第四节---氧化还原电势对微生物的影响-食品微生物课件.ppt

第四节第四节 氧化还原电势对微生物的影响氧化还原电势对微生物的影响一、微生物对氧化还原电势的需求一、微生物对氧化还原电势的需求1.什么是氧化还原电势什么是氧化还原电势 在在氧氧化化还还原原反反应应中中，电电子子从从一一种种物物质质转转移移到到另另一一种种物物质质，于于是是在在这这两两种种物物质质之之间间产产生生了了电电位位差差，这这种种电电位位差差叫叫氧氧化化还还原原电电势势（Eh）。氧氧化化还还原原电电势势的的强强弱弱用用毫毫伏伏（mV）单单位位来来表表示示。自自然然环环境境中中氧氧化化还还原原电电势势波波动动在在820-429mV之间。之间。2.氧化还原电势（位）的意义氧化还原电势（位）的意义 氧化还原电位（氧化还原电位（EH）是一种物质给出电）是一种物质给出电子的趋势。氧化还原电位越高，则其给出电子的趋势。氧化还原电位越高，则其给出电子的趋势越小；氧化还原电位越低，则越易子的趋势越小；氧化还原电位越低，则越易给出电子。由于微生物要利用其环境中的各给出电子。由于微生物要利用其环境中的各类物质给出电子时产生的能量才能生长。因类物质给出电子时产生的能量才能生长。因此，微生物所处环境中的氧化还原电势值对此，微生物所处环境中的氧化还原电势值对微生物的生长有显著影响。微生物的生长有显著影响。3.氧化还原电势与微生物的关系氧化还原电势与微生物的关系 微生物对氧化还原电势的需求与他们对氧微生物对氧化还原电势的需求与他们对氧气的需求情况相关。需氧微生物需要较高的氧气的需求情况相关。需氧微生物需要较高的氧化还原电势，厌氧微生物需要较低的氧化还原化还原电势，厌氧微生物需要较低的氧化还原电势。电势。环境中氧化还原电势值不同，能够在其中环境中氧化还原电势值不同，能够在其中生活的微生物也会不同。生活的微生物也会不同。如果发酵体系中的氧化还原电势值达不到如果发酵体系中的氧化还原电势值达不到要求，微生物也就不能生长。要求，微生物也就不能生长。二、微生物所在环境的氧化还原电势二、微生物所在环境的氧化还原电势1.环境中的氧化还原电势对微生物的影响环境中的氧化还原电势对微生物的影响 不不同同食食品品的的氧氧化化还还原原电电势势差差异异很很大大，因因而而在在不不同同食食品品中中生生存存的的微微生生物物及及引引起起这这些些食食品品腐腐败变质的微生物种类也很不相同。败变质的微生物种类也很不相同。植植物物性性食食品品，尤尤其其是是植植物物汁汁液液，其其氧氧化化还还原原电电位位较较高高，因因而而在在这这类类食食品品中中生生长长并并引引起起腐腐败败变变质质的的多多是是好好氧氧型型的的细细菌菌和和霉霉菌菌。肉肉类类食食品品内内部部氧氧化化还还原原电电势势值值低低，一一般般适适合合厌厌氧氧的的微微生生物生长。物生长。2.微生物对环境氧化还原电势的影响微生物对环境氧化还原电势的影响 食品的食品的EH值可影响其上微生物的生长，反值可影响其上微生物的生长，反过来，微生物的生长也会改变其环境的过来，微生物的生长也会改变其环境的EH值。值。如好氧菌的呼吸作用如好氧菌的呼吸作用消耗环境中的消耗环境中的O2,一些还一些还原性代谢产物的积累（原性代谢产物的积累（H2S、抗坏血酸及含、抗坏血酸及含SH化合物），都可使环境的化合物），都可使环境的EH降低。降低。因此需因此需氧菌的生长可为厌氧菌的生长提供有利的氧菌的生长可为厌氧菌的生长提供有利的EH条件。条件。三、氧化还原电势的影响因素三、氧化还原电势的影响因素1.化学成分化学成分 有些化学成分，可使其氧化还原电势降低，有些化学成分，可使其氧化还原电势降低，如如SH（巯基）化合物（半胱氨酸、谷胱甘肽）（巯基）化合物（半胱氨酸、谷胱甘肽），还原糖，抗坏酸等。，还原糖，抗坏酸等。铜、铁离子，可使奶的氧化还原电势升高。铜、铁离子，可使奶的氧化还原电势升高。比如：牛奶接触到铜离子、铁离子后容易比如：牛奶接触到铜离子、铁离子后容易引起脂肪酸的腐败分解。引起脂肪酸的腐败分解。2.空气中氧的含量空气中氧的含量 空空气气中中氧氧含含量量和和食食品品接接触触氧氧的的情情况况，是是影影响响食食品品氧氧化化还还原原电电势势的的主主要要因因素素。