微生物的生长及其控制-PPT课件.ppt

1、1第三章第三章微生物的生长及其控制微生物的生长及其控制Growth and Control of Microorganisms#2主要内容测定微生物生长繁殖的方法微生物的生长规律影响微生物生长的主要因素有害微生物的控制#3概述概述细胞细胞生长生长 营养物质（环境中）营养物质（环境中） 营养物质（原营养物质（原料、胞内）料、胞内） 合成细胞成分合成细胞成分 细胞细胞有规律增长有规律增长 菌体增重菌体增重 繁殖：繁殖：菌体重量增加到一定程度，细胞开始分裂进菌体重量增加到一定程度，细胞开始分裂进入分裂阶段。入分裂阶段。 生长是繁殖的基础，繁殖是生长的结果。生长是繁殖的基础，繁殖是生长的结果。个体生长

2、个体生长 个体繁殖个体繁殖 群体繁殖群体繁殖群体繁殖群体繁殖 = 个体生长个体生长 + 个体繁殖个体繁殖新陈代谢跨膜跨膜#4第一节第一节 测定生长繁殖的方法测定生长繁殖的方法微生物纯培养分离测生长量计繁殖数#5一、纯培养的方法一、纯培养的方法纯培养纯培养(pure culture)(pure culture)微生物学中把从微生物学中把从一个细胞或一群相同的细胞经过培养繁殖而得到一个细胞或一群相同的细胞经过培养繁殖而得到的后代的后代, ,称纯培养称纯培养. .液体稀释法液体稀释法平板划线分离法（平板划线分离法（Streak PlateStreak Plate）倾注平板法（倾注平板法（Pour P

3、latePour Plate）平板涂布分离法（平板涂布分离法（Spread PlateSpread Plate）选择性培养分离法选择性培养分离法单细胞（单孢子）分离法单细胞（单孢子）分离法膜过滤法膜过滤法#6液体稀释法液体稀释法适合于细胞较大的微生物将待分离的样品进行连续稀释将待分离的样品进行连续稀释, ,目的是得到高度目的是得到高度稀释的效果稀释的效果, ,使一支试管中分配不到一个微生物使一支试管中分配不到一个微生物. .如果经过稀释后的大多数试管中没有微生物生如果经过稀释后的大多数试管中没有微生物生长长, ,那么有微生物生长的试管得到的培养物可能那么有微生物生长的试管得到的培养物可能就是由

4、一个微生物个体繁殖而来的纯培养物就是由一个微生物个体繁殖而来的纯培养物. .#7平板浇注与涂布法 #8平板划线分离法#9选择培养基分离法1.dilute sample1 ml9 ml10 100 1000 104 105 106 107牛肉膏培养基牛肉膏培养基土豆培养基土豆培养基高氏培养基高氏培养基#10二、测生长量二、测生长量 （细胞量）（细胞量） 适合于所有的微生物适合于所有的微生物 直接法直接法测体积测体积称干重称干重 （1012细菌细胞约细菌细胞约1g，只适合菌体浓度较高且不含，只适合菌体浓度较高且不含 杂质的杂质的样品）样品）菌体内重要组成测定法菌体内重要组成测定法含N量法DNA/R

5、NA法叶绿素法#11间接法间接法比浊法比浊法 用光密度（用光密度（OD450-650nm ）表示菌悬液的浓度）表示菌悬液的浓度 测含氮量测含氮量生理指标法生理指标法 测含碳量测含碳量 其它其它 #12三、测繁殖数（细胞数）三、测繁殖数（细胞数）适合于单细胞微生物适合于单细胞微生物直接法直接法血球计数板法血球计数板法 （全菌计数法）（全菌计数法）既包括活菌又包括死既包括活菌又包括死菌菌 间接法间接法液体稀释法液体稀释法 （MPN法）法） 平板菌落计数法平板菌落计数法（涂布法、浇注法）（涂布法、浇注法）活菌计数法活菌计数法滤膜培养法滤膜培养法各种型号的全自动血球计数仪#13血球计数板计数网的分区和

6、分格#14活菌技术的一般步骤#15第二节第二节 单细胞微生物的生长规律单细胞微生物的生长规律细菌的个体生长和同步生长单细胞微生物的典型生长曲线微生物的连续培养#16同步生长同步生长：一个细胞群体中各个：一个细胞群体中各个细胞都在同一时间进行分裂的状细胞都在同一时间进行分裂的状态。进行同步分裂的细胞称为态。进行同步分裂的细胞称为同同步细胞。步细胞。意义意义：同步细胞群体在任何一时：同步细胞群体在任何一时刻都处在细胞周期的同一相，彼刻都处在细胞周期的同一相，彼此间形态、生化特征都很一致，此间形态、生化特征都很一致，因而是细胞学、生理学和生物化因而是细胞学、生理学和生物化学等研究的良好材料。学等研究

