微生物的生長及其控制工業(yè)微生物學(xué)

關(guān)于微生物的生長及其控制工業(yè)微生物學(xué)第一頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一微生物通過新陳代謝把營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成細(xì)胞物質(zhì)，增加個體重量的過程。生長：細(xì)胞生長到一定程度進行分裂，產(chǎn)生同親代相似的子代細(xì)胞的過程。

繁殖：生長是一個逐步發(fā)生的量變過程;繁殖是一個產(chǎn)生新的生命個體的質(zhì)變過程。在高等生物里這兩個過程可以明顯分開，但在低等特別是在單細(xì)胞的生物里，由于細(xì)胞小，這兩個過程是緊密聯(lián)系又很難劃分的過程。第二頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一單細(xì)胞微生物，生長導(dǎo)致細(xì)胞數(shù)量增加（細(xì)胞個體增長到一定程度就分裂成兩個大小基本相等的子代細(xì)胞）。多細(xì)胞微生物（某些霉菌），生長意味著細(xì)胞數(shù)目增加而個體數(shù)目不變，只能叫生長，而不能叫繁殖（只有通過形成無性或有性孢子使得個體數(shù)目增加的過程才叫繁殖）。第三頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一第一節(jié)個體細(xì)胞生長概述一、細(xì)菌細(xì)胞的生長1.染色體DNA的復(fù)制和分離細(xì)胞伸長和DNA復(fù)制DNA分配和隔膜開始形成第四頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一桿菌在生長過程中，新合成的肽聚糖是在多個位點插入到老細(xì)胞壁中，新老細(xì)胞壁呈間隔分布。球菌在生長過程中，新合成的肽聚糖是在赤道板附近插入，導(dǎo)致新老細(xì)胞壁明顯分開，原來的老細(xì)胞壁推向細(xì)胞兩端。2、細(xì)胞壁的擴增熒光抗體技術(shù)第五頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一3、細(xì)菌的分裂隔膜完全形成子細(xì)胞分離DNA分配和隔膜開始形成當(dāng)細(xì)菌的各種細(xì)胞結(jié)構(gòu)復(fù)制完成之后就進入分裂時期，此時在細(xì)菌長軸的中間位置，通過細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)陷并伴隨新合成的肽聚糖插入，導(dǎo)致橫隔壁向心生長，最后在中心匯合，完成一次分裂，通常情況下，將一個細(xì)胞分裂成兩個大小相等的子細(xì)胞。第六頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一二、酵母細(xì)胞的生長繁殖細(xì)胞分裂期M間隔期G1DNA合成期S第二間隔期G2核膜上的紡錘體斑通過復(fù)制由一個變?yōu)閮蓚€，DNA開始復(fù)制，芽體出現(xiàn)。紡錘體斑產(chǎn)生約15根微管，其中一個紡錘體斑沿核膜移動180度，從而使兩個紡錘體斑通過直線形的微管連在一起。芽體增大，細(xì)胞核移到母細(xì)胞與芽體交界處，微管延長。細(xì)胞核有絲分裂，其中一個核進入芽體，芽體子細(xì)胞與母細(xì)胞之間的壁開始合成，隨后子細(xì)胞與母細(xì)胞分離，或暫時不分離（如假絲酵母屬）繼續(xù)出芽。第七頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一三、霉菌菌絲的延伸過程

頂端生長需要高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器參與。在菌絲的亞頂端區(qū)富含內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核糖體等細(xì)胞器。細(xì)胞膜脂肪和蛋白質(zhì)在亞頂端區(qū)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成后，通過小泡囊轉(zhuǎn)移到高爾基體的近側(cè)潴泡中，由高爾基體轉(zhuǎn)向遠(yuǎn)側(cè)時，成熟而分泌泡囊。分泌的泡囊從亞頂端區(qū)移向頂端，泡囊與細(xì)胞膜融合形成細(xì)胞膜。同時釋放出細(xì)胞壁分解酶與合成酶，分解酶使壁組份間的鍵斷裂，合成酶催化合成新壁成分，并將其轉(zhuǎn)移到壁區(qū)形成新壁?！熬z尖端生長的泡囊假設(shè)”第八頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)微生物的群體生長一、單細(xì)胞微生物的典型生長曲線將少量純種非絲狀單細(xì)胞微生物接種到恒容積的新鮮液體培養(yǎng)基中，在適宜的溫度、通氣等條件下培養(yǎng)，定時取樣測定單位體積里的細(xì)胞數(shù)，以單位體積里細(xì)胞數(shù)的對數(shù)作縱坐標(biāo)，以培養(yǎng)時間為橫坐標(biāo)，畫出的曲線，就是非絲狀的單細(xì)胞微生物的典型生長曲線。第九頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一典型生長曲線根據(jù)微生物的生長速率常數(shù)R（即每小時的分裂次數(shù)）的不同，一般可分為遲緩期（延滯期）、指數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期等四個時期。第十頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一1.延滯期（Lagphase），也稱遲緩期、延遲期、適應(yīng)期。將少量菌種接入新鮮培養(yǎng)基后,在開始一段時間內(nèi)菌數(shù)不立即增加,或增加很少，生長速度接近于零。此時細(xì)胞特點可概括為：分裂遲緩、代謝活躍。第十一頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一該期的具體特點為：①生長速率常數(shù)為零；②細(xì)胞形態(tài)變大或增長，尤其是長軸最為明顯，許多桿菌可長成絲狀；③細(xì)胞內(nèi)的RNA尤其是rRNA含量增高，原生質(zhì)呈嗜堿性；④合成代謝十分活躍，核糖體、酶類和ATP的合成加速，容易產(chǎn)生各種誘導(dǎo)酶；⑤對外界條件如NaCl溶液濃度、溫度和抗生素等理化因素反應(yīng)敏感。第十二頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一遲滯期出現(xiàn)的原因：微生物接種到一個新的環(huán)境，暫時缺乏分解和催化有關(guān)底物的酶，或是缺乏充足的中間代謝產(chǎn)物等。為產(chǎn)生誘導(dǎo)酶或合成中間代謝產(chǎn)物，就需要一段適應(yīng)期。調(diào)整代謝遲滯期的長短與菌種的遺傳性、菌齡以及移種前后所處的環(huán)境條件等因素有關(guān)，短的只需要幾分鐘，長的需數(shù)小時。縮短遲滯期的常用手段：(1)通過遺傳學(xué)方法改變種的遺傳特性使遲緩期縮短；(2)利用對數(shù)期的細(xì)胞作為種子；(3)盡量使接種前后所使用的培養(yǎng)基組成不要相差太大；(4)適當(dāng)擴大接種量。第十三頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一2.指數(shù)期（Exponentialphase），又稱對數(shù)期（Logphase)指緊接遲滯期之后，細(xì)胞以幾何級數(shù)增長的一段時期。三個重要參數(shù)的計算：繁殖代數(shù)(n)、生長速率常數(shù)(R)、代時(G)

第十四頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一指數(shù)期的特點：①生長速率常數(shù)R最大且為常數(shù)，細(xì)胞每分裂一次所需的時間（稱為代時，或世代時間，或增代時間，或倍增時間，用G表示）最短且穩(wěn)定；②細(xì)胞進行平衡生長，菌體各部分的成分十分均勻；③酶系活躍，代謝旺盛。第十五頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一

t1–t01G=——————=—————nR注意：只有處于指數(shù)期，才符合以上計算公式第十六頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一納米細(xì)菌(nanobacteria)，三天才分裂一次；九十年代初期從地下數(shù)公里發(fā)現(xiàn)的超微型細(xì)菌，用代謝產(chǎn)生的CO2作指標(biāo)，計算出這些超微菌的代謝速率僅為地上正常細(xì)菌的10-15，有人認(rèn)為它們需要100年才能分裂一次。

