微生物的生长及其控制(2).ppt

第四节第四节 环境对微生物生长的影响环境对微生物生长的影响一、温度一、温度二、二、pH三、渗透压三、渗透压四、氧四、氧五、表面张力五、表面张力六、辐射六、辐射七、液体静压力七、液体静压力八、声能八、声能影响微生物生长的环境因素主要有：影响微生物生长的环境因素主要有：1.1.微生物生长的适宜温度微生物生长的适宜温度微生物生长的适宜温度微生物生长的适宜温度最低生长温度最低生长温度最低生长温度最低生长温度能生长的最低温度能生长的最低温度能生长的最低温度能生长的最低温度最适生长温度最适生长温度最适生长温度最适生长温度生长速度最高的温度生长速度最高的温度生长速度最高的温度生长速度最高的温度最高生长温度最高生长温度最高生长温度最高生长温度能生长的最高温度能生长的最高温度能生长的最高温度能生长的最高温度最适生长温度并非等于最适发酵温度，或生长得率最高时的温度。最适生长温度并非等于最适发酵温度，或生长得率最高时的温度。最适生长温度并非等于最适发酵温度，或生长得率最高时的温度。最适生长温度并非等于最适发酵温度，或生长得率最高时的温度。生长温度生长温度生长温度生长温度三基点三基点三基点三基点一、温度一、温度一、温度一、温度 每种微生物都有三个基本温度（每种微生物都有三个基本温度（每种微生物都有三个基本温度（每种微生物都有三个基本温度（cardinal temperaturecardinal temperature）(1)嗜冷微生物（嗜冷微生物（psychrophile）最低生长温度最低生长温度0 以下，以下，最适生长温度最适生长温度 15，最高生长温度最高生长温度20左右；（地球两极，海洋深处）左右；（地球两极，海洋深处）能在能在0 生长，但最适生长温度生长，但最适生长温度 2040。（冷。（冷水，土壤，引起冰箱食物腐败的主要微生物类群）水，土壤，引起冰箱食物腐败的主要微生物类群）-耐冷微生物耐冷微生物(psychrotolernt),又称兼性嗜冷微生物又称兼性嗜冷微生物嗜冷微生物在低温下能生长的原因：嗜冷微生物在低温下能生长的原因：嗜冷微生物在低温下能生长的原因：嗜冷微生物在低温下能生长的原因：嗜冷微生物的酶在低温下能有效起催化作用，其酶的二级结构嗜冷微生物的酶在低温下能有效起催化作用，其酶的二级结构含有较多的含有较多的螺旋，能使酶蛋白在寒冷环境中有较强的弹性。螺旋，能使酶蛋白在寒冷环境中有较强的弹性。嗜冷微生物的酶有较强的极性，含有较少的亲水性氨基酸，有嗜冷微生物的酶有较强的极性，含有较少的亲水性氨基酸，有助于在低温下保持蛋白质的弹性及酶的活性。助于在低温下保持蛋白质的弹性及酶的活性。嗜冷微生物细胞膜的脂类中不饱和脂肪酸的含量较高，在低温嗜冷微生物细胞膜的脂类中不饱和脂肪酸的含量较高，在低温下膜也能保持半流动状态。下膜也能保持半流动状态。根据微生物的最适生长温度，可将微生物分为三类：根据微生物的最适生长温度，可将微生物分为三类：2.2.低温对微生物的影响低温对微生物的影响低温对微生物的影响低温对微生物的影响 (1)冰冻对微生物的影响冰冻对微生物的影响 冰冻使细胞内游离水形成冰晶，对细胞造成机械性损伤；冰冻使细胞内游离水形成冰晶，对细胞造成机械性损伤；冰冻导致细胞失去可利用的水分，形成脱水干燥状态，细胞冰冻导致细胞失去可利用的水分，形成脱水干燥状态，细胞质的质的pH值和胶体状态发生改变，甚至可引起胞内蛋白质部分值和胶体状态发生改变，甚至可引起胞内蛋白质部分变性等；变性等；微生物所处的基质也因冰冻而产生一系列复杂的变化。微生物所处的基质也因冰冻而产生一系列复杂的变化。(2)低温对微生物作用的有关因素低温对微生物作用的有关因素 冰点附近会加速微生物死亡冰点附近会加速微生物死亡微生物种类不同抵抗低温能力不同微生物种类不同抵抗低温能力不同微生物所处的环境不同，对低温的抵抗能力不同微生物所处的环境不同，对低温的抵抗能力不同冰冻和解冻的反复交替容易造成微生物细胞破裂冰冻和解冻的反复交替容易造成微生物细胞破裂(3)低温用于食品保藏低温用于食品保藏 根据各类食品的特点和保藏要求不同，将低温保藏食品根据各类食品的特点和保藏要求不同，将低温保藏食品的温度可作如下的划分：的温度可作如下的划分：寒冷温度：指在室温和冷藏温度之间的温度。嗜冷微寒冷温度：指在室温和冷藏温度之间的温度。嗜冷微生物能在这一温度范围内缓慢生长，保藏食品的有效期较生物能在这一温度范围内缓慢生长，保藏食品的有效期较短，一般仅适宜于保藏果蔬食品。