7、的良好材料。一、同步生长一、同步生长 （synchronous growth）时间同步生长和非同步生长#17同步培养的方法同步培养的方法1. 选择法选择法 离心沉降分离法：离心沉降分离法： 过滤分离法：过滤分离法： 硝酸纤维素薄膜法：硝酸纤维素薄膜法： 2.诱导法诱导法 温度调整法温度调整法 营养条件调整法营养条件调整法 用最稳定期的培养物接种用最稳定期的培养物接种由于细胞个体间存在着差异，同步生长只能维持由于细胞个体间存在着差异，同步生长只能维持1至至2代，不能长久维持。代，不能长久维持。#18#19二、微生物的群体生长的规律二、微生物的群体生长的规律单细胞微生物的群体生长特征单细胞微生物的

8、群体生长特征单细胞微生物主要包括细菌和酵母菌，单细胞微生物主要包括细菌和酵母菌，其群体生长是以群体中细胞数量的增加来表示的其群体生长是以群体中细胞数量的增加来表示的#20单细胞微生物典型的生长曲线单细胞微生物典型的生长曲线研究细菌群体生长的规律是采用研究细菌群体生长的规律是采用分批培养分批培养的方式进行的，的方式进行的，即在即在一定体积一定体积的液体培养基中接种少量的细菌进行的液体培养基中接种少量的细菌进行培养培养，定时取样测定菌体含量，可以得到一条有规律的曲线定时取样测定菌体含量，可以得到一条有规律的曲线微生物的典型生长曲线微生物的典型生长曲线 总菌数活菌数培养时间 .指数期.稳定期 .衰亡

9、期.延滞期#21单细胞微生物的生长特征单细胞微生物的生长特征细菌是以二分裂的方式进行繁殖的，每分细菌是以二分裂的方式进行繁殖的，每分裂一次，为一个世代。每经过一个世代，裂一次，为一个世代。每经过一个世代，群体数目增加一倍。这种类型的群体生长群体数目增加一倍。这种类型的群体生长为指数生长。为指数生长。#22 这种指数增长可以用以下的方程式表示：这种指数增长可以用以下的方程式表示： X2=X12n 式中：式中： X2 和和X1为时间为时间t2和和t1时的细胞数，时的细胞数，n为世代数为世代数 lgx2=lgx1+nlg2 R为生长速度，即单位时间内的世代数为生长速度，即单位时间内的世代数 设设G为

10、世代时间（代时），即分裂一次所需的时间。即为世代时间（代时），即分裂一次所需的时间。即G为为R的的倒数倒数 )lg(lg322.311212xxttRG121212)lg(lg322. 3ttxxttnR)lg(lg322.32lglglg1212xxxxn#231.延滞期延滞期(lag phase) （缓慢期、停滞期、调整期、适应期）（缓慢期、停滞期、调整期、适应期）现象：现象：出现延滞期的原因出现延滞期的原因生理特性生理特性影响延滞期长短的因素影响延滞期长短的因素#24出现延滞期的原因出现延滞期的原因 把细菌接种到新鲜的培养基中培养时，并把细菌接种到新鲜的培养基中培养时，并不立即进行分裂繁

11、殖，细菌增殖数为，不立即进行分裂繁殖，细菌增殖数为，这时这时需要合成多种酶，辅酶和某些中间代需要合成多种酶，辅酶和某些中间代谢产物，要经过一个调整和适应过程谢产物，要经过一个调整和适应过程 。现象：现象： 活菌数没增加，曲线平行于横轴活菌数没增加，曲线平行于横轴#25生理特性生理特性分裂迟缓，代谢活跃分裂迟缓，代谢活跃 生长速率常数等于零生长速率常数等于零R=0，开始细胞数目几乎保持不变，开始细胞数目几乎保持不变，甚至稍有减少。甚至稍有减少。 菌体内物质的重量明显增加，菌体体积增大，杆菌明显菌体内物质的重量明显增加，菌体体积增大，杆菌明显升长。升长。含量增加含量增加代谢机能非常活跃，易产生大量

12、的诱导酶代谢机能非常活跃，易产生大量的诱导酶 延滞期末期和对数期前期的细胞，对不良条件的抵抗力延滞期末期和对数期前期的细胞，对不良条件的抵抗力减低。减低。#26影响延滞期长短的因素影响延滞期长短的因素菌种本身菌种本身细菌、酵母菌的延滞期较短细菌、酵母菌的延滞期较短霉菌次之霉菌次之放线菌最长放线菌最长接种龄接种龄 种子的年龄种子的年龄 接种量：接种量：发酵工业上一般采用1/10的接种量培养基成分培养基成分#27缩短延滞期的意义和方法缩短延滞期的意义和方法( (重点）重点）在在发酵工业上发酵工业上需设法尽量缩短延迟期需设法尽量缩短延迟期接种对数生长期的菌种，采用最适菌龄接种对数生长期的菌种，采用最

