第六章 微生物的生长与控制.ppt

第六章 微生物的生长与控制第章微生物的生长与控制微生物的生长与控制六1.掌握微生物生长的概念，个体生长与群体生长的关系；2.了解环境条件对微生物生长的影响；3.了解工业上常用的微生物连续培养技术。知识目标1.会灵活运用微生物生长曲线各阶段特点指导食品发酵工艺生产实践；2.能利用各种化学物质和物理因素对微生物生长、繁殖进行有效地控制。技能目标第一节 微生物的生长u微生物生长的概念微生物生长的概念u微生物生长量的测定微生物生长量的测定一、微生物生长的概念生长生长是指微生物细胞吸收营养物质，进行新陈代谢，当同化作用大于异是指微生物细胞吸收营养物质，进行新陈代谢，当同化作用大于异化作用时，生命个体的重量和体积不断增大的过程。化作用时，生命个体的重量和体积不断增大的过程。繁殖繁殖是指是指生命个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，生命个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。即引起生命个体数量增加的生物学过程。个体生长个体生长是指微生物细胞个体吸收营养物质，进行新陈代谢，原生质与是指微生物细胞个体吸收营养物质，进行新陈代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生长。细胞组分的增加为个体生长。群体生长群体生长是指群体中个体数目的增加。可以用重量、体积、密度或浓度是指群体中个体数目的增加。可以用重量、体积、密度或浓度来衡量。来衡量。个体生长个体生长个体繁殖个体繁殖群体生长群体生长群体生长群体生长=个体生长个体生长+个个体繁殖体繁殖二、微生物生长量的测定二、微生物生长量的测定二、微生物生长量的测定（一）（一）（一）（一）稀释平板菌落计数法稀释平板菌落计数法稀释平板菌落计数法稀释平板菌落计数法 是一种最常用的活菌计数法。是一种最常用的活菌计数法。是一种最常用的活菌计数法。是一种最常用的活菌计数法。是一种最常用的活菌计是一种最常用的活菌计是一种最常用的活菌计是一种最常用的活菌计数法。取一定体积的稀释菌液与合适的固体培养基在数法。取一定体积的稀释菌液与合适的固体培养基在数法。取一定体积的稀释菌液与合适的固体培养基在数法。取一定体积的稀释菌液与合适的固体培养基在其凝固前均匀混合，或涂布于已凝固的固体培养基平其凝固前均匀混合，或涂布于已凝固的固体培养基平其凝固前均匀混合，或涂布于已凝固的固体培养基平其凝固前均匀混合，或涂布于已凝固的固体培养基平板上。在最适条件下培养后，从平板上（内）出现的板上。在最适条件下培养后，从平板上（内）出现的板上。在最适条件下培养后，从平板上（内）出现的板上。在最适条件下培养后，从平板上（内）出现的菌落数乘上菌液的稀释度，即可计算出原菌液的含菌菌落数乘上菌液的稀释度，即可计算出原菌液的含菌菌落数乘上菌液的稀释度，即可计算出原菌液的含菌菌落数乘上菌液的稀释度，即可计算出原菌液的含菌数。在一个数。在一个数。在一个数。在一个9cm9cm直径的培养皿平板上，一般以出现直径的培养皿平板上，一般以出现直径的培养皿平板上，一般以出现直径的培养皿平板上，一般以出现5050500500个菌落数为宜数。个菌落数为宜数。个菌落数为宜数。个菌落数为宜数。技术要求技术要求：样品充分混匀，操作熟练快速：样品充分混匀，操作熟练快速（1520min1520min完成操作），严格无菌操作完成操作），严格无菌操作注意事项注意事项：每一支吸管只能用于一个稀释：每一支吸管只能用于一个稀释度，样品混匀处理，倾注平板时的培养基温度，样品混匀处理，倾注平板时的培养基温度度适用范围适用范围：中温、好氧和兼性厌氧、能在：中温、好氧和兼性厌氧、能在营养琼脂上生长的微生物营养琼脂上生长的微生物误差误差：多次稀释造成的误差是主要来源，：多次稀释造成的误差是主要来源，其次还有由于样品内菌体分布不均匀、以及其次还有由于样品内菌体分布不均匀、以及不当操作不当操作（二）血球计数板法（二）血球计数板法（二）血球计数板法（二）血球计数板法原理原理将将1cm20.1mm的薄层空间划分为的薄层空间划分为400小格，从中均小格，从中均匀分布地选取匀分布地选取80或或100小格，计数其中的细胞数目，小格，计数其中的细胞数目，换算成单位体积中的细胞数换算成单位体积中的细胞数。适用范围适用范围个体较大细胞或颗粒，如血球、酵母菌等。个体较大细胞或颗粒，如血球、酵母菌等。特点特点简便、直接、快速、准确简便、直接、快速、准确（三）称干重（三）称干重（三）称干重（三）称干重 l将将一一定定量量的的菌菌液液中中的的菌菌体体通通过过离离心心法法或或过过滤滤法法分分离离出出来来，然然后后烘烘干干(干干燥燥温温度度可可采采用用105、100或或80)、称称重重。