微生物的生长与代谢.ppt

环境微生物学 环境与公共卫生学院 第三节境微生物的生长繁殖 第3章微生物的生长与代谢 第四节环境因素对微生物生长的影响 氧气温度辐射物理因素干燥渗透压超声波与微波酸 碱与pH重金属及其化合物表面消毒剂有机化合物 酚类 醇类 醛类 卤族元素及其化合物表面活性剂 新洁尔灭 杜灭芬 化学因素染料抗代谢药物 磺胺类等化学治疗剂抗生素中草药有效成分 第四节环境因素对微生物生长的影响 1 氧气 根据微生物生长与氧气的关系 可将微生物分为以下几种 专性好氧菌 在正常大气压下 0 2巴 进行好氧呼吸产能好氧菌兼性厌氧菌 以呼吸为主 兼营发酵或无氧呼吸产能微好氧菌 只能在0 01 0 03巴大气压下生活厌氧菌耐氧菌 只能以发酵产能 但分子氧无毒害 专性 厌氧菌 只能生长在无氧或基本无氧条件下 氧剧毒 氧对于好氧微生物生长可以通过好氧呼吸产生能量 另一方面 氧对于生物都会使其产生有害作用的代谢产物 如超氧基化合物与H2O2 这两种代谢物相互作用还会产生毒性很强的自由基OH 非厌氧菌具有SOD 可催化分解成H2O2 然后在H2O2酶作用下生成水 由于厌氧菌细胞内缺乏SOD 无法消除02 厌氧菌应该怎么培养呢 2 温度 根据生长与温度的关系 微生物的生长有三个温度基点 即最适 最高 最低生长温度 根据微生物的最适生长温度的不同 可将微生物分为 低温微生物 中温微生物和高温微生物 如下表 高温对微生物生长的影响 嗜热微生物的生长特性高温菌在高温下生长的原因 抗热的酶 膜中的高饱和脂肪酸高温菌的生长特性 生长曲线的各个时期均短暂 因此常会在腐败食品中检测不到 这在食品检验中要特别注意 影响微生物对热抵抗力的因素 菌种的遗传特性菌龄微生物的数量基质的特性 组成 浓度 理化条件 加热的时间与温度 灭菌与消毒的概念 灭菌是指采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施 消毒是一种采用较温和的理化因素 仅杀死物体中病原微生物的措施加热灭菌和加热消毒的方法 干热灭菌法火焰灭菌法干燥加热空气灭菌法高温灭菌巴氏消毒法 2 常压下煮沸消毒法湿热灭菌法间歇灭菌法常规加压灭菌法加压下 高压蒸汽灭菌法 连续加压灭菌法 高温对培养基的影响及其防止措施 高温对培养基的不利影响 形成沉淀物 有机沉淀物如多肽类 无机沉淀物如磷酸盐 破坏营养 提高色泽 褐变如产生氨基糖等 改变培养基的pH值 降低培养基的浓度消除有害影响的措施采用特殊的加热灭菌法过滤除菌法加入螯合剂 热对微生物的杀灭作用 细菌繁殖体 真菌 酵母菌在湿热80 5 10min可被杀死 真菌孢子100 下30min才能杀灭 细菌芽孢比其繁殖体抗热强得多 炭疽杆菌的繁殖体在80 只能耐受2 3min 而其芽孢在湿热120 10min才能杀灭 热对微生物的杀灭作用 病毒 大多数病毒对热的抵抗力于细菌的繁殖体相似 脊髓灰质炎病毒 湿热75 作用30min才能杀死 肝炎病毒对热的抵抗力也较强 甲型肝炎病毒在56 时热30min仍能存活 煮沸1min可破坏其传染性 压力蒸汽121 才能将其杀灭 乙型肝炎病毒在60 能存活4h以上 85 作用1h才能杀灭 煮沸1min能破坏其传染性 