短，一般仅适宜于保藏果蔬食品。冷藏温度：指在冷藏温度：指在05之间的温度。一些嗜冷微生物之间的温度。一些嗜冷微生物尚能缓慢生长，能阻止几乎所有的引起食物中毒的病原菌尚能缓慢生长，能阻止几乎所有的引起食物中毒的病原菌生长（除肉毒杆菌生长（除肉毒杆菌E型尚能在型尚能在3.3生长和产生毒素外）。生长和产生毒素外）。冷藏温度可用于储存果蔬、鱼肉、禽蛋、乳类等食品。冷藏温度可用于储存果蔬、鱼肉、禽蛋、乳类等食品。冻藏温度：指低于冻藏温度：指低于0以下的温度。在以下的温度。在18以下的温以下的温度几乎阻止所有微生物的生长。度几乎阻止所有微生物的生长。3.3.高温对微生物的影响高温对微生物的影响高温对微生物的影响高温对微生物的影响 微生物对热的忍受力依菌的种类、菌龄而异。微生物对热的忍受力依菌的种类、菌龄而异。微生物的营养体、霉菌的孢子、细菌的芽孢等。微生物的营养体、霉菌的孢子、细菌的芽孢等。微生物对热的忍受力还受微生物所处环境的其他条件的影响微生物对热的忍受力还受微生物所处环境的其他条件的影响.环境环境pH、渗透压、培养基组成等的影响。、渗透压、培养基组成等的影响。如在酸性条件下，微生物对热的耐受力明显下降；如在酸性条件下，微生物对热的耐受力明显下降；环境中富含蛋白质时，利于保护菌体，增加微生物细胞对环境中富含蛋白质时，利于保护菌体，增加微生物细胞对热的抗性。热的抗性。二、二、二、二、pHpHpH=-lg H+pH pH通过影响通过影响通过影响通过影响细胞质膜的透性、膜结构的稳定性、物质的溶解细胞质膜的透性、膜结构的稳定性、物质的溶解细胞质膜的透性、膜结构的稳定性、物质的溶解细胞质膜的透性、膜结构的稳定性、物质的溶解性或电离性性或电离性性或电离性性或电离性来影响营养物质的吸收。来影响营养物质的吸收。来影响营养物质的吸收。来影响营养物质的吸收。微生物生长的微生物生长的微生物生长的微生物生长的pHpH值范围值范围值范围值范围每一种微生物都存在生长每一种微生物都存在生长每一种微生物都存在生长每一种微生物都存在生长pHpH的三基点：的三基点：的三基点：的三基点：最适生长最适生长最适生长最适生长pHpH 最适发酵最适发酵最适发酵最适发酵pHpH从而影响微生物的生长速率从而影响微生物的生长速率从而影响微生物的生长速率从而影响微生物的生长速率 最低生长最低生长最低生长最低生长pHpH；最适生长最适生长最适生长最适生长pHpH；最高生长最高生长最高生长最高生长pHpH；根据微生物生长的根据微生物生长的pH范围，将其分以下几类：范围，将其分以下几类：嗜酸菌（嗜酸菌（嗜酸菌（嗜酸菌（acidophileacidophile）只能生活在低只能生活在低pH（小于（小于4）条件下，在中性）条件下，在中性pH下即死亡的微下即死亡的微生物（硫细菌属，热原菌属等古生菌）生物（硫细菌属，热原菌属等古生菌）嗜中性菌嗜中性菌嗜中性菌嗜中性菌(neutrophile)neutrophile)生长最适生长最适pH 5.58.0（大多数微生物以及病原菌等）（大多数微生物以及病原菌等）嗜碱菌嗜碱菌嗜碱菌嗜碱菌(alkalophile)alkalophile)耐酸菌：可生活在耐酸菌：可生活在耐酸菌：可生活在耐酸菌：可生活在pH5pH5以下，但在中性以下，但在中性以下，但在中性以下，但在中性pHpH下也能生活下也能生活下也能生活下也能生活专性生活在专性生活在pH1011的碱性条件下而不能生活在中性条件下的的碱性条件下而不能生活在中性条件下的微生物。微生物。(碱性盐湖和碳酸盐含量高的土壤中碱性盐湖和碳酸盐含量高的土壤中)。多数嗜碱菌为。多数嗜碱菌为芽孢杆菌属，少数属于古生菌。芽孢杆菌属，少数属于古生菌。耐碱菌：在碱性环境下能生长，但在中性条件下不死亡。耐碱菌：在碱性环境下能生长，但在中性条件下不死亡。耐碱菌：在碱性环境下能生长，但在中性条件下不死亡。耐碱菌：在碱性环境下能生长，但在中性条件下不死亡。不同微生物最适生长不同微生物最适生长不同微生物最适生长不同微生物最适生长pHpH可能不同，同种微生物在不同生长可能不同，同种微生物在不同生长可能不同，同种微生物在不同生长可能不同，同种微生物在不同生长阶段和不同生理、生化过程中，也有不同的最适阶段和不同生理、生化过程中，也有不同的最适阶段和不同生理、生化过程中，也有不同的最适阶段和不同生理、生化过程中，也有不同的最适pHpH要求。要求。要求。要求。黑曲霉：在黑曲霉：在pH2.02.5时，有利于合成柠檬酸，时，有利于合成柠檬酸，在在pH2.56.5范围内，就以菌体生长为主，范围内，就以菌体生长为主，在在pH7左右时，则大量合成草酸。