包裝工藝學(xué)課件4 第三章

第一篇包裝工藝?yán)碚摶A(chǔ)第三章包裝工藝的微生物基礎(chǔ)10/7/20231與包裝工業(yè)有關(guān)的微生物主要包括細(xì)菌、霉菌和酵母菌等。包裝工藝的微生物學(xué)主要研究微生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生理特征及生命活動(dòng)規(guī)律。10/7/20232第一節(jié)微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)(了解)微生物大致分為：①細(xì)胞型——具有細(xì)胞形態(tài)的微生物。

原核微生物，如細(xì)菌。

真核微生物，如霉菌和酵母菌②非細(xì)胞型10/7/20233一、細(xì)菌分布最廣、數(shù)量最大、與人類(lèi)關(guān)系極為密切，是微生物學(xué)的主要研究對(duì)象。1、

細(xì)菌的形態(tài)隨環(huán)境條件改變，其形態(tài)隨之改變，但在一定的環(huán)境條件下，經(jīng)常保持著一定的形態(tài)。球狀(球菌)桿狀(桿菌)螺旋狀(螺旋菌)10/7/20234(1)

球菌單獨(dú)存在時(shí)為圓形。幾個(gè)細(xì)菌聯(lián)在一起時(shí)，其接觸面稍為扁平。按分裂方向和分裂后排列狀態(tài)，可以分為：?jiǎn)吻蚓?、雙球菌、四聯(lián)球菌、八疊球菌、鏈球菌、葡萄球菌。(2)

桿菌長(zhǎng)桿菌、短桿菌、球桿菌。棒狀桿菌、梭狀桿菌、雙桿菌、鏈桿菌、芽孢桿菌、無(wú)芽孢桿菌。(3)

螺旋菌呈彎曲桿狀?；【⒙菥?。10/7/202352、

細(xì)菌的大小用測(cè)微尺在顯微鏡下測(cè)量。球形直徑桿菌長(zhǎng)度與寬度螺旋菌彎曲形長(zhǎng)度、寬度大多數(shù)球菌直徑為0.5~2.0μm，桿菌一般為1~5μm，寬0.5~1.0μm。3、

細(xì)菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)主要由細(xì)胞壁、細(xì)胞質(zhì)膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核及內(nèi)含物等構(gòu)成。有些還有莢膜、鞭毛和芽孢等特殊結(jié)構(gòu)，這些都是細(xì)菌分類(lèi)鑒定的重要依據(jù)。10/7/20236二、霉菌是一些絲狀真菌的統(tǒng)稱(chēng)。分類(lèi)學(xué)上霉菌分別屬于藻菌綱、子囊菌綱與半知菌類(lèi)。往往引起農(nóng)副產(chǎn)品、衣物、食品、原料、器材及包裝材料等霉?fàn)€。有五千種以上。1、霉菌的形態(tài)2、霉菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)

由細(xì)胞壁、細(xì)胞質(zhì)膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核及內(nèi)含物等構(gòu)成。10/7/20237三、酵母菌是一群?jiǎn)渭?xì)胞的真核微生物。有370多種，較少。用來(lái)發(fā)酵饅頭、面包和釀酒，生產(chǎn)酒精、甘油、甘露、有機(jī)酸、維生素等。酵母菌細(xì)胞蛋白質(zhì)含量高達(dá)細(xì)胞干重的50%以上，并含有人體必需的氨基酸。有的酵母菌可用于石油脫蠟，降低石油凝固點(diǎn)，還可制備核苷酸及酶制劑等。10/7/20238腐生酵母菌能使食物、紡織品及其它原料腐敗變質(zhì)，少數(shù)嗜高滲壓酵母菌可使蜂蜜、果醬敗壞；有些成為發(fā)酵工業(yè)的污染菌，消耗酒精，降低產(chǎn)量，或產(chǎn)生不良?xì)馕?，影響質(zhì)量。有些可引起人和植物的病害，如白假絲酵母可引起皮膚、粘膜、呼吸道、消化道以及泌尿系統(tǒng)等疾病。主要生長(zhǎng)在含糖質(zhì)較高的偏酸性環(huán)境中，如果品、蔬菜、花蜜、植物葉子和牛奶中。10/7/202391、

酵母菌的形態(tài)大多為單細(xì)胞，呈卵圓形、圓形或圓柱形。有些與其子代細(xì)胞連在一起形成鏈狀，稱(chēng)為假絲酵母。2、

細(xì)胞結(jié)構(gòu)

