第5章-食品中影响微生物生长的因素.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,现代食品微生物学,第5章 食品中影响微生物生长的因素,主讲 惠 明 博士,第5章 食品中影响微生物生长的因素,对微生物来说，食品是一个极端复杂的体系,微生物的活动受食品中的各种因素影响,微生物的活动对食品也产生一定的影响,食品的基本组成及与微生物相关的环境因素,水,蛋白质,碳水化合物,脂肪,无机盐,维生素,水分含量、水分活度、渗透压,pH,值,温度,气体,辐射,压力,防腐剂,主要作用因素分类,内在因素,外在因素,生物间作用,pH,温度,微生物间的相互作用,水,湿度,电位,气体,营养,抗菌剂,生物结构,微生物的类型（按最适生长,pH,范围来分）,嗜酸微生物,acidophile,专性嗜酸菌：最适,pH6；pH7,时生长极差或死亡。,兼性嗜酸菌：在低,pH,下生长，在中性,pH,也长。,嗜碱微生物,alkalinophile,专性嗜碱菌：最适,pH811，pH 7,时生长极慢或不生长,嗜中性微生物,neutrophile,能在,pH49,范围内生长，最适生长在,pH68，,大多数微生物属于这一类。,一,.pH,对微生物的影响,一般微生物生长的,pH,微生物,pH,范围,霉菌,1.5 11,酵母,2.5 8,大部分细菌,4 10,乳酸菌,3.2 10.5,致病菌,5.5 9,大多数微生物生长的,pH,在,6.6-7.5,pH,对微生物的影响,2,温度的升高会对,pH,有一定的影响，进而影响到微生物生长的,pH,范围。,微生物在其最适,pH,生长时，会延长其对数生长期。,生长基质,pH,的缓冲能力也影响其对数生长期,盐浓度也会对微生物的,pH,生长范围产生影响，一定浓度下会拓宽其,pH,，但过量后会使,pH,范围变窄。,机理,pH,对微生物生长影响的机理：,外界,pH,值的变化会影响细胞膜的电荷性质，进而改变酶的活性，引起跨膜输送系统的破坏。,pH,与食品的保藏,通常食品的,pH,范围：,动物性食品：,5-7,蔬菜：,5-6,水果：,2-5,依据,pH,对食品进行分类,pH4.5,：非酸性食品,pH4.5,：酸性食品,pH,对代谢产物的影响,产气克雷伯氏菌,酸性环境：生成乙醇、2，3-丁二醇,pH7.0：,生成丁二醇、乙醇、乳酸,pH8.0,：,乙酸、丁二醇、甲酸、乳酸、乙醇,黑曲霉：,pH,低于3.0时积累柠檬酸，在,pH,接近中性时积累草酸。,氧化亚铁硫细菌在,pH2.0,时会生成硫酸,谷氨酸棒杆菌：中性生成谷氨酸，碱性条件生成谷氨酰胺,不同类群微生物对,pH,的适应能力,不同,pH,范围下微生物的生长趋势,pH4.5,霉菌,酵母,细菌,pH,对微生物生长影响的机理：,外界,pH,值的变化会影响细胞膜的电荷性质，进而改变酶的活性，引起跨膜输送系统的破坏。,微生物的生长,pH,范围,微生物名称,最低,最适,最高,氧化硫硫杆菌,0.5,2.03.5,6.0,大豆根瘤菌,4.2,6.87.0,11.0,枯草芽孢杆菌,4.5,6.07.5,8.5,大肠埃希氏菌,4.3,6.08.0,9.5,金黄色葡萄球菌,4.2,7.07.5,9.3,一般放线菌,5.0,7.08.0,10.0,一般酵母菌,2.5,4.05.8,8.0,一般霉菌,1.5,3.86.0,7.011.0,微生物生长引起食品,pH,的改变,1,有时,pH,的改变是食品加工的需要：,发酵食品：,泡菜,的加工,由乳酸菌的生长引起,pH,的改变，这样的改变有利于食品的保藏。而且还赋予了它特有的风味。,酸乳,的发酵,利用乳酸菌发酵产酸，并利用,pH,的快速降低抑制其它微生物的生长。,食醋,淀粉类原料，液化，酵母酒精发酵，醋酸杆菌产酸。,酸渍食品：,酸黄瓜、糖醋大蒜,等,外源酸，保存和增加食品的风味。