期微生物增代时间的因素影响指数期微生物增代时间的因素菌种菌种营养成分营养成分营养物的浓度营养物的浓度 发酵工业上尽量延长该期，以达到较高发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度的菌体密度 食品工业上尽量使有害微生物不能进入食品工业上尽量使
5、有害微生物不能进入此期此期细菌研究中常用的三个参数v繁殖代数（繁殖代数（n n）指数生长方式：指数生长方式：1 2 4 8 21 2 4 8 2n n 设接种时细胞数为设接种时细胞数为x x1 1,时间为时间为t t1 1,到时间到时间t t2 2后，繁殖后，繁殖n n代，细胞数为代，细胞数为x x2 2，它们之间的相互关系为：它们之间的相互关系为：x2=x1*2n以以对数表示对数表示：x2=x1+n2 x2-x1 n=3.322(x2-x1)2v生长速度常数（生长速度常数（R R）n x2-x1 R=t2 t1 t2 t1v代时代时(G)G)1 t2 t1 G=R 3.322(x2-x1)稳
6、定期特点：v 1 1 生长速率常数生长速率常数R R等于等于0 0 2 2 菌体产量达到了最高值菌体产量达到了最高值 3 3 合成次生代谢产物合成次生代谢产物 4 4 细胞内出现储藏物质细胞内出现储藏物质,芽孢菌内开始产生芽孢菌内开始产生 芽孢芽孢v产生原因产生原因：营养物尤其是生长限制因子的耗尽营养物尤其是生长限制因子的耗尽 营养物的比例失调，如碳氮比不合适营养物的比例失调，如碳氮比不合适 有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等）有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等）物化条件（物化条件（pHpH、氧化还原势等）不合适氧化还原势等）不合适 1 R1 R为负值为负值 2 2 细胞的形态发生变化，出现不
7、规则的衰退形细胞的形态发生变化，出现不规则的衰退形 3 3 释放次生代谢产物，芽孢等释放次生代谢产物，芽孢等 4 4 菌体开始自溶菌体开始自溶v产生原因：生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡衰亡期特点：主要的生长参数v迟缓时间迟缓时间：实际达到对数生长期所需时间与理实际达到对数生长期所需时间与理想条件下达到对数期所需时间之差。延缓生长量想条件下达到对数期所需时间之差。延缓生长量反映了迟缓期给细胞物质的工业化生产造成的损反映了迟缓期给细胞物质的工业化生产造成的损失。失。v比生长率比
8、生长率：表示生长速度与生长基质浓度之间表示生长速度与生长基质浓度之间的关系，当营养物质浓度很低时，比生长率与营的关系，当营养物质浓度很低时，比生长率与营养物质浓度成正比。养物质浓度成正比。v总生长量总生长量：通过培养获得的微生物总量与原来通过培养获得的微生物总量与原来接种的微生物量之差值。接种的微生物量之差值。v产量常数产量常数：总生长量与消耗基质总量之比。总生长量与消耗基质总量之比。温度温度 氧气氧气 辐射辐射 物理因素物理因素 干燥干燥 渗透压渗透压 超声波与微波超声波与微波 酸、碱与酸、碱与pH 重金属及其化合物重金属及其化合物 表面消毒剂表面消毒剂 有机化合物（酚类、醇类、醛类）有机化
9、合物（酚类、醇类、醛类）卤族元素及其化合物卤族元素及其化合物 表面活性剂（新洁尔灭、杜灭芬）表面活性剂（新洁尔灭、杜灭芬）化学因素化学因素 染料染料 抗代谢药物：磺胺类等抗代谢药物：磺胺类等 化学治疗剂化学治疗剂 抗生素抗生素 中草药有效成分中草药有效成分第三节第三节 影响微生物生长的主要因素影响微生物生长的主要因素温 度 不同的微生物生长的温度范围不同，根据生长与温度的关系，微生物的生长有三个温度基点，即最适、最高、最低生长温度，根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生物分为：低温微生物、中温微生物和高温微生物.如下表低温菌中温菌高温菌最适生长温度10-2025-30，37-4050-55最