由細(xì)胞壁、細(xì)胞質(zhì)膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核及內(nèi)含物等構(gòu)成。跟細(xì)菌的結(jié)構(gòu)很相似，但有一個(gè)重要區(qū)別是酵母菌屬于真核微生物，具有明顯的核，每一個(gè)細(xì)胞有一個(gè)核，位于細(xì)胞中央，由于液泡的逐漸擴(kuò)大，把細(xì)胞核擠在一旁，常變?yōu)槟I形。10/7/202310第二節(jié)微生物的生理活動(dòng)(了解)微生物的生理活動(dòng)是包裝工藝微生物學(xué)的一個(gè)重要組成部分。需要正確了解與微生物新陳代謝有關(guān)的呼吸、生長(zhǎng)和繁殖的生理過(guò)程，以掌握微生物新陳代謝的活動(dòng)規(guī)律，有效地控制它們的生活機(jī)能，消滅和抑制有害微生物對(duì)包裝工業(yè)的危害。10/7/202311一、微生物的新陳代謝定義：微生物在生命活動(dòng)過(guò)程中，不斷從環(huán)境中獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，形成生物本身的化學(xué)組成(合成代謝)的同時(shí)，又不斷地將各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或細(xì)胞物質(zhì)降解成簡(jiǎn)單的產(chǎn)物，并向體外排出一些物質(zhì)(分解代謝)。10/7/2023121、微生物的呼吸(1)

呼吸的性質(zhì)呼吸是大多數(shù)微生物在分解代謝過(guò)程中用來(lái)產(chǎn)生能量的一種方式，是產(chǎn)生一切能量的氧化還原過(guò)程。氧化為以下三種方式：①

氧的加入葡萄糖可氧化為二氧化碳和水C6H12O6+6O26CO2+6H2O10/7/202313②

化合物的脫氫酒精脫氫成為乙醛CH3CHOHCH3CHO+H2③

失去電子2價(jià)鐵失去一個(gè)電子成為3價(jià)鐵Fe2+Fe3++(e)10/7/202314(2)

呼吸的類(lèi)型①

需氧呼吸——微生物在呼吸過(guò)程中，能與分子狀態(tài)的氧化合。(需氧微生物)

需氧微生物具有較完善的呼吸酶系統(tǒng)，主要是借脫氫酶和氧化酶來(lái)進(jìn)行呼吸。脫氫酶能使一定基質(zhì)中的氫游離出來(lái)，通過(guò)微生物細(xì)胞色素的傳遞作用，將氫傳遞給氧，另外氧化酶使分子狀態(tài)的氧活化與氫結(jié)合成水。

需氧微生物矍有過(guò)氧化氫酶或過(guò)氧化物酶，可以將在有氧呼吸時(shí)產(chǎn)生的有害于微生物的過(guò)氧化氫及時(shí)解除。

需氧呼吸時(shí)，氧化有機(jī)物形成二氧化碳和水，并放出大量的能量。10/7/202315②

厭氧呼吸——微生物只能在無(wú)分子狀態(tài)氧的環(huán)境中進(jìn)行呼吸。(厭氧微生物)

專(zhuān)性厭氧微生物缺乏細(xì)胞色素和氧化酶。游離氧對(duì)其有抑制作用。厭氧呼吸過(guò)程中，只有脫氫酶參加，基質(zhì)中的氫被活化，從基質(zhì)中脫下的氫經(jīng)輔酶(遞氫體)傳遞給氧以外的物質(zhì)，使其還原。有些厭氧微生物能引起有機(jī)物分解而生成比較簡(jiǎn)單的產(chǎn)物，并放出能量。(發(fā)酵)它是這些微生物攝取生命活動(dòng)所需能量的主要源泉。(屬于分子內(nèi)的氧化還原過(guò)程)10/7/202316③兼性厭氧呼吸——在有氧、無(wú)氧的情況下都能呼吸。(兼性厭氧微生物)在有分子狀態(tài)氧的環(huán)境中進(jìn)行需氧呼吸，在無(wú)氧環(huán)境中，進(jìn)行無(wú)氧呼吸。3、

