食品微生物学第六章微生物的生长繁殖及其控制

1、 微生物的生长繁殖微生物的生长繁殖及其控制及其控制生物个体物质有规律地、不可逆增加，生物个体物质有规律地、不可逆增加，导致个体体积扩大的生物学过程。导致个体体积扩大的生物学过程。生长:生物个体生长到一定阶段生物个体生长到一定阶段,通过特定方通过特定方式产生新的生命个体式产生新的生命个体,即引起生命个体即引起生命个体数量增加的生物学过程。数量增加的生物学过程。繁殖:生长是一个逐步发生的生长是一个逐步发生的量变过程，量变过程，繁殖是一个产生新的生命个体的繁殖是一个产生新的生命个体的质变过程质变过程. 在在高等生物高等生物里这两个过程可以明显分开里这两个过程可以明显分开,但在但在低等特别是在低等特别

2、是在单细胞的生物单细胞的生物里里,由于细胞小由于细胞小,这这两个过程是紧密联系又很难划分的过程。两个过程是紧密联系又很难划分的过程。一个微生物细胞一个微生物细胞合适的外界条件合适的外界条件,吸收营养物质吸收营养物质,进行代谢进行代谢.如果合成代谢的速度超过了分解代谢如果合成代谢的速度超过了分解代谢个体的生长个体的生长原生质的总量原生质的总量(重量、体积、大小重量、体积、大小)不断增加不断增加如果各细胞组分是按恰当的比例增长时如果各细胞组分是按恰当的比例增长时,则达到则达到一定程度后就会发生繁殖一定程度后就会发生繁殖,引起个体数目增加引起个体数目增加.群体内各个个体的进一步生长群体内各个个体的进

3、一步生长群体的生长群体的生长群体生长群体生长 = 个体生长个体生长 + 个体繁殖个体繁殖个体生长个体生长 个体繁殖个体繁殖 群体生长群体生长在一定时间和条件下细胞数量的增加在一定时间和条件下细胞数量的增加 （微生物群体生长）（微生物群体生长）微生物生长微生物生长:在微生物学中提到的在微生物学中提到的“生长生长”,一般均指群一般均指群体生长体生长,这一点与研究大生物时有所不同。这一点与研究大生物时有所不同。本章内容：本章内容： 第一节第一节 微生物生长的测定微生物生长的测定第三节第三节 微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制第二节第二节 微生物的群体生长繁殖微生物的群体生长繁殖第一节第一节 微

4、生物生长的测定微生物生长的测定 一般以单位时间里微生物细胞一般以单位时间里微生物细胞数量的变化来评价。数量的变化来评价。微生物生长微生物生长:微生物生微生物生长的测定长的测定个体计数法：菌落活菌计数、计数板计数个体计数法：菌落活菌计数、计数板计数群体重量测定法：干重、湿重群体重量测定法：干重、湿重比浊法比浊法群体生理指标法群体生理指标法在食品生产中，微生物菌种的数量多少直接关在食品生产中，微生物菌种的数量多少直接关系到生产规模和产品质量。系到生产规模和产品质量。选择什么样的方法，所得结果都是一个近似值。第二节第二节 细菌的群体生长规律细菌的群体生长规律微生物的特点微生物的特点:个体微小个体微小

5、肉眼看到或接触到的微生物是成千上肉眼看到或接触到的微生物是成千上 万个单个的微生物组成的群体万个单个的微生物组成的群体微生物接种是群体接种微生物接种是群体接种,接种后的生接种后的生 长是微生物群体繁殖生长。长是微生物群体繁殖生长。对细菌群体生长规律的了解是对其进行对细菌群体生长规律的了解是对其进行研究与利用的基础研究与利用的基础第二节第二节 细菌的群体生长规律细菌的群体生长规律生长曲线生长曲线(Growth Curve): 细菌接种到定量的液体培养基中细菌接种到定量的液体培养基中,定时定时取样测定细胞数量取样测定细胞数量,以培养时间为横座标，以培养时间为横座标，以菌数为纵座标作图以菌数为纵座标