氧氧气气可可使使食食品品氧氧化化还还原原电电势势升升高高，但但这这种种情情况况受受食食品品状状态态影影响响。深深部部不不易易受受氧氧影影响响，所所以以其其表表面面氧氧化化还还原原电电势势值值高高，深深部部低低，搅搅碎碎的的肉肉氧氧化化还还原原电电势势值均高。值均高。食食品品、饮饮料料等等进进行行真真空空包包装装，就就是是利利用用降降低低氧氧化化还还原原电电势势和和氧氧限限制制微微生生物物生生命命活活动动，从从而使食品或饮料得到较长时间保藏。而使食品或饮料得到较长时间保藏。第五节第五节 辐射对微生物的影响辐射对微生物的影响 辐辐射射（Radiation)是是一一种种由由波波或或粒粒子子传传递递能能量量的的物物理理现现象象。由由于于波波长长不不同同，各各种种辐辐射射波波的的能量也不同，对微生物的作用也各异。能量也不同，对微生物的作用也各异。辐辐射射波波主主要要有有：可可见见光光、红红外外线线、紫紫外外线线、微波以及其它射线。微波以及其它射线。1.可见光可见光（1）作用机理：多种情况）作用机理：多种情况（2）作用特点：除光合细菌外，一般微生物）作用特点：除光合细菌外，一般微生物的生长不需要辐射光，辐射光往往对微生物有的生长不需要辐射光，辐射光往往对微生物有害。有些光能营养型的微生物还可利用吸收可害。有些光能营养型的微生物还可利用吸收可见光波，进行光合作用。有些微生物，虽然不见光波，进行光合作用。有些微生物，虽然不是光合生物，但表现有一定的趋光性。例如闪是光合生物，但表现有一定的趋光性。例如闪光丝霉菌丝的向光部分比背光部分生长得快。光丝霉菌丝的向光部分比背光部分生长得快。一些真菌在形成子实体、担子果、孢子囊和分一些真菌在形成子实体、担子果、孢子囊和分生孢子时，也需要一定的散射光刺激。生孢子时，也需要一定的散射光刺激。3.紫外线紫外线（1）作用机理：）作用机理：紫外线能被核酸中的嘌呤、嘧紫外线能被核酸中的嘌呤、嘧啶吸收产生破坏作用，更明显的是诱导胸腺嘧啶吸收产生破坏作用，更明显的是诱导胸腺嘧啶二聚体的形成，啶二聚体的形成，从而抑制了从而抑制了DNA的复制，发的复制，发生细胞的突变，甚至造成微生物细胞的死亡。生细胞的突变，甚至造成微生物细胞的死亡。（2）作用特点：）作用特点：紫外线的波长范围为：紫外线的波长范围为：136400nm，其中以，其中以253256nm紫外线杀菌作用最强。紫外线杀菌作用最强。穿透力差，不易穿透不透明的物质，就连穿透力差，不易穿透不透明的物质，就连玻璃也难以穿透，杀菌作用仅限于物体表层。玻璃也难以穿透，杀菌作用仅限于物体表层。一般常用于无菌室空间及器材物体表面的消毒，一般常用于无菌室空间及器材物体表面的消毒，以控制一定空间内和一定物体表面达到少菌或以控制一定空间内和一定物体表面达到少菌或无菌状态。无菌状态。紫外线净水设备紫外线净水设备紫外线设备紫外线设备4.微波微波 微波一般是指波长在微波一般是指波长在1mm1m范围（其相范围（其相应的为应的为30030000MHZ）的电磁波。微波已广）的电磁波。微波已广泛用于烹调、脱水与干燥、解冻、消毒与灭菌泛用于烹调、脱水与干燥、解冻、消毒与灭菌等许多领域。等许多领域。（1）作用机理：物品内外同时吸收微波能，其）作用机理：物品内外同时吸收微波能，其中的微生物细胞中的微生物细胞在微波场的作用下，其中的物在微波场的作用下，其中的物质分子也被极化并做高频振荡，摩擦产生热效质分子也被极化并做高频振荡，摩擦产生热效应，应，温度升高。温度的快速升高使其蛋白质结温度升高。温度的快速升高使其蛋白质结构发生变化，从而失去生物活性，使菌体死亡构发生变化，从而失去生物活性，使菌体死亡或受到严重干扰而无法繁殖。或受到严重干扰而无法繁殖。微波的作用会使微生物在其生命化学反应的微波的作用会使微生物在其生命化学反应的过程中所产生的大量电子、离子和其它带电粒过程中所产生的大量电子、离子和其它带电粒子的生物性排列组合和运动规律发生改变，即子的生物性排列组合和运动规律发生改变，即使微生物的使微生物的生理活性物质发生变化生理活性物质发生变化。同时，电。