微生物的物質(zhì)代謝及其產(chǎn)物物質(zhì)代謝——微生物進(jìn)行新陳代謝時(shí)，引起的微生物機(jī)體內(nèi)外物質(zhì)的變化。(1)物質(zhì)代謝①碳水化合物的代謝微生物分解碳水化合物的一般簡(jiǎn)要過(guò)程如下：多糖雙糖單糖丙酮酸有機(jī)酸、醇、醛等二氧化碳和水等10/7/202317②

蛋白質(zhì)的代謝微生物不能直接吸收蛋白質(zhì)作為氮源，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)是由許多氨基酸用肽鍵結(jié)合而成的大分子物質(zhì)，不能通過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜，而必須以微生物的胞外酶將蛋白質(zhì)水解為多肽或氨基酸等，然后才能被微生物吸取進(jìn)入細(xì)胞。進(jìn)入細(xì)胞后的簡(jiǎn)單含氮化合物再繼續(xù)進(jìn)行分解或合成，以供細(xì)胞質(zhì)的組成，同時(shí)并向細(xì)胞外排出一些含氮物質(zhì)。腐化——有氧環(huán)境下蛋白質(zhì)被分解。完全氧化，成為最簡(jiǎn)單的化合物如二氧化碳、氨、甲烷等。腐敗——缺氧環(huán)境下分解。分解不完全，產(chǎn)物多為中間產(chǎn)物，如氨基酸、有機(jī)酸等。③

脂肪的代謝脂肪受微生物的脂肪水解酶的作用可變?yōu)橹舅岷透视汀?0/7/202318(2)代謝產(chǎn)物①抗菌素——某些微生物在代謝過(guò)程中，可產(chǎn)生具有抑制或殺死其它微生物作用的一種物質(zhì)。如灰色放線菌產(chǎn)生鏈霉素，金色放線菌產(chǎn)生金霉素，點(diǎn)青霉和產(chǎn)黃霉產(chǎn)生青霉素。②

毒素——有些微生物在代謝過(guò)程中，能產(chǎn)生一些對(duì)人或動(dòng)物有毒害的物質(zhì)。

外毒素——由細(xì)菌菌體內(nèi)向菌體外分泌出來(lái)的一種有毒物質(zhì)，毒力較強(qiáng)，大多數(shù)不耐熱，加熱70℃，毒力即減弱甚至破壞。

內(nèi)毒素——存在于細(xì)菌菌體內(nèi)，不分泌到菌體外，只能在菌體裂解時(shí)，才被釋放出來(lái)，毒力較外毒素弱，較耐熱，需加熱至80～100℃,1h才能破壞。10/7/202319③

色素水溶性色素脂溶性色素④

維生素微生物所必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，有些微生物不能合成，需從外界吸??；有些在細(xì)胞內(nèi)合成。細(xì)菌、酵母、霉菌中有很多菌種能合成一定的維生素。如一般酵母菌含有維生素B1，薛氏丙酸菌能合成維生素B12，阿氏假囊酵母能合成大量的核黃素等10/7/202320二、微生物的生長(zhǎng)繁殖生長(zhǎng)——合成代謝超過(guò)分解代謝，細(xì)胞原生質(zhì)量會(huì)不斷增加，體積增大。細(xì)胞生長(zhǎng)到一定程度時(shí)，開(kāi)始分裂，形成兩個(gè)基本上相似的子細(xì)胞，每個(gè)子細(xì)胞又可重復(fù)以上過(guò)程。多細(xì)胞微生物中，細(xì)胞數(shù)目增加并不伴隨個(gè)體數(shù)目增加，這是生長(zhǎng)過(guò)程。繁殖——單細(xì)胞微生物中，細(xì)胞分裂后，個(gè)體數(shù)目增加。微生物處于一定的物理、化學(xué)條件下，生長(zhǎng)、發(fā)育正常，繁殖速率則高某些環(huán)境條件發(fā)生改變，超出了微生物可以適應(yīng)的范圍時(shí)，就會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生抑制乃至致死作用。10/7/2023211、

微生物的繁殖方式(1)

細(xì)菌的繁殖有性繁殖——少數(shù)無(wú)性繁殖——細(xì)胞的橫分裂(裂殖)，一個(gè)發(fā)育成熟的細(xì)菌，分裂成兩個(gè)獨(dú)立的菌體。

同形分裂——兩個(gè)子細(xì)胞大小相同

異形分裂——大小不同球菌分裂時(shí)，菌體從圓形傾向于橢圓形，然后在橢圓形的中部形成橫隔膜，并分裂成兩個(gè)新球菌。桿菌一般是沿著與長(zhǎng)軸線垂直方向分裂。10/7/202322(2)