第十七頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一影響代時的因素：1）菌種：不同的微生物及微生物的不同菌株代時不同；2）營養(yǎng)成分：在營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中生長代時短；3）營養(yǎng)物濃度：在一定范圍內(nèi)，生長速率與營養(yǎng)物濃度呈正比；凡是處于較低濃度范圍內(nèi)，可影響生長速率的營養(yǎng)物成分，就稱為生長限制因子。4）溫度：在一定范圍，生長速率與培養(yǎng)溫度呈正相關(guān)。第十八頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一指數(shù)期細(xì)胞的應(yīng)用：適宜作“種子”；研究基礎(chǔ)代謝的材料；噬菌體增殖的最好階段；革蘭氏染色；誘變育種；第十九頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一3.穩(wěn)定期（Stationaryphase）指數(shù)期之后，培養(yǎng)液中活細(xì)菌數(shù)最高并維持穩(wěn)定的階段(可能由于細(xì)菌分裂增加的數(shù)量等于細(xì)菌死亡數(shù)，或者細(xì)胞僅停止分裂而保持代謝活性)。第二十頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一穩(wěn)定期特點：①生長速率常數(shù)R降低至0；②代時G延長；③細(xì)胞重要的分化階段；細(xì)胞開始衰老，原生質(zhì)分布不均勻，出現(xiàn)液泡；開始積累糖原等內(nèi)含物；產(chǎn)芽孢的菌開始形成芽孢；次生代謝產(chǎn)物（抗生素等）開始大量合成④菌體的最大收獲期第二十一頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一①穩(wěn)定期如果及時采取措施，補充營養(yǎng)物質(zhì)或取走代謝產(chǎn)物或改善培養(yǎng)條件（調(diào)整pH、溫度、通氣），可以獲得更多的菌體物質(zhì)或代謝產(chǎn)物。②對以收獲菌體或與菌體生長相平行的代謝產(chǎn)物（SCP、乳酸等）為目的的發(fā)酵生產(chǎn)來說，穩(wěn)定期是產(chǎn)物的最佳收獲期。③通過對穩(wěn)定期到來原因的研究，促使了連續(xù)培養(yǎng)原理的提出和工藝、技術(shù)的創(chuàng)建。微生物在穩(wěn)定期的生長規(guī)律對于生產(chǎn)實踐的指導(dǎo)意義：第二十二頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一4.衰亡期（Decline或Deathphase）營養(yǎng)物質(zhì)耗盡和有毒代謝產(chǎn)物的大量積累，細(xì)菌死亡速率超過新生速率，整個群體呈現(xiàn)出負(fù)增長。第二十三頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一衰亡期特點：①生長速率常數(shù)R小于0；②細(xì)胞形態(tài)發(fā)生多形化

出現(xiàn)畸形或細(xì)胞大小懸殊；有些微生物因蛋白酶活力的增強而發(fā)生自溶，有些微生物產(chǎn)生或釋放出一些代謝產(chǎn)物如氨基酸、轉(zhuǎn)化酶、外肽酶或抗生素等；芽孢桿菌往往在此期釋放芽孢。

該時期死亡的細(xì)菌以對數(shù)方式增加，但在衰亡期的后期，由于部分細(xì)菌產(chǎn)生抗性也會使細(xì)菌死亡的速率降低，仍有部分活菌存在。衰亡期第二十四頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一在實際工作中多采用分光光度計測定OD值的方法繪制細(xì)菌的生長曲線，但該法繪制的生長曲線不能反映衰亡期。第二十五頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一二.絲狀真菌的生長曲線絲狀真菌是以菌絲干重（mg）作為衡量生長狀況的縱坐標(biāo)，時間為橫坐標(biāo)，繪制生長曲線。絲狀真菌的生長曲線由三個時期組成：延滯期，快速生長期，衰亡期絲狀真菌不是單細(xì)胞，其繁殖不以幾何級數(shù)增加，故沒有指數(shù)生長期第二十六頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一三、同步生長（Synchronousgrowth）同步培養(yǎng):使群體中的所有個體細(xì)胞處于同樣細(xì)胞生長和分裂周期中（即大多數(shù)細(xì)胞能同時進行生長或分裂）的培養(yǎng)方法。通過同步培養(yǎng)方法獲得的細(xì)胞被稱為同步細(xì)胞或同步培養(yǎng)物。問題：如何研究在單個細(xì)胞的生理與遺傳特性。通過同步培養(yǎng)方法的處理，非同步群體細(xì)胞處于同一生長階段，并能同時進行分裂的生長狀態(tài)，稱為同步生長。同步生長往往只能維持2-3個世代，隨后又逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機生長。第二十七頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一1.機械篩選法硝酸纖維素濾膜法（膜洗脫法，右圖a）同步培養(yǎng)的方法有兩類：離心法,右圖b過濾法機械法優(yōu)點：不影響菌體的代謝與活性，細(xì)胞保持自然狀態(tài)。第二十八頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一2.環(huán)境條件控制法環(huán)境環(huán)境控制法的缺點：細(xì)胞活性受到不同程度的影響。溫度培養(yǎng)基成份其他光合細(xì)菌：光照和黑暗交替培養(yǎng)；芽孢菌：形成芽孢后加熱處理第二十九頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一四、連續(xù)培養(yǎng)(Continousculture）分批培養(yǎng)（batchculture）封閉培養(yǎng)（closedculture）培養(yǎng)基一次加入，不予補充，不再更換連續(xù)培養(yǎng)(Continousculture）在微生物的整個培養(yǎng)期間，通過一定的方式使微生物生長處于平衡生長狀態(tài)，能以恒定的生長速率生長的一種培養(yǎng)方法。若在一個開放的系統(tǒng)中(恒定容積的流動系統(tǒng))培養(yǎng)微生物，培養(yǎng)過程中不斷補充營養(yǎng)物質(zhì)和以同樣的速率移出培養(yǎng)物，是實現(xiàn)微生物連續(xù)培養(yǎng)的基本原則。培養(yǎng)系統(tǒng)中的細(xì)胞數(shù)量和營養(yǎng)狀態(tài)恒定，即處于穩(wěn)態(tài)。單細(xì)胞微生物的生長符合典型的生長曲線第三十頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一最簡單的連續(xù)培養(yǎng)裝置包括：培養(yǎng)室、無菌培養(yǎng)基儲存器和調(diào)節(jié)流速的控制系統(tǒng)。連續(xù)培養(yǎng)的主要參數(shù)稀釋率D（h-1）：即培養(yǎng)基每小時流過培養(yǎng)容器的體積數(shù)。D==培養(yǎng)基的流動速率培養(yǎng)室的容積FV無菌培養(yǎng)基儲存器培養(yǎng)室調(diào)節(jié)流速的控制閥第三十一頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一1.連續(xù)培養(yǎng)的類型根據(jù)控制培養(yǎng)基流入培養(yǎng)容器方式的不同可分兩種類型：恒濁器連續(xù)培養(yǎng)和恒化器連續(xù)培養(yǎng)。A.恒濁培養(yǎng)系統(tǒng)B.恒化培養(yǎng)系統(tǒng)1.盛無菌培養(yǎng)基的容器2.控制流速閥3.培養(yǎng)室4.排出管5.光源6.光電池7.排出物恒濁器：根據(jù)培養(yǎng)室內(nèi)微生物的生長密度，借光電控制系統(tǒng)來控制培養(yǎng)基的流速，以取得菌體密度高、生長速率恒定的微生物細(xì)胞的連續(xù)培養(yǎng)器。恒化器：培養(yǎng)基流速恒定，通過控制培養(yǎng)基中某一生長限制性底物的濃度來調(diào)節(jié)微生物的生長速率,使微生物維持恒定生長速率的連續(xù)培養(yǎng)裝置。第三十二頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一兩種連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)的比較裝置控制對象培養(yǎng)基培養(yǎng)基流速生長速率產(chǎn)物應(yīng)用恒濁器菌體密度無限制生長因子不恒定最高菌體或與菌體相平行的代謝產(chǎn)物生產(chǎn)恒化器培養(yǎng)基流速有限制生長因子恒定低于最高速率不同生長速率的菌體實驗室科研恒化器中的菌體濃度不由稀釋率決定，而由生長限制性底物濃度決定。通過控制流速可得到生長速率不同但密度基本恒定的培養(yǎng)物，微生物始終在低于其最高生長速率下進行生長繁殖。遺傳學(xué)：突變株分離；生理學(xué)：不同條件下的代謝變化；生態(tài)學(xué)：模擬自然營養(yǎng)條件建立實驗?zāi)Ｐ偷谌摚惨话俣唔?，編輯?023年，星期一如果根據(jù)連續(xù)培養(yǎng)器串聯(lián)的數(shù)目分，也可分為兩種類型：單級連續(xù)培養(yǎng)多級連續(xù)培養(yǎng)適用于：代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生速率與菌體生長速率相平行的培養(yǎng)微生物代謝產(chǎn)物與菌體生長不平行，例如丙酮、丁醇或某些次級代謝產(chǎn)物（抗生素、維生素等）的生產(chǎn)，應(yīng)采取多級連續(xù)培養(yǎng)法，第一級發(fā)酵罐中以培養(yǎng)菌體為主，后幾級則以產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物為主。第三十四頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一連續(xù)培養(yǎng)應(yīng)用與生產(chǎn)就稱為連續(xù)發(fā)酵。連續(xù)發(fā)酵的優(yōu)點：