但不能破坏其抗原性 它对干热160 能耐收4min 180 作用1min可以灭活 热杀灭微生物的机制 1 对蛋白质的作用 干热灭活微生物的机制 氧化作用 干热的细胞在缺乏水分的情况下 酶亦无活性 甚至内源性分解代谢也停止了 这样导致的微生物死亡 湿热 是通过凝固微生物的蛋白质导致其死亡 2 对细胞壁和细胞膜的损伤3 对核酸的损伤 2 湿热灭菌法 湿热中细菌菌体蛋白较易凝固变性湿热的穿透力比干热大湿热的蒸汽有潜热效应存在 水由气态变为液态时放出潜热 可迅速提高被灭菌物体的温度 干热与湿热比较 巴氏消毒法 用较低温度杀灭液体中的病原菌或特定微生物 保持物品中所需不耐热成分不被破坏的消毒方法 用于牛乳 酒类 由巴斯德创用 加温61 1 62 8 半小时 或71 7 15 30秒钟 煮沸法 在1个大气压下 水的煮沸温度为100 一般细菌的繁殖体5分钟能被杀死 细菌芽孢需要煮沸1 2小时才被杀灭 煮沸法可用于饮水和一般器械 刀剪 注射器等 的消毒 水中加入2 碳酸氢钠 既可以提高沸点达105 促进杀灭细菌的芽孢 又可以防止金属器皿生锈 海拔每升高300m增加2min的标准来延长消毒时间 流动蒸汽消毒法 利用1个大气压下100 的水蒸气进行消毒 细菌的繁殖体15 30min可被杀灭 常不能全部杀灭细菌芽孢 间歇蒸汽灭菌法 利用反复多次的流动热蒸汽 间歇加热以达到灭菌的目的 将需灭活物置于流动蒸汽灭菌器内 100 加热15 30分钟 可杀死其中的繁殖体 但芽胞尚有残存 取出后放37 孵箱过夜 使芽胞发育成繁殖体 次日再蒸一次 如此连续三次以上 可以达到灭菌的效果 本法适用于不耐高温的营养物 如血清培养基 的灭菌 高压蒸汽灭菌法 通常1 055kg cm2或15磅的压力下 温度可达121 3 在此温度下维持15 30分 可杀死一切微生物 适用范围 耐高热的物品如普通培养基 生理盐水 玻璃器皿 衣帽 注射液等 高压蒸汽灭菌器 是湿热灭中最好方法 通常在1 05kg cm2 的压力下面 此时温度121 处理15 30min 要排冷 否则会形成假压 虽然压力达到要求 温度却达不到相应高度 而影响灭菌效果 低温对微生物生长的影响 低温微生物耐低温的原因 胞内酶耐低温 细胞膜中不饱和脂肪酸的含量高 低于冰点的温度对微生物的影响 水分的丧失 冰晶对细胞膜的物理损伤 速冻 缓冻与反复冻溶对微生物细胞的影响 低温的用途 菌种保藏液氮的温度 195 干冰温度 70 20 和4 常加大分子保护剂如糊精 血清白蛋白等 食品冷藏冷藏 0 4 与动藏 18 3 pH值 根据微生物生长的最适pH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 一部分真菌嗜酸微生物 硫杆菌属耐酸微生物 乳酸杆菌 醋酸杆菌 不同的微生物最适生长的pH值不同 同一种微生物在不同的生理阶段对pH值的要求也不同 在发酵工业中 控制pH值尤其重要 如黑曲霉在pH2 2 5主要产柠檬酸 pH2 5 6 5以菌体生长为主 pH7时以合成草酸为主各类微生物生长的最适pH值 细菌为6 5 7 5 放线菌为7 5 8 0 霉菌和酵母菌为4 6 酸碱添加剂的抑菌机理 