13、适菌龄加大接种量加大接种量用与培养菌种相同组成分的培养基用与培养菌种相同组成分的培养基选用繁殖快的菌种选用繁殖快的菌种在在食品工业上，食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭尽量在此期进行消毒或灭菌菌#282.指数期指数期(exponential phase) （对数期）（对数期） 现象：现象：细胞数目以几何级数增加，其对数与时细胞数目以几何级数增加，其对数与时间呈直线关系。间呈直线关系。生理特性生理特性：R最大，最大，G（代时）最短（代时）最短 细胞代谢活动比较稳定，菌体内各种成分最均匀，生理细胞代谢活动比较稳定，菌体内各种成分最均匀，生理特性较一致。特性较一致。 酶活力最高，酶系活跃，代谢旺盛酶

14、活力最高，酶系活跃，代谢旺盛 活菌数几乎接近于总菌数活菌数几乎接近于总菌数指数期细胞高速生长的原因指数期细胞高速生长的原因：养分、生长空间养分、生长空间丰裕，且代谢产物还不足以影响生长。丰裕，且代谢产物还不足以影响生长。指数期的细胞是进行生理、代指数期的细胞是进行生理、代谢、遗传等研究的最好材料。谢、遗传等研究的最好材料。#29影响指数期长短的因素：影响指数期长短的因素：菌种菌种营养成分营养成分营养物浓度营养物浓度培养温度培养温度#30营养物浓度与对数期生长速率和产量的影响作用方式：作用方式：影响微生物影响微生物的生长速率的生长速率和总生长量和总生长量：凡是处：凡是处于较低浓度于较低浓度范围内

15、，可范围内，可影响生长速影响生长速率和菌体产率和菌体产量的营养物量的营养物8.0mg/ml6.0mg/ml4.0mg/ml2.0mg/ml1.0mg/ml0.5mg/ml0.2mg/ml0.1mg/ml只最大收只最大收获量受影响获量受影响生长速度和最大收生长速度和最大收获量受影响获量受影响时间#313.稳定期稳定期(stationary phase) （平衡期）（平衡期） 生理特性：生理特性： R=0，即新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等（动态平衡），即新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等（动态平衡） 细胞质内开始积累细胞贮存物。如糖原、脂肪、聚细胞质内开始积累细胞贮存物。如糖原、脂肪、聚羟丁酸羟丁

16、酸和多聚偏磷酸盐。和多聚偏磷酸盐。多数产芽孢的菌在此产生芽孢。多数产芽孢的菌在此产生芽孢。 稳定期的长短因菌种和培养条件而异，稳定期的长短因菌种和培养条件而异，若生产需要，可在若生产需要，可在菌种或工艺上采取措施（如补料、调菌种或工艺上采取措施（如补料、调pH、调整温度）设法、调整温度）设法延长延长稳定期，以积累更多的代谢产物。稳定期，以积累更多的代谢产物。 如果要收获菌体（如如果要收获菌体（如 scp），应在此阶段收获，因此阶段），应在此阶段收获，因此阶段菌体细胞数量最多。菌体细胞数量最多。 放线菌的的抗生素在此阶段大量形成。放线菌的的抗生素在此阶段大量形成。#32出现稳定期的原因：出现稳定

17、期的原因：营养的消耗营养物比例失调有害代谢产物积累pH值EH值（氧化-还原电位）等理化条件不适#33应用意义：应用意义：发酵生产形成的重要时期（抗生素、氨基酸等），发酵生产形成的重要时期（抗生素、氨基酸等），生产上应尽量延长此期，提高产量生产上应尽量延长此期，提高产量，措施如下：，措施如下： 补充营养物质（补料）补充营养物质（补料） 调调pH pH 调整温度调整温度 稳定期细胞数目及产物积累达到最高稳定期细胞数目及产物积累达到最高。#354.衰亡期衰亡期(decline phase/death phase) 生理特征：生理特征： R0，个体死亡的速度超过新生的速度，活菌数明显下降。，个体死亡的

18、速度超过新生的速度，活菌数明显下降。 因细胞本身所产生的酶和代谢产物的作用，而使菌体分解死因细胞本身所产生的酶和代谢产物的作用，而使菌体分解死亡亡 ，有的开始自溶。，有的开始自溶。 有些微生物产生或释放对人类有用的抗生素，氨基酸等有些微生物产生或释放对人类有用的抗生素，氨基酸等次级次级代谢产物代谢产物。芽孢开始释放。芽孢开始释放。 低温、隔绝空气（对好氧菌）均能延长此时期。低温、隔绝空气（对好氧菌）均能延长此时期。 细胞出现多形态细胞出现多形态, ,大小不等的畸形大小不等的畸形, ,变成衰退型变成衰退型 G+ G- #36丝状微生物的群体生长（了解）丝状微生物的群体生长（了解）丝状微生物的纯培

