嗜體溫性微生物課件

1、影響微生物生長(zhǎng)的因素環(huán)球科學(xué)雜志2008年1月份封面顯微鏡下的細(xì)胞科學(xué)家尋找嗜鹽菌Q:怎樣使微生物生長(zhǎng)，即如何培養(yǎng)微生物 ？微生物如何進(jìn)行生長(zhǎng)？ 影響微生物生長(zhǎng)的因素是什么？如何控制微生物的生長(zhǎng)？外界因素影響微生物的生長(zhǎng) 營(yíng)養(yǎng)條件（C源、N源、無機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子、水等） 環(huán)境條件 （溫度、pH 、氧氣等） 適宜的環(huán)境：微生物能正常地進(jìn)行生命活動(dòng) 不適宜的環(huán)境：微生物正常的生命活動(dòng)受到抑制或被迫 暫時(shí)改變?cè)械囊恍┨匦?惡劣的環(huán)境：微生物死亡或發(fā)生遺傳變異一、溫度影響微生物生長(zhǎng)繁殖最重要的因素之一。在一定溫度范圍內(nèi)，機(jī)體的代謝活動(dòng)與生長(zhǎng)繁殖隨著溫度的 而 。當(dāng)溫度上升到一定程度，開始對(duì)機(jī)體產(chǎn)生不利

2、的影響，如再繼續(xù) ，則細(xì)胞功能急劇下降以至死亡 。 最高溫度 最低溫度 最適溫度 溫度 “鐘型” 曲線就總體而言，微生物生長(zhǎng)的溫度范圍較廣，已知的微生物在零下12100均可生長(zhǎng)。而每一種微生物只能在一定的溫度范圍內(nèi)生長(zhǎng)。 最低生長(zhǎng)溫度：微生物能進(jìn)行繁殖的最低溫度界限。處于這種溫度條件下的微生物生長(zhǎng)速率很低，如果低于此溫度則生長(zhǎng)完全停止。最適生長(zhǎng)溫度：某菌分裂代時(shí)最短或生長(zhǎng)速率最高時(shí)的培養(yǎng)溫度。同一微生物，不同的生理生化過程有著不同的最適溫度，不等于最適生長(zhǎng)溫度。最高生長(zhǎng)溫度：是指微生物生長(zhǎng)繁殖的最高溫度界限。在此溫度下，微生物細(xì)胞易于衰老和死亡。致死溫度：細(xì)菌在10min被完全殺死的最低溫度稱

3、為致死溫度。低溫微生物中溫微生物高溫微生物（1）低溫型微生物最適溫度在1015之間。主要分布在極地、深海、高山和冷藏庫等處。 嗜冷微生物是導(dǎo)致低溫保藏食品腐敗的根源。 嗜冷微生物可以氛圍專性和兼性兩類專性嗜冷菌： 低于20以下的環(huán)境中生活，高于20即死亡。兼性嗜冷菌： 耐冷菌，可以在低溫下生長(zhǎng)，但也可以在20以上生長(zhǎng)。嗜冷機(jī)制研究與應(yīng)用細(xì)胞膜內(nèi)含有大量的不飽和脂肪酸，而且會(huì)隨溫度的降低而增加，從而保證了膜在低溫下的流動(dòng)性，這樣，細(xì)胞就能在低溫下不斷從外界環(huán)境中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。相反，溫度升高，細(xì)胞蛋白質(zhì)的合成 就會(huì)停止。研究開發(fā)嗜好冷微生物的最適反應(yīng)溫 度低的酶，在工業(yè)和日常生活中都有 應(yīng)用價(jià)值。

4、 格陵蘭冰層發(fā)現(xiàn)存活12萬年細(xì)菌 低溫抑制其他微生物的生長(zhǎng)在0以下，菌體內(nèi)的水分凍結(jié)，生化反應(yīng)無法進(jìn)行而停止生長(zhǎng)。有些微生物在冰點(diǎn)下就會(huì)死亡，主要原因是細(xì)胞內(nèi)水分變成了冰晶，造成細(xì)胞脫水或細(xì)胞膜的物理損傷。生產(chǎn)上常用低溫保藏食品，各種食品的保藏溫度不同，分為寒冷溫度、冷藏溫度和凍藏溫度。 注意食品包裝上 注明的冷藏溫度?。?）中溫型的微生物絕大多數(shù)微生物屬于這一類。最適生長(zhǎng)溫度在2040之間，最低生長(zhǎng)溫度1020，最高生長(zhǎng)溫度4045。嗜體溫性微生物：人體寄生菌為37左右 A）病原菌：引起人和動(dòng)物疾病的病原微生物、發(fā)酵工業(yè) 應(yīng)用的微生物菌種以及導(dǎo)致食品原料和成品腐敗變質(zhì) 的微生物。 B）腸道益