6、作图,得到的一条反映细得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。在微生物学中提到的在微生物学中提到的“生长生长”,均指群体生长均指群体生长.第二节第二节 细菌的群体生长规律细菌的群体生长规律生长曲线生长曲线一条典型的生长曲线至少可以分为一条典型的生长曲线至少可以分为迟缓期，对数期，稳定期和衰亡期迟缓期，对数期，稳定期和衰亡期等四个生长时期。等四个生长时期。第二节第二节 细菌的群体生长规律细菌的群体生长规律一、迟缓期一、迟缓期将少量菌种接入新鲜培养基后将少量菌种接入新鲜培养基后,在开始一段时在开始一段时间内菌数不立即增加间内菌数不立即增加,或增加很少

7、或增加很少,生长速度接生长速度接近于零近于零.也称也称延滞期、适应期、调整期。延滞期、适应期、调整期。迟缓期的特点迟缓期的特点: 分裂迟缓、代谢活跃分裂迟缓、代谢活跃t生长速率基本为零，细菌几乎不分裂，菌生长速率基本为零，细菌几乎不分裂，菌数也不增加。数也不增加。t细胞形态变大或增长。细胞形态变大或增长。例如巨大芽孢杆菌例如巨大芽孢杆菌在迟缓期末，细胞的平均长度比刚接种时在迟缓期末，细胞的平均长度比刚接种时长长6倍。一般来说处于迟缓期的细菌细胞体倍。一般来说处于迟缓期的细菌细胞体积最大。积最大。t细胞内合成代谢活跃细胞内合成代谢活跃，核糖体和酶类的合，核糖体和酶类的合成加快成加快,易产生诱导酶

8、易产生诱导酶。t对外界不良条件反应敏感对外界不良条件反应敏感。 细胞处于活跃生长中细胞处于活跃生长中,只是分裂迟缓只是分裂迟缓;在此阶在此阶段后期段后期,少数细胞开始分裂少数细胞开始分裂,曲线略有上升。曲线略有上升。迟缓期出现的原因迟缓期出现的原因: 微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏分微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏分解和催化有关底物的酶，或是缺乏充足的解和催化有关底物的酶，或是缺乏充足的中间代谢产物等。中间代谢产物等。 为产生诱导酶或合成中间代谢产物为产生诱导酶或合成中间代谢产物,就需要就需要一段适应期。一段适应期。调整代谢调整代谢影响迟缓期长短的因素影响迟缓期长短的因素: 菌种：菌种：

9、迟缓期的长短与菌种的遗传性迟缓期的长短与菌种的遗传性有关，繁有关，繁殖速度快的菌种迟缓期一般较短。殖速度快的菌种迟缓期一般较短。 菌种物的菌龄：菌种物的菌龄：用对数生长期的菌种接种时，用对数生长期的菌种接种时，其延迟期较短，甚至检查不到迟缓期。其延迟期较短，甚至检查不到迟缓期。 接种量：接种量：一般来说，一般来说， 接种量增大可缩短甚至消接种量增大可缩短甚至消除延迟期。除延迟期。 培养基成分：培养基成分：迟缓期的长短与细菌所处培养基迟缓期的长短与细菌所处培养基营养成分和移种前后所处的环境变化有关。营养成分和移种前后所处的环境变化有关。迟缓期短的只需要几分钟迟缓期短的只需要几分钟,长的需数小时！

10、长的需数小时！在生产实践中的常用以下手段缩在生产实践中的常用以下手段缩短迟缓期短迟缓期:(1)通过遗传学方法通过遗传学方法改变改变种的遗传特性种的遗传特性使迟缓期缩短；使迟缓期缩短；(2)利用对数生长期的利用对数生长期的细胞细胞作为种子；作为种子；(3)尽量使接种前后所尽量使接种前后所使用使用的培养基组的培养基组成不要相差太大；成不要相差太大；(4)适当扩大适当扩大接种量接种量认识延迟期的特点及形成原因对实认识延迟期的特点及形成原因对实践的指导意义：践的指导意义：(1)发酵生产中要设法缩短延迟期，以降发酵生产中要设法缩短延迟期，以降低生产成本。低生产成本。 (2)在食品工业上，尽量在此期进行消