一一般般干干重重为为湿湿重重的的10%20%，而而一一个个细细菌菌细细胞胞一般重约一般重约10-1210-13g。l这这种种方方法法较较适适合合于于丝丝状状微微生生物物的的生生长长量量的的测测定定，对对于于细细菌菌来来说说，一一般般在在实实验验室室或或生生产实践中较少使用。产实践中较少使用。（四）比浊法原理原理是在一定范围内，菌悬液中的细胞浓度与混是在一定范围内，菌悬液中的细胞浓度与混浊度成正比，即与光密度成正比，菌数越多，光浊度成正比，即与光密度成正比，菌数越多，光密度越大。因此，借助于分光光度计，在一定波密度越大。因此，借助于分光光度计，在一定波长下测定菌悬液的光密度，就可反应出菌液的浓长下测定菌悬液的光密度，就可反应出菌液的浓度。这种方法的度。这种方法的特点是快速、简便；但易受干扰。特点是快速、简便；但易受干扰。第二节 微生物的生长规律细菌的个体生长和同步生长细菌的个体生长和同步生长微生物生长曲线微生物生长曲线一、细菌的个体生长和同步生长由于微生物细胞极其微小，研究其个体生长存在着技术上由于微生物细胞极其微小，研究其个体生长存在着技术上的困难。的困难。同步生长的概念：一个细胞群体中各个细胞都在同一时间同步生长的概念：一个细胞群体中各个细胞都在同一时间进行分裂的状态，称为同步生长，进行同步分裂的细胞称进行分裂的状态，称为同步生长，进行同步分裂的细胞称为同步细胞。为同步细胞。同步细胞群体在任何一时刻都处在细胞周期的同一相，彼同步细胞群体在任何一时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，因而是细胞学、生理学和此间形态、生化特征都很一致，因而是细胞学、生理学和生物化学等研究的良好材料。生物化学等研究的良好材料。获得获得同步生长的方法同步生长的方法主要有两类：主要有两类：环境条件诱导法环境条件诱导法：变换温度、光线、培养基：变换温度、光线、培养基 等。可能造成与正常细胞周期不同的周期变化。等。可能造成与正常细胞周期不同的周期变化。选择法选择法：选择性过滤、梯度离心。物理方法，：选择性过滤、梯度离心。物理方法，随机选择，不影响细胞代谢。由于诱导法可能随机选择，不影响细胞代谢。由于诱导法可能造成与正常细胞循环周期不同的周期变化，所造成与正常细胞循环周期不同的周期变化，所以不及选择法好。在选择法中，有代表性的是以不及选择法好。在选择法中，有代表性的是Helmstetter-Cummings技术。技术。Helmstetter-Cummings技术原理：原理：一些细菌细胞会一些细菌细胞会紧紧粘附于硝酸纤维微紧紧粘附于硝酸纤维微孔滤膜上。孔滤膜上。步骤：步骤：菌悬液通过微孔菌悬液通过微孔滤膜，细胞吸附其上；滤膜，细胞吸附其上；反置滤膜，以新鲜培养反置滤膜，以新鲜培养液通过滤膜，洗掉浮游液通过滤膜，洗掉浮游细胞；除去起始洗脱液细胞；除去起始洗脱液后就可以得到刚刚分裂后就可以得到刚刚分裂下来的新生细胞，即为下来的新生细胞，即为同步培养。同步培养。A-适应期适应期，B-对数增长期对数增长期，C-稳定期稳定期，D-衰亡期衰亡期二、微生物生长曲线该生长曲线只适用于单细胞微生物，包括细菌和酵母菌该生长曲线只适用于单细胞微生物，包括细菌和酵母菌。微生物的典微生物的典型生长曲线型生长曲线适应期的特点：生长繁殖的速度几乎等于零生长繁殖的速度几乎等于零细胞形态增大，杆菌的长度增加。细胞形态增大，杆菌的长度增加。细胞内的细胞内的RNA尤其是尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性。含量增高，原生质呈嗜碱性。合成代谢活跃，核糖体、酶类和合成代谢活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加快，易产的合成加快，易产生诱导酶生诱导酶对外界不良环境条件例如对外界不良环境条件例如NaCl溶液浓度、温度和抗生溶液浓度、温度和抗生素等化学药物敏感。素等化学药物敏感。原因原因：适应新的环境条件，合成新的酶，积累必要的中：适应新的环境条件，合成新的酶，积累必要的中间产物。间产物。菌种的菌龄菌种的菌龄：如果以对数期的：如果以对数期的“种子种子”接种，接种，则子代培养的适应期就短。则子代培养的适应期就短。接种量接种量：一般来说，接种量大，适应期就短，：一般来说，接种量大，适应期就短，反之则长。因此在发酵工业上，为缩短适应反之则长。因此在发酵工业上，为缩短适应期，一般采用期，一般采用1/10的接种量。的接种量。