高效：簡化操作單元，縮短生產(chǎn)周期，提高設(shè)備利用率；便于自動控制；降低動力消耗及體力勞動強度；產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定。雜菌污染機會增多；易菌種退化；營養(yǎng)物利用率低。連續(xù)發(fā)酵的缺點：2.連續(xù)培養(yǎng)的應(yīng)用第三十五頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一第三節(jié)微生物生長的測定單位時間里微生物數(shù)量或生物量（Biomass）的變化。微生物生長測定：微生物生長的測定方法計數(shù)評價培養(yǎng)條件、營養(yǎng)物質(zhì)等對微生物生長的影響；評價不同的抗菌物質(zhì)對微生物產(chǎn)生抑制(或殺死)作用的效果；客觀地反映微生物生長的規(guī)律。質(zhì)量法生理指標(biāo)法第三十六頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一一、計數(shù)法1.直接計數(shù)法采用特殊的計數(shù)板（血球計數(shù)板），在顯微鏡下對微生物數(shù)量進行直接計數(shù)（計算一定容積里樣品中微生物的數(shù)量）缺點:(1)不能區(qū)分死菌與活菌；(2)只適用于單細(xì)胞狀態(tài)的微生物或絲狀微生物的孢子；不適于對運動細(xì)菌的計數(shù)；(3)需要相對高的菌體濃度(106/mL以上)；(4)個體小的細(xì)菌在顯微鏡下難以觀察。優(yōu)點：快速第三十七頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一其它直接計數(shù)方法：

將已知顆粒濃度的樣品（例如血液）與待測細(xì)胞濃度的樣品混勻后在顯微鏡下根據(jù)二者之間的比例直接推算待測微生物細(xì)胞濃度。比例計數(shù)過濾計數(shù)當(dāng)樣品中菌數(shù)很低時，可以將一定體積的湖水、海水或飲用水等樣品通過膜過濾器。然后將濾膜干燥、熒光染色，并經(jīng)處理使膜透明，再在顯微鏡下計算膜上(或一定面積中)的細(xì)菌數(shù)?；罹嫈?shù)采用特定的染色技術(shù)也可分別對活菌和死菌進行分別計數(shù)（美蘭，能區(qū)分死菌和活菌的熒光試劑盒）第三十八頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一2.間接計數(shù)法該法最常用。通常用來測定細(xì)菌、酵母菌等單細(xì)胞微生物的生長情況或樣品中所含微生物個體的數(shù)量（細(xì)菌、酵母菌、孢子）。即平板菌落計數(shù)法，又稱活菌計數(shù)法采用培養(yǎng)平板計數(shù)法要求操作熟練、準(zhǔn)確，否則難以得到正確的結(jié)果。第三十九頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一樣品充分混勻；傾注法涂布法每支移液管及涂布棒只能接觸一個稀釋度的菌液；同一稀釋度三個以上重復(fù),取平均值；每個平板上的菌落數(shù)目合適，便于準(zhǔn)確計數(shù)。樣品充分混勻；第四十頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一一個菌落可能是多個細(xì)胞一起形成，所以在科研中一般用菌落形成單位（colonyformingunits，CFU）來表示，而不是直接表示為細(xì)胞數(shù)。第四十一頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一3.膜過濾培養(yǎng)法當(dāng)樣品中菌數(shù)很低時，可以將一定體積的湖水、海水或飲用水等樣品通過膜過濾器，然后將濾膜轉(zhuǎn)到相應(yīng)的培養(yǎng)基上進行培養(yǎng)，對形成的菌落進行統(tǒng)計。第四十二頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一第四十三頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一4.比濁法在一定波長下，測定菌懸液的光密度，以光密度(opticaldensity即OD值)表示菌量。實驗測量時應(yīng)控制在菌濃度與光密度成正比的線性范圍內(nèi)，否則不準(zhǔn)確。第四十四頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一5.最大或然數(shù)法Themostprobablenumbermethod（液體稀釋法）主要適用于能進行液體培養(yǎng)的微生物，或采用液體鑒別培養(yǎng)基進行直接鑒定并計數(shù)的微生物。對未知樣品進行十倍稀釋，然后根據(jù)估算取三個連續(xù)的稀釋度平行接種多支試管，對這些平行試管的微生物生長情況進行統(tǒng)計，長菌的為陽性，未長菌的為陰性，然后根據(jù)數(shù)學(xué)統(tǒng)計計算出樣品中的微生物數(shù)目。第四十五頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一二、質(zhì)量法測定絲狀菌生長的有效方法1.重量法干重法濕重法2.蛋白質(zhì)及DNA含量測定法采用凱氏定氮法測出含氮量。蛋白質(zhì)含氮量為16%，細(xì)胞中蛋白質(zhì)含量占細(xì)胞固形物的50%~80%，一般以65%為代表。蛋白質(zhì)總量=含氮量÷16%=含氮量×6.25細(xì)胞總量=蛋白質(zhì)總量÷65%=蛋白質(zhì)總量×1.54第四十六頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一三、生理指標(biāo)法生理指標(biāo)法常用于對微生物的快速鑒定與檢測常用的指標(biāo)：呼吸強度、耗氧量、酶活性、生物熱樣品中微生物數(shù)量越多或生長越旺盛，這些指標(biāo)愈明顯，因此可以借助特定的儀器如瓦勃氏呼吸儀、微量量熱計等設(shè)備來測定相應(yīng)的指標(biāo)。與生長量相平行的生理指標(biāo)很多，它們都可用作微生物生長的測定。第四十七頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)環(huán)境對微生物生長的影響一、溫度二、pH三、滲透壓四、氧五、表面張力六、輻射七、液體靜壓力八、聲能影響微生物生長的環(huán)境因素主要有：第四十八頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一1.微生物生長的適宜溫度最低生長溫度能生長的最低溫度最適生長溫度生長速度最高的溫度最高生長溫度能生長的最高溫度最適生長溫度并非等于最適發(fā)酵溫度，或生長得率最高時的溫度。生長溫度三基點一、溫度每種微生物都有三個基本溫度（cardinaltemperature）第四十九頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一(1)嗜冷微生物（psychrophile）最低生長溫度0℃以下，最適生長溫度≦15℃，最高生長溫度20℃左右；（地球兩極，海洋深處）能在0℃生長，但最適生長溫度20℃~40℃。（冷水，土壤，引起冰箱食物腐敗的主要微生物類群）-----耐冷微生物(psychrotolernt),又稱兼性嗜冷微生物嗜冷微生物在低溫下能生長的原因：①嗜冷微生物的酶在低溫下能有效起催化作用，其酶的二級結(jié)構(gòu)含有較多的α‐螺旋，能使酶蛋白在寒冷環(huán)境中有較強的彈性。②嗜冷微生物的酶有較強的極性，含有較少的親水性氨基酸，有助于在低溫下保持蛋白質(zhì)的彈性及酶的活性。③嗜冷微生物細(xì)胞膜的脂類中不飽和脂肪酸的含量較高，在低溫下膜也能保持半流動狀態(tài)。根據(jù)微生物的最適生長溫度，可將微生物分為三類：第五十頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一（2）嗜溫微生物(mesophiles)，又稱中溫菌最低生長溫度10℃左右，最適生長溫度25~37℃，最高生長溫度45℃左右（大多數(shù)微生物，人類病原菌）。嗜溫微生物又可分為寄生和腐生兩類：寄生嗜溫微生物的最適生長溫度相對較高，大腸桿菌是典型的寄生嗜溫微生物；腐生嗜溫微生物的相對較低，發(fā)酵工業(yè)中常用的黑曲霉、啤酒酵母、枯草桿菌均為腐生嗜溫微生物。第五十一頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一(3)嗜熱微生物（thermophiles）最低生長溫度45℃，最適生長溫度55℃~65℃，最高生長溫度80℃（大部分為細(xì)菌。溫泉，堆肥）