19、养丝状微生物的纯培养采用孢采用孢子接种子接种，在液体培养基中，在液体培养基中震震荡荡培养或培养或深层通气加搅拌深层通气加搅拌培培养，菌丝体通过断裂繁殖不养，菌丝体通过断裂繁殖不形成产孢结构。形成产孢结构。以以菌丝干重菌丝干重作为衡量生长的作为衡量生长的指标，即以时间为横坐标，指标，即以时间为横坐标，以菌丝干重为纵坐标，绘制以菌丝干重为纵坐标，绘制生长曲线。生长曲线。可分为三个阶段：可分为三个阶段：生长停滞期生长停滞期迅速生长期迅速生长期衰退期衰退期丝状真菌的生长曲线1.对应线性纵坐标（左）2.对应对数纵坐标（右）#37丝状微生物的生长曲线生长停滞期生长停滞期: 造成生长停滞的原因一是孢子萌发前

20、真正的造成生长停滞的原因一是孢子萌发前真正的停滞状态，另一种是生长已经开始，但还无法测定。停滞状态，另一种是生长已经开始，但还无法测定。迅速生长期迅速生长期:菌丝体干重迅速增加，其立方根与时间呈直菌丝体干重迅速增加，其立方根与时间呈直线关系，菌丝干重不以几何级数增加，没有对数生长期。线关系，菌丝干重不以几何级数增加，没有对数生长期。生长主要表现在菌丝尖端的伸长和出现分支、断裂等，此生长主要表现在菌丝尖端的伸长和出现分支、断裂等，此时期的菌体呼吸强度达到高峰，有的开始积累代谢产物时期的菌体呼吸强度达到高峰，有的开始积累代谢产物衰退期衰退期:菌丝体干重下降，到一定时期不再变化。大多数菌丝体干重下降

21、，到一定时期不再变化。大多数次级代谢产物在此期合成，大多数细胞都出现大的空泡。次级代谢产物在此期合成，大多数细胞都出现大的空泡。有些菌丝体还会发生自溶菌丝体，这与菌种和培养条件有有些菌丝体还会发生自溶菌丝体，这与菌种和培养条件有关。关。#38三、连续培养三、连续培养（continuous culture） 分批培养分批培养（batch culture） ：将微生物置：将微生物置于一定容积的培养基中，经培养生长，最于一定容积的培养基中，经培养生长，最后一次收获的培养方式。后一次收获的培养方式。连续培养（连续培养（continuous culture） ：在培：在培养容器中不断补充新鲜营养物质，并

22、及时养容器中不断补充新鲜营养物质，并及时不断地以同样的速度排出菌体以及代谢物不断地以同样的速度排出菌体以及代谢物的培养方式。的培养方式。让培养的微生物长时间地处让培养的微生物长时间地处于对数生长期，以利于微生物的增殖速度于对数生长期，以利于微生物的增殖速度和代谢活性处于某种稳定状态。和代谢活性处于某种稳定状态。#39#40连续培养的优点和缺点优点高效（简化了装料、灭菌、出料和发酵罐清洗）、自控程度高（可利用传感器和仪表进行自动控制）、产品质量稳定、节约动力、人力、水和蒸汽缺点菌种退化（菌种自发突变）、易污染（设备渗漏、通气过滤失灵）、对营养物利用率低连续培养的应用：连续发酵酵母菌体的生产：单细

23、胞蛋白SCP乙醇、乳酸、丙酮、丁醇生产石油脱蜡（解脂假丝酵母）、污水处理#41连续培养的分类按控制方式恒浊器（控制菌体密度内控制）恒化器（培养液流速外控制）按培养器的级数单级多级按细胞状态一般固定化细胞按用途连续培养器（实验室）发酵罐（工厂）#42控制连续培养的方式控制连续培养的方式1.恒浊连续培养：不断调节流速而使细菌培养液的浊度保持恒定。（利用浊度计，借助光电池检测培养室的浊度，并由光电效应产生的信号强弱来自动调节流速）2.恒化连续培养：控制恒定的流速，在这种装置中，微生物的生长速度可以通过调节营养基质的浓度和培养基的流速加以控制。通常只需要限制某一种营养物质的浓度（如碳源或氮源），就可调

24、节生长速率。#43优点：缩短发酵周期；优点：缩短发酵周期；便于自动控制；产物质便于自动控制；产物质量均一量均一缺点：菌种易退化；易缺点：菌种易退化；易染杂菌染杂菌#44恒化器结构示意图恒化器结构示意图#45恒浊器与恒化器的比较恒浊器与恒化器的比较装置装置控制对象控制对象 培养基培养基培养基培养基流速流速生长速生长速率率产物产物应用应用范围范围恒浊恒浊器器菌体密度菌体密度（内控制）（内控制）无限制无限制生长因生长因子子不恒定不恒定最高最高大量菌体大量菌体或与菌体或与菌体形成相平形成相平行的产物行的产物生产生产为主为主恒化恒化器器培养基流培养基流速（外控速（外控制）制）有限制有限制生长因生长因子子