无机酸可增加氢离子的浓度 引起菌体表面蛋白的变性和核酸的水解 并破坏酶类的活性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的成分发生氧化作用 从而抑制微生物的生长防腐 利用理化因素完全抑制霉腐微生物生长繁殖的措施碱类物质 可引起细胞物质的水解或凝结 以杀死或抑制微生物 食品工业中常用石灰水 NaOH Na2CO3等作为机器 工具以及冷藏库的消毒剂 4 辐射 不同波长的射线对微生物的作用不同 可见光部分 400 800纳米 往往能被某些光合微生物所利用 而波长较短的紫外线 13 6 400纳米 X 射线 0 06 13 6纳米 r 射线 0 01 0 14纳米 均可抑制甚至杀死微生物 尤其是r 射线因作用距离较远 穿透力较强而用于食品的杀菌保藏 2 辐射杀菌法 1 非电离辐射 日光 紫外线 2 电离辐射 X射线 3 微波 1 非电离辐射 紫外线 波长200 280nm的紫外线具有杀菌作用 其中240 280nm最强 这与细菌吸收光谱范围一致 紫外线杀菌机制 使一条DNA链上相临的两个胸腺嘧啶共价结合双聚体 从而干扰了核酸的复制 紫外线穿透性差 不能透过玻璃 尘埃 纸张 对杆菌杀菌力强 对球菌较弱 对霉菌 酵母菌更弱 对生长期细菌敏感 对芽胞敏感性差 2 电离辐射 包括高速电子 X线和r线等 具有较高的能量与穿透力 可在常温下对不耐热的物品灭菌 故又称 冷灭菌 其机理 1 细胞分子产生诱发辐射 干扰DNA合成 放射性同位素 60CO或137CS 3 微波 微波是一种波长为1毫米到1米左右的电磁波 频率较高 可穿透玻璃 塑料薄膜与陶瓷等物质 但不能穿透金属表面 杀菌机理 除热效应灭菌 还有电磁共振效应 场致力效应等的作用 一般采用2540MHz和915MHz的微波消毒 前者升温快 杀菌作用强 消毒时间短 但穿透力较弱 后者频率低升温慢 消毒时间长 但穿透力强 干燥 湿度 水分约占微生物细胞组成的70 85 环境中缺水时 干燥的环境 引起微生物细胞内蛋白质的变性和盐类浓度的增高 抑制微生物的生长 甚至造成微生物的死亡 可分为两类 即自然干燥 熏干 晒干 冷冻干燥 和人工干燥 常压干燥如热风 喷雾 冻结 微波等 真空干燥如真空和冷冻真空干燥 6 超声波 每秒钟超过20kHz s声波不被人耳感受 称为超声波 微生物对强度高的超声波很敏感 其中以革兰氏阴性菌最敏感 而葡萄球抵抗最强 但往往有残存者 一般不能单独用作消毒 灭菌 常与其他抗微生物剂合用 增强其作用 渗透压 微生物生长与渗透压的关系 高渗透压 低渗透压对微生物生长的影响 根据微生物对高渗透压耐性的不同 将其分为以下三类 高度嗜盐细菌 20 30 食盐溶液中生长 嗜盐细菌中等嗜盐细菌 5 18 的食盐溶液中生长 低等嗜盐细菌 2 5 的食盐溶液中生长 耐盐细菌 可在10 以下的食盐溶液中生长 耐糖细菌 可在60 以下的含糖高渗溶液中生长 普通微生物一般在0 85 0 90的食盐溶液中生长 几种常用表面消毒剂及其应用 表面消毒剂 对一切活细胞都有毒性 不能用作活细胞内化学治疗用的化学药剂 机制 促进菌体蛋白质变性或凝固 例如 酚类 高浓度 醇类 重金属盐类 高浓度 