10、低生长温度-10-510-20，10-2025-45最高生长温度25-3040-4570-80高温对微生物生长的影响高温对微生物生长的影响v嗜热微生物的生长特性嗜热微生物的生长特性 高温菌在高温下生长的原因高温菌在高温下生长的原因：抗热的酶，膜中的高饱和脂肪酸抗热的酶，膜中的高饱和脂肪酸 高温菌的生长特性：高温菌的生长特性：生长曲线的各个时期均短暂，因此常会在腐败食品中生长曲线的各个时期均短暂，因此常会在腐败食品中 检测不到，这在食品检验中要特别注意检测不到，这在食品检验中要特别注意v微生物耐热性大小的几种表示方法：微生物耐热性大小的几种表示方法：热力致死时间热力致死时间：在特定的温度及其它条
11、件：在特定的温度及其它条件 下，杀死一定数量的微生物所需要的时间下，杀死一定数量的微生物所需要的时间 F F值值：在一定的基质中，温度为：在一定的基质中，温度为121.1121.1，加，加 热杀死一定数量微生物所需的时间热杀死一定数量微生物所需的时间 D D 值值：利用一定温度进行加热，活菌数减少：利用一定温度进行加热，活菌数减少 一个对数周期一个对数周期(即即90%90%活菌被杀死活菌被杀死)所需的所需的 时间时间 Z Z值值：在加热致死曲线中，时间降低一个对数：在加热致死曲线中，时间降低一个对数 周期（即缩短周期（即缩短90%90%的加热时间）所需要升的加热时间）所需要升 高的温度高的温度
12、v影响微生物对热抵抗力的因素：影响微生物对热抵抗力的因素：菌种的遗传特性 菌龄 微生物的数量 基质的特性（组成、浓度、理化条件）加热的时间与温度 v灭菌与消毒的概念：灭菌是指采用强烈的理化因素使任何物体内外部的是指采用强烈的理化因素使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；一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施；消毒是一种采用较温和的理化因素，仅杀死物体中是一种采用较温和的理化因素，仅杀死物体中病原微生物的措施病原微生物的措施v加热灭菌和加热消毒的方法：干热灭菌法干热灭菌法 火焰灭菌法火焰灭菌法 干燥加热空气灭菌法干燥加热空气灭菌法高温灭菌高温灭菌 巴氏消毒法巴氏消毒法(2)常
13、压下常压下 煮沸消毒法煮沸消毒法 湿热灭菌法湿热灭菌法 间歇灭菌法间歇灭菌法 常规加压灭菌法常规加压灭菌法 加压下加压下 (高压蒸汽灭菌法高压蒸汽灭菌法)连续加压灭菌法连续加压灭菌法影响加压蒸汽灭菌效果的因素影响加压蒸汽灭菌效果的因素v灭菌物体的含菌量灭菌物体的含菌量v灭菌锅内空气的排除程度灭菌锅内空气的排除程度v灭菌物体的灭菌物体的pHpH值值v灭菌对象的体积灭菌对象的体积v加热与散热的速度加热与散热的速度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v高温对培养基的不利影响高温对培养基的不利影响：形成形成沉淀物（有机沉淀物如多肽类，无机沉淀物如沉淀物（有机沉淀物如多肽类，无机
14、沉淀物如磷酸盐）；磷酸盐）；破坏破坏营养；营养；提高提高色泽（褐变如产生氨基糖色泽（褐变如产生氨基糖等）；等）；改变改变培养基的培养基的pHpH值；值；降低降低培养基的浓度培养基的浓度v消除有害影响的措施消除有害影响的措施 采用特殊的加热灭菌法采用特殊的加热灭菌法 过滤除菌法过滤除菌法 加入螯合剂加入螯合剂 低温对微生物生长的影响低温对微生物生长的影响v低温微生物耐低温的原因：低温微生物耐低温的原因：胞内酶耐低温；细胞膜中不饱和脂肪酸的含量高。胞内酶耐低温；细胞膜中不饱和脂肪酸的含量高。v低于冰点的温度对微生物的影响：低于冰点的温度对微生物的影响：水分的丧失；冰晶对细胞膜的物理损伤。水分的丧失
15、；冰晶对细胞膜的物理损伤。v速冻、缓冻与反复冻溶对微生物细胞的影响速冻、缓冻与反复冻溶对微生物细胞的影响低温的用途v菌种保藏菌种保藏 液氮的温度（液氮的温度（-195）、干冰温度（）、干冰温度（-70 ）、）、-20 和和4（常加大分子保护剂如糊精、血清白蛋白等）（常加大分子保护剂如糊精、血清白蛋白等）v食品冷藏食品冷藏 冷藏（冷藏（0-4 ）与动藏（）与动藏（-18 ）氧 气v根据微生物生长与氧气的关系，可将微生物分为以下根据微生物生长与氧气的关系，可将微生物分为以下几种：几种：专性好氧菌专性好氧菌：在正常大气压下（在正常大气压下（0.20.2巴）进行好氧呼吸产能巴）进行好氧呼吸产能 好氧菌