發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用的德氏乳酸桿菌的最適生長溫度為45～50℃，嗜熱糖化芽孢桿菌為65℃.----嗜高溫微生物（hyperthermophiles）最低生長溫度65℃，最適生長溫度80~90℃，最高生長溫度100℃以上（古生菌，熱泉、火山噴氣口、海底火山噴氣口）微生物在高溫環(huán)境下為何能生存呢？胞內(nèi)酶和蛋白質(zhì)在高溫時更穩(wěn)定（分子中1個或多個部位被某些氨基酸所取代，能以特殊的方式折疊，抵抗溫度的變性作用）;細(xì)胞質(zhì)膜富含飽和脂肪酸，因而膜在高溫下仍很穩(wěn)定并發(fā)揮功能;其核酸有熱穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)，tRNA在特定的堿基區(qū)域含較多GC對.第五十二頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一2.低溫對微生物的影響(1)冰凍對微生物的影響①冰凍使細(xì)胞內(nèi)游離水形成冰晶，對細(xì)胞造成機械性損傷；②冰凍導(dǎo)致細(xì)胞失去可利用的水分，形成脫水干燥狀態(tài)，細(xì)胞質(zhì)的pH值和膠體狀態(tài)發(fā)生改變，甚至可引起胞內(nèi)蛋白質(zhì)部分變性等；③微生物所處的基質(zhì)也因冰凍而產(chǎn)生一系列復(fù)雜的變化。(2)低溫對微生物作用的有關(guān)因素冰點附近會加速微生物死亡微生物種類不同抵抗低溫能力不同微生物所處的環(huán)境不同，對低溫的抵抗能力不同冰凍和解凍的反復(fù)交替容易造成微生物細(xì)胞破裂第五十三頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一(3)低溫用于食品保藏

根據(jù)各類食品的特點和保藏要求不同，將低溫保藏食品的溫度可作如下的劃分：寒冷溫度：指在室溫和冷藏溫度之間的溫度。嗜冷微生物能在這一溫度范圍內(nèi)緩慢生長，保藏食品的有效期較短，一般僅適宜于保藏果蔬食品。冷藏溫度：指在0～5℃之間的溫度。一些嗜冷微生物尚能緩慢生長，能阻止幾乎所有的引起食物中毒的病原菌生長（除肉毒桿菌E型尚能在3.3℃生長和產(chǎn)生毒素外）。冷藏溫度可用于儲存果蔬、魚肉、禽蛋、乳類等食品。凍藏溫度：指低于0℃以下的溫度。在–18℃以下的溫度幾乎阻止所有微生物的生長。第五十四頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一3.高溫對微生物的影響微生物對熱的忍受力依菌的種類、菌齡而異。微生物的營養(yǎng)體、霉菌的孢子、細(xì)菌的芽孢等。微生物對熱的忍受力還受微生物所處環(huán)境的其他條件的影響.環(huán)境pH、滲透壓、培養(yǎng)基組成等的影響。如在酸性條件下，微生物對熱的耐受力明顯下降；環(huán)境中富含蛋白質(zhì)時，利于保護菌體，增加微生物細(xì)胞對熱的抗性。第五十五頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一二、pHpH=

-

lg[H+]pH通過影響細(xì)胞質(zhì)膜的透性、膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、物質(zhì)的溶解性或電離性來影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。微生物生長的pH值范圍每一種微生物都存在生長pH的三基點：最適生長pH≠最適發(fā)酵pH從而影響微生物的生長速率最低生長pH；最適生長pH；最高生長pH；第五十六頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一根據(jù)微生物生長的pH范圍，將其分以下幾類：嗜酸菌（acidophile）只能生活在低pH（小于4）條件下，在中性pH下即死亡的微生物（硫細(xì)菌屬，熱原菌屬等古生菌）嗜中性菌(neutrophile)生長最適pH5.5~8.0（大多數(shù)微生物以及病原菌等）嗜堿菌(alkalophile)耐酸菌：可生活在pH5以下，但在中性pH下也能生活專性生活在pH10～11的堿性條件下而不能生活在中性條件下的微生物。(堿性鹽湖和碳酸鹽含量高的土壤中)。多數(shù)嗜堿菌為芽孢桿菌屬，少數(shù)屬于古生菌。耐堿菌：在堿性環(huán)境下能生長，但在中性條件下不死亡。第五十七頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一不同微生物最適生長pH可能不同，同種微生物在不同生長階段和不同生理、生化過程中，也有不同的最適pH要求。黑曲霉：在pH2.0～2.5時，有利于合成檸檬酸，在pH2.5～6.5范圍內(nèi)，就以菌體生長為主，在pH7左右時，則大量合成草酸。丙酮丁醇梭菌：在pH5.5～7.0內(nèi)，以菌體生長繁殖為主，在pH4.3～5.3范圍內(nèi)進行丙酮、丁醇發(fā)酵。無論微生物生長的pH范圍多廣泛，細(xì)胞內(nèi)的pH一般都接近中性。胞內(nèi)酶的最適pH也接近中性，而位于周質(zhì)空間的酶和分泌到細(xì)胞外的胞外酶的最適pH則接近環(huán)境的pH。第五十八頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一微生物生長環(huán)境pH調(diào)節(jié)措施“治標(biāo)”外源直接流加酸、堿中和（直接，快速但不能持久）“治本”治本：（緩慢，但較持久）過酸加適當(dāng)?shù)矗蛩亍aNO3、NH4OH或蛋白質(zhì)）提高通氣量過堿加適當(dāng)碳源（糖、乳酸、醋酸或油脂等）降低通氣量pH調(diào)節(jié)第五十九頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一水活度（aw）可定量表示環(huán)境中微生物可實際利用的自由水(游離水)的含量三、水活度和滲透壓各種微生物生長繁殖的aw范圍在0.60～0.998之間。除少數(shù)真菌外，多數(shù)微生物在aw

低于0.60～0.70的干燥條件下不能生長。利用干燥來保存食品、衣物等的原理：低aw可防止微生物生長。各種微生物對干燥的抵抗力不同。如：醋酸菌失水后很快會死亡；但酵母菌可保存數(shù)月；產(chǎn)生莢膜的細(xì)菌的抗干燥能力較強；細(xì)胞小形、厚壁的細(xì)菌抗干燥能力較強。細(xì)菌芽孢、放線菌孢子、酵母菌子囊孢子、霉菌孢子抗干燥能力強，在干燥條件下可長期不死，可用于菌種保藏。1、水份及水活度第六十頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一等滲環(huán)境：適宜生長低滲環(huán)境：吸水膨脹高滲環(huán)境：質(zhì)壁分離微生物如何適應(yīng)低滲或高滲環(huán)境？大多數(shù)細(xì)菌、藻類和真菌具有堅硬的細(xì)胞壁，可維持細(xì)胞的形狀和完整性。在高滲環(huán)境中，大多數(shù)原核生物通過合成或吸收膽堿、甜菜堿、氨基酸（脯氨酸，谷氨酸等）、K+，藻類和真菌利用蔗糖和多元醇（阿拉伯糖醇、甘油、甘露醇）來提高胞內(nèi)滲透壓。在低滲環(huán)境中，細(xì)胞通過合成內(nèi)含物、打開所有的壓敏通道使溶質(zhì)滲出（原核生物），以降低胞內(nèi)滲透壓。2.滲透壓第六十一頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一低度嗜鹽菌：耐受3％(0.2～0.5mol/L)左右NaCl的微生物；中度嗜鹽菌：耐受3%~12%(0.5～2.5mol/L)NaCl的微生物；極端嗜鹽菌：能夠在12％～30％(2.5～5.2mol/L)NaCl中生長的嗜鹽菌。耐鹽微生物：能在高鹽和低鹽環(huán)境下均能正常生活的微生物。必須在高鹽濃度下才能生長的微生物稱為嗜鹽微生物（嗜鹽菌）。根據(jù)微生物對鹽濃度耐受程度，可分為以下幾類：能夠在高糖環(huán)境中生長的微生物叫作嗜高滲微生物，它們的生長繁殖是引起蜜餞、果脯類高糖食品腐敗變質(zhì)的主要原因。第六十二頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一四、氧氣根據(jù)微生物與氧的關(guān)系，可將微生物分為好氧和厭氧兩大類。好氧菌（aerobe）專性好氧菌(strickaerobe)必須在有氧條件下（20%以上）生長。（絕大多數(shù)真菌，多數(shù)放線菌，部分細(xì)菌）