11、毒在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌。或灭菌。二、对数期二、对数期又称指数期又称指数期 以最大的速率生长和分裂以最大的速率生长和分裂,细菌数量呈细菌数量呈 2n增增加加,细菌内各成分按比例有规律地增加细菌内各成分按比例有规律地增加,表现为表现为平衡生长。平衡生长。第二节第二节 细菌的群体生长规律细菌的群体生长规律对数期的特点对数期的特点:平衡生长平衡生长t生长速率最大，即代时最短。生长速率最大，即代时最短。t细菌进行平衡生长、菌体内各成分最细菌进行平衡生长、菌体内各成分最为均匀。为均匀。具体表现为菌体大小、形态、具体表现为菌体大小、形态、生理特征等比较一致。生理特征等比较一致。t酶系活跃、

12、代谢旺盛。酶系活跃、代谢旺盛。影响微生物增代时间影响微生物增代时间(代时代时)的因素：的因素：1)菌种菌种:不同的微生物及微生物的不同不同的微生物及微生物的不同菌株代时不同菌株代时不同2)营养成分营养成分:在营养丰富的培养基中生在营养丰富的培养基中生长代时短长代时短3)营养物浓度营养物浓度:在一定范围内在一定范围内,生长速生长速率与营养物浓度呈正比率与营养物浓度呈正比凡处于较低浓度范围内凡处于较低浓度范围内,可影响生长速可影响生长速率的营养物成分率的营养物成分,就称为生长限制因子就称为生长限制因子。4）温度）温度:在一定范围在一定范围,生长速率与培养生长速率与培养温度呈正相关温度呈正相关由于此

13、时期的菌种比较健壮，生产上常用由于此时期的菌种比较健壮，生产上常用该时期的菌体作为菌种。另外，实验室常该时期的菌体作为菌种。另外，实验室常用对数期的菌种作为实验材料研究微生物用对数期的菌种作为实验材料研究微生物的代谢、遗传研究或进行染色、形态观察的代谢、遗传研究或进行染色、形态观察等。等。认识对数期的特点对实践的指导意义：认识对数期的特点对实践的指导意义：(1) 生产上的接菌种和实验室的研究对象。生产上的接菌种和实验室的研究对象。 (2)发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度。菌体密度。(3)食品工业上尽量使有害微生物不能进入此食品工业上尽量使有害微生

14、物不能进入此期。期。第二节第二节 细菌的群体生长规律细菌的群体生长规律三、稳定期三、稳定期又称平衡期、恒定期、最高生长期又称平衡期、恒定期、最高生长期由于营养物质消耗，代谢产物积累和由于营养物质消耗，代谢产物积累和pH等环境变等环境变化，逐步不适宜于细菌生长化，逐步不适宜于细菌生长,导致生长速率降低直导致生长速率降低直至零，此时培养液中活细菌数最高并维持稳定。至零，此时培养液中活细菌数最高并维持稳定。稳定期的特点稳定期的特点:活细菌数最高活细菌数最高t生长速率为零。生长速率为零。新增殖的细胞数与老细胞新增殖的细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，微生物的生长速率处的死亡数几乎相等，微生物的生长速率处

15、于动态平衡，培养物中的细胞数目达到最于动态平衡，培养物中的细胞数目达到最高值。高值。t细胞分裂速度下降，开始积累内含物。细胞分裂速度下降，开始积累内含物。产产芽孢的细菌开始产芽孢。芽孢的细菌开始产芽孢。t开始合成次生代谢产物。开始合成次生代谢产物。对于发酵生产来对于发酵生产来说，一般在稳定期的后期产物积累达到高说，一般在稳定期的后期产物积累达到高峰，是最佳的收获时期。峰，是最佳的收获时期。稳定期出现的原因：稳定期出现的原因：1.营养物耗尽：营养物耗尽：尤其是生长限制因子尤其是生长限制因子消耗殆尽；消耗殆尽；2.营养物比例失调：营养物比例失调：如碳氮比不合适如碳氮比不合适;3. 有害代谢废物的积