16、好氧菌 兼性厌氧菌：兼性厌氧菌：以呼吸为主，兼营发酵或无氧呼吸产能以呼吸为主，兼营发酵或无氧呼吸产能 微好氧菌：只能在微好氧菌：只能在0.01-0.030.01-0.03巴大气压下生活巴大气压下生活 厌氧菌厌氧菌 耐氧菌：只能以发酵产能，但分子氧无毒害耐氧菌：只能以发酵产能，但分子氧无毒害 （专性）厌氧菌：只能生长在无氧或基本无氧条件下，氧剧毒（专性）厌氧菌：只能生长在无氧或基本无氧条件下，氧剧毒v过氧化物歧化酶、过氧化氢酶、细胞色素氧化酶的分过氧化物歧化酶、过氧化氢酶、细胞色素氧化酶的分布情况布情况氧气影响微生物生长的机制v厌氧菌氧毒害的机制厌氧菌氧毒害的机制：由于厌氧菌细胞内缺乏由于厌氧菌
17、细胞内缺乏SOD，无法消除无法消除02.-，后者反应力很强，后者反应力很强，性质极不稳定，在细胞内可破坏各种重要的生物大分子和膜，也性质极不稳定，在细胞内可破坏各种重要的生物大分子和膜，也可形成其他活性氧化物，对生物非常有害可形成其他活性氧化物，对生物非常有害v好氧与耐氧菌驱除好氧与耐氧菌驱除02.-机制：机制：H2O2(好氧菌好氧菌)H2O+1/202 SOD2 02.-+2H+H2O2+02 好氧及耐氧菌好氧及耐氧菌 过氧化物酶（耐氧菌）过氧化物酶（耐氧菌）2H2O辐辐 射射v 不同波长的射线对微生物的作用不同不同波长的射线对微生物的作用不同，可见光部分，可见光部分（400-800400-
18、800纳米）往往能被某些光合微生物所利用，而波长较短的纳米）往往能被某些光合微生物所利用，而波长较短的紫外线（紫外线（13.6-40013.6-400纳米）、纳米）、X-X-射线（射线（0.06-13.60.06-13.6纳米）、纳米）、r-r-射线射线（0.01-0.140.01-0.14纳米）均可抑制甚至杀死微生物。尤其是纳米）均可抑制甚至杀死微生物。尤其是r-r-射线因作射线因作用距离较远、穿透力较强而用于食品的杀菌保藏。用距离较远、穿透力较强而用于食品的杀菌保藏。v物理杀菌物理杀菌：一类新的冷杀菌技术，它在克服热杀菌不足之处的：一类新的冷杀菌技术，它在克服热杀菌不足之处的基础上，运用物
19、理手段如电场、高压、电子、光等的单一或两种基础上，运用物理手段如电场、高压、电子、光等的单一或两种以上的共同作用，在低温或常温下达到杀菌的目的。这种方法不以上的共同作用，在低温或常温下达到杀菌的目的。这种方法不须向食品中加入化学物质，不会使菌体产生抗性，且条件易于控须向食品中加入化学物质，不会使菌体产生抗性，且条件易于控制，在保持食品自然风味的基础上，杀菌效果明显。常用的物理制，在保持食品自然风味的基础上，杀菌效果明显。常用的物理杀菌的方法有超高压脉冲电场杀菌、脉冲强光杀菌、半导体光催杀菌的方法有超高压脉冲电场杀菌、脉冲强光杀菌、半导体光催化杀菌，辐射杀菌化杀菌，辐射杀菌干燥（湿度）干燥（湿度
20、）v水分水分约占微生物细胞组成的约占微生物细胞组成的70-85%70-85%，环境中缺，环境中缺水时（干燥的环境）引起微生物细胞内蛋白质水时（干燥的环境）引起微生物细胞内蛋白质的变性和盐类浓度的增高，抑制微生物的生长，的变性和盐类浓度的增高，抑制微生物的生长，甚至造成微生物的死亡。甚至造成微生物的死亡。v干燥对微生物的作用干燥对微生物的作用受环境温度、失水速度、受环境温度、失水速度、菌龄、微生物所处基质等条件的影响。菌龄、微生物所处基质等条件的影响。v干燥用于食品保藏的方法干燥用于食品保藏的方法可分为两类，即自然可分为两类，即自然干燥（熏干、晒干、冷冻干燥）和人工干燥干燥（熏干、晒干、冷冻干燥
21、）和人工干燥（常压干燥如热风、喷雾、冻结、微波等；真（常压干燥如热风、喷雾、冻结、微波等；真空干燥如真空和冷冻真空干燥）空干燥如真空和冷冻真空干燥）渗透压v微生物生长与渗透压的关系微生物生长与渗透压的关系（高渗透压、低渗透压对微（高渗透压、低渗透压对微生物生长的影响）生物生长的影响）v根据微生物对高渗透压耐性的不同，将其分为以根据微生物对高渗透压耐性的不同，将其分为以下三类下三类：高度嗜盐细菌（高度嗜盐细菌（20-30%食盐溶液中生长）食盐溶液中生长）嗜盐细菌嗜盐细菌 中等嗜盐细菌（中等嗜盐细菌（5-18%的食盐溶液中生长）的食盐溶液中生长）低等嗜盐细菌（低等嗜盐细菌（2-5%的食盐溶液中生长