,微生物生长引起食品,pH,的改变,2,食品的组成与,pH,变化的关系,在糖和蛋白质同时存在时，微生物首先利用糖，,pH,下降，对蛋白质的分解明显减少；当糖不足时，开始利用蛋白质，引起,pH,上升。,一般而言，细菌首先生长，,pH,下降，酸的积累抑制了腐败菌的生长，能耐较低,pH,的酵母或霉菌开始生长，引起,pH,的上升，这时，细菌的生长又开始了。当糖被利用到一定程度后，才开始利用蛋白质。,微生物的代谢对环境,pH,影响,环境,pH,的控制,直接加酸或碱进行调节；,加入酸性或碱性营养物质进行调节和补充营养,加入缓冲性物质,微生物细胞内的,pH,细胞内部的,pH,值一般都接近中性（包括极端嗜酸和嗜碱菌）,胞内酶的最适,pH,多接近中性,细胞内的,DNA、ATP,等对低,pH,敏感,RNA,和磷脂类等对高,pH,敏感。,细胞膜上酶及胞外酶最适,pH,多接近微生物最适生长,pH,为什么?讨论,微生物维持胞内,pH,值中性的机制,细胞内外,pH,的差值靠消耗代谢能来维持（自动调节到一个狭窄的,pH,范围内）,例如：嗜酸菌,（胞内,pH6.36.8，,而胞外可能,pH2.06.0）,Thermioplasma acidophila,是靠,H,+,的直接泵出来维持胞内外的氢离子梯度，其他嗜酸菌也有依赖消耗代谢能排放蛋白质将胞内,pH,维持在一个恒定值。,嗜碱芽孢杆菌（在,pH1011.5,范围内生长，胞内维持中性）：借助于依赖代谢能的,Na,+,/H,+,反向输送载体，回收呼吸过程中泵出的质子。,二,.,水对微生物生长的影响,食品中的水存在的方式：结合水、游离水,微生物的生长需要水：正常的代谢物质需要水作为载体,吸收营养、排泄废物，这些功能都需要游离水。,大部分食品的水分活度在,0.99,水分活度表示同温度下食品的蒸汽压比纯水的蒸汽压。,不同微生物生长对,Aw,的要求,微生物种类,Aw,要求,细 菌,部分球菌在,0.9,以下，嗜盐菌为,0.75,以外，绝大部分在,0.94-0.99,酵 母,嗜渗透压酵母,0.60,，大部分为,0.88-0.94,霉 菌,干性霉菌为,0.65,，大部分为,0.73-0.94,微生物生长,Aw,的变化规律,在任何温度下，随着,Aw,的下降，微生物的生长能力逐渐降低。,在最适温度下，微生物的,Aw,范围最广。,营养物能拓宽微生物生存的,Aw,范围。,利用,Aw,加工保藏食品,脱水（干制）食品：脱水蔬菜、奶粉、脱水肉类、肉松、肉脯等,半干食品：蜜饯、果脯、,腌制食品：火腿,三,.Eh,和,O,2,对微生物生长的影响,Eh,的概念：,在氧化还原反应中，电子从一种物质转移到另一种物质，于是在这两种物质间产生了电位差，称为氧化还原电势，常用,mV,来表示。,食品中能降低,Eh,的物质主要是,SH,基团、,Vc,、还原糖等,不同微生物对,Eh,的要求不同，好氧微生物需要的,Eh,较高，厌氧微生物较低，兼性厌氧微生物比好氧微生物低。,好氧微生物的生长会使,Eh,降低，厌氧微生物不会改变,Eh,。,在微生物培养中，改变,Eh,的方法一般是通氧气，提高,Eh,，添加还原剂，降低,Eh,。,Eh,的生长范围,O,2,对微生物生长的影响,依据微生物生长对氧的要求，可以分五类：,需氧微生物：没有氧气不能生长，但过高浓度的氧也会产生毒害。,兼性厌氧微生物：在有氧或无氧的条件下都能生长，但代谢途径不同。,微需氧微生物：只有在,0.2,的大气压下能良好生长，过高或过低都不好。,耐氧微生物：生长不需要氧气，但氧气的存在不影响生长。,厌氧微生物：氧气的存在对生长有害，这些微生物往往缺少过氧化氢酶。