25、恒定恒定低于最低于最高高不同生长不同生长速率的菌速率的菌体体实验实验室为室为主主#46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$温度$氧气与氧化还原电位$pH#47环境因子对微生物的影响环境因子对微生物的影响微生物的一切生命活动都离不开环境，同一种微微生物的一切生命活动都离不开环境，同一种微生物在不同的环境中会有不同的表现。生物在不同的环境中会有不同的表现。环境因子对微生物的影响大致有三种情况：环境因子对微生物的影响大致有三种情况：1.1.适应的环境：微生物能正常地进行生命活适应的环境：微生物能正常地进行生命活动动2.2.不适应的环境：微生物在这种环境中正常不适应的环境：

26、微生物在这种环境中正常的生命活动受到抑制或被迫暂时改变原有的的生命活动受到抑制或被迫暂时改变原有的特性。特性。3.3.恶劣环境；微生物死亡或发生遗传变异。恶劣环境；微生物死亡或发生遗传变异。#48影响微生物生长的物理化学因素物理因素物理因素：温度、水分、辐射、气体、压：温度、水分、辐射、气体、压力、超声波力、超声波化学因素化学因素：酸、碱、氧化还原电位、化学：酸、碱、氧化还原电位、化学药物等药物等生物因素生物因素：寄生、互生、共生、拮抗等：寄生、互生、共生、拮抗等#49一、一、温度对微生物的影响温度对微生物的影响温度主要通过以下结构影响微生物的生命活动的：温度主要通过以下结构影响微生物的生命活

27、动的：a.膜的液晶结构：膜的液晶结构：温度高，流动性大，有利于物质的温度高，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，因此，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分泌。温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌。b.酶和蛋白质的合成和活性。酶和蛋白质的合成和活性。c.RNA的结构及转录等。的结构及转录等。#50微生物生长的三个温度基点微生物生长的三个温度基点从图中可看出每种微生物从图中可看出每种微生物都有三个基本温度：最低都有三个基本温度：最低生长温度、最适生长温度、生长温度、最适生长温度、最高生长温度最高生长温度处于最适生

28、长温度时，生处于最适生长温度时，生长速度最快，代时最短。长速度最快，代时最短。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，微超过最高生长温度时，微生物不生长，温度过高，生物不生长，温度过高，甚至会死亡。甚至会死亡。 温度温度最低最低最适最适最高最高温度对生长速率的影响温度对生长速率的影响#51根据微生物的根据微生物的最适生长温度最适生长温度，可将微生物分成三，可将微生物分成三类：类： 嗜冷性微生物嗜冷性微生物(psychrophile)： 45 #52 温度与微生物之间关系温度与微生物之间关系#53微生物生

29、长的温度范围#54最适生长温度并非一切生理过程的最适温度最适生长温度并非一切生理过程的最适温度最适生长温度最适生长温度 最适发酵温度最适发酵温度 积累代谢产物的最积累代谢产物的最适温度适温度生长速率生长速率v与温度与温度T有关，一定范围内，有关，一定范围内，v，T 温度系数温度系数Q10= 多数微生物温度系数为多数微生物温度系数为1.52.5#55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。菌名 生长温度 发酵温度 累积产物温度Streptococcus thermophilus374737S.lactis3440产细胞2530产乳酸：30Penicilium chrysogenum

30、302520Clostridium acetobutylicum3733-#56了解温度与微生物生长关系意义青霉素的生产：培养165小时采用分段控制温度的方法，其青霉素产量比始终在30 培养提高了14.7%分段控制方式：分段控制方式： 0hr5hr 30：生长 5hr40hr 25 ：发酵 40hr-125hr 20 ：累积代谢产物 125hr-165hr 25 酸奶生产菌种培养 乳酸链球菌最适温度，34发酵剂与酸奶发酵 抑制杂菌，用45生产后期 产香，4 #57嗜冷性微生物嗜冷性微生物能在能在0 条件下生长。条件下生长。专性嗜冷性微生物，最高生长温度为专性嗜冷性微生物，最高生长温度为20 ，

31、最适，最适生长温度在生长温度在15左右；左右；兼性嗜冷性微生物，最高生长温度为兼性嗜冷性微生物，最高生长温度为35 ，最适，最适生长温度为生长温度为2530 。分布：海洋、冷泉、深湖和冷藏库中。分布：海洋、冷泉、深湖和冷藏库中。#58低温对微生物的影响低温对微生物的影响 微生物对低温的敏感性较差微生物对低温的敏感性较差低温时低温时低温不能作为杀菌的手段。低温不能作为杀菌的手段。低温能抑制许多酶的功能，从而使生长受到抑制；当低温能抑制许多酶的功能，从而使生长受到抑制；当温度升高时，抑制又可解除，功能又可恢复。所以，温度升高时，抑制又可解除，功能又可恢复。所以，低温可以保存菌种低温可以保存菌种。生

