食品微生物学---第6章 环境因素对微生物的影响.ppt

第六章,环境因素对微生物的影响,前言,微生物广泛存在于自然界中，必然不断经受周围环境中各种因素的考验影响微生物的环境因素可分为：物理的、化学的和生物的因素。这三类因素在自然界中并不是孤立的，而是互相依存、相互制约，从整体来讲，这就是微生物的生态系统。,食品中常用的几个名词概念,1、灭菌sterilization指杀死物体上所有微生物（包括病原体和非病原体，繁殖体和芽胞）的方法。2、商业灭菌commercialsterilization从商业角度对某些食品所提出的灭菌要求。就是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仅能检出合理范围内的非病原微生物，但它们在食品保藏中，是不允许生长繁殖的。这种灭菌要求，就叫商业灭菌。,3、消毒disinfection用物理、化学或生物学方法杀死物体上的病原微生物，称之为消毒。4、无菌asepsis不含活菌的意思。无菌操作是防止微生物进入机体或其他物品中的操作技术。,5、防腐antisepsis指防止或抑制微生物生长繁殖的方法。所用的防腐药物称为防腐剂。6、除菌是指液体或空气经过滤作用除去其中所存在的微生物。,第一节物理因素对微生物的影响,温度、干燥、渗透压、幅射微波氧化还原电势,物理因素包括：,一、温度对微生物的影响,嗜冷型微生物适应生长温度嗜温型微生物嗜热型微生物,最适温度每个群中最低温度最高温度,微生物的生长温度范围,最适生长温度是微生物生长繁殖最旺盛的温度，在最适温度环境中，微生物生长速度最快，增代时间最短。最高生长温度指微生物处在这个温度时，仍能生长，超过这个温度极限时，则受到抑制或死亡。最低生长温度是指微生物在这个温度范围内，尚能生长，但生长速度非常缓慢，增代时间显著延长。若再低于这最低生长温度，微生物的生命活动即受到抑制甚至发生死亡。,微生物生长速度与温度的关系,在一定温度范围内，微生物的生长速度与温度关系，常以温度系数Q10来表示，即温度每上升10后微生物的生长速度与微生物在未升高温度前的生长速度之比。即：,（一）低温对微生物的影响,1、影响原理微生物的代谢活动是靠酶催化的，酶的催化能力与温度密切相关。在低温条件下大部分微生物酶活降低，生长繁殖停滞或缓慢的速度生长，处于一种“休眠状态”，而另一小部分不耐低温的微生物则会发生死亡。,注意：低温虽能抑制微生物的生长，但它不是杀死微生物的手段。在低温中处于休眠状态的微生物，一但回复到适宜的生长环境和温度时，它仍能开始正常的生长繁殖。2、低温的运用：低温保存菌种和低温食品保鲜。,冷冻真空干燥是保存微生物及其制品的良好方法。该法可使微生物在冻干状态下维持生命达数年之久。,（1）低温保存菌种,台式冷冻干燥机挂瓶型,安瓿瓶,冷冻保存的微生物不宜反复冻融。因为反复冻融会导致细胞质浓缩，电解质浓度增加，致使细胞质的胶体状态和pH改变，蛋白质变性细胞死亡。再则细胞壁也易受冰结晶的机械损害而破裂。致使胞内有机物（核酸、肽类等）漏出。,保存中注意事项,A、原理：低温环境，不仅减弱或抑制了微生物的生命活动，延缓微生物污染食品后的腐化或腐败过程。同时低温也能抑制动植物性食品原料中生物体内酶的活性。腐化蛋白质在有氧情况下被微生物分解的过程腐败蛋白质在厌氧情况下被微生物分解的过程,（2）低温食品保鲜,按各类食品性质不同和保藏要求不同，将低温保藏温度大概划分为3个温度范围：15-7，寒冷温度嗜冷微生物在这温度范围内仍能缓慢生长，食品保存的有效期短。