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1第4章微生物的生長(zhǎng)第二節(jié)環(huán)境因素對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響2一、溫度對(duì)某一種微生物而言,只能在有限的溫度范圍內(nèi)生長(zhǎng),并具有最低、最適和最高三個(gè)臨界值。

3(一)溫度對(duì)微生物的作用1.低溫的影響

(1)低于冰點(diǎn)的溫度能殺死微生物,其原因:

?細(xì)胞體內(nèi)水分轉(zhuǎn)變成冰晶,引起細(xì)胞明顯脫水;?冰晶對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)尤其是細(xì)胞質(zhì)膜的物理?yè)p傷。但是采用快速冷凍或細(xì)胞懸液中加入保護(hù)劑,可以減少冰凍對(duì)細(xì)胞的損害。4(2)低溫可延緩微生物的生理活動(dòng)(故采用低溫保藏微生物)低溫保藏微生物菌種:溫度低于最低界限時(shí),微生物代謝活動(dòng)降低,進(jìn)入休眠狀態(tài)——低溫保藏。常在4-7℃冰箱中保存。處于低溫下大部分微生物代謝活動(dòng)降低,生長(zhǎng)略有停滯,但仍能存活,一旦遇到合適生長(zhǎng)溫度就可以生長(zhǎng)繁殖。5(3)超低溫保藏的微生物原理(液氮保藏微生物)

快速冰凍形成的冰晶體小,故對(duì)細(xì)胞損害小(緩慢冷凍冰晶體大,微生物易死亡)超低溫保藏的微生物往往使用了防凍保護(hù)劑(如甘油),可以降低脫水的有害作用,大多數(shù)微生物在10%甘油等防凍劑中保存。在-196℃左右的液氮內(nèi)超低溫保藏多年甚至于百年。62.高溫的影響:大多數(shù)細(xì)菌、酵母、病毒和真菌菌絲體的致死溫度為55-60℃;細(xì)菌芽孢能耐100℃以上的高溫。高溫殺菌:高于最高溫度界限,引起微生物原生質(zhì)體的變性,蛋白質(zhì)和酶的損傷、變性、失去生活機(jī)能的協(xié)調(diào),停止生長(zhǎng)或出現(xiàn)異常形態(tài),最終導(dǎo)致死亡。致死溫度:十分鐘內(nèi)殺死某種微生物的高溫界限。致死時(shí)間:在致死溫度中殺死某種微生物所需的時(shí)間。7常用的滅菌方法:熱力滅菌法

◆干熱滅菌法1.焚燒和燒灼法:直接利用火焰燒灼使微生物燒死。一般金屬器具或器械的滅菌或廢棄物處理。如接種環(huán)、試管口等2.干烤法:一般加熱至160-170℃、2h8◆濕熱滅菌法:

1.巴氏消毒法61.1-62.8℃、30min71.7℃、15-30s2.煮沸法一般細(xì)菌繁殖體煮沸5min即可被殺死芽孢需1-2h3.流通蒸汽滅菌法4.間歇滅菌法5.高壓蒸汽滅菌法6.超高溫瞬時(shí)滅菌(UHTST)9(二)微生物生長(zhǎng)的溫度類型根據(jù)微生物生長(zhǎng)溫度范圍和最適溫度,通常把微生物分成高溫性、中溫性、低溫性三大類。

1.低溫型微生物(psychrophiles)或嗜冷微生物能在0℃或更低的溫度下生活,有專性和兼性兩種。分布在高緯度的陸地和海洋。

能在低溫下生長(zhǎng)的主要原因:具有能在低溫下保持活性的酶在細(xì)胞質(zhì)膜的類脂中不飽和脂肪酸含量較高,因而能在低溫下仍然保持半流動(dòng)性和生理功能。102.中溫性微生物(mesophiles)

最適生長(zhǎng)溫度為20-40℃,分為體溫型和室溫型兩大類。3.高溫型微生物(thermophiles)

最適生長(zhǎng)溫度為50-60℃,主要分布在高溫的自然環(huán)境(火山、溫泉)及堆廄肥、沼氣發(fā)酵等人工高溫環(huán)境中。

能在高溫下生長(zhǎng)的主要原因:具有耐熱的酶和蛋白質(zhì)及其合成系統(tǒng),其細(xì)胞質(zhì)膜類脂富含飽和脂肪酸,因而具有更強(qiáng)的疏水鍵以利于膜結(jié)構(gòu)在高溫下保持穩(wěn)定。11溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)速率的影響12Temperaturerangeforgrowthofpathogens致病菌生長(zhǎng)的溫度范圍Temperature°C

Min.

Opt.