32、长少数嗜冷菌 酶不饱和脂肪酸 抑制大多数微生物 呈休眠状态 冰点以上，酶代谢紊乱死亡少部分 冰点以下，游离水形成冰晶 对细胞的机械损伤 细胞失水 后，原生质浓缩，蛋白质变性机理#59冻结过程中速度对冰晶形成的影响冻结过程中速度对冰晶形成的影响 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、分布均匀，对细胞的损伤小， 利用快速冻结可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期保藏。 低温保藏菌种就是利用这个原理。将低温作为菌种保存的手段。 4 可以短时间保藏，可以短时间保藏， -179 可长期保藏（十年）可长期保藏（十年）#60

33、嗜冷性微生物能在低温下生长的原因嗜冷性微生物能在低温下生长的原因：细胞膜：不饱和脂肪酸含量较高低温下仍能保持半流动状态，进行物质交换胞内的酶在低温下仍能有效地发挥作用在3040下，很快失活#61影响微生物抵抗低温能力的因素影响微生物抵抗低温能力的因素球菌球菌G- 芽孢菌体芽孢菌体 含水量少，含水量少，pH近中性含水量多、近中性含水量多、pH偏酸偏酸（碱）性（碱）性 培养基中有机成分含量高也会增加抵抗力。培养基中有机成分含量高也会增加抵抗力。#62 嗜温性微生物嗜温性微生物最适生长温度在最适生长温度在2540 的微生物。的微生物。分布：土壤、植物、温血动物及人体中。分布：土壤、植物、温血动物及人

34、体中。由于酶和生化反应的速率随温度升高而相应提高，由于酶和生化反应的速率随温度升高而相应提高，所以所以嗜温性微生物的生长速率高于嗜冷性微生物。嗜温性微生物的生长速率高于嗜冷性微生物。#63嗜热性微生物嗜热性微生物能在高于能在高于4550 的温度下生长（低于的温度下生长（低于3540 便不便不能生长）能生长）嗜热微生物：最适温度在55 60 左右兼性嗜热微生物：能在37下生长；专性嗜热微生物：不能在37下生长。中度嗜热微生物：最高生长温度在5575。高度嗜热微生物：最高生长温度超过75。（嗜高温微生物）#64 分布：主要在温泉、堆肥分布：主要在温泉、堆肥和土壤中，一些人为的高和土壤中，一些人为的

35、高温环境，如工厂的热水装温环境，如工厂的热水装置和人造热源等处，是嗜置和人造热源等处，是嗜热性微生物良好的生存场热性微生物良好的生存场所。所。黑烟泉(black smoker)#65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较强的抗热性酶蛋以及核糖体有较强的抗热性核酸具有较高的热稳定性（核酸具有较高的热稳定性（核酸中核酸中G+C含量高（含量高（tRNA），可提供形成），可提供形成 氢键，增加氢键，增加热稳定性热稳定性 ）。）。细胞膜中饱和脂肪酸含量高，较高温度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。下能维持正常的液晶状态。#66高温微生物的特点高温微生物的特点生

36、长速度快，合成大分子迅速，可及生长速度快，合成大分子迅速，可及时修复高温对其造成的分子损伤。时修复高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耗、减少染菌、缩短发酵周期等方面具重要意义。具重要意义。#67种类 适应范围 最适温度 分布 代表菌 嗜冷微生物 -1030 1020 地球两极、冷库，海水 假单胞菌、酵母、霉菌 嗜温微生物 1045 适温性2028 土壤，植物体 发酵菌、腐生菌 体温性3740 人、畜 大肠杆菌、寄生菌 嗜热微生物 2585 5055 温泉、堆肥、热水加热器 梭菌、芽孢菌高温放线菌 #683.

37、高温对微生物的影响高温对微生物的影响 高温条件下高温条件下死亡大部分存活少数 芽孢杆菌属和梭状芽孢杆菌属 乳杆菌属和链球菌属 机理酶失活，蛋白质凝固、变性破坏细胞结构脂肪膜被热溶解形成小孔造成内含物泄露死亡具有对热有稳定性和抗热性的酶嗜热微生物嗜热微生物：能在高于：能在高于45环境中进行代谢活动的微生物环境中进行代谢活动的微生物耐热微生物耐热微生物：在：在61.6经经30分钟尚能存活的微生物分钟尚能存活的微生物#69热对微生物的致死作用热对微生物的致死作用在一定的温度条件下，以作用时间为横坐标，残存的活细胞数为纵坐标，可得到微生物 细胞在高温作用下的死亡规律。lg104103102D微生物在高

38、温作用下的存活曲线时间#70几个参数几个参数A：热力致死时间热力致死时间（TDT Thermal Death Time） 指在一定温度下，杀死样品中全部微生物细胞所需的最短时间B. D值C. Z值D. F值#71 D值 ：利用一定温度加热，活菌数减少一个对数周期（即90%的活菌被杀死时，所需的时间，即为D值。 t：时间 n：菌数的对数D=lg104103102D微生物在高温作用下的存活曲线时间#72Z值 ：在热力致死曲线中， 杀死一定数量的微生物细胞，缩短90%时间所需升高的温度 100 107 温度热力致死曲线Z10010#73F值 ：在121.1时，加热杀死一定数量的微生物所需的时间。#7