兼性厭氧菌（facultativeaerobe）不需氧可生長，而在有氧條件下生長更好（酵母菌，許多細(xì)菌）

微好氧菌（microaerophilicbacteria）只能在較低的氧分壓下（2~10%）生長

（彎曲桿菌）厭氧菌（anerobe）耐氧菌(aerotolerantanaerobe)

有氧（2%以下）和無氧條件下生長狀況相同（乳酸桿菌，腸膜明串珠菌，糞腸球菌）專性厭氧菌(anaerobe)

只能在無氧條件下生長，有氧時即被殺死（擬桿菌，梭菌屬，雙歧桿菌屬，甲烷菌）1.微生物對氧的需求第六十三頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一2.厭氧菌的氧毒害機制O2+e-O2

-.（超氧陰離子自由基）O2-.+e-+H+H2O2（過氧化氫）H2O2+e-+H+H2O+OH·（羥基自由基）三種好氧菌及耐氧菌中，都有超氧化物歧化酶（SOD），它可使劇毒的O2－.

歧化成毒性稍低的H2O2。再在好氧微生物中的過氧化氫酶作用下，H2O2進一步分解成無毒的H2O；在耐氧菌中的過氧化物酶作用下，H2O2還原成無毒的H2O。專性厭氧菌沒有SOD，無法使O2－.

歧化成H2O2，因此在有氧條件下細(xì)胞內(nèi)形成的O2－.就使自身受到毒害，直至死亡。第六十四頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一3.兩類微生物的培養(yǎng)方式好氧菌：振蕩培養(yǎng)或通氣攪拌厭氧菌：含還原劑（巰基乙醇，半胱氨酸，庖肉等）的培養(yǎng)基；抽取培養(yǎng)系統(tǒng)的空氣，填充氮氣和CO2；厭氧罐（利用H2和鈀催化劑,使氧與H2結(jié)合成水）。第六十五頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一五、表面張力另外，許多有機酸、醇、甘油、洗滌劑、多肽、蛋白質(zhì)等都能降低溶液的表面張力。一些無機鹽可以增加溶液的表面張力。表面張力：液體表面的分子被它周圍和液體內(nèi)部的分子所吸引，在液體表面產(chǎn)生一種使液體表面積縮小的力。能改變?nèi)芤罕砻鎻埩Φ奈镔|(zhì)稱為表面活性劑。表面活性劑主要分為：陰離子型、陽離子型和中性型（非離子型）三類。陰離子型:包括高級脂肪酸的鈉鹽和鉀鹽、肥皂和磺酸鹽等。（抑制G+、影響細(xì)胞膜合成及肥皂的除菌作用）陽離子型:由季胺化合物組成，能吸附在微生物細(xì)胞膜表面，損傷細(xì)胞膜。（新潔爾滅）中性型：在水中不電離，主要作為乳化劑用。培養(yǎng)基液面菌膜的形成和表面張力關(guān)系密切。第六十六頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一六、輻射能量借助于波動傳播的輻射稱為電磁輻射。與微生物生命活動有關(guān)的主要有可見光及紫外線借助于原子及亞原子粒子的高速運動傳遞的輻射稱為微粒輻射。與微生物有關(guān)的主要有X射線和γ射線；該兩種射線均能使被作用物質(zhì)發(fā)生電離，故又稱電離輻射。第六十七頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一1、可見光：光能營養(yǎng)微生物的能源。但是對于大多數(shù)化能營養(yǎng)微生物可見光連續(xù)長時間照射，可使微生物致死。2、紫外線：波長在139~390nm的電磁輻射波，265～266nm的紫外線對微生物的作用最強，主要作用于核酸引起T=T形成。此外，紫外線還能使空氣中的氧變?yōu)槌粞酰粞醴纸夥懦龅膹娧趸瘎┬律鷳B(tài)氧［O］，也有殺菌作用。3、電離輻射：X射線與α射線、β射線和γ射線均為電離輻射。能從分子中逐出電子而使之電離。因此，電離輻射的殺菌作用是間接地通過射線激發(fā)環(huán)境和細(xì)胞中的水分子，使水分子在吸收能量后被電離產(chǎn)生自由基而起作用。微生物種類、不同生理狀態(tài)的微生物以及處于不同環(huán)境的微生物細(xì)胞對電離輻射的敏感性也不同。第六十八頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一七、液體靜壓力某些能生活在大洋底部的微生物不能在常壓下生長，這種菌叫做嗜壓菌。人工培養(yǎng)只能在高壓的特殊容器里進行。在食品發(fā)酵工業(yè)中，隨著發(fā)酵設(shè)備的大型化，處于發(fā)酵設(shè)備底部的微生物的生長代謝，也會受到液體靜壓力的影響，曾有工廠發(fā)現(xiàn)200m3發(fā)酵罐（高18m）底部的酵母在酒精發(fā)酵中形態(tài)發(fā)生了變化。第六十九頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一八、聲能超聲波（頻率在20,000赫茲以上）具有強烈的生物學(xué)作用。超聲波的作用是使細(xì)胞破裂，所以幾乎所有的微生物都能受其破壞，其效果與頻率、處理時間、微生物種類、細(xì)胞大小、性狀及數(shù)量等均有關(guān)系。高頻率比低頻率殺菌效果好；球菌較桿菌抗性強；細(xì)菌芽孢具更強的抗性，大多數(shù)情況下不受超聲波的影響；病毒也有較強的抗性。應(yīng)用：超聲滅菌、超聲細(xì)胞破碎儀第七十頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一谷氨酸發(fā)酵過程中，氧、溫度、pH和磷酸鹽等的調(diào)節(jié)和控制

①氧。谷氨酸產(chǎn)生菌是好氧菌，通風(fēng)和攪拌不僅會影響菌種對氮源和碳源的利用率，而且會影響發(fā)酵周期和谷氨酸的合成量。尤其是在發(fā)酵后期，加大通氣量有利于谷氨酸的合成②溫度。菌種生長的最適溫度為30～32℃。當(dāng)菌體生長到穩(wěn)定期，適當(dāng)提高溫度有利于產(chǎn)酸，因此，在發(fā)酵后期，可將溫度提高到34～37℃。③pH。谷氨酸產(chǎn)生菌發(fā)酵的最適pH在7.0～8.0。但在發(fā)酵過程中，隨著營養(yǎng)物質(zhì)的利用，代謝產(chǎn)物的積累，培養(yǎng)液的pH會不斷變化。如隨著氮源的利用，放出氨，pH會上升；當(dāng)糖被利用生成有機酸時，pH會下降。④磷酸鹽。它是谷氨酸發(fā)酵過程中必需的，但濃度不能過高，否則會轉(zhuǎn)向纈氨酸發(fā)酵。發(fā)酵結(jié)束后，常用離子交換樹脂法等進行提取。第七十一頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一第五節(jié)微生物生長的控制控制微生物的生長速率或消滅不需要微生物的幾種措施消毒(Disinfection)：利用某些理化方法殺死物體表面或內(nèi)部所有對人體或動植物有害的病原菌，對被消毒對象基本無害的措施。包括化學(xué)消毒劑和巴氏消毒法等。滅菌(sterilizatin):采用強烈理化因素，使物體內(nèi)外包括芽孢在內(nèi)的所有微生物永遠(yuǎn)喪失其生長繁殖能力的措施。包括殺菌和溶菌等手段。