培养基成分培养基成分：接种到营养丰富的天然培养基中：接种到营养丰富的天然培养基中的微生物要比接种到营养单调的合成培养基的微生物要比接种到营养单调的合成培养基中的适应期短。新接种的培养基与菌种的原中的适应期短。新接种的培养基与菌种的原培养基越接近，适应期就越短。培养基越接近，适应期就越短。发酵工业上需尽量缩短该期，以降低生产成本。发酵工业上需尽量缩短该期，以降低生产成本。在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌 影响适应期长短的因素：影响适应期长短的因素：生长繁殖的速度很快，活菌的数目呈对数增长，因而细胞生长繁殖的速度很快，活菌的数目呈对数增长，因而细胞每分裂一次所需的代时每分裂一次所需的代时(世代时间世代时间)或原生质增加或原生质增加1倍所需的倍所需的时间最短。时间最短。细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最均匀。细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最均匀。酶系活跃，代谢旺盛。酶系活跃，代谢旺盛。在此时期内，菌细胞的形态特征均匀一致，最代表种的特在此时期内，菌细胞的形态特征均匀一致，最代表种的特征。征。此时期内的微生物的生化特性均匀一致，并且典型。此时期内的微生物的生化特性均匀一致，并且典型。指数期的特点：指数期的特点：影响指数期微生物增代时间的因素：菌种：菌种：不同菌种的代时差别极大。不同菌种的代时差别极大。营养成分：营养成分：同一种细菌在营养物丰富的培养基中生长，同一种细菌在营养物丰富的培养基中生长，其代时较短，反之则长。其代时较短，反之则长。营养物的浓度：营养物的浓度：在营养物浓度很低的情况下，营养物在营养物浓度很低的情况下，营养物的浓度才能影响生长速率，随着营养物浓度的增高，的浓度才能影响生长速率，随着营养物浓度的增高，生长速率不受影响，而只影响最终的菌体产量。如果生长速率不受影响，而只影响最终的菌体产量。如果进一步提高营养物浓度，则生长速率和菌体产量均不进一步提高营养物浓度，则生长速率和菌体产量均不受影响。受影响。培养温度：培养温度：温度对微生物的生长速率有极其明显的影温度对微生物的生长速率有极其明显的影响。响。发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度。发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度。食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期 稳定期特点：特点：1.生长速率常数生长速率常数R等于等于0。2.菌体产量达到了最高值。菌体产量达到了最高值。3.合成次生代谢产物。合成次生代谢产物。4.细胞内出现储藏物质，细胞内出现储藏物质，芽孢杆菌内开始芽孢杆菌内开始产生芽产生芽孢。孢。产生原因：产生原因：1.营养物尤其是生长限制营养物尤其是生长限制因子的耗尽。因子的耗尽。2.营养物的比例失调，如营养物的比例失调，如碳氮比不合适。碳氮比不合适。3.有害代谢废物的积累有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等）。（酸、醇、毒素等）。4.物化条件（物化条件（pH、氧化还、氧化还原势等）不合适。原势等）不合适。微生物生长与代谢产物形成的关系 微生物发酵形成产物的过程与微生物细胞生长微生物发酵形成产物的过程与微生物细胞生长的过程并不总是一致的。一般认为：的过程并不总是一致的。一般认为：初级代谢初级代谢是给予生物能量和生成中间产物的过程，是给予生物能量和生成中间产物的过程，初级初级代谢产物代谢产物的形成往往与微生物细胞的形成过程的形成往往与微生物细胞的形成过程同步，微生物生长的稳定期是这些产物的最佳同步，微生物生长的稳定期是这些产物的最佳收获时机；收获时机；次级代谢产物次级代谢产物与微生物的生存、生与微生物的生存、生长和繁殖无关。长和繁殖无关。次级代谢产物次级代谢产物的形成往往与微的形成往往与微生物细胞的形成过程不同步。在分批培养中，生物细胞的形成过程不同步。在分批培养中，它们的形成高峰往往在微生物生长稳定期的后它们的形成高峰往往在微生物生长稳定期的后期或衰亡期。期或衰亡期。衰亡期特点：特点：1.生长速率常数生长速率常数R为负值。为负值。2.细胞的形态发生变化，出现不规则的衰退细胞的形态发生变化，出现不规则的衰退形。形。3.释放次生代谢产物，芽孢等。释放次生代谢产物，芽孢等。4.菌体开始自溶。菌体开始自溶。产生原因：产生原因：生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡。谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡。第三节 微生物生长的环境影响及控制一、基本概念一、基本概念防腐：利用一些理化因素使物体内外的微生物暂时处于不生长繁殖但又未死亡的状态。消毒：杀死所有病原微生物的措施，可达到防止传染病的目的。具有消毒作用的物质称为消毒剂。灭菌：用物理或化学因子，使存在于物体中的所有生活微生物，永久性地丧失其生活力，包括耐热的细菌芽孢。一、基本概念一、基本概念 商业灭菌商业灭菌：指食品经过杀菌处理后，按照所规定的微生物检验方法，在所检食品中无活的微生物检出，或者仅能检出极少数的非病原微生物，并且它们在食品保藏过程中，是不可能进行生长繁殖的，这种灭菌方法，叫做商业灭菌。无菌无菌：即没有活的微生物存在的意思。死亡死亡：指微生物不可逆的丧失了生长繁殖的能力，即使再放到合适的环境中也不再繁殖。二、微生物生长的环境影响及控制氧对微生物的生命活动有着极其重要的影响，微生物氧对微生物的生命活动有着极其重要的影响，微生物对氧的需要和耐受力在不同的类群中变化很大，根据对氧的需要和耐受力在不同的类群中变化很大，根据微生物与氧的关系微生物与氧的关系,可把它们分为几种类群可把它们分为几种类群:专性好氧菌专性好氧菌:好氧菌好氧菌 微好氧菌：微好氧菌：兼性厌氧菌兼性厌氧菌 耐氧厌氧菌：耐氧厌氧菌：厌氧菌厌氧菌 (专性专性)厌氧菌：厌氧菌：(一)氧气对微生物生长的影响氧浓度对不同微生物生长的影响严格厌氧微生物并不是被气态的氧所杀死，而是由于不能解除某些严格厌氧微生物并不是被气态的氧所杀死，而是由于不能解除某些氧代谢产物的毒性而死亡。氧代谢产物的毒性而死亡。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（化氢（H2O2）、超氧阴离子（）、超氧阴离子（O2）等。超氧阴离子为活性氧，兼有）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，分子，对微生物造成毒害或致死。对微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、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，超氧化物歧化酶等，而严格厌氧菌缺乏而严格厌氧菌缺乏SOD，故易被生物体内极易产生的超氧阴离子自，故易被生物体内极易产生的超氧阴离子自由基毒害致死。由基毒害致死。厌氧菌的氧毒害机制 SOD学说：H2O+O22 O2 +2H+O2+H2O22H2OO2+eO2(O2 )超氧阴离子在细胞内可由酶促或非酶促形成。超氧阴离子在细胞内可由酶促或非酶促形成。超氧物阴离子歧化酶是在生物进化中发展出来的一种自我超氧物阴离子歧化酶是在生物进化中发展出来的一种自我保护方式。保护方式。兼性厌氧菌兼性厌氧菌E.coli在发生在发生SOD缺失突变后，就会变成一种缺失突变后，就会变成一种“严格厌氧菌严格厌氧菌”。生物体中超氧阴离子的形成与去除生物体中超氧阴离子的形成与去除12SOD好氧生物和耐氧细菌过氧化氢酶 好氧生物过氧化物酶 NADH2NAD耐氧菌专性好氧菌专性好氧菌必须在有分子氧的条件下才能生长，有完整的呼吸链，以分必须在有分子氧的条件下才能生长，有完整的呼吸链，以分子氧作为最终氢受体，细胞含有超氧物歧化酶（子氧作为最终氢受体，细胞含有超氧物歧化酶（SOD，superoxide dismutase）和过氧化氢酶。和过氧化氢酶。绝大多数真菌、多数细菌和放线菌。绝大多数真菌、多数细菌和放线菌。在有氧或无氧条件下均能生长，但有氧情况下生长得更好，在有氧或无氧条件下均能生长，但有氧情况下生长得更好，在有氧时靠呼吸产能，无氧时接发酵或无氧呼吸产能；细胞含在有氧时靠呼吸产能，无氧时接发酵或无氧呼吸产能；细胞含有有SOD和和过氧化氢酶。过氧化氢酶。许多酵母菌和不少细菌。许多酵母菌和不少细菌。微好氧菌只能较低的氧分压下才能正常生长，通过呼吸链并以氧为最只能较低的氧分压下才能正常生长，通过呼吸链并以氧为最终氢受体而产能。霍乱弧菌、发酵单胞菌属、弯曲菌属等。终氢受体而产能。霍乱弧菌、发酵单胞菌属、弯曲菌属等。兼性好氧菌兼性好氧菌耐氧菌耐氧菌可在分子氧存在下进行厌氧生活的厌氧菌。生活不需要氧，分子可在分子氧存在下进行厌氧生活的厌氧菌。生活不需要氧，分子氧也对它无毒害。不具有呼吸链，依靠专性发酵获得能量。细胞内存在氧也对它无毒害。不具有呼吸链，依靠专性发酵获得能量。细胞内存在SOD和过氧化物酶，但缺乏过氧化氢酶。和过氧化物酶，但缺乏过氧化氢酶。