,厌氧微生物的培养方法,气体置换法,化学吸氧法,厌氧袋法,厌氧罐培养法,厌氧培养箱法,Hungate,滚管法,气体置换法,化学吸氧法,厌氧手套箱,厌氧培养箱,Pink,Oxygen,White,No Oxygen,-40mv,吸氧的发生,添加刃天青后的培养基,放置,3,天后,四,.,营养物对微生物生长的影响,微生物能够生长所需的一般条件,水,能源,氮源,维生素及生长因子,矿物质,这些营养食品中基本都具备,发酵食品的种类,面包,奶酪,酸奶,酒,酱油,醋,泡菜,可可豆,咖啡,茶叶,咸肉,发酵香肠,腐乳,豆豉,鱼露,食用藻类,微生物食用胶体,食用真菌,单细胞蛋白,青贮饲料,某物质对微生物生长的影响,五,.,抗菌剂,有些食品对微生物的侵染有一定的抗性，一般在这些食品中存在具有抗菌特性的物质。,在食品的加工过程中，可以人为的添加一些抗菌物质，以延长食品的保质期。化学的如防腐剂，生物的如乳酸链球菌素、纳它霉素等。,食品中的抗菌物质,牛奶：新鲜牛乳中往往含有乳铁蛋白、共凝集素、乳过氧化酶系统，在挤奶的最初,36hr,（,13-14,）内可保证不变质,乳中过氧化酶系统：一种天然的抑菌系统，主要有乳过氧化酶、硫氰酸、过氧化氢三部分组成。,添加硫氰酸和过氧化氢,0.25mmol/L,的牛乳，可以激活过氧化酶系统，贮藏期可以达到,5,天。,食品中的抗菌物质,鸡蛋中的抗菌物质：溶菌酶、卵类粘蛋白,大蒜中的抗菌物质：大蒜素,芥末中的抗菌物质：异硫氰酸烯丙酯,十字花科（大白菜、甘蓝等）：细胞液中的硫代葡萄糖苷在机械损伤部位可以产生异硫氰酸盐，具有抗菌作用。,茶叶：茶多酚,已批准可以使用的生物抗菌物质,Nisin,，乳酸链球菌素，由乳酸链球菌产生，对革兰氏阳性菌有抑制作用。,纳他霉素，对真菌有抑制作用，例如：酵母，霉菌等,溶菌酶，革兰氏阳性菌,抑菌测试结果,六,.,生物结构,有些食品的外层结构能赋予食品具有对付外来微生物感染的机会。,这些结构主要包括：,种子的外皮,水果外皮,坚果的壳,鸡蛋的壳,动物皮毛,坚果的壳,鸡蛋壳,七,.,温度对微生物生长的影响,影响微生物生长的外界因素中，温度起着最重要的作用,每种微生物都有其适宜的生长温度范围,依据微生物对生长温度的要求不同，可将微生物分三类：,嗜冷微生物：,-10,30,，最适,10,20,嗜温微生物：,10,45,，最适,25,40,嗜热微生物：,25,80,，最适,50,55,温度通过影响膜的液晶结构、酶和蛋白质的合成及活性、,RNA,的结构、转录等 影响微生物的生命活动。,不同温度下的菌例,温度对食品品质的影响,选择合适的贮藏温度时必需考虑食品的质量,一般情况下，温度低有利于品质的保证,但也有例外：香蕉在,13-17,下贮藏好于,5-7,下贮藏,考虑贮藏温度时还要考虑湿度、气体组成等外界因素,八,.,环境的相对湿度,同样水分含量下，温度越高，相对湿度越小,低,Aw,的产品会吸收环境中的水分，而引起产品,Aw,上升，造成适宜微生物生长的环境，加速变质。,对干制食品的包装提出了一定要求，必需要隔绝水的进出。,但有时食品所处的湿度过小，造成食品表面干燥，食用性下降。,浓缩苹果汁的变质,由于温度和相对湿度有一定关系，因此在贮藏食品时应避免温度的波动，例如浓缩苹果汁的变质：,浓度达到,70Brix,，高渗环境，微生物不能生长，温度的波动在包装顶部区域造成水汽凝结，长时间会造成局部浓度降低，引发微生物的休眠体生长。,处理方法：保持恒温，定期翻动包装。,九,.,环境气体及浓度,1917,年，认识到气调作用,1928,年，气调进入工业化应用,CO,2,的浓度通常不超过,10,，可以提高水果抑制真菌的能力、可能是乙烯的竞争性抑制剂。,O,2,可以延长货架，但不能用于高脂食品。,CO,2,在保鲜上的应用,CO,2,的抑制作用随温度降低而增强，原因是,CO,2,的溶解性增加的缘故,革兰氏阴性菌比阳性菌对,CO,2,敏感,一般使用混合气体来保存食品,研究表明，对鲜肉较好的保存气体条件是使用,10,CO,2,、,5,O,2,、,85%N,2,组成的混合气体。