16、累：有害代谢废物的积累：如酸、醇、如酸、醇、毒素等毒素等; 4.物化条件不合适：物化条件不合适：如如pH、氧化还原、氧化还原势等。势等。认识认识稳定稳定期的特点对实践的指导意义：期的特点对实践的指导意义： 稳定期发酵生产形成产物的重要时期，稳定期发酵生产形成产物的重要时期，所以生产上应尽量延长此期，提高产所以生产上应尽量延长此期，提高产量。量。 补充营养物质（补料）或取走代谢产物补充营养物质（补料）或取走代谢产物 调调pH 调整温度调整温度 其他：对好氧菌增加通气、搅拌或振荡等其他：对好氧菌增加通气、搅拌或振荡等措施第二节第二节 细菌的群体生长规律细菌的群体生长规律四、衰亡期四、衰亡期营养物质

17、耗尽和有毒代谢产物的大量积累营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累,细菌死细菌死亡速率超过新生速率，整个群体呈现出负增长。亡速率超过新生速率，整个群体呈现出负增长。该时期死亡的细菌以对数方式增加该时期死亡的细菌以对数方式增加,但在衰亡期的但在衰亡期的后期后期,由于部分细菌产生抗性也会使细菌死亡的速由于部分细菌产生抗性也会使细菌死亡的速率降低，仍有部分活菌存在。率降低，仍有部分活菌存在。衰亡期的特点衰亡期的特点:“负生长负生长”t生长速率小于零。生长速率小于零。细胞死亡数增加，死亡数大细胞死亡数增加，死亡数大大超过新增殖的细胞数，群体中的活菌数目急大超过新增殖的细胞数，群体中的活菌数目急剧下降，出

18、现剧下降，出现“负生长负生长”。t细菌代谢活性降低，细菌衰老并出现自溶，产细菌代谢活性降低，细菌衰老并出现自溶，产生或释放出一些产物生或释放出一些产物，如氨基酸、转化酶、外，如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等。肽酶或抗生素等。t细胞呈现多种形态细胞呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小，有时产生畸形，细胞大小悬殊，有些革兰氏染色反应阳性菌变成阴性反悬殊，有些革兰氏染色反应阳性菌变成阴性反应等。应等。 衰亡期比其他各时期时间长，它的长短也衰亡期比其他各时期时间长，它的长短也与菌种和环境条件有关。与菌种和环境条件有关。第三节第三节 微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制控制控制( (有害有害) )

19、微生物的生长速率或消灭不需微生物的生长速率或消灭不需要的微生物要的微生物, ,在实际应用中具有重要意义。在实际应用中具有重要意义。抑制：抑制：生长停止生长停止, ,但不死亡但不死亡防腐：防腐：防止或抑制霉腐微生物的生长防止或抑制霉腐微生物的生长消毒消毒:杀死或灭活病原微生物杀死或灭活病原微生物(营养体细胞营养体细胞)灭菌灭菌:杀死包括芽孢在内的所有微生物杀死包括芽孢在内的所有微生物第三节第三节 微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制理化因子抑菌还是杀菌作用的相关因素理化因子抑菌还是杀菌作用的相关因素:理化因子的强度或浓度；理化因子的强度或浓度；同一强度或浓度理化因子作用时间的长短；同一强度或