厌氧菌分子氧对它有毒害，短期接触空气，也会抑制其生长甚至致分子氧对它有毒害，短期接触空气，也会抑制其生长甚至致死；在空气或含有死；在空气或含有10%CO2的空气中，在固体培养基表面上不能生的空气中，在固体培养基表面上不能生长，只有在其深层的无氧或低氧化还原电势的环境下才能生长；生长，只有在其深层的无氧或低氧化还原电势的环境下才能生长；生命活动所需能量通过发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸化或甲烷发酵命活动所需能量通过发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸化或甲烷发酵提供；细胞内缺乏提供；细胞内缺乏SOD和细胞色素氧化酶，大多数还缺乏过氧化氢和细胞色素氧化酶，大多数还缺乏过氧化氢酶。酶。各类菌所含对氧解毒酶专性好氧菌专性好氧菌 SOD，过氧化氢酶，过氧化氢酶 兼性厌氧菌兼性厌氧菌 SOD，过氧化氢酶过氧化氢酶 专性厌氧菌专性厌氧菌 二种酶均无二种酶均无 微好氧菌微好氧菌 少量少量SOD 耐氧菌耐氧菌 SOD，过氧化物酶过氧化物酶在培养不同类型的微生物时，要采用相应的措施保证不同在培养不同类型的微生物时，要采用相应的措施保证不同微生物的生长。微生物的生长。培养好氧微生物：培养好氧微生物：需震荡或通气，保证充足的氧气。需震荡或通气，保证充足的氧气。培养专性厌氧微生物：培养专性厌氧微生物：需排除环境中的氧气，同时需排除环境中的氧气，同时 在培养基中添加还原剂，降低在培养基中添加还原剂，降低 培养基中的氧化还原电位势。培养基中的氧化还原电位势。培养兼性厌氧或耐氧微生物：培养兼性厌氧或耐氧微生物：可深层静止培养。可深层静止培养。温度是影响微生物生长的最重要因素之一。温度是影响微生物生长的最重要因素之一。温度对微生物的影响具体表现在：温度对微生物的影响具体表现在：影响酶活性，温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞合成。影响酶活性，温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞合成。影响细胞膜的流动性，温度高，流动性大，有利于物质的运输，影响细胞膜的流动性，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，温度变化影响营温度低，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。养物质的吸收与代谢产物的分泌。影响物质的溶解度，对生长有影响。影响物质的溶解度，对生长有影响。(一一)温度对微生物生长的影响温度对微生物生长的影响生长的温度范围一般在生长的温度范围一般在-10 100 极端下限为极端下限为-30，极端上限为，极端上限为105300。但对于特定的某一种。但对于特定的某一种微生物：只能在一定温度范围内生长（宽温微生物、窄温微生物）。微生物：只能在一定温度范围内生长（宽温微生物、窄温微生物）。在这个范围内，每种微生物都有自己的在这个范围内，每种微生物都有自己的生长温度三基点生长温度三基点即即最低、最适、最高生长温度。最低、最适、最高生长温度。微生物生长的三个温度基点微生物生长的三个温度基点处于最适生长温度时，生长速处于最适生长温度时，生长速度最快，代时最短。度最快，代时最短。超过最低生长温度时，微生物超过最低生长温度时，微生物不生长，温度过低，甚至会死不生长，温度过低，甚至会死亡。亡。超过最高生长温度时，微生物超过最高生长温度时，微生物不生长，温度过高，甚至会死不生长，温度过高，甚至会死亡。亡。微生物生长的三个温度基点微生物生长的三个温度基点根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生物划为根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生物划为三个类型三个类型：微生物生长温度类型微生物生长温度类型v低温型微生物（嗜冷微生物）：低温型微生物（嗜冷微生物）：20 （一般为（一般为15 ）。）。v中温型微生物（嗜温微生物）：中温型微生物（嗜温微生物）：2045 ，室温菌约，室温菌约25 ，体温菌约体温菌约37 。v高温型微生物（嗜热微生物）：高温型微生物（嗜热微生物）：45 ，一般约，一般约5060 。微生物生长温度类型微生物生长温度类型低温型微生物低温型微生物:最适生长温度在最适生长温度在520,主要分布在地球的两极、冷泉、主要分布在地球的两极、冷泉、深海、冷冻场所及冷藏食品中。深海、冷冻场所及冷藏食品中。