霉菌的繁殖

無(wú)性繁殖：是霉菌的主要繁殖方式。菌絲不具橫隔的霉菌，一般形成孢囊孢子和厚膜孢子；菌絲具有橫隔的霉菌，多數(shù)產(chǎn)生分生孢子和裂生孢子，少數(shù)產(chǎn)生厚膜孢子。

有性繁殖10/7/202323第三節(jié)各種因素對(duì)微生物的生命活動(dòng)的影響微生物只有與外界環(huán)境條件適應(yīng)時(shí)，才能進(jìn)行正常的生長(zhǎng)繁殖外界條件發(fā)生變化時(shí)，微生物的生命活動(dòng)就受到一定的影響，可發(fā)生抑制、變異，甚至死亡。研究環(huán)境因素與微生物的相互影響，在包裝度業(yè)生產(chǎn)上，對(duì)微生物的利用、抑制、殺滅和防止等方面均有重要的意義。10/7/202324一、滅菌、消毒、防腐與無(wú)菌的概念(1)

滅菌——指用物理或化學(xué)因子，使存在于物體中的所有生活微生物，永久性地喪失其生活力，包括最耐熱的細(xì)菌芽孢。這是一種徹底的殺菌措施。(2)

消毒——?dú)⑺阑蛳胁≡⑸锏拇胧?，可到防止傳染病的目的。如將物體煮沸(水溫為100℃)10min或進(jìn)行60～70℃加熱處理30min，就可殺死病原菌的營(yíng)養(yǎng)體，但不能殺死所有芽孢，該方法常用于牛奶、食品以及某些物體表面的消毒。利用具有消毒作用的化學(xué)藥劑(消毒劑)，可進(jìn)行皮膚、物體表面的消毒處理。10/7/202325(3)

防腐——是一種抑菌手段。利用某些理化因子，使物體內(nèi)外的微生物暫時(shí)處于不生長(zhǎng)、不繁殖但又未死亡的狀態(tài)，是一種防止食品腐敗和其它物質(zhì)霉變的技術(shù)措施，如低溫、干燥、鹽腌、糖漬等。(4)

無(wú)菌——沒(méi)有活的微生物存在。如微生物實(shí)驗(yàn)室的無(wú)菌操作技術(shù)、食品工廠的無(wú)菌包裝、防止微生物污染的無(wú)菌室，經(jīng)過(guò)滅菌或過(guò)濾后的無(wú)菌空氣等。

10/7/202326二、物理因素對(duì)微生物生長(zhǎng)與死亡的影響物理因素包括溫度、干燥、滲透壓、輻射等。1、

溫度(最重要的因素)

在一定溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的上升，細(xì)胞中的生物化學(xué)反應(yīng)速率加快，生長(zhǎng)速率加快。

機(jī)體的重要組成如蛋白質(zhì)、核酸等對(duì)溫度較敏感，當(dāng)溫度升到一定程度，可能遭受不可逆的破壞，細(xì)胞功能將急驟下降以致死亡。自然界中各種微生物都有它一定的最適生長(zhǎng)溫度，且范圍較寬。10/7/202327嗜冷性嗜溫性嗜熱性每一類(lèi)群的適應(yīng)生長(zhǎng)溫度范圍內(nèi)，包括：

最低生長(zhǎng)溫度：尚能生長(zhǎng)，但生長(zhǎng)速度非常緩慢，若再低于這溫度，微生物的生命活動(dòng)受到抑制甚至死亡。

最適生長(zhǎng)溫度：最適合微生物生長(zhǎng)、繁殖的溫度范圍。生長(zhǎng)速度最快，增代時(shí)間最短。

最高生長(zhǎng)溫度：仍能生長(zhǎng)，超過(guò)這個(gè)溫度時(shí)，微生物受到抑制甚至死亡。常采用高溫滅菌。其原理主要是引起細(xì)胞蛋白質(zhì)凝固。10/7/202328下面介紹幾種高溫滅菌法：(1)

干熱滅菌①

焚燒滅菌法：徹底可靠，迅速簡(jiǎn)便。但使用范圍有限，常用于接種工具以及污染物品、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物尸體等廢棄物的處理。②