7-0，冷藏温度在这个温度范围内，微生物活动已显著减弱，部分嗜冷性的微生物尚能生长。,B、低温保藏温度的划分,病原菌生长和产生毒素的最低温度,低于0，冻藏温度几乎所有微生物被抑制，食品可较长时间保藏，但食品原有的组织细胞结构会被破坏，可采用速冻法加以解决。（30分钟内快速降温到-20）,2、不同微生物对低温的敏感情况,不同微生物对低温有不同的抵抗力，一般来说：球菌、G+杆菌比G-杆菌具有较强的抗冻能力。细菌的芽胞和霉菌的孢子都具有较强的抗冻能力。病毒对低温的抵抗力很强，温度愈低保存活力的时间愈长。所以毒种常保存在-20以下。,3、低温保存的误区,低温可以贮藏一些食品，但绝不能忽视一部分嗜冷性微生物在低温下仍可生长繁殖，造成食品变质。不同的食品由于性质不同，在不同的低温环境中保存期亦不相同。,（二）高温对微生物的影响,高温对微生物有明显的致死作用。凡是能在61.6经30min尚能生存的微生物，称为嗜热型微生物。有些既能在一般温度中生长，也能在上述高温中生长的微生物，称为兼性嗜热性微生物。,A、耐热原理：其含有热稳定性和抗热性酶，含的饱和脂肪酸也较多。B、菌种：主要是芽孢杆菌属和梭状菌属。其次链球菌属和乳杆菌及霉菌孢子。C、特点：其生长曲线与嗜温微生物也不一样。它的迟缓期短，生长速度快，它们生长进入稳定期后，就很快死亡，整个生理代谢比嗜温或嗜冷是微生物要快得多。,1、与食品加工有关的耐热菌,原理：热致死微生物是由于微生物菌体蛋白质包括酶在内、核酸等，因受热而引起变性或凝固造成微生物的致死。不同微生物的致死温度也不尽相同，即它们的耐热性不相同。表述耐热性的方法：,2、热致死微生物原理及表述方法,（1）热力致死时间（TDT）,A、TDT：是指在特定的条件和特定的温度下，杀死一定数量微生物（通常是指99.99%），所需要的时间，称为热致死时间。,A、概念：在一定温度下加热，活菌数减少90%，即减少一个对数周期所需时间（分），即为D值。例如，含某种细菌的悬液，含菌数为105/ml，在100的水浴温度中，活菌数降低至104/ml时需要时间为10min，该菌的D值即为10分，即D100=10分，测定D值时的加热温度，即在D的右下角表明。如果加热的温度为121.1，其D常用Dr来表示。,（2）D值,（3）Z值是指缩短90%（或减少一个对数周期）热致死时间所需要升高的温度（）数，即为Z值。例如：132时，热致死时间为35分钟，而在140，加热处理只需3.5min就能达同样效果，此时Z值即为140-132=8。（4）F值（实质为固定温度的热力致死时间）在一定的基质中，其温度为121.1的条件下，加热杀死一定数量微生物（99.99%）所需要的时间（分），即为F值。,3、常用加热灭菌和消毒的方法,热力是最可靠而又普遍应用的灭菌法。包括湿热灭菌法和干热灭菌法两大类。3.1湿热灭菌法（5种）煮沸法流通蒸汽灭菌法间歇灭菌法巴氏消毒法高压蒸汽灭菌法,（1）煮沸法煮沸1005min，能杀死一切细菌的繁殖体。但许多芽胞菌需经煮沸56h才死亡。如果在水中添加0.5%石碳酸或12%碳酸钠，可以加速杀死芽胞。此法适于饮水、一般食品、器材、器皿、衣服等小型日用物品的消毒。,（2）流通蒸汽灭菌法阿诺（Arnold）氏流通蒸汽灭菌器是一般常用的器皿。