例：假单孢菌中的某些嗜冷菌在低温下生长，常引起冷例：假单孢菌中的某些嗜冷菌在低温下生长，常引起冷藏食品的腐败。藏食品的腐败。嗜冷微生物在低温下生长的机理，嗜冷微生物在低温下生长的机理，目前还不清楚，据推测目前还不清楚，据推测有两种原因：有两种原因：它们体内的酶能在低温下有效地催化，在高温下酶活丧失它们体内的酶能在低温下有效地催化，在高温下酶活丧失细细胞膜中的不饱和脂肪酸含量高，低温下也能保持半流动状态，可胞膜中的不饱和脂肪酸含量高，低温下也能保持半流动状态，可以进行物质的传递。以进行物质的传递。中温型微生物：中温型微生物：最适生长温度为最适生长温度为2040，大多数微生物属于此类。，大多数微生物属于此类。室温型主要为腐生或植物寄生，在植物或土壤中。室温型主要为腐生或植物寄生，在植物或土壤中。体温型主要为寄生，在人和动物体内。体温型主要为寄生，在人和动物体内。高温型微生物：高温型微生物：最适生长温度为最适生长温度为50 60,主要分布在温泉、堆肥和土壤中。主要分布在温泉、堆肥和土壤中。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，氢键，增加热稳定性增加热稳定性）。）。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。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。高温微生物的特点高温微生物的特点:生长速度快，合成大分子迅速，可及时修复高温生长速度快，合成大分子迅速，可及时修复高温对其造成的分子损伤。对其造成的分子损伤。耐高温菌具应用优势耐高温菌具应用优势：在减少能源消耗、减少染在减少能源消耗、减少染菌、缩短发酵周期等方面具重要意义菌、缩短发酵周期等方面具重要意义。菌菌 名名生长温度生长温度发酵温度发酵温度累积产物温度累积产物温度 （）（）（）Streptococcus thermophilus 374737S.lactis 3440产细胞：产细胞：2530产乳酸：产乳酸：30Streptomyces griseus 3728_Corenybacterium pekinense 32 3335_Clostridium acetobutylicum 3733_Penicilium chrysogenum 302520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 微生物不同生理活动要求不同温度，所以，微生物不同生理活动要求不同温度，所以，最适生长温度最适生长温度 发酵速度快、积累代谢产物多。发酵速度快、积累代谢产物多。1、高温对微生物的影响、高温对微生物的影响高温下蛋白质不可逆变性，膜受热出现小孔，破坏高温下蛋白质不可逆变性，膜受热出现小孔，破坏细胞结构（溶菌）。细胞结构（溶菌）。微生物对热的耐受力与以下因素有关微生物对热的耐受力与以下因素有关:(1)微生物种类及发育阶段微生物种类及发育阶段 嗜热菌比其它类型的菌体抗热嗜热菌比其它类型的菌体抗热有芽孢的细菌比无芽孢的菌抗热有芽孢的细菌比无芽孢的菌抗热微生物的繁殖结构比营养结构抗热性强微生物的繁殖结构比营养结构抗热性强老龄菌比幼龄菌抗热老龄菌比幼龄菌抗热高温与低温对微生物的影响高温与低温对微生物的影响(2)微生物对热的耐受力还受环境条件的影响微生物对热的耐受力还受环境条件的影响 与培养基的营养成分有关与培养基的营养成分有关 培养基中蛋白质含量高时培养基中蛋白质含量高时比较耐热比较耐热.与与pH 有关有关 pH适宜时不易死亡，适宜时不易死亡，pH不适宜时，容易不适宜时，容易死亡死亡.与水分有关与水分有关 含水量大时容易死亡，含水量小时不容含水量大时容易死亡，含水量小时不容易死亡易死亡.与含菌量有关与含菌量有关 含菌量高，抗热性增强，含菌量低，含菌量高，抗热性增强，含菌量低，抗热性差。抗热性差。与热处理时间有关与热处理时间有关 热处理时间长，微生物易死亡。热处理时间长，微生物易死亡。当环境温度低于微生物的最适生长温度时，微生物当环境温度低于微生物的最适生长温度时，微生物的生长繁殖停止，当微生物的原生质结构并未破坏时，的生长繁殖停止，当微生物的原生质结构并未破坏时，不会很快造成死亡并能在较长时间内保持活力，当温不会很快造成死亡并能在较长时间内保持活力，当温度提高时，可以恢复正常的生命活动。度提高时，可以恢复正常的生命活动。低温保藏菌种就是利用这个原理。一些细菌、酵母菌低温保藏菌种就是利用这个原理。一些细菌、酵母菌和霉菌的琼脂斜面菌种通常可以长时间地保藏在和霉菌的琼脂斜面菌种通常可以长时间地保藏在4的的冰箱中。冰箱中。