20、浓度理化因子作用时间的长短；不同种类的微生物；不同种类的微生物；同种微生物的不同生长时期；同种微生物的不同生长时期；第三节第三节 微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质抗微生物剂：一类能够抗微生物剂：一类能够杀死杀死微生物或微生物或抑制抑制微生物生长的化学物质。微生物生长的化学物质。抗微生物剂抗微生物剂抑菌抑菌抑菌剂抑菌剂杀菌杀菌杀菌剂杀菌剂溶菌剂溶菌剂第三节第三节 微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质抗微生物剂抗微生物剂非选择性非选择性(对所有细胞均有毒性对所有细胞均有毒性)有选择性有选择性

21、（对病原微生物毒性更强）（对病原微生物毒性更强）消毒剂消毒剂防腐剂防腐剂抗代谢药物抗代谢药物抗生素抗生素中草药有效成分中草药有效成分(化学治疗剂化学治疗剂)第三节第三节 微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 （一）防腐剂和消毒剂（一）防腐剂和消毒剂特点特点: 对一切活细胞都有毒性对一切活细胞都有毒性,不能用于人或动不能用于人或动物体内的化学治疗。物体内的化学治疗。消毒剂消毒剂:可杀死微生物可杀死微生物,通常用于非生物材料通常用于非生物材料 的灭菌或消毒。的灭菌或消毒。防腐剂防腐剂:能杀死微生物或抑制其生长能杀死微生物或抑制其生长,但对人但对人

22、及动物的体表组织无毒性或毒性低及动物的体表组织无毒性或毒性低,可作为可作为外用抗微生物药物。外用抗微生物药物。(一一)防腐剂和消毒剂防腐剂和消毒剂 用途用途广泛用于一些热敏感的或广泛用于一些热敏感的或无法进行无法进行高温灭菌高温灭菌的物品或场所：的物品或场所：* *温度计、带有透镜的仪器设备、聚乙烯管温度计、带有透镜的仪器设备、聚乙烯管或导管等；或导管等；* *墙壁、楼板与仪器设备等表面和自来水；墙壁、楼板与仪器设备等表面和自来水；*空气；空气；一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 (二二)抗代谢物抗代谢物 有些化合物在结构上与生物

23、体所必需的代谢有些化合物在结构上与生物体所必需的代谢物很相似，以至可以和特定的酶结合，从而物很相似，以至可以和特定的酶结合，从而阻碍了酶的功能，干扰了代谢的正常进行，阻碍了酶的功能，干扰了代谢的正常进行，这些物质称为这些物质称为抗代谢物抗代谢物。 叶酸对抗物叶酸对抗物(磺胺磺胺)、 嘌呤对抗物嘌呤对抗物(6-巯基嘌呤巯基嘌呤)、 苯丙氨酸对抗物苯丙氨酸对抗物(对氟苯丙氨酸对氟苯丙氨酸)、 尿嘧啶对抗物尿嘧啶对抗物(5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶) 胸腺嘧啶对抗物胸腺嘧啶对抗物(5-溴胸腺嘧啶溴胸腺嘧啶) 等等等等一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 （三）抗生素（三）抗生素是由某些生物合成或

24、半合成的一类次级代是由某些生物合成或半合成的一类次级代谢产物或衍生物谢产物或衍生物,它们在很低浓度时就能抑它们在很低浓度时就能抑制或影响它种生物的生命活动制或影响它种生物的生命活动,如杀死微生如杀死微生物或抑制其生长。物或抑制其生长。1、概念、概念自本世纪自本世纪40年代以来年代以来,已找到上万种新抗生素，已找到上万种新抗生素，合成了近合成了近10万种半合成抗生素万种半合成抗生素,但其中在临床但其中在临床上常用的仅几十种。上常用的仅几十种。（三）抗生素（三）抗生素 2、作用机制、作用机制抑制细菌细胞壁合成、抑制细菌细胞壁合成、 破坏细胞质膜、破坏细胞质膜、 作用于呼吸链以干扰氧化磷酸化、作用于