5、生菌腸道菌群厭氧菌以類桿菌、雙歧桿菌和乳酸桿菌為主,含菌數(shù)量大。兼性需氧菌以大腸桿菌和腸球菌為主,僅占1%。腸道上部細(xì)菌少,下端細(xì)菌多。正常腸道菌群之間互相適應(yīng)、互相依賴、互相制約,維持相對(duì)動(dòng)態(tài)平衡。（3）高溫型微生物適于在45以上的溫度中生長(zhǎng)。在自然界中的分布僅局限于某些地區(qū)，如溫泉、日照充足的土壤表層、堆肥、發(fā)酵飼料等腐爛有機(jī)物中。芽孢桿菌屬、高溫放線菌屬、甲烷桿菌屬、溫泉中的細(xì)菌有的可在近于I00的高溫中生長(zhǎng)。這類高溫型的微生物，給罐頭工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)等帶來了一定難度。根據(jù)對(duì)溫度的不同要求，嗜熱菌可劃分為3類：（1）兼性嗜熱菌：最高生長(zhǎng)溫度在4050之間，但最適 生長(zhǎng)溫度仍在中溫范圍內(nèi)，故

6、又稱為耐熱菌。（2）專性嗜熱菌：最適生長(zhǎng)溫度在40以上，40以下則 生長(zhǎng)很差，甚至不能生長(zhǎng)。（3）極端嗜熱菌：最適生長(zhǎng)溫度在65以上，最低生長(zhǎng)溫 度在40以上。嗜熱機(jī)制研究與應(yīng)用（1）細(xì)胞膜組分：環(huán)境溫度升高，類脂總含量增加，細(xì)胞中長(zhǎng)鏈飽和脂肪酸增加，不飽和脂肪酸減少。脂肪酸熔點(diǎn)的高低和熱穩(wěn)定性呈如下順序：直鏈飽和脂肪酸帶支鏈飽和脂肪酸不飽和脂肪酸。（2）蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性：已從嗜熱菌中分離出多種蛋白質(zhì)，酶類，它們的熱穩(wěn)定性高于中溫型細(xì)菌的類似蛋白。嗜熱菌蛋白質(zhì)天然結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可能就是由于其中個(gè)別氨基酸的細(xì)微改變而引起的。Taq酶- DNA聚合酶1969年從美國(guó)黃石國(guó)家森林公園火山溫泉中分離得

7、到一個(gè)細(xì)菌（Thermus aquaticus） ，該菌株能在7075生長(zhǎng)。從該菌株中分離得到Taq酶- DNA聚合酶，該酶可以耐受90以上的高溫而不失活，對(duì)于PCR的應(yīng)用有里程碑的意義，PCR技術(shù)是分子生物學(xué)研究的最重要技術(shù)，1993年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。二、pH 絕大多數(shù)微生物都生長(zhǎng)在pH59之間 “鐘型曲線，三點(diǎn)” 一般霉菌能適應(yīng)pH范圍最大，酵母菌適應(yīng)的范圍較小，細(xì)菌 最小。霉菌和酵母菌生長(zhǎng)最適pH在56之間，而細(xì)菌的生長(zhǎng) 最適pH在7左右。嗜堿性微生物：硝化菌、尿素分解菌、根瘤菌和放線菌等耐堿微生物：若干鏈霉菌等嗜酸微生物：硫桿菌屬等耐酸微生物：乳酸桿菌、醋酸桿菌、許多腸桿菌和假單胞菌等微

8、生物最低 pH最適 pH最高 pH圓褐固氮菌4.57.47.69.0大豆根瘤菌4.26.87.011.4亞硝酸細(xì)菌7.07.88.69.4氧化硫硫桿菌1.02.02.84.06.0嗜酸乳酸桿菌4.04.65.86.66.8放線菌5.07.08.010.0酵母菌3.05.06.08.0黑曲霉1.55.06.09.0多種微生物生長(zhǎng)的最低、最適與最高pH值益生菌的體外篩選人體胃部的pH值大約是2.0，而小腸的pH值大約是6.8。不同的微生物有其最適的生長(zhǎng)pH范圍，同一微生物在其不同的生長(zhǎng)階段和不同的生理、生化過程中，也要求不同的最適pH。這對(duì)發(fā)酵工業(yè)中pH的控制、積累代謝產(chǎn)物特別重要。 啤酒發(fā)酵控制