左右时，则大量合成草酸。丙酮丁醇梭菌：在丙酮丁醇梭菌：在pH5.57.0内，以菌体生长繁殖为主，内，以菌体生长繁殖为主，在在pH4.35.3范围内进行丙酮、丁醇发酵。范围内进行丙酮、丁醇发酵。无论微生物生长的无论微生物生长的无论微生物生长的无论微生物生长的pHpH范围多广泛，细胞内的范围多广泛，细胞内的范围多广泛，细胞内的范围多广泛，细胞内的pHpH一般都接一般都接一般都接一般都接近中性。胞内酶的最适近中性。胞内酶的最适近中性。胞内酶的最适近中性。胞内酶的最适pHpH也接近中性，而位于周质空间的酶也接近中性，而位于周质空间的酶也接近中性，而位于周质空间的酶也接近中性，而位于周质空间的酶和分泌到细胞外的胞外酶的最适和分泌到细胞外的胞外酶的最适和分泌到细胞外的胞外酶的最适和分泌到细胞外的胞外酶的最适pHpH则接近环境的则接近环境的则接近环境的则接近环境的pHpH。微生物生长环境微生物生长环境pH调节措施调节措施“治标治标治标治标”外源直接流加酸、碱中和外源直接流加酸、碱中和外源直接流加酸、碱中和外源直接流加酸、碱中和（直接，快速但不能持久）直接，快速但不能持久）直接，快速但不能持久）直接，快速但不能持久）“治本治本治本治本”治本：（缓慢，但较持久）治本：（缓慢，但较持久）治本：（缓慢，但较持久）治本：（缓慢，但较持久）过酸过酸过酸过酸加适当氮源加适当氮源（尿素、尿素、NaNO3、NH4OH或蛋白质）或蛋白质）提高通气量提高通气量提高通气量提高通气量过碱过碱过碱过碱加适当碳源加适当碳源加适当碳源加适当碳源（糖、乳酸、醋酸或油脂等糖、乳酸、醋酸或油脂等糖、乳酸、醋酸或油脂等糖、乳酸、醋酸或油脂等）降低通气量降低通气量降低通气量降低通气量pHpH调节调节调节调节 水活度（水活度（aw）可定量表示环境中微生物可实际利用的自由可定量表示环境中微生物可实际利用的自由水水(游离水游离水)的含量的含量三、水活度和渗透压三、水活度和渗透压三、水活度和渗透压三、水活度和渗透压各种微生物生长繁殖的各种微生物生长繁殖的各种微生物生长繁殖的各种微生物生长繁殖的a aw范围在范围在范围在范围在0.600.600.9980.998之间。除少数真菌之间。除少数真菌之间。除少数真菌之间。除少数真菌外，多数微生物在外，多数微生物在外，多数微生物在外，多数微生物在a aw 低于低于低于低于0.600.600.700.70的干燥条件下不能生长。的干燥条件下不能生长。的干燥条件下不能生长。的干燥条件下不能生长。利用干燥来保存食品、衣物等的原理：低利用干燥来保存食品、衣物等的原理：低利用干燥来保存食品、衣物等的原理：低利用干燥来保存食品、衣物等的原理：低a aw可防止微生物生可防止微生物生可防止微生物生可防止微生物生长。长。长。长。各种微生物对干燥的抵抗力不同。各种微生物对干燥的抵抗力不同。如：醋酸菌失水后很快会死亡；但酵母菌可保存数月；如：醋酸菌失水后很快会死亡；但酵母菌可保存数月；产生荚膜的细菌的抗干燥能力较强；产生荚膜的细菌的抗干燥能力较强；细胞小形、厚壁的细菌抗干燥能力较强。细胞小形、厚壁的细菌抗干燥能力较强。细菌芽孢、放线菌孢子、酵母菌子囊孢子、霉菌孢子抗细菌芽孢、放线菌孢子、酵母菌子囊孢子、霉菌孢子抗干燥能力强，在干燥条件下可长期不死，可用于菌种保藏。干燥能力强，在干燥条件下可长期不死，可用于菌种保藏。1 1、水份及水活度、水份及水活度、水份及水活度、水份及水活度 等渗环境：适宜生长等渗环境：适宜生长低渗环境：吸水膨胀低渗环境：吸水膨胀高渗环境：质壁分离高渗环境：质壁分离微生物如何适应低渗或高渗环境？微生物如何适应低渗或高渗环境？微生物如何适应低渗或高渗环境？微生物如何适应低渗或高渗环境？大多数细菌、藻类和真菌具有坚硬的细胞壁，可维持细胞的形大多数细菌、藻类和真菌具有坚硬的细胞壁，可维持细胞的形大多数细菌、藻类和真菌具有坚硬的细胞壁，可维持细胞的形大多数细菌、藻类和真菌具有坚硬的细胞壁，可维持细胞的形状和完整性。状和完整性。状和完整性。状和完整性。在高渗环境中，大多数原核生物通过合成或吸收胆碱、甜菜碱、在高渗环境中，大多数原核生物通过合成或吸收胆碱、甜菜碱、在高渗环境中，大多数原核生物通过合成或吸收胆碱、甜菜碱、在高渗环境中，大多数原核生物通过合成或吸收胆碱、甜菜碱、氨基酸（脯氨酸，谷氨酸等）、氨基酸（脯氨酸，谷氨酸等）、氨基酸（脯氨酸，谷氨酸等）、氨基酸（脯氨酸，谷氨酸等）、K+K+，藻类和真菌利用蔗糖和藻类和真菌利用蔗糖和藻类和真菌利用蔗糖和藻类和真菌利用蔗糖和多元醇（阿拉伯糖醇、甘油、甘露醇）来提高胞内渗透压。