当温度过低，造成微生物细胞冻结时，有的微生物当温度过低，造成微生物细胞冻结时，有的微生物会死亡，有些则并不死亡。会死亡，有些则并不死亡。2、低温对微生物的影响、低温对微生物的影响造成死亡的原因：造成死亡的原因：冻结时细胞水分变成冰晶，冰晶对细胞膜产生机械损伤，冻结时细胞水分变成冰晶，冰晶对细胞膜产生机械损伤，膜内物质外漏。膜内物质外漏。冻结过程造成细胞脱水。冻结过程造成细胞脱水。冻结速度对冰晶形成有很大影响，冻结速度对冰晶形成有很大影响，缓慢冻结缓慢冻结，形成的，形成的冰晶大，对细胞损伤大；冰晶大，对细胞损伤大；快速冻结快速冻结，形成的冰晶小、分布，形成的冰晶小、分布均匀，对细胞的损伤小，因此，利用快速冻结可以对一些均匀，对细胞的损伤小，因此，利用快速冻结可以对一些菌种进行菌种进行冻结保藏冻结保藏，一般情况下在菌悬液中再加一些甘油、，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。糖、牛奶、保护剂等可对菌种进行长期保藏。影响膜表面电荷的性质及膜的通透性，进而影响对物质影响膜表面电荷的性质及膜的通透性，进而影响对物质的吸收能力。的吸收能力。改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径：如：酵母菌在改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径：如：酵母菌在pH4.5pH4.55 5产乙醇，在产乙醇，在 pH6.5 pH6.5以上产甘油、酸。以上产甘油、酸。环境环境pHpH值还影响培养基中营养物质的值还影响培养基中营养物质的离子化程度，从而离子化程度，从而影响营养物质吸收，影响营养物质吸收，或或有有毒物质的毒性。毒物质的毒性。(三三)pHpH值与值与微生物生长的相互影响微生物生长的相互影响环境环境pHpH值值对微生物生长的影响对微生物生长的影响微生物的生长微生物的生长pH值范围极广，从值范围极广，从pH10都有微生物能生长。都有微生物能生长。但是绝大多数种类都生活在但是绝大多数种类都生活在pH5.09.0之间。之间。微生物生长的微生物生长的pH值三基点：值三基点：各种微生物都有其生长的最低、最适和最高各种微生物都有其生长的最低、最适和最高pH值。值。低低于最低、或于最低、或超过超过最高生长最高生长pH值时，微生物生长受抑制或值时，微生物生长受抑制或导致死亡。导致死亡。不同的微生物最适生长的不同的微生物最适生长的pH值不同值不同。不同微生物对不同微生物对pH要求不同要求不同根据微生物生长的最适根据微生物生长的最适pH值，将微生物分为：值，将微生物分为：嗜碱微生物：硝化细菌、尿素分解菌、多数放线菌嗜碱微生物：硝化细菌、尿素分解菌、多数放线菌 耐碱微生物：许多链霉菌耐碱微生物：许多链霉菌 中性微生物：绝大多数细菌，一部分真菌中性微生物：绝大多数细菌，一部分真菌 嗜酸微生物：硫杆菌属嗜酸微生物：硫杆菌属 耐酸微生物：乳酸杆菌、醋酸杆菌耐酸微生物：乳酸杆菌、醋酸杆菌不同微生物对不同微生物对pH要求不同要求不同 微生物种类微生物种类最低最低pH最适最适pH最高最高pH大肠杆菌枯草芽孢杆菌金黄色葡萄球菌黑曲霉一般放线菌一般酵母菌 4.3 4.5 4.2 1.5 5.0 3.06.08.06.07.57.07.55.06.07.08.05.06.0 9.5 8.5 9.3 9.0 10 8.0 一些微生物生长的一些微生物生长的pHpH值范围值范围微生物微生物 pH值值 最低最低 最适最适 最高最高Thiobacillus thiooxidans 氧化硫硫杆菌氧化硫硫杆菌 0.5 2.03.5 6.0Lactobacillus acidophilus 嗜酸乳杆菌嗜酸乳杆菌 4.04.6 5.86.6 6.8Rhizobium japonicum 大豆根瘤菌大豆根瘤菌 4.2 6.87.0 11.0Azotobacter chroococcum 圆褐固氮圆褐固氮 4.5 7.47.6 9.0Nitrosomonas sp.硝化单胞菌硝化单胞菌 7.0 7.88.6 9.4Acetobacter aceti 醋化醋杆菌醋化醋杆菌 4.04.5 5.46.3 7.08.0Staphylococcus aureus 金黄葡球菌金黄葡球菌 4.2 7.07.5 9.3Chlorobium limicola 泥生绿菌泥生绿菌 6.0 6.8 7.0Thurmus aquaticus 水生栖热菌水生栖热菌 6.0 7.57.8 9.5Aspergillus niger 黑曲霉黑曲霉 1.5 5.06.0 9.0一般放线菌一般放线菌 5.0 7.08.0 10.0一般酵母菌一般酵母菌 3.0 5.06.0 8.0不同微生物的生长pH值范围同一种微生物在其不同的生长阶段和不同的生理生化同一种微生物在其不同的生长阶段和不同的生理生化过程中，对过程中，对pH值的要求也不同。