化療(Chemotherapy)：即化學(xué)治療。利用具有高度選擇毒力的化學(xué)物質(zhì)，抑制或殺死宿主體內(nèi)病原微生物，對宿主本身沒有或基本沒有毒害作用的一種治療措施。防腐(Antisepsis)：在某些理化因素作用下抑制霉腐微生物的生長繁殖，以防止食品和其他物品等發(fā)生霉腐的措施。防腐方法：低溫、干燥、缺氧、高滲、防腐劑等。第七十二頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一理化因素對微生物作用的方式影響理化因子作用效果的因素：理化因子的強度或濃度、作用時間長短、微生物種類、微生物生理狀態(tài)等。理化因素控制微生物生長繁殖的方式包括殺菌、溶菌、抑菌。OD值活菌計數(shù)第七十三頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一一、物理因素對微生物生長的控制常用的物理因素：加熱法、過濾法和輻射法（一）加熱滅菌當(dāng)溫度超過微生物的最高生長溫度時，就會出現(xiàn)致死效應(yīng)。高溫可引起蛋白質(zhì)、核酸和脂肪等重要生物大分子降解或改變其空間結(jié)構(gòu)等，從而使其功能喪失。第七十四頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一不同微生物的耐熱性有所差別，在食品工業(yè)中，衡量滅菌效果常用D值、Z值、熱致死時間等指標(biāo)。1.加熱滅菌的動力學(xué)D值：在特定溫度下，殺死某一樣品中90%微生物（即微生物數(shù)量減少十倍）所需的時間（1）十倍減少時間（decimalreductiontime，D值）溫度愈高，十倍致死時間愈短存活菌數(shù)比例第七十五頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一溫度處理與存活率的關(guān)系圖中顯示兩種微生物與滅菌溫度的關(guān)系上面的直線代表了一種耐熱性的微生物。第七十六頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一（2）Z值以某種微生物不同溫度下D值的對數(shù)對溫度作圖，可得到一條直線，在該直線中，D值降低一個對數(shù)值（即十倍致死時間縮短90%）所需要升高的溫度即為Z值。第七十七頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一（3）熱致死時間（thermaldeathtime）在一定溫度下殺死所有某一濃度微生物所需要的時間。提示：高溫的殺菌時間與樣品中的微生物濃度有關(guān)。當(dāng)微生物的濃度一致時，可以通過比較熱致死時間長短來衡量不同微生物的熱敏感性。第七十八頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一（4）熱致死溫度（thermaldeathpoint）在一定時間內(nèi)（一般為10分鐘）殺死液體中所有微生物所需的最低溫度。當(dāng)微生物的濃度一致時，可通過比較熱致死時間的長短或熱致死溫度的高低來衡量不同微生物的熱敏感性。啤酒酵母（52℃）和野生酵母（54-56℃）的熱致死溫度不同，可用來判斷發(fā)酵過程是否污染雜菌。第七十九頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一（1）干熱滅菌（dryheatsterilization）烘箱內(nèi)熱空氣滅菌干熱滅菌140℃，3h；160℃，2h；適用于金屬和玻璃器皿；石蠟油和粉料物質(zhì)。接種針、接種環(huán)和試管口火焰灼燒2.加熱滅菌的方法第八十頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一(2）濕熱滅菌（moistheatsterilzation）利用熱蒸汽滅菌的方法。在相同溫度下，比干熱滅菌更有效。①濕熱蒸汽穿透力強；②能快速破壞維持核酸和蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)中化學(xué)鍵的穩(wěn)定性；③蒸汽凝結(jié)放出大量的汽化潛熱能迅速殺滅物體上的微生物。原因

多數(shù)細(xì)菌和真菌的營養(yǎng)細(xì)胞：60℃處理5-10分鐘；酵母菌和真菌的孢子：80℃以上處理；細(xì)菌的芽孢：121℃處理15分鐘以上。濕熱滅菌的條件：第八十一頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一常用的濕熱滅菌方法：適用于牛奶、啤酒、果酒和飲料等液態(tài)食品低溫維持（LTH）法：63℃，30min

高溫瞬時（HTST）法：72℃，15s目前一般都采用超高溫滅菌法（ultrahightemperature,UHT）：135~150℃，2~6s1）常壓法①巴氏消毒法（Pasteurization）用較低的溫度處理不宜進行高溫滅菌的液態(tài)風(fēng)味食品或調(diào)料，以殺滅其中的無芽孢病原菌，又不影響其原有風(fēng)味的消毒方法。巴氏消毒條件：第八十二頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一③間歇滅菌法（fractionalsterilizationortyndallization）分段滅菌法，適用于不耐熱培養(yǎng)基（如含硫培養(yǎng)基）。80~100℃下蒸煮15~60min，然后在37℃下保溫過夜，如此重復(fù)2~3次。②煮沸消毒法采用在100℃下煮沸數(shù)分鐘的方法，可殺死細(xì)菌的營養(yǎng)細(xì)胞和部分芽孢，一般用于飲用水的消毒。第八十三頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一135~140℃，5~15s能減少營養(yǎng)成分的破壞2）加壓法①常規(guī)高壓蒸汽滅菌法（autoclaving）利用提高壓力使水的沸點升高，以提高水蒸氣的溫度，從而有效地殺滅微生物。0.1MPa（121℃）15~30min適用于各種耐熱耐濕物品的滅菌，如一般培養(yǎng)基、生理鹽水等各種溶液、工作服及實驗器材等。第八十四頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一②連續(xù)加壓蒸汽滅菌法（continuousautoclaving），（連消法）用于大規(guī)模發(fā)酵工廠的大批量培養(yǎng)基的滅菌。讓培養(yǎng)基在管道的流動過程中快速升溫、維持和冷卻。一般加熱至135～140℃下維持5～15s。優(yōu)點：滅菌徹底，有效減少營養(yǎng)成分的破壞，提高原料利用率。滅菌時間短，蒸汽負(fù)荷均衡，提高鍋爐利用率，適宜于自動化操作。第八十五頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一3、高溫對培養(yǎng)基成分的有害影響及其防止（1）有害影響①形成沉淀物。有機物沉淀如多肽類，無機物如磷酸鹽、碳酸鹽等沉淀。②破壞營養(yǎng)，提高色澤。如產(chǎn)生氨基糖、焦糖或黑色素等引起褐變的物質(zhì)。③改變培養(yǎng)基的pH。一般降低培養(yǎng)基的pH。④降低培養(yǎng)基的濃度。氣溫低時會增加冷凝水。第八十六頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一防止措施：1）特殊加熱滅菌法分別滅菌（糖液；磷酸鹽等）；低壓滅菌（含糖類等培養(yǎng)基采用115℃滅菌15min）間歇滅菌2）其他方法加入0.01％EDTA或0.01％NTA等螯合劑到培養(yǎng)基中，防止金屬離子發(fā)生沉淀；用氣體滅菌劑如環(huán)氧乙烷等對個別成分進行滅菌；過濾除菌法（2）消除措施第八十七頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一(二)輻射滅菌輻射滅菌(RadiationSterilization)是利用電磁輻射產(chǎn)生的電磁波殺死大多數(shù)物質(zhì)上的微生物的一種有效方法。用于滅菌的電磁波有微波，紫外線(UV)、X-射線和γ-射線等第八十八頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一紫外線屬于非電離輻射，波長范圍：100~400nm，260nm紫外光殺菌作用強，但不能有效穿過玻璃、薄層污物、水等物質(zhì)，用于物體表面和室內(nèi)空氣的滅菌。X射線或γ射線是具有較高能量和穿透力的電離輻射，輻射源主要有：X射線儀、陰極射線管和放射性同位素。常用的能產(chǎn)生γ射線的放射性同位素是60Co和137Cs。輻射多用于食品工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備的滅菌，應(yīng)用越來越廣。第八十九頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一(三).過濾除菌加熱滅菌對于空氣和不耐熱的液體培養(yǎng)基的滅菌不適用，此時可使用多孔材料進行過濾除菌。（a）深度濾器（進入發(fā)酵罐的空氣）介質(zhì)：棉花、玻璃纖維、石棉、多層濾紙等。優(yōu)點：不破壞營養(yǎng)成分和物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)缺點：病毒除不掉（0.22um孔徑的濾膜）（b）膜濾器（不耐熱的液體成分，如酶或維生素溶液、血清等）由硝酸纖維素或醋酸纖維素制成。（c）核孔濾器（液體過濾）第九十頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一膜濾器超凈臺第九十一頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一二、化學(xué)因素對微生物生長的控制