多元醇（阿拉伯糖醇、甘油、甘露醇）来提高胞内渗透压。多元醇（阿拉伯糖醇、甘油、甘露醇）来提高胞内渗透压。多元醇（阿拉伯糖醇、甘油、甘露醇）来提高胞内渗透压。在低渗环境中，细胞通过合成内含物、打开所有的压敏通道使在低渗环境中，细胞通过合成内含物、打开所有的压敏通道使在低渗环境中，细胞通过合成内含物、打开所有的压敏通道使在低渗环境中，细胞通过合成内含物、打开所有的压敏通道使溶质渗出（原核生物），以降低胞内渗透压。溶质渗出（原核生物），以降低胞内渗透压。溶质渗出（原核生物），以降低胞内渗透压。溶质渗出（原核生物），以降低胞内渗透压。2.2.渗透压渗透压渗透压渗透压 低度嗜盐菌：耐受低度嗜盐菌：耐受3(0.20.5mol/L)左右左右NaCl的微生物；的微生物；中度嗜盐菌：耐受中度嗜盐菌：耐受3%12%(0.52.5mol/L)NaCl的微生物；的微生物；极端嗜盐菌：能够在极端嗜盐菌：能够在1230(2.55.2mol/L)NaCl中生长的中生长的嗜盐菌。嗜盐菌。耐盐微生物：能在高盐和低盐环境下均能正常生活的微生物。耐盐微生物：能在高盐和低盐环境下均能正常生活的微生物。必须在高盐浓度下才能生长的微生物称为嗜盐微生物（嗜必须在高盐浓度下才能生长的微生物称为嗜盐微生物（嗜必须在高盐浓度下才能生长的微生物称为嗜盐微生物（嗜必须在高盐浓度下才能生长的微生物称为嗜盐微生物（嗜盐菌）。根据微生物对盐浓度耐受程度，可分为以下几类：盐菌）。根据微生物对盐浓度耐受程度，可分为以下几类：盐菌）。根据微生物对盐浓度耐受程度，可分为以下几类：盐菌）。根据微生物对盐浓度耐受程度，可分为以下几类：能够在高糖环境中生长的微生物叫作嗜高渗微生物，它们能够在高糖环境中生长的微生物叫作嗜高渗微生物，它们能够在高糖环境中生长的微生物叫作嗜高渗微生物，它们能够在高糖环境中生长的微生物叫作嗜高渗微生物，它们的生长繁殖是引起蜜饯、果脯类高糖食品腐败变质的主要原因。的生长繁殖是引起蜜饯、果脯类高糖食品腐败变质的主要原因。的生长繁殖是引起蜜饯、果脯类高糖食品腐败变质的主要原因。的生长繁殖是引起蜜饯、果脯类高糖食品腐败变质的主要原因。四、氧气四、氧气四、氧气四、氧气根据微生物与氧的关系，可将微生物分为好氧和厌氧两大类。根据微生物与氧的关系，可将微生物分为好氧和厌氧两大类。根据微生物与氧的关系，可将微生物分为好氧和厌氧两大类。根据微生物与氧的关系，可将微生物分为好氧和厌氧两大类。好氧菌好氧菌好氧菌好氧菌（aerobeaerobe）专性好氧菌专性好氧菌专性好氧菌专性好氧菌(strick aerobe)strick aerobe)必须在有氧条件下（必须在有氧条件下（必须在有氧条件下（必须在有氧条件下（20%20%以上）生长。以上）生长。以上）生长。以上）生长。（绝大多数真菌，多数放线菌，部分细菌）（绝大多数真菌，多数放线菌，部分细菌）（绝大多数真菌，多数放线菌，部分细菌）（绝大多数真菌，多数放线菌，部分细菌）兼性厌氧菌兼性厌氧菌兼性厌氧菌兼性厌氧菌（facultative aerobefacultative aerobe）不需氧可生长，而在有氧条件下生长不需氧可生长，而在有氧条件下生长不需氧可生长，而在有氧条件下生长不需氧可生长，而在有氧条件下生长更好更好更好更好（酵母菌，许多细菌）（酵母菌，许多细菌）（酵母菌，许多细菌）（酵母菌，许多细菌）微好氧菌微好氧菌微好氧菌微好氧菌（microaerophilic bacteriamicroaerophilic bacteria）只能在较低的氧分压下（只能在较低的氧分压下（只能在较低的氧分压下（只能在较低的氧分压下（210%210%）生长）生长）生长）生长 （弯曲杆菌）（弯曲杆菌）（弯曲杆菌）（弯曲杆菌）厌氧菌厌氧菌厌氧菌厌氧菌（anerobeanerobe）耐氧菌耐氧菌耐氧菌耐氧菌(aerotolerant(aerotolerant anaerobe)anaerobe)有氧（有氧（有氧（有氧（2%2%以下）和无氧条件下生长状况相同以下）和无氧条件下生长状况相同以下）和无氧条件下生长状况相同以下）和无氧条件下生长状况相同 （乳酸杆菌，肠膜明串珠菌，粪肠球菌）（乳酸杆菌，肠膜明串珠菌，粪肠球菌）（乳酸杆菌，肠膜明串珠菌，粪肠球菌）（乳酸杆菌，肠膜明串珠菌，粪肠球菌）专性厌氧菌专性厌氧菌专性厌氧菌专性厌氧菌(anaerobe)(anaerobe)只能在无氧条件下生长，有氧时即被杀死只能在无氧条件下生长，有氧时即被杀死只能在无氧条件下生长，有氧时即被杀死只能在无氧条件下生长，有氧时即被杀死（拟杆菌，梭菌属，双歧杆菌属，甲烷菌）（拟杆菌，梭菌属，双歧杆菌属，甲烷菌）（拟杆菌，梭菌属，双歧杆菌属，甲烷菌）（拟杆菌，梭菌属，双歧杆菌属，甲烷菌）1.1.