酸碱类 醛类 2 干扰细菌的酶系统和代谢 破坏蛋白质和核酸的基因 例如 氧化剂 重金属盐类 低浓度 与细菌蛋白的 SH基结合 使相关酶失去活性 3 损伤细菌的细胞膜 例如 酚类 低浓度 表面活性剂 脂溶剂 能降低细菌细胞膜和病毒包膜的表面张力并增加其通透性 胞外液体内渗 致使细菌破裂 常见液体消毒剂及其作用机制 含氯消毒剂过氧化物类消毒剂碘类消毒剂醇类消毒剂醛类消毒剂季铵盐类消毒剂其他化学消毒剂 一 含氯消毒剂 这类消毒剂溶于水后可产生有杀菌活性的次氯酸 分为两类 有机氯消毒剂和无机氯消毒剂 其杀微生物有效成分常以有效氯表示 次氯酸分子量小 易扩散到细菌表面 并穿透细胞膜进入菌体内 形成氮 氯复合物 干扰细菌代谢 发挥杀灭微生物的作用 含氯消毒剂可杀灭各种微生物 包括细菌繁殖体 病毒 真菌 结核杆菌和抗力最强的细菌芽胞 含氯消毒剂的理化性质 含氯消毒剂 指溶于水产生具有杀微生物活性的次氯酸的消毒剂 它们的杀微生物作用明显受使用浓度 作用时间的影响 有效氯浓度越高 作用时间越长消毒效果越好 PH越低消毒效果越好 温度越高杀微生物作用越强 有机物 如血液 唾液和排泄物 存在时消毒效果可明显下降 含氯消毒剂的种类 总体上分为有机氯消毒剂和无机氯消毒剂两种 无机氯化合物 如次氯酸钠 10 12 漂白粉 25 漂粉精 次氯酸钙为主 80 85 等 无机氯性质不稳定 易受光 热和潮湿的影响 丧失其有效成分 二 过氧化物类消毒剂 破坏蛋白质的分子结构 从而杀灭微生物 包括过氧乙酸 过氧化氢 过氧戊二酸 二氧化氯 臭氧 优点 杀菌谱广 易溶于水 对细菌繁殖体和芽孢 真菌 病毒等都有较好的杀灭作用 1 过氧乙酸 杀菌作用强大而迅速 价格低廉 缺点 不稳定 易分解 对消毒物品有腐蚀作用 2 臭氧 强大的氧化杀菌作用 可以除去水中的异味 且消毒后不留毒性物质 但对表面消毒作用缓慢 3 过氧戊二酸 有液体和固体剂型 固体稳定性好 可用于表面和空气消毒 4 二氧化氯 主要靠其氧化作用杀菌 用于饮水消毒 消毒后不产生有致癌作用的三氯甲烷 同时有除去异味的作用 三 碘类消毒剂 碘元素可卤化菌体内蛋白质 形成沉淀 从而杀灭微生物 碘溶于乙醇形成碘酊 用于皮肤消毒 三 碘类消毒剂 医学消毒的有碘酊和碘酒 碘伏对各种细菌繁殖体 真菌 病毒均有杀灭作用 受有机物影响大 以氯己定 洗必泰 为载体的洗必泰碘等 碘消毒剂还有 碘溶液 强碘溶液 氯碘喹啉 碘仿 氯化碘和碘甘油等 四 醇类消毒剂 可以杀灭细菌繁殖体 但不能杀灭芽孢 属于中效消毒剂 主要用于皮肤的消毒 能迅速杀灭各种细菌繁殖体 结核杆菌和亲脂病毒 对亲水病毒和真菌孢子效果较差 不能杀灭芽孢 目前用的醇类消毒剂有 乙醇 异丙醇 甲醇 氯丁醇 苯乙醇 苯甲醇 布朗诺醇等 醇类消毒剂 作用机制 可以杀灭细菌繁殖体 凝固蛋白质 导致微生物死亡 属于中效水平消毒剂 可杀灭细菌繁殖体 破坏多数亲脂性病毒 如单纯疱疹病毒 乙型肝炎病毒 人类免疫缺陷病毒等 主要用于皮肤的消毒 最常用 乙醇和异丙醇 受有机物影响 易挥发 应采用浸泡消毒 或反复擦拭以保证其作用时间 常用浓度为75 五 醛类灭菌剂 常用有甲醛和戊二醛两种 甲醛的优点是灭菌效果可靠 缺点是有刺激性气味 