39、4影响微生物抗热性的因素影响微生物抗热性的因素 不同的微生物或同种微生物的不同的菌龄对高温的敏感性不同。菌种菌龄细胞数基质pHAw介质中蛋白质、脂肪、糖加热的温度和时间温度时间#75菌种菌种A. 微生物种类抗热性 细菌的抗热性 嗜热菌嗜温菌嗜冷菌 芽孢菌非芽孢菌 球菌无芽孢菌 ； G+G- 霉菌酵母菌 孢子营养细胞 多数微生物的营养体和病毒在5060，10min就会被杀死；孢子、芽孢的抗热性最强。#76菌龄细菌细胞在稳定期的抗热性最强，在对数期的抗热性最差。老龄幼龄 #77C.细胞数细胞数量愈多，抗热性愈强所以同一温度灭菌物体中所含菌愈多，杀死最后一个微生物所需的时间愈长。#78 D.基质 热

40、处理时，微生物所处的介质的理化性质对抗热性有很大的影响。 qpH：细菌在酸性介质中的抗热性低于中性介质。 qAw：含水量高的情况下的抗热性低。 q介质中蛋白质、脂肪、糖的存在可使微生物的抗热性增强。表表 枯草芽孢杆菌的抗热性与枯草芽孢杆菌的抗热性与pHpH的关系的关系 pH值4.45.6 6.8 7.6 8.4生存时间（分） 2 711 11 9#79E.加热的温度和时间：温度 随着加热温度的升高，微生物的抗热力下降；时间 加热时间延长，微生物的抗热性减弱。#80加热杀菌几个基本概念灭菌（sterilition）：杀死物体上全部微生物的方法消毒(disinfection)：杀死或消除物体上的病

41、原微生物的方法商业灭菌：从商品的角度考虑，提出对某些食品的灭菌要求。即食品经杀菌处理后，经检验，无活的微生物检出，或仅能检出极少数非病原菌。此菌在保藏期不能进行生长繁殖防腐(antisepsis)：用理化方法防止抑制微生物生长的方法化疗(chemotherapy)：利用对病源菌具有高度毒力而对宿主基本无毒的化学物质来抑制宿主体内病源微生物的生长繁殖 无菌#81高温杀菌的种类高温杀菌的种类 火焰灼烧法火焰灼烧法 干热灭菌干热灭菌 烘箱内热空气灭菌法烘箱内热空气灭菌法 巴氏灭菌法巴氏灭菌法 高温灭菌高温灭菌 常压下常压下 U 间歇灭菌法间歇灭菌法 湿热灭菌湿热灭菌 煮沸法煮沸法 常规加压灭菌法常规

42、加压灭菌法 高压下高压下 连续加压灭菌法连续加压灭菌法#82影响加压蒸气灭菌效果的因素影响加压蒸气灭菌效果的因素 灭菌物体的含菌量灭菌物体的含菌量灭菌锅内空气的排除程度灭菌锅内空气的排除程度灭菌对象灭菌对象pH的影响的影响灭菌对象的体积灭菌对象的体积加热与散热的速度加热与散热的速度#83二、水分活度（二、水分活度（Aw）Aw即食品在密闭容器中的水蒸气压（即食品在密闭容器中的水蒸气压（P）与在）与在相同温度下的纯水蒸气压（相同温度下的纯水蒸气压（P0）之比值。）之比值。由于纯水中加入溶质后，溶液中分子之间的引由于纯水中加入溶质后，溶液中分子之间的引力增加，冰点下降、沸点上升、蒸气压下降，力增加，

43、冰点下降、沸点上升、蒸气压下降，且溶液中溶质越多，蒸气压下降越低，故且溶液中溶质越多，蒸气压下降越低，故PP0，因此：因此：Aw纯水纯水=1，Aw无水食品无水食品=0 一般食品的：一般食品的：0Aw10PPAw#842.不同类群微生物的生长和水分活性不同类群微生物的生长和水分活性细菌细菌生长的水分活度：生长的水分活度：细菌生长所需的水分活性比酵母菌、霉菌高。细菌生长所需的水分活性比酵母菌、霉菌高。一般在一般在0.900.99之间，之间，G+球菌球菌G-，如金黄色葡萄如金黄色葡萄球菌可在球菌可在0.86以下生长。以下生长。一般食品腐败菌生长的最低一般食品腐败菌生长的最低Aw在在0.940.99之

44、间。之间。芽孢萌发时要求的水分，比营养体所要求的水分高。芽孢萌发时要求的水分，比营养体所要求的水分高。#85酵母菌酵母菌生长的水分活性：酵母菌生长所需生长的水分活性：酵母菌生长所需的水分活性比细菌低，比霉菌高。在的水分活性比细菌低，比霉菌高。在0.880.94之间之间霉菌霉菌生长的水分活度：多数霉菌生长所需生长的水分活度：多数霉菌生长所需的的Aw最低为最低为0.80，但在，但在0.65 时，尚有少数时，尚有少数干性霉菌生长。当干性霉菌生长。当Aw低于低于0.64时任何霉菌时任何霉菌都不能生长。因此，干燥便成为一种很好都不能生长。因此，干燥便成为一种很好的食品保藏方法。的食品保藏方法。#86不同