微生物对氧的需求微生物对氧的需求微生物对氧的需求微生物对氧的需求 2.2.厌氧菌的氧毒害机制厌氧菌的氧毒害机制厌氧菌的氧毒害机制厌氧菌的氧毒害机制 O2+e-O2-.（超氧阴离子自由基）超氧阴离子自由基）O2-.+e-+H+H2O2（过氧化氢）过氧化氢）H2O2+e-+H+H2O+OH（羟基自由基）羟基自由基）三种好氧菌及耐氧菌中，都有超氧化物歧化酶（三种好氧菌及耐氧菌中，都有超氧化物歧化酶（三种好氧菌及耐氧菌中，都有超氧化物歧化酶（三种好氧菌及耐氧菌中，都有超氧化物歧化酶（SODSOD），它），它），它），它可使剧毒的可使剧毒的可使剧毒的可使剧毒的OO2.歧化成毒性稍低的歧化成毒性稍低的歧化成毒性稍低的歧化成毒性稍低的HH2OO2。再在好氧微生物中。再在好氧微生物中。再在好氧微生物中。再在好氧微生物中的过氧化氢酶作用下，的过氧化氢酶作用下，的过氧化氢酶作用下，的过氧化氢酶作用下，HH2OO2进一步分解成无毒的进一步分解成无毒的进一步分解成无毒的进一步分解成无毒的HH2OO；在耐；在耐；在耐；在耐氧菌中的过氧化物酶作用下，氧菌中的过氧化物酶作用下，氧菌中的过氧化物酶作用下，氧菌中的过氧化物酶作用下，HH2OO2还原成无毒的还原成无毒的还原成无毒的还原成无毒的HH2OO。专性厌氧菌没有专性厌氧菌没有专性厌氧菌没有专性厌氧菌没有SODSOD，无法使，无法使，无法使，无法使OO2.歧化成歧化成歧化成歧化成HH2OO2 ，因此在有，因此在有，因此在有，因此在有氧条件下细胞内形成的氧条件下细胞内形成的氧条件下细胞内形成的氧条件下细胞内形成的OO2.就使自身受到毒害，直至死亡。就使自身受到毒害，直至死亡。就使自身受到毒害，直至死亡。就使自身受到毒害，直至死亡。3.3.两类微生物的培养方式两类微生物的培养方式两类微生物的培养方式两类微生物的培养方式好氧菌：振荡培养或通气搅拌好氧菌：振荡培养或通气搅拌好氧菌：振荡培养或通气搅拌好氧菌：振荡培养或通气搅拌厌氧菌：含还原剂（巯基乙醇，半胱氨酸，庖肉等）的培养基；厌氧菌：含还原剂（巯基乙醇，半胱氨酸，庖肉等）的培养基；厌氧菌：含还原剂（巯基乙醇，半胱氨酸，庖肉等）的培养基；厌氧菌：含还原剂（巯基乙醇，半胱氨酸，庖肉等）的培养基；抽取培养系统的空气，填充氮气和抽取培养系统的空气，填充氮气和抽取培养系统的空气，填充氮气和抽取培养系统的空气，填充氮气和COCO2 2；厌氧罐（利用厌氧罐（利用厌氧罐（利用厌氧罐（利用HH2 2和钯催化剂和钯催化剂和钯催化剂和钯催化剂,使氧与使氧与使氧与使氧与HH2 2结合成水）。结合成水）。结合成水）。结合成水）。五、表面张力五、表面张力五、表面张力五、表面张力 另外，许多有机酸、醇、甘油、洗涤剂、多肽、蛋白质等另外，许多有机酸、醇、甘油、洗涤剂、多肽、蛋白质等另外，许多有机酸、醇、甘油、洗涤剂、多肽、蛋白质等另外，许多有机酸、醇、甘油、洗涤剂、多肽、蛋白质等都能降低溶液的表面张力。都能降低溶液的表面张力。都能降低溶液的表面张力。都能降低溶液的表面张力。一些无机盐可以增加溶液的表面张力。一些无机盐可以增加溶液的表面张力。一些无机盐可以增加溶液的表面张力。一些无机盐可以增加溶液的表面张力。表面张力：液体表面的分子被它周围和液体内部的分子所表面张力：液体表面的分子被它周围和液体内部的分子所吸引，在液体表面产生一种使液体表面积缩小的力。吸引，在液体表面产生一种使液体表面积缩小的力。能改变溶液表面张力的物质称为表面活性剂。表面活性剂主要能改变溶液表面张力的物质称为表面活性剂。表面活性剂主要分为：阴离子型、阳离子型和中性型（非离子型）三类。分为：阴离子型、阳离子型和中性型（非离子型）三类。阴离子型阴离子型:包括高级脂肪酸的钠盐和钾盐、肥皂和磺酸盐包括高级脂肪酸的钠盐和钾盐、肥皂和磺酸盐等。等。（抑制（抑制G+、影响细胞膜合成及肥皂的除菌作用）、影响细胞膜合成及肥皂的除菌作用）阳离子型阳离子型:由季胺化合物组成，能吸附在微生物细胞膜表由季胺化合物组成，能吸附在微生物细胞膜表面，损伤细胞膜。（新洁尔灭）面，损伤细胞膜。（新洁尔灭）中性型：在水中不电离，主要作为乳化剂用。