25、呼吸链以干扰氧化磷酸化、 抑制蛋白质和核酸合成抑制蛋白质和核酸合成 等等抑制微生物的生长或杀死它们抑制微生物的生长或杀死它们 由于不同微生物之间的细胞化学结构和代谢由于不同微生物之间的细胞化学结构和代谢的差异，不同的抗生素的抗菌谱各异。的差异，不同的抗生素的抗菌谱各异。第三节第三节 微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制二、控制微生物的物理因素二、控制微生物的物理因素杀灭或抑制微杀灭或抑制微生物的物理因素生物的物理因素温度温度辐射作用辐射作用过滤过滤渗透压渗透压干燥干燥超声波超声波 等等二、控制微生物的物理因素二、控制微生物的物理因素温度温度最适生长温度最适生长温度嗜冷微生物嗜冷微生物嗜热微

26、生物嗜热微生物中温微生物中温微生物二、控制微生物的物理因素二、控制微生物的物理因素温度温度当温度当温度超过超过微生物生长的最高温度或微生物生长的最高温度或低于低于生长生长的最低温度都会对微生物产生的最低温度都会对微生物产生杀灭杀灭作用或作用或抑制抑制作用作用温温 度度消毒灭菌法消毒灭菌法原理原理 具体具体操作操作适用适用范围范围注意注意事项事项低温低温高高温温干干热热灭灭菌菌焚烧焚烧烧灼烧灼( (灼烧灼烧) )干烤干烤( (干热灭菌干热灭菌) )红外线红外线湿湿热热灭灭菌菌煮沸法煮沸法巴氏消毒法巴氏消毒法流通蒸汽法流通蒸汽法间歇蒸汽法间歇蒸汽法高压蒸汽法高压蒸汽法冰箱冰箱液氮罐液氮罐冰柜冰柜干

27、热灭菌（干烤）干热灭菌（干烤） 1.1.灭菌物品必须洗净，沥干水，灭菌物品必须洗净，沥干水，不能有纸、棉布等包装；不能有纸、棉布等包装； 2.2.物品不能摆得太挤，以免妨物品不能摆得太挤，以免妨碍空气流通，保证灭菌的有效碍空气流通，保证灭菌的有效性和均一性；性和均一性； 3.3.电烘箱内温度未降到电烘箱内温度未降到7070以以前，切勿打开箱门。前，切勿打开箱门。电热干燥箱电热干燥箱操作及注意事项操作及注意事项160-170、120min以上以上170-180 、60min以上以上250 、45min以上以上灼烧灼烧 酒精灯灭菌酒精灯灭菌红外线消毒柜红外线消毒柜红外线灭菌器红外线灭菌器82082

28、0，5s5s煮沸法（煮沸法（100、15-120min ）巴氏消毒法巴氏消毒法61.1-62.861.1-62.8,30min,30min7272,15s,15s替代方法替代方法超高温瞬时灭菌超高温瞬时灭菌135-150,4-15s135-150,4-15s优点、适用对象？优点、适用对象？蒸锅与流通蒸汽灭菌法、间歇灭菌法蒸锅与流通蒸汽灭菌法、间歇灭菌法（100100、15-30min15-30min，每日一次，连续日，每日一次，连续日 ）高压蒸汽灭菌法高压蒸汽灭菌法103.4kPa103.4kPa121.3121.320-30min 20-30min 手提式灭菌锅手提式灭菌锅 全自动灭菌锅全自动灭菌锅 卧式灭菌锅卧式灭菌锅 高压蒸汽灭菌高压蒸汽灭菌1.1.物品不能摆得太挤，以免物品不能摆得太挤，以免妨碍水蒸汽流通。保证灭妨碍水蒸汽流通。保证灭菌的有效性和均一性；菌的有效性和均一性；2.2.加压前必须排尽锅内的冷加压前必须排尽锅内的冷空气；空气；3.3.待压力表降至待压力表降至“0 0”时，才时，才能打开盖子取出灭菌物品。能打开盖子取出灭菌物品。手提式灭菌锅手提式灭菌锅操作及操作及注意事项注意事项1、同步培养、同步培养 使群体中的细胞处于比较一致的使群体中