9、啤酒pH為4.34.4，則啤酒的口感風(fēng)味淡爽、柔和、協(xié)調(diào)；pH在4.0以下，啤酒口感會(huì)發(fā)酸。 發(fā)酵工業(yè)中，及時(shí)調(diào)整發(fā)酵液的pH，以利于積累代謝產(chǎn)物是生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要措施。 （表4-7）食品工業(yè)中常用酸類防腐劑毒性大小為：苯甲酸類對(duì)羥基苯甲酸酯類山梨酸類 三、氧氧氣對(duì)微生物的生命活動(dòng)有著重要影響。分好氧菌（aerobe）和厭氧菌（anaerobe）兩類。好氧菌中又分為專性好氧、兼性厭氧和微好氧菌；厭氧菌分為專性厭氧菌、耐氧菌。2 O2 .-+2HSOD好氧、耐氧微生物 H2O2+O2過氧化氫酶過氧化物酶好氧菌H2O+O22H2O NADH2 NAD耐氧菌 好氧、耐氧微生物的超氧化物歧化酶（SOD

10、）將超氧陰離子轉(zhuǎn)化為毒性稍低的過氧化氫，過氧化氫酶再將過氧化氫轉(zhuǎn)化為無毒的水。 厭氧微生物因?yàn)闆]有超氧化物歧化酶，超氧陰離子自由基可造成其損害。 實(shí)驗(yàn)證明，大腸桿菌的超氧化物歧化酶突變，就變成“嚴(yán)格厭氧菌”。 氧中毒現(xiàn)象研究機(jī)理好氧微生物 兼性好氧微生物 耐氧厭氧微生物 厭氧微生物 微好氧微生物 絕大多數(shù)真菌 和許多細(xì)菌乳酸菌許多酵母光合細(xì)菌產(chǎn)甲烷菌發(fā)酵單胞菌極端微生物極端微生物：指的就是那些生活在高溫、高鹽、高酸、高輻射等極端環(huán)境中的生命形式。 生命起源生產(chǎn)應(yīng)用根據(jù)控制作用的效果分類滅菌（sterilization）: 凡是能夠殺死或消除材料或物體上全部微生物的方法；消毒(disinfect

11、ion): 能夠殺死、消除或降低材料或物體上的病原微生物，使之不致引起疾病的方法；防腐(antisepsis): 能夠防止或抑制微生物生長(zhǎng)，但不能殺死微生物群體的方法。根據(jù)控制作用原理、方式和方法分類（兩大類） 物理控制方法化學(xué)控制方法 微生物生長(zhǎng)的控制 一、物理控制方法(一) 高溫滅菌 干熱滅菌：1500C1700C下處理1-2小時(shí)。 適用于玻璃器皿、金屬用具等耐熱物品的滅菌。 優(yōu)點(diǎn)：可保持物品的干燥火焰滅菌（灼燒滅菌）：常用于金屬性接種工具、 污染物品及實(shí)驗(yàn)材料等廢棄物的處理。 1、干熱滅菌法濕熱滅菌是利用熱蒸汽滅菌。2.濕熱滅菌在相同溫度下，濕熱的效力比干熱滅菌好。為什么？ 熱蒸汽對(duì)細(xì)胞

12、成分的破壞作用更強(qiáng) 熱蒸汽比熱空氣穿透力強(qiáng) 蒸汽潛熱大，當(dāng)氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w時(shí)可放出大量熱量，故可迅速提高滅菌物體的溫度。 煮沸消毒：水，1000C處理15min以上。 高壓蒸汽滅菌: 應(yīng)用最廣泛的滅菌方法。 1210C, 時(shí)間維持1520分鐘， 1150C,時(shí)間維持30分鐘的方法。 適用于一切微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，醫(yī)療結(jié)構(gòu)或發(fā)酵工廠 中對(duì)培養(yǎng)基等多種器材、物料的滅菌。濕熱滅菌的種類該法不是利用高壓來殺死微生物，而是利用提高壓力使水的沸點(diǎn)升高，以提高水蒸汽的溫度，更加有效地殺滅微生物。 巴氏消毒法(pasteurization): 低溫消毒法，一般在 630C ,30min或 720C ,15min。用于

13、牛奶，啤酒，果酒， 醬油等不能進(jìn)行高溫滅菌的液體。 可殺死其中的病原菌如結(jié)核桿菌、傷寒桿菌等，同時(shí)又不 損害營(yíng)養(yǎng)與風(fēng)味。 間隙滅菌法：用流通蒸汽反復(fù)多次處理的滅菌法?！鞍褪夏獭焙汀俺啬獭比橹械倪@些生物活性物質(zhì)都十分怕熱。低于85的牛奶消毒法稱為巴氏滅菌法，目前為止是牛奶的最科學(xué)的加工工藝。采用巴氏滅菌法生產(chǎn)的鮮奶，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和原奶基本相同。但是，近年來我國(guó)出現(xiàn)了常溫奶，也叫超高溫滅菌奶。這種奶是采用130150超高溫滅菌后灌裝的。這種消毒方法不僅能破壞鮮奶中全部生物活性物質(zhì)和大部分維生素，還會(huì)使容易被人吸收的鈣離子與牛奶的酪蛋白結(jié)合，形成不易被人吸收的絡(luò)合物。 如果按包裝來評(píng)價(jià)牛奶的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