,CO,2,对鱼的保鲜也十分有效，,CO,2,的使用比例也较鲜肉高,十.辐射,辐射,是能量通过空间传播或传递的一种物理现象。,辐射的种类,：电磁辐射和微粒辐射,其中电磁辐射又包括：,非电离辐射：,红外线、可见光、紫外线等,电离辐射：,x-,射线、,-,射线等。,辐射光,可见光,波长,400-800,nm,的电磁辐射。,光能型微生物的能源,长时间照射有杀菌作用,红外线,波长大于,800,nm,的电磁辐射。,红外线可以发热，产生的高温具有杀菌作用。,紫外线,UV,波长为,150390,nm,的电磁辐射。,最佳作用波长为,265266,nm,。,紫外线的作用机理,诱发,DNA,形成,T=T、,阻碍,DNA,复制而使微生物发生变易或死亡。使空气中的,O,2,变为,O,3,，,后者分解放出的,O,具有杀菌作用。,应用：消毒和诱变,紫外线照射后形成,T-T,二聚体,细胞对紫外损伤的修复作用,光复活作用,细胞中的光复活酶吸收可见光的能量而被激活后，将,T=T,中的共价键解开，使,DNA,分子恢复正常状态。,光复活过程,暗修复作用,细胞中的一些修复酶在无光的情况下，也能进行有效的,DNA,修复作用。,作用的酶：,DNA,内切酶、,DNA,外切酶、,DNA,聚合酶和,DNA,连接酶。,电离辐射,x,射线,1-10nm,，,射线,0.1-1nm,作用机理：,引起环境中或细胞中水的电离而产 生的,自由基,作用于细胞中的敏感大分子，使之电离而失活。,H,2,O H,2,O,+,+e,-,OH,+H,+,H,2,O+e,-,H,2,O,-,H,+OH,+,作用于氧气分子，产生的,强氧化性基 团,，氧化细胞中的蛋白质和酶分子的巯基，而使细胞受到损伤或死亡。,O,2,+e,O,2,-,O,2,+2e,O,2,=,紫外线（,UV,）,与,射线对,PGA,的辐照效应,(,a),(,b),(,c),(,a),(,b),(,c),1,2 3 4 5 6,1,2 3 4,UV,射线,十一,.,生物间的作用,生物间作用的分类：,中性关系,偏利作用,协同作用（互生）,共生,竞争,拮抗,寄生,乳酸的拮抗作用,已经发现混合培养中乳酸菌能够杀死或抑制引起食物中毒和腐败菌已有,70,年的历史,乳酸菌的拮抗机理至今还不清楚,已经验证的因素包括：抗生素、过氧化氢、,pH,抑制、双乙酰、乳酸球菌肽等都有作用,酸奶的发酵,互生关系,酸奶发酵剂的选择,竞争关系,选择产酸快的菌株,较快的降低,pH,选择培养温度较乳酸菌的最适温度高，,41-42,，保证产酸快。,pH,的降低可以抑制腐败菌的生长,十二.微生物的分化,营养细胞的分化,分化（,differentiation,）：,在一定条件下，细胞朝着不同方向发展，使其形态结构、生理发生了一系列的变化，形成另一类型细胞的过程，是基因转录或翻译水平上有序表达的结果。,微生物的发育分化是现代生物学中的一个重要的前沿研究领域。,链霉菌的分化：菌丝、菌丝伸长和产生分枝、孢子的形成，产生次级代谢产物,细菌的形态变化,：节杆菌属细胞分裂产生不同类型的后代细胞，游动细胞和柄细胞，两者具有不同的结构和不同的转录方式，节杆菌的分化是遗传现象的一部分。,酵母菌和丝状真菌的两型生长,（,dimorphism）,环境条件发生变化会引起菌体形态发生变化，从菌丝型（,M,型）转变为类酵母型（,Y,型），在接合菌、子囊菌、担子菌和半知菌中都存在。,温度和两型性有密切关系,存在营养依赖两型现象（如已糖、,CO,2,）,课堂讨论,一、题目,1、微生物与环境的适应问题,2、微生物新型代谢产物,3、关于微生物营养的问题,4、微生物的生长与死亡问题等,二、要求,1、每人择一题或一题中的一个侧面撰写1500字书面论文（注明题目、作者、参考文献、论点要突出）,2、挑选部分同学上台宣讲（可以用,PPT,或板书形式）,3、每人限时15,min,