值的要求也不同。在发酵工业中，控制在发酵工业中，控制pH值尤其重要，值尤其重要，举例：举例：Aspergillus niger在在pH22.5范围时有利于合成柠檬酸，范围时有利于合成柠檬酸，当在当在pH2.56.5范围内时以菌体生长为主，而在范围内时以菌体生长为主，而在pH7.0时，则时，则以合成草酸为主。丙酮丁醇梭菌在以合成草酸为主。丙酮丁醇梭菌在pH5.57.0范围时，以菌体范围时，以菌体生长为主，而在生长为主，而在pH4.35.3范围内才进行丙酮丁醇发酵范围内才进行丙酮丁醇发酵。生长的最适生长的最适pH值与发酵的最适值与发酵的最适pH值值 几种抗生素产生菌的生长与发酵的最适几种抗生素产生菌的生长与发酵的最适pH 微生物微生物 生长最适生长最适pH 合成抗生素最适合成抗生素最适pH 灰色链霉菌灰色链霉菌 6.36.9 6.77.3 红霉素链霉菌红霉素链霉菌 6.67.0 6.87.3 产黄青霉产黄青霉 6.57.2 6.26.8 金霉素链霉菌金霉素链霉菌 6.16.6 5.96.3 龟裂链霉菌龟裂链霉菌 6.06.6 5.86.1 灰黄青霉灰黄青霉 6.47.0 6.26.5生长的最适生长的最适pH值与发酵的最适值与发酵的最适pH值值同一种微生物在不同的生长阶段和不同生理生化过程中，同一种微生物在不同的生长阶段和不同生理生化过程中，对环境对环境pH值要求不同。值要求不同。例如：丙酮丁醇梭菌例如：丙酮丁醇梭菌 在在pH值值=5.57.0时，以菌体生长为主时，以菌体生长为主 在在pH值值=4.35.3时，进行丙酮丁醇发酵时，进行丙酮丁醇发酵同一种微生物由于环境同一种微生物由于环境pH值不同，可能积累不同的代值不同，可能积累不同的代谢产物。谢产物。例如：黑曲霉例如：黑曲霉pH值值=23时，产物以柠檬酸为主，只产少量草酸。时，产物以柠檬酸为主，只产少量草酸。pH值在值在7左右时，产物以草酸为主，只产少量柠檬酸。左右时，产物以草酸为主，只产少量柠檬酸。水水分分活活性性值值(Aw值值)：是是是是指指指指在在在在密密密密闭闭闭闭容容容容器器器器内内内内含含含含有有有有水水水水溶溶溶溶性性性性物物物物质的蒸汽压与相同条件下纯水蒸汽压的比值。质的蒸汽压与相同条件下纯水蒸汽压的比值。质的蒸汽压与相同条件下纯水蒸汽压的比值。质的蒸汽压与相同条件下纯水蒸汽压的比值。以以以以纯纯纯纯水水水水的的的的蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽压压压压为为为为P0P0，水水水水溶溶溶溶性性性性物物物物质质质质的的的的蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽压压压压为为为为P P，则则则则Aw=P/P0Aw=P/P0。不不不不含含含含任任任任何何何何固固固固形形形形物物物物成成成成分分分分的的的的纯纯纯纯水水水水的的的的P PP0P0，即即即即Aw=1Aw=1；绝绝绝绝对对对对不不不不含含含含水水水水分分分分的的的的物物物物品品品品的的的的 P=0P=0，即即即即Aw=0Aw=0，因因因因此此此此AwAw值最大为值最大为值最大为值最大为1 1，最小为，最小为，最小为，最小为0 0。所以。所以。所以。所以AwAw值在值在值在值在0 0与与与与1 1之间之间之间之间。（四）干燥（五）渗透压嗜盐细菌嗜盐细菌中等嗜盐细菌中等嗜盐细菌(5%18%的食盐溶液的食盐溶液）低等嗜盐细菌低等嗜盐细菌(2%5%的食盐溶液的食盐溶液)耐盐细菌耐盐细菌（可在（可在10%以下的食盐溶液中生长）以下的食盐溶液中生长）耐糖细菌耐糖细菌（可在（可在60%以下的含糖高渗溶液中生长）以下的含糖高渗溶液中生长）u普通微生物一般在普通微生物一般在0.850.90的食盐溶液中生长。的食盐溶液中生长。（六六）化学消毒剂化学消毒剂酸类物质：酸类物质：无机酸：无机酸：可引起菌体表面蛋白的变性和核酸的水解，并破坏酶活性可引起菌体表面蛋白的变性和核酸的水解，并破坏酶活性有机酸：有机酸：有时有机酸的抑菌效果有时有机酸的抑菌效果无机酸。无机酸。作为食品防腐剂的有机酸如苯甲酸和水杨酸可与微生物细作为食品防腐剂的有机酸如苯甲酸和水杨酸可与微生物细 胞中胞中的成分发生氧化作用，从而抑制微生物的生长。的成分发生氧化作用，从而抑制微生物的生长。碱类物质：碱类物质：强碱可引起蛋白质、核酸大分子变性、水解，以杀死或强碱可引起蛋白质、核酸大分子变性、水解，以杀死或抑制微生物。抑制微生