干熱滅菌法：在干燥箱中利用熱空氣滅菌。通常在160℃溫度下，處理1～2h。如體積較大、傳熱較差或物件堆積過(guò)擠，需適當(dāng)延長(zhǎng)滅菌時(shí)間。用于玻璃器皿、金屬用具等耐熱物品的滅菌。其優(yōu)點(diǎn)可保持物品干燥。10/7/202329(2)

濕熱滅菌：在同樣溫度下，濕熱滅菌比干熱滅菌好。因?yàn)榧?xì)胞原生質(zhì)在含水量高的情況下更易變性凝固，而且蒸氣的穿透力強(qiáng)。①

煮沸消毒法。物品在水中煮沸15min以上，可殺滅細(xì)菌的所有營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和一部分芽孢。如煮沸時(shí)間延長(zhǎng)，并在水中加1%碳酸鈉或2%～5%石炭酸，效果更好。注射器、解剖用具等消毒。②

高壓蒸氣滅菌法：需在高壓蒸氣滅菌器中進(jìn)行。水在滅菌器中受熱而變成蒸氣，因在密閉容器內(nèi)，蒸氣不能外溢使壓力升高，當(dāng)蒸氣壓力為0.1MPa時(shí)，相應(yīng)的溫度為121.6℃。各種微生物包括具有芽孢的細(xì)菌，在這樣的蒸氣溫度中持續(xù)15～20min，可徹底被殺滅。適用于不怕高熱的物品，如金屬器具、玻璃器具、一些罐藏食品及其它一些耐熱物品。

10/7/202330③

間歇滅菌法：用流通蒸氣幾次反復(fù)處理滅菌方法。將待滅菌物品置于蒸鍋內(nèi)，常壓下加熱到100℃處理15～30min，以殺死其中微生物營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞。冷卻后置一定溫度(28～37℃)下保溫過(guò)夜，使其中還可能殘留的芽孢萌發(fā)成營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，再以同樣方法加熱處理，如此反復(fù)三次，可徹底殺滅所有芽孢及營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞。④

巴氏消毒法：用較低的溫度處理牛乳、酒類(lèi)等飲料，殺死其中可能存在的病原菌如結(jié)核桿菌、傷寒桿菌等，而不損害營(yíng)養(yǎng)與風(fēng)味的消毒方法。如用63～66℃，30min或71℃，15min處理牛乳，然后迅速冷卻，即可飲用。但不能完全滅菌。10/7/2023312、干燥微生物的生活環(huán)境中，因缺少水分而造成的干燥可引起微生物幾種不同的結(jié)果：迅速死亡；隨著干燥環(huán)境的延續(xù)而逐漸死亡；能較長(zhǎng)時(shí)間的存活，但不能生長(zhǎng)繁殖。干燥能引起微生物細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的變性和鹽類(lèi)濃度的增高，這是抑制微生物生長(zhǎng)或促使微生物死亡的主要原因。10/7/2023323、滲透壓微生物對(duì)滲透壓的變化有一定的適應(yīng)能力。突然改變滲透壓使細(xì)胞失去活性，但逐漸改變滲透壓，則細(xì)胞能適應(yīng)。對(duì)一般微生物的細(xì)胞如置于高滲溶液(如20%NaCl)中，水將通過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜從低濃度的細(xì)胞內(nèi)進(jìn)入細(xì)胞周?chē)娜芤褐?，于是?xì)胞脫水而引起質(zhì)壁分離，脫水的細(xì)胞不能生長(zhǎng)甚至死亡。如將細(xì)胞置于低滲溶液(如0.01%NaCl)或水中，則將從溶液進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)引起細(xì)胞膨脹，甚至破裂。(第二次課程）10/7/2023334、超聲波超聲波(頻率在200，000Hz以上)有強(qiáng)烈的生物學(xué)作用。幾乎所有微生物都被超聲波破壞。超聲波的殺菌效果與其頻率、處理主細(xì)菌大小、形狀、數(shù)量有關(guān)，頻率高殺菌力強(qiáng)；桿狀菌較球菌敏感；細(xì)菌芽孢具較強(qiáng)抗性，大多不受超聲波影響。10/7/2023345、

輻射除光合細(xì)菌外，一般微生物的生長(zhǎng)不需要輻射，并且輻射對(duì)微生物有害。①紫外線為非電離輻射，它能使被照射物的分子或原子中的內(nèi)層電子提高能級(jí)，但不引起電離。紫外輻射對(duì)微生物有明顯致死作用，是強(qiáng)殺菌劑。