抗微生物劑(Antimicrobialagent)生物合成的天然產(chǎn)物人工合成的化合物一類能夠殺死微生物或抑制微生物生長的化學(xué)物質(zhì)第九十二頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一化學(xué)物質(zhì)的抗微生物能力的測定液體培養(yǎng)法最低抑制濃度（MIC）試驗平板培養(yǎng)法抑菌圈（zoneofinhibition）試驗最低抑制濃度：抑制某病原菌生長的最低濃度。抗菌物質(zhì)濃度由高到低用一系列含不同濃度抗生素的培養(yǎng)基試管中培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)目的測試菌，經(jīng)16~24h培養(yǎng)后導(dǎo)致無菌生長的抗生素濃度是MIC。Minimuminhibitoryconcentration第九十三頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一抗微生物劑非選擇性（對所有細(xì)胞均有毒性）有選擇性（對病原微生物毒性更強）消毒劑(Disinfectant)防腐劑(Antisepsis)抗代謝藥物抗生素中草藥有效成分（化學(xué)治療劑）第九十四頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一（一）化學(xué)消毒劑（或滅菌劑）與石炭酸系數(shù)化學(xué)消毒劑是指對一切活細(xì)胞都有毒性，不能用作活細(xì)胞或機體內(nèi)治療用的化學(xué)藥劑，它們通常用來殺死非生物材料上的微生物。當(dāng)消毒劑處于低濃度時，往往會對微生物的生命活動起刺激作用，隨著濃度的遞增，相繼出現(xiàn)抑菌和殺菌作用?；瘜W(xué)消毒劑相對殺菌強度的表述：石炭酸系數(shù)（phenolcoefficient,P.C.，又稱酚系數(shù)）將某一消毒劑作不同的稀釋，在一定條件、一定時間（一般10min）致死全部供試微生物（常用金黃色葡萄球菌或傷寒沙門氏菌）的最高稀釋度與達到同樣效果的酚的最高稀釋度的比值，即為石炭酸系數(shù)。

某消毒劑殺死全部供試菌的最高稀釋度石炭酸系數(shù)=

石炭酸殺死全部供試菌的最高稀釋度第九十五頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一常用的消毒劑舉例70％乙醇陽離子去垢劑（季銨化合物）0.2~0.5mg/L氯氣含氯化合物（0.2%~0.5%氯胺、次氯酸鈉、二氧化氯）0.1％～0.5％硫酸銅600mg/L氧化乙烯（即環(huán)氧乙烷）0.5％～10％甲醛37％溶液（福爾馬林）或甲醛2%戊二醛溶液過氧化氫碘液0.05％～0.1％二氯化汞（升汞）1mg/L臭氧0.2％過氧乙酸含酚化合物（3％～5％石炭酸、2％煤酚皂即來蘇水）醫(yī)療器械和實驗室物品表面醫(yī)療器械、食品等設(shè)備凈化生活用水奶制品與食品工業(yè)設(shè)備、生活用水游泳池及生活用水殺藻劑溫度敏感的實驗材料如塑料3％～8％溶液用于表面消毒用于滅菌用作高效消毒劑、滅菌劑氣體用作滅菌劑醫(yī)療器械、實驗物品表面消毒實驗室物品表面消毒飲用水用作高效消毒劑、滅菌劑實驗室物品表面消毒

脂溶劑、蛋白變性劑與膜上磷脂相互作用氧化劑氧化劑蛋白沉淀劑烷化劑烷化劑烷化劑烷化劑氧化劑與蛋白質(zhì)中酪氨酸結(jié)合與蛋白質(zhì)的巰基結(jié)合強氧化劑強氧化劑蛋白變性劑試劑適用范圍作用機理第九十六頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一工業(yè)領(lǐng)域消毒劑應(yīng)用造紙皮革塑料紡織木材冶金石油空調(diào)電力核工業(yè)有機汞化物、酚化合物重金屬、酚化合物陽離子去垢劑重金屬、酚化合物酚化合物陽離子去垢劑汞化合物、酚化合物、陽離子去垢劑氯氣、酚化合物氯氣氯氣在生產(chǎn)中抑制微生物的生長在產(chǎn)品中作為抑菌因子存在在塑料的水狀分散相中抑制細(xì)菌生長阻止室外使用的遮棚、帳篷的纖維受微生物侵染腐爛防止木質(zhì)結(jié)構(gòu)的變質(zhì)腐爛阻止細(xì)菌在切割用乳劑中生長阻止細(xì)菌在石油及石油產(chǎn)品的復(fù)性和儲存過程中生長阻止細(xì)菌在冷卻塔中生長阻止細(xì)菌在冷凝器及冷卻塔中生長阻止抗輻射微生物在核反應(yīng)堆生長工業(yè)生產(chǎn)常用的消毒劑第九十七頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一（二）防腐劑(antisepsis)防腐劑具有殺死或抑制微生物生長的能力，但對于動物或人體的組織無毒害或較小毒害作用。大多數(shù)化學(xué)防腐劑常用于洗手或處理表面?zhèn)?，有些防腐劑用作消毒劑同樣有效?0％乙醇酚類（六氯酚、氯二甲苯酚等）陽離子去垢劑（季銨化合物如殺藻胺）3％過氧化氫溶液2.5％碘酒有機汞化合物（2％紅汞）0.1％～1％硝酸銀皮膚肥皂、洗液、化妝品、除臭劑肥皂、洗液皮膚皮膚皮膚預(yù)防新生兒眼炎脂溶劑、蛋白變性劑破壞細(xì)胞膜與膜上磷脂相互作用氧化劑與蛋白質(zhì)中酪氨酸結(jié)合與蛋白質(zhì)的巰基結(jié)合蛋白沉淀劑試劑適用范圍作用機理常用的化學(xué)防腐劑劑舉例生物防腐劑是由動植物組織或微生物細(xì)胞代謝產(chǎn)生的具有殺死或抑制微生物生長能力的防腐劑。有些可用于食品防腐。如Natamycin,Polylysine,Nisin等。第九十八頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一何種消毒劑或防腐劑可用于處理下列物品：口腔溫度計實驗臺面飲用水手術(shù)前皮膚表面小型醫(yī)用器械（探針、鑷子等）思考題：第九十九頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一（三）化學(xué)治療劑化學(xué)治療劑是指具有選擇性毒力的，能在生物體內(nèi)使用殺死體內(nèi)病原微生物而不影響人體情況的、可以控制傳染病發(fā)生的化學(xué)物質(zhì)。常用于口服或注射?；瘜W(xué)治療劑種類：主要包括化學(xué)合成的抗代謝物，以及生物合成的抗生素（抗生素、半合成抗生素、酶抑制劑、微生物藥物素等）。第一百頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一1.抗代謝物(Antimetabolite)定義：又稱代謝拮抗物或代謝類似物(metaboliteanalogue)，是一類在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與微生物細(xì)胞所必需的代謝物(即生長因子)很相似，可干擾微生物正常代謝活動的化學(xué)物質(zhì)。葉酸對抗物（磺胺）、嘌呤對抗物（6-巰基嘌呤）、苯丙氨酸對抗物（對氟苯丙氨酸）、尿嘧啶對抗物（5-氟尿嘧啶）、胸腺嘧啶對抗物（5-溴胸腺嘧啶）