温度通常是100，加热1530min，可以杀死细菌的繁殖体。,（3）间歇灭菌法：是利用反复多次的流通蒸汽，以达到灭菌的目的。将待灭菌的物品置于流通蒸汽灭菌器内，加热1530min，每日一次，连续进行三次，可将物品中所有的繁殖体、芽胞都杀死。本法适于不耐高温的营养物（如某些培养基）的灭菌。,（4）巴氏消毒法利用热力杀死物品中的病原菌或一般杂菌。同时又不致严重损害其质量。目前常用以下两种方法。I、将物品置于6163中加热30min，或7172加热15min，然后迅速冷却到10左右。这样可以使其中的总细菌数减少90%以上，并杀死其中的全部病原菌。,II、超高温巴氏消毒法它是将液体食品通过132的管道一秒钟以达到灭菌效果。此法消毒效果较前者好，但被消毒的奶也往往伴有褐变及加热臭等现象，对保持牛奶新鲜质量是不利的。,（5）高压蒸汽灭菌法：杀菌效果最好的灭菌方法。利用密闭蒸汽锅灭菌。在一定条件下蒸汽压力愈大，则锅内的温度愈高，杀菌力也随之增强。通常在0.14MP压力下，温度达126，维持1530min，可杀死所有繁殖体和芽胞。此法适用于不怕高热的物品，如金属器皿，基础培养基、一些罐装食品及其他耐热物品。对于一些易被这样高温所破坏的物质，则可降低温度而延长加温时间也可达到灭菌的效果。,供应50L全自动数显立式高压蒸汽灭菌器,手提式高压蒸汽灭菌器,3.2干热灭菌法（2种）,火焰灭菌法干热灭菌法,3.3湿热与干热灭菌法的区别,直接利用火焰烧死微生物。这种方法灭菌彻底且迅速。但由于火焰可损伤或烧毁某些物品，因此使用有限。如一些范围内微生物接种时所使用的接种环，就是用火焰来灭菌。,（1）火焰灭菌法：,最常用的灭菌器是密闭的干烤箱。利用电热加热空气，使烤箱温度达到160-170维持1-2h，可杀灭一切微生物，包括芽孢菌。此法适用于一些玻璃器皿及其他干燥耐热物品的灭菌。,（2）干热灭菌法:,干热灭菌箱,3.3湿热灭菌与干热灭菌比较后者需要更高的温度与较长的时间。在同一温度下，湿热灭菌比干热灭菌的效力高，因为湿热的穿透力比干热空气大，但蛋白质在含水较多的条件下，容易吸热变性凝固。,4、影响微生物对热抵抗力的因素,1、本身而言受菌种、菌龄、及数量的影响。2、生长的环境因素营养基质中的含水量，盐分与脂肪，碳水化合物，蛋白质的含量，种类与基质的PH值都会影响微生物的对热抵抗力。,二、干燥对微生物的影响,在食品微生物学上目前是采用水活性Wateractivity即Aw表示食品中可被微生物利用的水分含量。,Aw：指在相同温度条件下，密闭容器内食品的水蒸汽压与纯水蒸汽压之比。AW=P/P0P：在一定温度下，基质（食品）水分所产生的蒸汽压。P0：在与P相同温度下纯水的蒸汽压。AW最大值为1，最小值为0。,1、概念,当食品的水活性与环境的相对湿度平衡时，此时食品的水活性为：Aw=RH/100或RH=100AWRH（Relativehumidity）即为相对湿度,2、受环境相对温度的影响,3、不同类型微生物水活性,三、渗透压对微生物的影响,微生物细胞壁是一层半渗透性膜，它能调节细菌内外渗透压的平衡。等渗溶液中，代谢活动正常，细胞保持原形。高渗透压溶液中，胞内水分外渗，细胞发生质壁分离，造成细胞代谢活动抑制甚至死亡；低渗溶液中，水分迅速进入胞内，引起胞浆胀裂而死亡。,各种微生物对渗透压的适应范围不同，一般微生物适宜在0.850.90%的食盐溶液中生存。