中性型：在水中不电离，主要作为乳化剂用。培养基液面菌膜的形成和表面张力关系密切。培养基液面菌膜的形成和表面张力关系密切。六、辐射六、辐射六、辐射六、辐射 能量借助于波动传播的辐射称为电磁辐射。与微生物生命能量借助于波动传播的辐射称为电磁辐射。与微生物生命活动有关的主要有可见光及紫外线活动有关的主要有可见光及紫外线 借助于原子及亚原子粒子的高速运动传递的辐射称为微粒借助于原子及亚原子粒子的高速运动传递的辐射称为微粒辐射。与微生物有关的主要有辐射。与微生物有关的主要有X射线和射线和射线；该两种射线均能射线；该两种射线均能使被作用物质发生电离，故又称电离辐射。使被作用物质发生电离，故又称电离辐射。1、可见光：光能营养微生物的能源。但是对于大多数化能营、可见光：光能营养微生物的能源。但是对于大多数化能营养微生物可见光连续长时间照射，可使微生物致死。养微生物可见光连续长时间照射，可使微生物致死。2、紫外线：波长在、紫外线：波长在139390nm的电磁辐射波，的电磁辐射波，265266nm的的紫外线对微生物的作用最强，主要作用于核酸引起紫外线对微生物的作用最强，主要作用于核酸引起T=T形形成。此外，紫外线还能使空气中的氧变为臭氧，臭氧分解成。此外，紫外线还能使空气中的氧变为臭氧，臭氧分解放出的强氧化剂新生态氧放出的强氧化剂新生态氧O，也有杀菌作用。，也有杀菌作用。3、电离辐射：、电离辐射：X射线与射线与射线、射线、射线和射线和射线均为电离辐射。射线均为电离辐射。能从分子中逐出电子而使之电离。因此，电离辐射的杀菌能从分子中逐出电子而使之电离。因此，电离辐射的杀菌作用是间接地通过射线激发环境和细胞中的水分子，使水作用是间接地通过射线激发环境和细胞中的水分子，使水分子在吸收能量后被电离产生自由基而起作用。分子在吸收能量后被电离产生自由基而起作用。微生物种类、不同生理状态的微生物以及处于不同环境的微生物种类、不同生理状态的微生物以及处于不同环境的微生物细胞对电离辐射的敏感性也不同。微生物细胞对电离辐射的敏感性也不同。七、液体静压力七、液体静压力七、液体静压力七、液体静压力 某些能生活在大洋底部的微生物不能在常压下生某些能生活在大洋底部的微生物不能在常压下生长，这种菌叫做嗜压菌。人工培养只能在高压的特殊长，这种菌叫做嗜压菌。人工培养只能在高压的特殊容器里进行。容器里进行。在食品发酵工业中，随着发酵设备的大型化，处在食品发酵工业中，随着发酵设备的大型化，处于发酵设备底部的微生物的生长代谢，也会受到液体于发酵设备底部的微生物的生长代谢，也会受到液体静压力的影响，曾有工厂发现静压力的影响，曾有工厂发现200m3发酵罐（高发酵罐（高18m）底部的酵母在酒精发酵中形态发生了变化。底部的酵母在酒精发酵中形态发生了变化。八、声能八、声能八、声能八、声能 超声波（频率在超声波（频率在20,000赫兹以上）具有强烈的生物赫兹以上）具有强烈的生物学作用。学作用。超声波的作用是使细胞破裂，所以几乎所有的微生超声波的作用是使细胞破裂，所以几乎所有的微生物都能受其破坏，其效果与频率、处理时间、微生物种物都能受其破坏，其效果与频率、处理时间、微生物种类、细胞大小、性状及数量等均有关系。类、细胞大小、性状及数量等均有关系。高频率比低频率杀菌效果好；球菌较杆菌抗性强；高频率比低频率杀菌效果好；球菌较杆菌抗性强；细菌芽孢具更强的抗性，大多数情况下不受超声波的影细菌芽孢具更强的抗性，大多数情况下不受超声波的影响；病毒也有较强的抗性。响；病毒也有较强的抗性。应用：超声灭菌、超声细胞破碎仪应用：超声灭菌、超声细胞破碎仪第五节第五节 微生物生长的控制微生物生长的控制控制微生物的生长速率或消灭不需要微生物的几种措施控制微生物的生长速率或消灭不需要微生物的几种措施消毒消毒消毒消毒(Disinfection)Disinfection)：利用某些理化方法杀死物体表面或：利用某些理化方法杀死物体表面或：利用某些理化方法杀死物体表面或：利用某些理化方法杀死物体表面或内部所有对人体或动植物有害的病原菌，对被消毒对象内部所有对人体或动植物有害的病原菌，对被消毒对象内部所有对人体或动植物有害的病原菌，对被消毒对象内部所有对人体或动植物有害的病原菌，对被消毒对象基本无害的措施。包括化学消毒剂和巴氏消毒法等。基本无害的措施。包括化学消毒剂和巴氏消毒法等。基本无害的措施。包括化学消毒剂和巴氏消毒法等。基本无害的措施。包括化学消毒剂和巴氏消毒法等。