作用慢 甲醛对人有致癌作用 防止其刺激性气味 可用有机溶剂 例如乙二醇 异丙醇 丙二醇 甘油等配制消毒液 用时再稀释 戊二醛被称为冷灭菌剂 效果可靠 对物品腐蚀性小 缺点是作用较慢 六 季铵盐类消毒剂 阳离子表面活性剂 低效消毒剂 对繁殖体有广谱杀灭作用 但不能杀灭芽孢和亲水病毒 其优点是毒性小 稳定性好 一般用于皮肤粘膜的消毒和环境表面消毒 常用 苯扎溴铵 新洁尔灭 新洁尔灭 对化脓菌 肠道菌及某些病毒 如流感 疱疹等亲脂病毒 有较好杀灭能力 但对结核菌及真菌作用差 对芽胞只有抑制作用 对肝炎病毒无灭活作用 有机物 硬质水 拮抗物质都能减低其杀菌效果 少量肥皂和阴离子表面活性剂可使其杀菌力消失 纱布 棉花 玻璃都可大量吸附药物使浓度下降 七 酚类消毒剂 这是一类古老的中效消毒剂 只能杀灭细菌繁殖体和病毒 而不能杀灭细菌芽孢 对真菌的作用也不大 苯酚 石炭酸 甲酚 氯甲酚 氯二甲苯酚 六氯双酚 三克菌散 酚地克 氯二甲苯酚溶液 甲基苯酚 来苏儿 黑色溶液和白色溶液等 对环境有污染 目前有些国家限制使用酚消毒剂 八 双胍类消毒剂 一类低效消毒剂 不能杀灭细菌芽孢 但对细菌繁殖体杀灭作用强大 一般用于皮肤粘膜的防腐 可用于环境表面的消毒 机制 改变细菌细胞膜的通透性 常将它们与其他消毒剂复配以提高其杀菌效果和杀菌速度 常用的双胍类消毒剂是氯己定 洗必泰 九 酸类和酯类 对细菌繁殖体和真菌具有杀灭和抑制作用 但作用不强 用于消毒时 属于低效消毒剂 有些只能用作防腐剂和保存剂 常用的有乳酸 醋酸 水杨酸 苯甲酸 山梨酸 亚硫酸盐 对羟基苯甲酸酯 偏亚硫酸盐等 十 金属制剂 用于皮肤粘膜的防腐 有抑菌作用 但杀菌作用不强 常用的有 汞溴红 硫柳汞 硝柳汞 氮化汞 氯化汞铵 氧化黄汞 硝酸银 蛋白银 弱蛋白银和铜盐 十一 其他消毒剂 一些香料 染料及喹啉类化合物 高锰酸钾 碱类等 亦有杀菌或抑菌作用 可以用作防腐和保藏 近年来出现了一种称为氧化电位水的消毒剂 经测定具有良好的杀菌作用 已在卫生消毒中应用 酸性电位水消毒液 氧化电位水 生成原理 理化特征 杀菌机理 适用范围 1氧化电位水的名称 强氧化离子水 酸化电位水 氧化电位水 酸性氧化电位水 等 这些名词基本都是从日文翻译过来的 利用电解原理 氧化还原反应 所生成的酸性水称为酸性氧化电位水 碱性水称为碱性氧化电位水 酸性氧化电位水和碱性氧化电位水统称为氧化电位水也许比较合适 生成原理 将加入低能度食盐 0 1 以下 的自来水 在设有离子交换隔膜 设在阴阳电极之间 的电解槽中进行电解 在阳极侧生成酸性氧化电位水 阴极侧生成碱性氧化电位水 氧化电位水的理化特性 酸性氧化电位水为无色 透明 无刺激性异味的液体 pH值2 3 2 7 溶解氯浓度仅为20 50ppm 低残留性 氧化还原电位 ORP 为 1100mV 接触空气 光线 有机物 或加温至摄氏40度以上可逐渐还原成普通水 碱性氧化电位水 pH值11 2 11 5 氧化还原电位 ORP 870 840mV 可用于器械的清洗 祛除污垢 杀菌机理 通过低pH值 高氧化还原电位和有效氯的共同作用 在次氯酸的作用下短时间内导致细菌微生物死亡 低pH与高ORP并非酸性氧化电位水杀