Max.Salmonella沙門氏菌 5 35-37 47Campylobacter彎曲桿菌 30 42 47E.coli大腸桿菌 10 37 48S.aureus金黃色葡萄球菌 6.5 37-40 48C.botulinum(proteolytic) 10 50肉毒梭狀芽孢桿菌(蛋白質(zhì)水解型)C.botulinum(non-proteolytic) 3.3 25–37肉毒梭狀芽孢桿菌(非蛋白質(zhì)水解型)B.Cereus蠟狀芽孢桿菌 4 30-35 48-50

13

Temperature°CMin.Opt.Max.Penicilliumverrucosum疣孢青霉

02031Aspergillusochraceus 赫曲霉

82837

Aspergillusflavus黃曲霉

10 3242Fusariummoniliforme串珠鐮孢霉

3 2537Temperaturerangeforgrowoftoxigenicmoulds產(chǎn)毒素霉菌生長(zhǎng)的溫度范圍14二、水份和滲透壓1.水的活度(Aw):表示環(huán)境中水對(duì)微生物生長(zhǎng)可給性高低的指標(biāo)。不同微生物生長(zhǎng)所需的Aw

不同,細(xì)菌一般為0.90-1.00,正常酵母0.88,正常霉菌0.80,嗜鹽酵母和絲狀真菌可達(dá)0.60。營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞不耐干燥,幾小時(shí)就會(huì)死亡。細(xì)菌芽孢、真菌孢子對(duì)干燥有很強(qiáng)的抵抗力,保存數(shù)年仍有活力。15MinimumlevelsofaWpermittinggrowth

(atnearoptimumtemperatures)

微生物生長(zhǎng)必需的最低水分活度Moulds

Aspergilluschevalieri

曲霉

0.71

霉菌

Aspergillusochraceus

赭曲霉

0.78

Aspergillusflavus黃曲霉

0.80

Penicilliumverrucosum青霉

0.79

Fusariummoniliforme串珠鐮孢霉

0.87Yeasts

Saccharomycesrouxii魯氏酵母

0.62

酵母

Saccharomycescerevisiae啤酒酵母

0.90Bacteria

Bacilluscereus蠟狀芽孢桿菌

0.92

細(xì)菌

Clostridiumbotulinum(proteolytic)

0.93

肉毒梭狀芽孢桿菌(蛋白水解型)

Clostridiumbotulinum(non-proteolytic) 0.97

肉毒梭狀芽孢桿菌(非蛋白水解型)

Escherichiacoli埃希氏大腸桿菌

0.93

Salmonella沙門氏菌

0.95

Staphylococcusaureus葡萄球菌

0.83162.滲透壓:

高滲環(huán)境會(huì)使細(xì)胞原生質(zhì)脫水而發(fā)生質(zhì)壁分離,而能抑制大多數(shù)微生物的生長(zhǎng)。利用鹽、糖這些親水試劑與水分子的結(jié)合減少有效水分17aw1.000.990.980.960.940.920.900.880.86ConcentrationofNaClandglucose

atvariousawvalues(at25°C)

25°C時(shí)不同濃度食鹽和葡萄糖溶液的aw%w/wGlucose葡萄糖0.008.9015.7428.5137.8343.7248.5453.0558.45%w/wNaCl0.001.743.436.579.3811.9014.1816.2818.1818水份和滲透壓影響的應(yīng)用:鹽漬和蜜餞——利用生理干燥保存食品,防腐。釀造業(yè):細(xì)菌曲房空氣RH接近飽和,利于生長(zhǎng)。倉(cāng)庫(kù):保持干燥。菌種保存:干燥。19三、酸堿度(pH)

1.pH值適應(yīng)范圍和最適pH值:

細(xì)菌、藻類和原生動(dòng)物4.0-10.06.5-7.5放線菌4.0-10.07.5-8.0酵母、霉菌1.5-10.05-6pH范圍最適pH20microbesMinimumoptimummaximum

pHspectrumofdifferentmicrobes21

2.pH或[H+]對(duì)微生物的作用影響細(xì)胞質(zhì)膜電荷的變化從而影響了養(yǎng)料吸收影響酶的活性改變環(huán)境中養(yǎng)料的溶解度及可給性

抑制雜菌生長(zhǎng)強(qiáng)酸和強(qiáng)堿具有很強(qiáng)的殺菌能力。22

3.pH的變化常可以改變微生物的代謝途徑并產(chǎn)生不同的代謝產(chǎn)物例如:酵母菌在pH4.5-6.0時(shí)發(fā)酵糖產(chǎn)生酒精,pH>7.6時(shí)則可同時(shí)產(chǎn)生酒精、甘油和醋酸。黑曲霉(Aspergillusniger)在pH2.0-3.0時(shí)發(fā)酵蔗糖產(chǎn)生檸檬酸,pH升至中性時(shí)則產(chǎn)生草酸。

4.微生物對(duì)環(huán)境中物質(zhì)的代謝常改變環(huán)境的pH值如許多細(xì)菌和真菌在分解培養(yǎng)基質(zhì)中的碳水化合物時(shí)產(chǎn)酸使環(huán)境變酸,另一些微生物則在分解蛋白質(zhì)時(shí)產(chǎn)氨而使環(huán)境變堿。23PossiblereactionsresponsibleforthepHchangingduringthecultivation24MeasuresusedinthefermentativeproductiontoregulatethepH25四、O2和Eh值(氧化還原電位)氧氣對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響根據(jù)微生物與氧氣的關(guān)系,微生物可分為:(1)專性好氧菌(obligateorstrict

aerobe)