能在2%以上的食盐溶液中生长的微生物叫嗜盐高渗微生物，这种嗜盐微生物除在海洋中生活的微生物外，还有耐高渗的一些酵母、霉菌及嗜盐杆菌。通常根据微生物耐盐性可分为四大类：,高渗溶液对微生物具有抑制和杀伤作用。因此，人们常采用盐腌和糖渍保存食品。一般20%食盐浓度才能抑制微生物生长，但有耐盐性微生物，仍可保持生命一段时间。增加糖浓度也能起到抑菌和杀菌作用，但糖的添加量要比食盐大6倍以上才能达到相同效果，含有50%糖液可抑制大多数酵母和细菌生长。110%糖液可影响某些生长，7080%糖液阻止所有微生物生长。,四、幅射对微生物的影响,除光合细菌外，一般微生物的生长是不需要幅射光的。幅射往往对微生物有害。和微生物生长有密切关系的只是紫外辐射、电离辐射和可见光辐射。,杀菌原理：紫外线波长范围为13604000A，其中以25002700（2650）A紫外线杀菌作用最强。由于紫外线的光波与微生物DNA的吸收光谱范围较接近，细胞的核酸、嘌呤、嘧啶吸收紫外光后会被破坏，可使DNA同一条链上相邻的胸腺嘧啶形成二聚体，干扰正常碱基对的生成，结果阻断DNA的复制，造成微生物的变异及死亡。所以作用效果有两种，一是杀菌作用，二是诱变作用。,1、紫外线,紫外照射要有好的效果要注意三点：波长、时间与剂量。紫外线的穿透能力很差紫外线对不同微生物照射的致死量不一样紫外线照射一些富含脂肪和蛋白质的食品，会产生异味和变色人的眼睛和皮肤经紫外线长时间照射后，会引起刺激症状，所以在使用紫外线时，注意必要的防护。,原理：电离辐射的波长极短，所含能量却很大，在它的作用下，水能被电离成氢氧根，氢氧根活性很大，能跟微生物细胞中的DNA进行作用，而破坏DNA的长链骨架，从而杀害菌体。同时也能与氧分子产生一些较强的氧化物如双氧水，使细胞某些重要物质如蛋白质、核酸、酶等发生变性，造成细胞损伤乃至死亡。放射性同位素放出的电离辐射通常有三种，即射线、射线、射线。,2、电离辐射,射线是带有阳电荷的氦原子核的一股射流。具有很强的电离作用，但穿透力很弱，碰到物质后，会立即消失在物质的表面。也会在射出过程中被空气的分子吸收，不能远射。射线是中子转变为质子时放出的带阴电荷的射线，电离作用不太强，但穿透能力比射线要强。射线是一种电磁波，波长极短，不易被空气吸收，射程较远并对物质有较强的穿透力。,3、可见光辐射,在强烈的可见光照射下，微生物也能受到损害。原理：微生物体内有一类通称为光敏化剂的化学物质。它能被光能活化而上升到能量较高的状态。当它失能而恢复正常状态时，它所放出的能量，能被微生物体内的有机分子或氧气所吸收。被有机分子吸收，菌体受损害程度小。被氧吸收，氧能变为高能的强氧化剂，微生物很快失去活力。,利用短波幅射进行食品保鲜,短波幅射对微生物有较强的杀灭作用，目前有很多国家利用这种方法对食品进行保鲜。根据食品保藏目的不同，采用如下三种方法：照射灭菌：即用高剂量照射，杀灭食品中的所有微生物。照射消毒：是采用适当剂量照射，杀灭食品中的病原微生物（病毒例外），相当于乳的巴氏消毒。照射防腐：主要以杀死变质菌为主，以延长食品保藏期限为目的。,照射食品的射线剂量有两种表示方法：一种以拉德（rad）表示。每克被照射的物质吸收100尔格的能量为1拉德。1000拉德可缩写为”千拉德”，100万拉德可写为”兆拉德”（Mrad）。另一种以戈瑞（Gray或Gy）表示。每公斤被照射物质吸收一焦耳的能量为1戈瑞。1戈瑞100拉德。