14、，則屋型紙盒鮮奶100分，玻璃瓶和塑料袋裝鮮奶90分，用原奶發(fā)酵的酸奶80分，強(qiáng)化型奶粉60分，用奶粉發(fā)酵的酸奶50分，常溫奶40分。 液態(tài)奶中，巴氏奶的增速慢于高溫消毒奶，目前二者的市場(chǎng)份額約為3：7；酸奶是中國(guó)乳制品中增長(zhǎng)最快的品種，2001-2006年間年均增速超過23% 。（二）低溫抑菌 降低酶反應(yīng)速度使微生物生長(zhǎng)受抑制，但不能殺死微生物。1冷藏法可以將新鮮食物放置在5保存（通常冰箱冷藏室的溫度），防止腐敗。然而貯藏只能維持幾天，因?yàn)榈蜏貤l件下有些耐冷微生物仍能夠緩慢生長(zhǎng)，最終造成食品腐敗。2冷凍法家庭或食品工業(yè)中采用-10至-20左右的冷凍溫度，使食品冷凍成固態(tài)加以保存，在此條件下，

15、微生物基本上不再生長(zhǎng)，因而可以比冷藏法更長(zhǎng)時(shí)間地保存食品。降低微生物可利用水的數(shù)量或活度而抑制微生物的生長(zhǎng)。1.干燥干燥是使物品或培養(yǎng)物脫水的方法。干燥并不一定殺死微生物，但因使細(xì)胞造成代謝停止而抑制微生物生長(zhǎng)，有時(shí)也可引起某些微生物細(xì)胞的死亡。休眠孢子：抗干燥能力強(qiáng)，在干燥條件下可長(zhǎng)期不死2.滲透壓增加滲透壓是另一種通過限制微生物可利用水而控制其生長(zhǎng)的方法。高滲環(huán)境中，水從細(xì)胞中流出，使細(xì)胞脫水。像鹽腌制咸肉或咸魚，糖浸果脯或蜜餞等均是這一方法在食品保存中的應(yīng)用。（三）干燥和高滲抑菌（四）輻射殺菌有四種類型的輻射作用: 紫外光、電離輻射、某種條件下的強(qiáng)可見光、微波等，可用作控制微生物的生長(zhǎng)和

16、保存食品。(五)過濾除菌控制液體中微生物的群體可以通過將微生物從液體中移走而不是殺死的方法來實(shí)現(xiàn)。 （a）注射式微孔濾器 （b）小型過濾裝置 （c）層流生物安全柜 圖616 常用膜濾器 化學(xué)控制方法主要是指利用各種化學(xué)藥劑控制微生物生長(zhǎng)的方法。 抗微生物的化學(xué)試劑 物理狀態(tài)不同： 液態(tài)的、氣態(tài)的和固態(tài)的 殺菌效果和對(duì)人體或動(dòng)物體影響不同： 消毒劑、防腐劑、化學(xué)治療劑二、化學(xué)控制方法 消毒劑是指那些可抑制或殺滅微生物，但對(duì)人體也可能產(chǎn)生有害作用的化學(xué)試劑。主要用于抑制或殺滅物體表面、器械、排泄物和周圍環(huán)境中的微生物。 防腐劑是指那些可以抑制微生物生長(zhǎng)，但對(duì)人體或動(dòng)物體的毒性較低的化學(xué)試劑。可用于機(jī)體表面，如皮膚、粘膜、傷口等處防止感染，也有的用于食品、飲料、藥品的防腐作用。 消毒劑和防腐劑之間的界限已不很嚴(yán)格，如高濃度的石碳酸（3%-5%）用于器皿表面消毒，而低濃度的石碳酸（0.5%）則用于生物制品的防腐劑。 消毒劑和防腐劑 天然環(huán)境中的微生物生長(zhǎng) 天然環(huán)境比人工條件常常要更復(fù)雜和更動(dòng)態(tài)。天然環(huán)境中微生物生長(zhǎng)特點(diǎn)：大量研究揭示，自然環(huán)境條件下的細(xì)菌能夠生長(zhǎng)在復(fù)雜的群落中，表現(xiàn)出生長(zhǎng)在試管中的純