灭菌灭菌灭菌灭菌 (sterilizatin):(sterilizatin):采用强烈理化因素，使物体内外包括芽孢采用强烈理化因素，使物体内外包括芽孢采用强烈理化因素，使物体内外包括芽孢采用强烈理化因素，使物体内外包括芽孢在内的所有微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施。包在内的所有微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施。包在内的所有微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施。包在内的所有微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施。包括杀菌和溶菌等手段。括杀菌和溶菌等手段。括杀菌和溶菌等手段。括杀菌和溶菌等手段。化疗化疗化疗化疗(Chemotherapy)Chemotherapy)：即化学治疗。利用具有高度选择毒力：即化学治疗。利用具有高度选择毒力：即化学治疗。利用具有高度选择毒力：即化学治疗。利用具有高度选择毒力的化学物质，抑制或杀死宿主体内病原微生物，对宿主的化学物质，抑制或杀死宿主体内病原微生物，对宿主的化学物质，抑制或杀死宿主体内病原微生物，对宿主的化学物质，抑制或杀死宿主体内病原微生物，对宿主本身没有或基本没有毒害作用的一种治疗措施。本身没有或基本没有毒害作用的一种治疗措施。本身没有或基本没有毒害作用的一种治疗措施。本身没有或基本没有毒害作用的一种治疗措施。防腐防腐防腐防腐(Antisepsis)Antisepsis)：在某些理化因素作用下抑制霉腐微生物：在某些理化因素作用下抑制霉腐微生物：在某些理化因素作用下抑制霉腐微生物：在某些理化因素作用下抑制霉腐微生物的生长繁殖，以防止食品和其他物品等发生霉腐的措施。的生长繁殖，以防止食品和其他物品等发生霉腐的措施。的生长繁殖，以防止食品和其他物品等发生霉腐的措施。的生长繁殖，以防止食品和其他物品等发生霉腐的措施。防腐方法：低温、干燥、缺氧、高渗、防腐剂等。防腐方法：低温、干燥、缺氧、高渗、防腐剂等。防腐方法：低温、干燥、缺氧、高渗、防腐剂等。防腐方法：低温、干燥、缺氧、高渗、防腐剂等。理化因素对微生物作用的方式理化因素对微生物作用的方式 影响理化因子作用效果的因素：理化因子的强度或浓度、影响理化因子作用效果的因素：理化因子的强度或浓度、作用时间长短、作用时间长短、微生物种类、微生物种类、微生物生理状态等。微生物生理状态等。理化因素控制微生物生长繁殖的方式包括杀菌、溶菌、抑菌。理化因素控制微生物生长繁殖的方式包括杀菌、溶菌、抑菌。OD值值活菌计数活菌计数一、物理因素对微生物生长的控制一、物理因素对微生物生长的控制一、物理因素对微生物生长的控制一、物理因素对微生物生长的控制常用的物理因素：加热法、过滤法和辐射法常用的物理因素：加热法、过滤法和辐射法（一）加热灭菌（一）加热灭菌（一）加热灭菌（一）加热灭菌当温度超过微生当温度超过微生物的最高生长温物的最高生长温度时，就会出现度时，就会出现致死效应。高温致死效应。高温可引起蛋白质、可引起蛋白质、核酸和脂肪等重核酸和脂肪等重要生物大分子降要生物大分子降解或改变其空间解或改变其空间结构等，从而使结构等，从而使其功能丧失。其功能丧失。不同微生物的耐热性有所差别，在食品工业中，衡量灭菌不同微生物的耐热性有所差别，在食品工业中，衡量灭菌效果常用效果常用D值、值、Z值、热致死时间等指标。值、热致死时间等指标。1.1.加热灭菌的动力学加热灭菌的动力学加热灭菌的动力学加热灭菌的动力学 D D值：在特定温度下，杀死某一样品中值：在特定温度下，杀死某一样品中值：在特定温度下，杀死某一样品中值：在特定温度下，杀死某一样品中90%90%微生物（即微生微生物（即微生微生物（即微生微生物（即微生物数量减少十倍）所需的时间物数量减少十倍）所需的时间物数量减少十倍）所需的时间物数量减少十倍）所需的时间（1）十倍减少时间（）十倍减少时间（decimal reduction time，D值）值）温度愈高，十倍致死时间愈短温度愈高，十倍致死时间愈短存存存存活活活活菌菌菌菌数数数数比比比比例例例例温度处理与存活率的关系温度处理与存活率的关系图中显示两种微生物与灭菌温度的关系图中显示两种微生物与灭菌温度的关系上面的直线代表了一种耐热性的微生物。上面的直线代表了一种耐热性的微生物。