:以氧氣為呼吸鏈的最終電子受體,缺氧時(shí)不能生存。大多數(shù)細(xì)菌、幾乎全部放線菌、藍(lán)細(xì)菌、真菌和藻類屬于此類型。26(2)厭氧菌(anaerobes):暴露在空氣中則停止生長(zhǎng)。常見的厭氧菌:Clostridium(梭菌屬)、Bacteroides(擬桿菌屬)、Fusobacterium(梭桿菌屬)、Bifidobacterium(雙歧桿菌屬)27(3)兼性厭氧菌(facultativeanaerobes):以在有氧條件下的生長(zhǎng)為主也可兼在厭氧條件下生長(zhǎng)的微生物,有時(shí)也稱“兼性好氧菌”

(facultativeaerobes)。

在有氧時(shí)能以氧氣作為受H+體,無(wú)氧時(shí)以代謝中間產(chǎn)物作為受H+體進(jìn)行發(fā)酵作用。

許多酵母菌和不少細(xì)菌都是兼性厭氧菌。2829(4)微好氧菌(microaerophilicbacteria):

在充分通氣和嚴(yán)格厭氧的環(huán)境中均不能生長(zhǎng),只能在含氧量為2%-10%的微好氣條件下生長(zhǎng),種類不多。例如:Vibriocholerae(霍亂弧菌)

Campylobacter(彎曲菌屬)等

30(5)耐氧菌(aerotolerantanaerobes):

即耐氧性厭氧菌的簡(jiǎn)稱。是一類可在分子氧存在下進(jìn)行發(fā)酵性厭氧生活的厭氧菌。它們的生長(zhǎng)不需要任何氧,但分子氧對(duì)它也無(wú)毒害。一般的乳酸菌多數(shù)是耐氧菌,例如,Streptococcuslactis(乳鏈球菌)、Lactobacilluslactis(乳酸乳桿菌)等31(a)Obligateaerobesgrowonlyatthesurface.Obligateaerobesoftenformafilm(scum)orpellicle,thatfloatsonthetopoftheliquid.(b)Anaerobesgrowawayfromthesurface(c)Facultativeaerobesgrowthroughoutthetube,theyareabletogrowunderbothaerobicandanaerobicconditions.(d)Microaerophilicbacteriarequirealittlebitofoxygen,buttoomuchistoxic.(e)Aerotolerantanaerobes:anaerobescangrowunderbothaerobicandanaerobicconditions.BacteriagrowthandsurvivaldependonFATTOM:FoodAcidityTemperatureTime:4-hourruleOxygenMoisture323334五、光和射線1.可見光:

◆光能營(yíng)養(yǎng)型微生物必須吸收400-900nm的可見光波進(jìn)行光合作用。

◆一些趨光性微生物在有光源時(shí)生長(zhǎng)得更好,一些真菌在生殖生長(zhǎng)時(shí)(形成子實(shí)體、擔(dān)子果…)需要一定散射光的刺激。

35五、光和射線

2.紫外線的殺菌作用:

250~280nm的波長(zhǎng)殺菌力最強(qiáng),微生物細(xì)胞經(jīng)紫外線照射后,以O(shè)2為底物產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)生成的H2O2(過氧化氫),發(fā)生強(qiáng)烈的氧化作用,殺死細(xì)胞。引起DNA變異,突變,死亡。

36五、光和射線2.紫外線的殺菌作用:一般30W燈管,9m3空間,距地面2m每次打開紫外線照射0.5h,就使室內(nèi)空氣滅菌。若照射紫外線時(shí)先噴灑石炭酸等化學(xué)消毒劑,可增強(qiáng)滅菌效果。紫外線雖有較強(qiáng)的殺菌力,但穿透力弱,即使一薄層玻璃或水層就能將大部分紫外線濾除,因此只適用于空氣及表面殺菌。37五、光和射線3.X、γ射線、超聲波也有強(qiáng)烈的殺菌作用4.適當(dāng)劑量的紫外線、X、γ射線可作有效的誘變劑。

38六、化學(xué)藥物

藥物能抑制或殺死微生物,但有些藥物在高濃度時(shí)是殺菌劑,在低濃度時(shí)可能被微生物利用作為養(yǎng)料或生長(zhǎng)刺激因子。

39殺菌藥物:1.重金屬:汞、銀、鉛、鋅、銅等。2.強(qiáng)氧化劑:H2O2、KMNO43.還原劑:甲醛——與蛋白質(zhì)的酰氨基和巰基作用,引起蛋白質(zhì)變性。4.表面活性物質(zhì):新潔爾滅等。5.強(qiáng)酸、強(qiáng)堿6.其它:H2S、SO2和一些常用染料等。

40消毒劑的主要種類類別作用機(jī)制常用種類酚類蛋白變性,細(xì)胞膜損傷石炭酸醇類蛋白變性乙醇氧化劑氧化、蛋白沉淀高錳酸鉀、過氧乙酸、碘酒重金屬鹽氧化、蛋白酶變性紅汞、硫柳汞表面活性劑蛋白變性,細(xì)胞膜損傷新潔而滅染料干擾氧化、抑制繁殖

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