,剂量表示方法,辐照食品卫生标准规定的剂量限值,影响辐射效果的因素,影响辐射效果的因素很多：内在因素：菌种，菌数，菌龄等外在因素：食品的成分，氧气，食品的物理状态等都会影响幅射灭菌的效果。1940年开始，20多国家批准40多种辐射食品上市，我国58年开展对粮食、畜产品、果蔬、中草药、调味料进行试验。,五、微波对微生物生长的影响,微波指波长为1.00.001m，频率为300300000MHZ的高频电磁波（电磁幅射线）。常用加热消毒频率为915MHZ和2450MHZ，波长约12cm。1、原理：电流通过磁控管变成微波传送到微波炉内四周，然后反射传导，食物吸收促进食物的分子（水、脂肪、糖分子）快速震动，引起磨擦产生热能，达到消毒灭菌。微波被食物吸收后所渗入的深度约24cm。,与一般加热不同，一般加热是从物料表面加热，靠热传导将热量传至内部。微波加热是整个物料内部偶极子都处在不断运动中，热量发生在物料内部，靠热传导向表面传递。,2、加热方式,3、特点,加热速度快，时间短（比远红外线加热更短）时间短，维生素破坏少制品质量高热量发自物料内部，即使物料形状复杂，加热了很均匀，不会引起外焦内湿现象。热损失少，周围环境温度不高改善工作条件。反应灵敏，易于控制具有较强杀菌作用，特别对真菌及霉菌有效。,4、应用食品干燥和烘烤食品杀菌对包装好的食品仍能进行有效的杀菌。如酒、蜂蜜消毒。用于肉、禽等冻制品解冻、融化速度快，不会过热，制品完好无损。,微波药丸干燥灭菌机,六、氧化还原电势Eh,概念：电子从一种物质转移到另一种物质，在这两种成分之间就会产生电位差，即为氧化还原电势，可用仪器测量出来，常用毫伏（mv）单位表示它们的强度。氧化还原电势对微生物生长有明显影响。氧化能力强的物质具有较高的Eh，还原能力强的物质具有较低的Eh。在自然环境中Eh的上限是+820mv（环境中存在高浓度O2），下限429mv（富H2的环境）。,影响氧化还原电势的因素环境中Eh值与氧分压有关，也受PH的影响。PH值低时，氧化还原电势高；PH值高时，氧化还原电势低。,微生物对Eh要求及与食品加工的关系,要求：各种微生物生长所需要的Eh不一样，厌氧菌需要在Eh低的情况下才能生长。兼性厌氧菌在Eh高的环境中进行好氧呼吸，在Eh低时进行发酵。如果往培养基中通入空气或加入氧化剂等可提高氧化还原电势,以培养需氧微生物;若加入还原性物质，可降低氧化还原电势，培养厌氧微生物。,第二节化学因素对微生物的影响,微生物生活环境中，化学物质对微生物的影响主要有三种：1、该化学物是微生物生活所需要的营养物质，可促进微生物的代谢活动。2、该化学物质能抑制代谢活动，起抑菌作用。3、破坏微生物的代谢或破坏菌体结构，起了杀菌作用。,国际上用于食品的防腐剂，美国约50种、日本约40种。我国允许使用的有苯甲酸及钠盐，山梨酸及其钾盐，二氧化硫或焦亚硫酸钾及焦亚硫酸钠，丙酸钙或丙酸钠，双乙酸钠（89年新坛）葡萄糖酸-内酯，对羟基苯甲酸乙酯（尼泊金乙酯），对羟基苯甲酸丙酯（尼泊金丙酯）脱氢醋酸等14种,一、食品防腐剂,使用范围及剂量,续,二、常用化学消毒剂和杀菌剂P151,1、石灰水2、烧碱3、甲醛熏蒸4、乳酸CH3CHOHCOOH5、高锰酸钾6、H2O2,重金属盐类有机化合物氧化剂表面活性剂染料毒性物质,防腐剂、消毒剂对微生物的作用：1使菌体蛋白变性、凝固，发生沉淀。如重金属汞，染色料龙胆紫，有机化合物乙醇。2破坏菌体的酶系统，抑制或影响微生物正常代谢