（2）Z值值 以某种微生以某种微生以某种微生以某种微生物不同温度下物不同温度下物不同温度下物不同温度下D D值的对数对温度值的对数对温度值的对数对温度值的对数对温度作图，可得到一作图，可得到一作图，可得到一作图，可得到一条直线，在该直条直线，在该直条直线，在该直条直线，在该直线中，线中，线中，线中，D D值降低值降低值降低值降低一个对数值（即一个对数值（即一个对数值（即一个对数值（即十倍致死时间缩十倍致死时间缩十倍致死时间缩十倍致死时间缩短短短短90%90%）所需要）所需要）所需要）所需要升高的温度即为升高的温度即为升高的温度即为升高的温度即为Z Z值。值。值。值。（3）热致死时间（）热致死时间（thermal death time）在一定温度下杀死所有某一浓度微生物所需要的时间。在一定温度下杀死所有某一浓度微生物所需要的时间。在一定温度下杀死所有某一浓度微生物所需要的时间。在一定温度下杀死所有某一浓度微生物所需要的时间。提示：高温的杀菌时间与样品中的微生物浓度有关。当微生物的提示：高温的杀菌时间与样品中的微生物浓度有关。当微生物的提示：高温的杀菌时间与样品中的微生物浓度有关。当微生物的提示：高温的杀菌时间与样品中的微生物浓度有关。当微生物的浓度一致时，可以通过比较热致死时间长短来衡量不同微浓度一致时，可以通过比较热致死时间长短来衡量不同微浓度一致时，可以通过比较热致死时间长短来衡量不同微浓度一致时，可以通过比较热致死时间长短来衡量不同微生物的热敏感性。生物的热敏感性。生物的热敏感性。生物的热敏感性。（4）热致死温度（）热致死温度（thermal death point）在一定时间内（一般为在一定时间内（一般为10分钟）杀死液体中所有微生分钟）杀死液体中所有微生物所需的最低温度。物所需的最低温度。当微生物的浓度一致时，可通过比较热致死时间的长短当微生物的浓度一致时，可通过比较热致死时间的长短或热致死温度的高低来衡量不同微生物的热敏感性。或热致死温度的高低来衡量不同微生物的热敏感性。啤酒酵母（啤酒酵母（52）和野生酵母（）和野生酵母（54-56）的热致死温的热致死温度不同，可用来判断发酵过程是否污染杂菌。度不同，可用来判断发酵过程是否污染杂菌。（1）干热灭菌（）干热灭菌（dry heat sterilization）烘箱内热空气灭菌烘箱内热空气灭菌烘箱内热空气灭菌烘箱内热空气灭菌干热灭菌干热灭菌干热灭菌干热灭菌140140，3 3h h；160160，2 2h h；适用于金属和玻璃器皿；适用于金属和玻璃器皿；适用于金属和玻璃器皿；适用于金属和玻璃器皿；石蜡油和粉料物质。石蜡油和粉料物质。石蜡油和粉料物质。石蜡油和粉料物质。接种针、接种环和试管口接种针、接种环和试管口接种针、接种环和试管口接种针、接种环和试管口火焰灼烧火焰灼烧火焰灼烧火焰灼烧2.2.加热灭菌的方法加热灭菌的方法加热灭菌的方法加热灭菌的方法(2）湿热灭菌（）湿热灭菌（moist heat sterilzation）利用热蒸汽灭菌的方法。在相同温度下，比干热灭菌更有效。利用热蒸汽灭菌的方法。在相同温度下，比干热灭菌更有效。湿热蒸汽穿透力强；湿热蒸汽穿透力强；湿热蒸汽穿透力强；湿热蒸汽穿透力强；能快速破坏维持核酸和蛋白质空间结构中化学键的稳定性；能快速破坏维持核酸和蛋白质空间结构中化学键的稳定性；能快速破坏维持核酸和蛋白质空间结构中化学键的稳定性；能快速破坏维持核酸和蛋白质空间结构中化学键的稳定性；蒸汽凝结放出大量的汽化潜热能迅速杀灭物体上的微生物。蒸汽凝结放出大量的汽化潜热能迅速杀灭物体上的微生物。蒸汽凝结放出大量的汽化潜热能迅速杀灭物体上的微生物。蒸汽凝结放出大量的汽化潜热能迅速杀灭物体上的微生物。原原因因 多数细菌和真菌的营养细胞：多数细菌和真菌的营养细胞：多数细菌和真菌的营养细胞：多数细菌和真菌的营养细胞：6060处理处理处理处理5-105-10分钟分钟分钟分钟；酵母菌和真菌的孢子：酵母菌和真菌的孢子：酵母菌和真菌的孢子：酵母菌和真菌的孢子：8080以上处理；以上处理；以上处理；以上处理；细菌的芽孢：细菌的芽孢：细菌的芽孢：细菌的芽孢：121121处理处理处理处理1515分钟以上。分钟以上。分钟以上。分钟以上。湿热灭菌的条件：湿热灭菌的条件：常用的湿热灭菌方法：常用的湿热灭菌方法：适用于牛奶、啤酒、果酒和饮料等液态食品适用于牛奶、啤酒、果酒和饮料等液态食品低温维持（低温维持（低温维持（低温维持（LTHLTH）法法法法 ：63 63 ，3030min min 高温瞬时（高温瞬时（高温瞬时（高温瞬时（HTSTHTST）法：法：法：