抗代謝物主要是一些生長因子類似物:第一百零一頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一抗代謝藥物的三種作用：與正常代謝產(chǎn)物競爭酶的活性中心，從而使微生物正常代謝所需的重要物質(zhì)無法合成，如磺胺類藥物。假冒正常代謝物，使微生物合成出無正常生理活性的假產(chǎn)物，如8-重氮鳥嘌呤取代鳥嘌呤合成的核苷酸會產(chǎn)生無正常功能的RNA。與某一生化合成途徑終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)類似，通過反饋調(diào)節(jié)破壞正常代謝調(diào)節(jié)機制，例如6-巰基嘌呤可抑制腺嘌呤核苷酸的合成。第一百零二頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一磺胺類藥物：最早發(fā)現(xiàn)，也是最常見的化學(xué)療劑，抗菌譜廣，能治療多種傳染性疾病。

大多數(shù)革氏陽性細(xì)菌（肺炎球菌、溶血性鏈球菌等）

某些革氏陰性細(xì)菌（痢疾桿菌、腦膜炎球菌、流感桿菌等）對放線菌也有一定的作用。最簡單的磺胺類藥物是對氨基苯磺酰胺，簡稱磺胺。第一百零三頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一磺胺是四氫葉酸合成前體對氨基苯甲酸（PABA）的結(jié)構(gòu)類似物磺胺類藥物的作用機理：很多細(xì)菌必需利用PABA來合成四氫葉酸。但PABA可由細(xì)菌自身合成，也可從外界獲得。而磺胺的存在則可與PABA競爭性地與二氫蝶酸合成酶結(jié)合，阻止四氫葉酸的合成。人類因缺乏四氫葉酸合成酶，只能從食物中獲得。對磺胺藥物不敏感。磺胺藥物對氨基苯甲酸葉酸TMP是磺胺藥物增效劑三甲基芐二氨嘧啶第一百零四頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一當(dāng)環(huán)境中存在大量的PABA時，磺胺藥會失效。第一百零五頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一異煙肼是另一種臨床上有效的重要抗代謝藥物，其作為煙酰胺的結(jié)構(gòu)類似物，專一性的干擾分支桿菌特異性細(xì)胞壁成分分枝酸的合成。因此，異煙肼是治療肺結(jié)核的特效藥。

喹諾酮也是一類化學(xué)合成的抗微生物的化學(xué)治療劑，其作用機制不是作為生長因子類似物，而是作用于DNA螺旋酶（gyrase），阻止螺旋酶催化細(xì)菌DNA的超螺旋作用。萘啶酸是典型的喹諾酮類化合物，萘啶酸的氟喹諾酮衍生物如諾氟沙星和環(huán)丙沙星常用于治療人的泌尿系統(tǒng)感染，由于DNA螺旋酶在所有細(xì)菌中都存在，但不存在于人及高等動物細(xì)胞內(nèi)，因此，氟喹諾酮能有效地治療革蘭氏陽性菌和陰性菌引起的各種細(xì)菌感染。另外，氟喹諾酮也廣泛用于養(yǎng)牛場和家禽飼養(yǎng)場，治療動物的呼吸道疾病。第一百零六頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一定義：一類由微生物或其他生物生命活動過程中合成的次級代謝產(chǎn)物或其人工衍生物，它們在很低的濃度時就能抑制或干擾它種生物（包括病原菌、病毒、癌細(xì)胞等）的生命活動。2.抗生素（antibiotics）抗生素的抑菌譜：某種抗生素的抑菌范圍。既能作用于G＋菌又能作用于G－菌的抗生素稱為廣譜抗生素，如氯霉素、四環(huán)素、金霉素和土霉素；僅作用于單一微生物類群的抗生素稱為窄譜抗生素。由于不同微生物之間的細(xì)胞化學(xué)結(jié)構(gòu)和代謝的差異，不同的抗生素的抗菌譜各異。（1）概述第一百零七頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一新生霉素萘啶酸諾氟沙星DNA解旋酶青霉素萬古霉素桿菌肽環(huán)絲氨酸頭孢菌素紅霉素氯霉素氯林肯霉素林肯霉素磺胺類藥物四環(huán)素壯觀霉素莫匹羅星嘌呤霉素多黏菌素鏈霉素托普霉素卡拉霉素①抑制細(xì)菌細(xì)胞壁合成；②干擾細(xì)胞質(zhì)膜；③抑制蛋白質(zhì)合成；④抑制DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。作用機制第一百零八頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一1）抑制細(xì)胞壁合成青霉素：青霉素b-內(nèi)酰胺環(huán)結(jié)構(gòu)與D-丙氨酸-D-丙氨酸結(jié)構(gòu)相似，從而能與轉(zhuǎn)肽酶結(jié)合，阻止肽鏈之間的交聯(lián)，導(dǎo)致細(xì)菌發(fā)生滲透裂解。

頭孢菌素：同青霉素，抑制肽聚糖合成中的轉(zhuǎn)肽作用

萬古霉素：糖肽類抗生素（東方鏈霉菌）。肽鏈部分與肽聚糖的五肽末端D-丙氨酸-D-丙氨酸特異性結(jié)合，阻斷轉(zhuǎn)肽酶的作用。

D-環(huán)絲氨酸：胞壁酸肽尾的合成多氧菌素：幾丁質(zhì)的合成（真菌有效）第一百零九頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一青霉素b-內(nèi)酰胺環(huán)結(jié)構(gòu)與D-丙氨酸末端結(jié)構(gòu)相似，從而能占據(jù)D-丙氨酸的位置與轉(zhuǎn)肽酶結(jié)合，酶無法正常行使其功能，肽鏈之間無法彼此連接，抑制了細(xì)胞壁的合成。第一百一十頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一2）干擾蛋白質(zhì)合成四環(huán)素：同核糖體30S小亞基結(jié)合，抑制氨基酰-tRNA結(jié)合于核糖體A位點，從而抑制蛋白質(zhì)合成。鏈霉素、卡那霉素、新霉素：

同核糖體30S小亞基結(jié)合，直接抑制蛋白質(zhì)合成或引起錯譯。紅霉素：

同核糖體50S大亞基結(jié)合，抑制蛋白質(zhì)合成中肽鏈的延長。第一百一十一頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一3）抑制核酸合成原核生物與真核生物核酸的合成機制差別不大，所以，抑制核酸合成的抗生素選擇毒力通常不如其他抗生素。絲裂霉素：阻止解鏈，抑制DNA復(fù)制；利福霉素：與細(xì)菌的依賴DNA的RNA聚合酶結(jié)合，阻止RNA合成；放線菌素D：抑制RNA轉(zhuǎn)錄；喹諾酮類（合成的，環(huán)丙沙星，諾氟沙星，氧氟沙星）：抑制DNA促旋酶而干擾DNA復(fù)制、修復(fù)和轉(zhuǎn)錄第一百一十二頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一4）干擾細(xì)胞膜多粘菌素：使細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)釋放，細(xì)胞內(nèi)容物外漏。制霉菌素、兩性霉素：

與膜固醇結(jié)合，引起細(xì)胞成分泄漏,控制假絲酵母感染。短桿菌肽：使氧化磷酸化解偶聯(lián)，細(xì)胞內(nèi)容物外漏。原核生物與真核生物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)差別不大，所以抑制細(xì)胞膜合成的抗生素選擇毒力通常不如其他抗生素。第一百一十三頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一（2）半合成抗生素對天然抗生素的化學(xué)結(jié)構(gòu)進行人為改造后的抗生素，稱為半合成抗生素。青霉素易過敏、不穩(wěn)定、不能口服和易產(chǎn)生耐藥菌株。青霉素結(jié)構(gòu)改造：改造其母核6‐氨基青霉烷酸（6－aminopenicillanicacid,6-APA）的側(cè)鏈R基團。6‐APA的制備：6-APA抑菌力微弱，在發(fā)酵液中的含量也較低。一般以芐青霉素為原料，利用大腸桿菌的青霉素?；噶呀夂笾迫?-APA。R基團第一百一十四頁，共一百二十七頁，編輯于2023年，星期一將6-APA與各種不同的化學(xué)合成側(cè)鏈酶法催化，就可合成各種相應(yīng)的半合成青