22、）的食盐溶液中生长）耐盐细菌（可在耐盐细菌（可在10%以下的食盐溶液中生长）以下的食盐溶液中生长）耐糖细菌（可在耐糖细菌（可在60%以下的含糖高渗溶液中生长）以下的含糖高渗溶液中生长）*普通微生物一般在普通微生物一般在0.85-0.90的食盐溶液中生长的食盐溶液中生长 pH值v根据微生物生长的最适根据微生物生长的最适pH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、多数放线菌嗜碱微生物：硝化细菌、尿素分解菌、多数放线菌 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 嗜酸微生物：硫杆菌属嗜酸微生物：
23、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v不同的微生物最适生长的不同的微生物最适生长的pH值不同，值不同，同一种微生物在不同同一种微生物在不同的生理阶段对的生理阶段对pH值的要求也不同，值的要求也不同，在发酵工业中，在发酵工业中，控制控制pH值尤其重要，如黑曲霉在值尤其重要，如黑曲霉在pH2-2.5主要产柠檬酸，主要产柠檬酸，pH2.5-6.5 以菌体生长为主，以菌体生长为主，pH7时以时以合成草酸为主合成草酸为主v各类微生物生长的最适各类微生物生长的最适pH值：值：细菌为细菌为6.5-7.5，放线菌为，放线菌为7.5-8.0，霉菌和酵母菌为，霉菌和酵母菌为 4-
24、6 酸碱添加剂的抑菌机理酸碱添加剂的抑菌机理v无机酸无机酸可增加氢离子的浓度，引起菌体表面蛋可增加氢离子的浓度，引起菌体表面蛋白的变性和核酸的水解，并破坏酶类的活性白的变性和核酸的水解，并破坏酶类的活性v作为食品防腐剂的作为食品防腐剂的有机酸有机酸如苯甲酸和水杨酸可如苯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制微生物的生长v防腐：利用理化因素完全抑制霉腐微生物生长防腐：利用理化因素完全抑制霉腐微生物生长繁殖的措施繁殖的措施v碱类物质碱类物质可引起细胞物质的水解或凝结，以杀可引起细胞物质的水解或凝结，以杀死或抑制微生物，食品工业
25、中常用石灰水、死或抑制微生物，食品工业中常用石灰水、NaOHNaOH、NaNa2 2COCO3 3等作为机器、工具以及冷藏库的等作为机器、工具以及冷藏库的消毒剂消毒剂几种常用表面消毒剂及其应用几种常用表面消毒剂及其应用表面消毒剂表面消毒剂：对一切活细胞都有毒性，不能用作活细胞内化学治疗：对一切活细胞都有毒性，不能用作活细胞内化学治疗用的化学药剂用的化学药剂类型类型名称及使用浓度名称及使用浓度作用机制作用机制应用范围应用范围重金属盐重金属盐0.05-0.1%0.05-0.1%升汞升汞 0.1-1%AgNO30.1-1%AgNO3使蛋白质变性使蛋白质变性非金属物品，器皿非金属物品，器皿皮肤，滴新生
26、儿眼睛皮肤，滴新生儿眼睛酚类酚类3-5%3-5%石炭酸石炭酸2%2%煤酚皂（来苏儿）煤酚皂（来苏儿）蛋白质变性，损蛋白质变性，损伤细胞膜伤细胞膜地面、家具、器皿地面、家具、器皿皮肤皮肤醇类醇类70-75%70-75%乙醇乙醇蛋白变性、脱水溶脂蛋白变性、脱水溶脂皮肤、器械皮肤、器械醛类醛类0.5-10%0.5-10%甲醛甲醛蛋白质变性蛋白质变性物品消毒、接种室熏蒸物品消毒、接种室熏蒸氧化剂氧化剂0.1%0.1%KMnO4KMnO4蛋白质变性蛋白质变性皮肤、尿道、水果蔬菜皮肤、尿道、水果蔬菜卤素及其化卤素及其化合物合物0.2-0.50.2-0.5mg/Lmg/L氯气氯气10-20%10-20%漂白粉漂白粉0.5-1%0.5-1%漂白粉漂白粉2.5%2.5%碘酒碘酒破坏细胞膜、酶、破坏细胞膜、酶、蛋白质蛋白质蛋白质变性蛋白质变性饮水、游泳池水饮水、游泳池水地面、厕所地面、厕所饮水、空气、体表饮水、空气、体表皮肤皮肤表面活性剂表面活性剂0.05-0.1%0.05-0.1%新洁尔灭新洁尔灭破坏膜及蛋白质破坏膜及蛋白质皮肤、黏膜、手术器械皮肤、黏膜、手术器械染料染料2-4%2-4%龙胆紫龙胆紫蛋白质变性蛋白质变性皮肤、伤口皮肤、伤口