同时，电场也会使细胞膜附近的电荷分布发生改变，导场也会使细胞膜附近的电荷分布发生改变，导致致膜功能障碍，膜功能障碍，细胞的正常代谢功能受到干扰细胞的正常代谢功能受到干扰破坏，使微生物的生长受到抑制，甚至停止生破坏，使微生物的生长受到抑制，甚至停止生长或使之死亡。微波能还能使微生物细胞赖以长或使之死亡。微波能还能使微生物细胞赖以生存的生存的水分活度降低水分活度降低，破坏微生物的生存环境。，破坏微生物的生存环境。另外，微波还可以导致细胞另外，微波还可以导致细胞DNA和和RNA分子结分子结构中氢建松弛、断裂和重新组合，构中氢建松弛、断裂和重新组合，诱发基因突诱发基因突变，变，染色体畸变，从而中断细胞的正常繁殖能染色体畸变，从而中断细胞的正常繁殖能力力。（2）作用特点：）作用特点：产热效率高；产热效率高；产热均衡，热的传导过程很少；产热均衡，热的传导过程很少；设备投入较高。设备投入较高。5.超声波超声波（1）作用机理：）作用机理：超声波（频率在超声波（频率在20000HZ以上）有以上）有强烈的强烈的生物学效应。生物学效应。在超声波处理微生物时，因超声在超声波处理微生物时，因超声波的高频振动与细胞运动不协调而波的高频振动与细胞运动不协调而造成细胞周造成细胞周围环境的局部真空，引起细胞周围压力的极大围环境的局部真空，引起细胞周围压力的极大变化，这种压力变化足以使细胞破裂、死亡变化，这种压力变化足以使细胞破裂、死亡。超声波剧烈振动产生的超声波剧烈振动产生的热效应热效应也是造成有机体也是造成有机体死亡的原因之一。死亡的原因之一。（2）作用特点）作用特点 超声波对微生物的致死效应与超声波的频超声波对微生物的致死效应与超声波的频率、处理时间、微生物种类、细胞大小、形状率、处理时间、微生物种类、细胞大小、形状和数目等均有关系。如杆菌比球菌，丝状菌比和数目等均有关系。如杆菌比球菌，丝状菌比非丝状菌，体积大的细胞比体积小的细胞在超非丝状菌，体积大的细胞比体积小的细胞在超声波处理时更易死亡，细菌的芽孢比营养体抵声波处理时更易死亡，细菌的芽孢比营养体抵抗力更强。抗力更强。由于超声波可破碎细胞，可用来研究细胞由于超声波可破碎细胞，可用来研究细胞结构和化学组成，如细胞内酶，免疫物质，核结构和化学组成，如细胞内酶，免疫物质，核酸类物质等的提取。为使生物活性物质不被失酸类物质等的提取。为使生物活性物质不被失活，在超声波处理中，通常在低温下间歇处理活，在超声波处理中，通常在低温下间歇处理以免发生失活作用。以免发生失活作用。超声波的杀菌作用用来保藏食品。如牛奶超声波的杀菌作用用来保藏食品。如牛奶经过超声波处理经过超声波处理560秒后，可以保存五天不酸秒后，可以保存五天不酸败。一般消毒奶再经超声波处理，在冷藏条件败。一般消毒奶再经超声波处理，在冷藏条件下可以保存下可以保存18个月还未发现变质。个月还未发现变质。6.其它射线其它射线 射射线线、射射线线、射射线线、射射线线，其其中中射射线线、射射线线同同属属高高能能电电磁磁波波，对对微微生生物物都都有有较较强强的的杀杀伤伤力力，但但因因微微生生物物种种类类不不同同，对对它它的的敏敏感感程程度度有有差差异异，因因此此杀杀菌菌效效果果也也不不一一样样。射射线线被被空空气气吸吸收收比比率率极极少少，不不但但能能射射至至相相当当远远的的地地方方，并并且且对对各各种种介介质质有有较较强强的的穿穿透透力力，可可用用于于杀杀菌菌，致致死死所所有有生生物物包包括括微微生生物物，目目前前已已制制出出不不耐耐热热的的射射线线物物品品消消毒毒装装置置。现现有有30多多种种放射性同位素得到应用，如放射性同位素得到应用，如P32、Co60等。等。激激光光是是激激光光器器射射出出的的一一束束很很小小而而平平行行的的光光，能能量量高高度度集集中中，因因而而激激光光可可在在十十分分之之几几秒秒内内能能使使物物质质熔熔解解或或气气化化，也也可可在在百百分分之之几几毫毫米米内内产产生生百百万万度度高高温温、几几百百万万个个大大气气压压，每每厘厘米米几几千千万万伏伏特特的的强强电电场场。目目前前的的激激光光研研究究很很广广泛泛，如如何何能能达达到到用用于于每每一一种种物物品品（包包括括食食品品的的消消毒毒与与保保藏藏），是是有有待待于于进进一一步步研研究究的的课课题题和和深深入入开开发的领域。发的领域。