45、微生物生长的最低aw微生物类群最低aw微生物类群最低aw细菌大肠杆菌0.935-0.960霉菌黄曲霉0.90枯草杆菌0.950黑曲霉0.88沙门氏菌0.945青 霉0.8-0.9赛氏杆菌0.940灰绿曲霉0.78八叠球菌0.915-0.930耐旱真菌0.60微球菌0.905酵母酿酒酵母0.94金葡球菌0.900裂殖酵母0.93嗜盐杆菌0.750鲁氏酵母0.65#873.食品的水分活性食品的水分活性新鲜食品原料新鲜食品原料：包括动物性原料和植物性原料，：包括动物性原料和植物性原料，如鱼、肉、水果、蔬菜，均含有较多的水分，虽如鱼、肉、水果、蔬菜，均含有较多的水分，虽原料的种类不同，但其原料的种类不

46、同，但其Aw多数在多数在0.980.99之间，之间，适宜于多种微生物尤其是细菌生长。适宜于多种微生物尤其是细菌生长。干制食品干制食品： 0.800.85适宜于霉菌生长，其保藏期适宜于霉菌生长，其保藏期12周，周，0.72，保藏期为三个月，保藏期为三个月，0.65时保藏期为时保藏期为13年年#88三、渗透压三、渗透压 渗透压对微生物的影响渗透压对微生物的影响膜内膜内= 膜外（膜外（等渗等渗）：）：微生物的活动保持正常微生物的活动保持正常,细细胞外形不变胞外形不变膜内膜外（膜内膜外（低渗透压环境低渗透压环境）：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膜外膜内（膜外膜

47、内（高渗环境高渗环境）：）：脱水、质壁分离脱水、质壁分离生长生长受抑制或死亡受抑制或死亡.(.(盐渍和糖渍保藏食品盐渍和糖渍保藏食品) )o1825%1825%的盐浓度才能完全抑制微生物的生长。的盐浓度才能完全抑制微生物的生长。#89 细菌中的嗜盐菌：细菌中的嗜盐菌：能在能在15%30%的盐溶液中生长，主要分布在盐湖、死海、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：海水和盐场及腌渍菜中。又分为：o 低嗜盐菌：能在低嗜盐菌：能在2%5% 盐溶液中生长盐溶液中生长o 中嗜盐菌：中嗜盐菌： 5%20%o 极端嗜盐菌：极端嗜盐菌： 20%30% 高糖环境下生长的微生物：高糖环

48、境下生长的微生物：o 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% 的糖溶液中生长的糖溶液中生长o 产甘油的耐高渗酵母能在产甘油的耐高渗酵母能在20%40%的糖蜜中生长的糖蜜中生长#90四、气体四、气体专性好氧微生物：绝大多数真菌和许多细菌。实验室通过震荡摇瓶给氧，工厂采用通入无菌空气和搅拌等供氧兼性好氧微生物（兼性厌氧微生物）：肠道细菌、人和动物的致病菌、酵母和少数真菌。如E.coli，沙门氏菌等*微好氧微生物专性厌氧微生物：如双歧杆菌、梭状芽孢杆菌、产甲烷细菌等，实验室常采用焦性没食子酸吸收容器中的氧，或抽真空。*耐氧性微生物：主要是乳酸菌。在食品中，如果缺乏O2，一般变质

49、速度较慢；处于有氧环境中，则容易发生变质。此外H2和CO2的存在，对微生物的生长也有一定的影响。超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（SODSOD）和过）和过氧化氢酶氧化氢酶使好氧菌免受超氧化物阴离子自由基的毒害#91氧气与微生物之间的关系氧气与微生物之间的关系 #92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#93厌氧菌的氧毒害机制厌氧菌的氧毒害机制 SOD学说：学说：超氧化物阴离子自由基: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（H2O2）、超氧阴离子（ O2 ）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，可破坏膜和重要生物大分子，对微

50、生物造成毒害或致死。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，而严格厌氧菌缺乏SOD，故易被生物体内极易产生的超氧阴离子自由基毒害致死。#94SOD和过氧化氢酶的分布#95五、影响微生物生命活动的其它几种物理因素五、影响微生物生命活动的其它几种物理因素 种类 机理 适用范围 应用 超声波 H2O2、 细胞破碎 水溶液 液体食品、 细胞破碎紫外线DNA上形成嘧啶二聚体 ，蛋白变性 穿透力弱、 物体表面接种室、手术室空气、器材、水-射线电离、核酸和蛋白变性穿透力强、物体由表层至深层食品保鲜杀菌、冷杀菌 微波热效应使蛋白质变性穿透力一般液体食品、焙烤食品#96化学因