环境对微生物生长的影响

1、1第4章 微生物的生长第二节第二节 环境因素对微生物环境因素对微生物生长的影响生长的影响2一、温度一、温度 对某一种微生物而言，只能在有限的温度范围内生长，并具有最低、最适和最高三个临界值。 3（一）温度对微生物的作用（一）温度对微生物的作用 1.低温的影响低温的影响 （1）低于冰点的温度能杀死微生物）低于冰点的温度能杀死微生物，其原因其原因: 细胞体内水分转变成冰晶，引起细胞明显脱水； 冰晶对细胞结构尤其是细胞质膜的物理损伤。 但是采用快速冷冻或细胞悬液中加入保护剂，可以减少冰冻对细胞的损害。 4（2）低温可延缓微生物的生理活动）低温可延缓微生物的生理活动(故采用低温保故采用低温保藏微生物藏

2、微生物) 低温保藏微生物菌种：温度低于最低界限时，微生物代谢活动降低，进入休眠状态低温保藏。常在4-7冰箱中保存。处于低温下大部分微生物代谢活动降低，生长略有停滞，但仍能存活，一旦遇到合适生长温度就可以生长繁殖。5（3）超低温保藏的微生物原理）超低温保藏的微生物原理(液氮保藏微生物液氮保藏微生物) 快速冰冻形成的冰晶体小，故对细胞损害小(缓慢冷冻冰晶体大，微生物易死亡) 超低温保藏的微生物往往使用了防冻保护剂(如甘油) ，可以降低脱水的有害作用，大多数微生物在10%甘油等防冻剂中保存。在-196 左右的液氮内超低温保藏多年甚至于百年。62.高温的影响：高温的影响： 大多数细菌、酵母、病毒和真菌

3、菌丝体的致死温度为55-60；细菌芽孢能耐100以上的高温。高温杀菌：高于最高温度界限，引起微生物原生质体的变性，蛋白质和酶的损伤、变性、失去生活机能的协调，停止生长或出现异常形态，最终导致死亡。致死温度：十分钟内杀死某种微生物的高温界限。致死时间：在致死温度中杀死某种微生物所需的时间。7 常用的灭菌方法：热力灭菌法常用的灭菌方法：热力灭菌法 干热灭菌法干热灭菌法 1. 焚烧和烧灼法：直接利用火焰烧灼使微生物焚烧和烧灼法：直接利用火焰烧灼使微生物烧死。一般金属器具或器械的灭菌或废弃物处烧死。一般金属器具或器械的灭菌或废弃物处理。理。 如接种环、试管口等如接种环、试管口等 2. 干烤法：一般加热

4、至干烤法：一般加热至160-170 、2h8 湿热灭菌法湿热灭菌法: 1. 巴氏消毒法巴氏消毒法 61.1-62.8 、30min 71.7 、15-30s 2. 煮沸法煮沸法 一般细菌繁殖体煮沸一般细菌繁殖体煮沸5 min 即可被杀死即可被杀死 芽孢需芽孢需1-2h 3. 流通蒸汽灭菌法流通蒸汽灭菌法 4. 间歇灭菌法间歇灭菌法 5. 高压蒸汽灭菌法高压蒸汽灭菌法 6. 超高温瞬时灭菌超高温瞬时灭菌(UHTST)9（二）微生物生长的温度类型（二）微生物生长的温度类型根据微生物生长温度范围和最适温度，通常把微生物分成高温性、中温性、低温性三大类。 1.低温型微生物（低温型微生物（psychro

5、philes）或嗜冷微生物或嗜冷微生物 能在0或更低的温度下生活，有专性和兼性两种。分布在高纬度的陆地和海洋。 能在低温下生长的主要原因：能在低温下生长的主要原因： 具有能在低温下保持活性的酶 在细胞质膜的类脂中不饱和脂肪酸含量较高，因而能在低温下仍然保持半流动性和生理功能。 102.中温性微生物（中温性微生物（mesophiles） 最适生长温度为20-40，分为体温型和室温型两大类。3.高温型微生物（高温型微生物（thermophiles） 最适生长温度为50-60，主要分布在高温的自然环境（火山、温泉）及堆厩肥、沼气发酵等人工高温环境中。 能在高温下生长的主要原因：能在高温下生长的主要原

6、因：具有耐热的酶和蛋白质及其合成系统，其细胞质膜类脂富含饱和脂肪酸，因而具有更强的疏水键以利于膜结构在高温下保持稳定。11温度对微生物生长速率的影响温度对微生物生长速率的影响12Temperature rangefor growth of pathogens致病菌生长的温度范围致病菌生长的温度范围TemperatureCMin.Opt.Max.Salmonella 沙门氏菌535 - 3747Campylobacter 弯曲杆菌304247E. coli 大肠杆菌103748S. aureus 金黄色葡萄球菌6.537 - 4048C. botulinum (proteolytic)1050肉

7、毒梭状芽孢杆菌（蛋白质水解型）C. botulinum (non - proteolytic) 3.3 25 37肉毒梭状芽孢杆菌（非蛋白质水解型）B. Cereus 蜡状芽孢杆菌430 - 3548 - 5013 Temperature C Min. Opt. Max.Penicillium verrucosum 疣孢青霉 0 20 31Aspergillus ochraceus 赫曲霉 8 28 37 Aspergillus flavus 黄曲霉 10 32 42Fusarium moniliforme 串珠镰孢霉 3 25 3714二、水份和渗透压二、水份和渗透压1.水的活度（水的活度（

8、Aw） ：表示环境中水对微生物生长可给性高低的指标。不同微生物生长所需的Aw不同，细菌一般为0.90-1.00，正常酵母 0.88 ， 正常霉菌 0.80 ， 嗜盐酵母和丝状真菌可达0.60。营养细胞不耐干燥，几小时就会死亡。细菌芽孢、真菌孢子对干燥有很强的抵抗力，保存数年仍有活力。15Minimum levels of aW permitting growth ( at near optimum temperatures )微生物生长必需的最低水分活度微生物生长必需的最低水分活度MouldsAspergillus chevalieri 曲霉0.71霉菌Aspergillus ochraceu

9、s 赭曲霉0.78Aspergillus flavus 黄曲霉0.80Penicillium verrucosum 青霉0.79Fusarium moniliforme 串珠镰孢霉0.87YeastsSaccharomyces rouxii 鲁氏酵母0.62酵母Saccharomyces cerevisiae 啤酒酵母0.90BacteriaBacillus cereus 蜡状芽孢杆菌0.92细菌Clostridium botulinum (proteolytic) 0.93 肉毒梭状芽孢杆菌（蛋白水解型）Clostridium botulinum (non-proteolytic) 0.97

10、 肉毒梭状芽孢杆菌（非蛋白水解型） Escherichia coli 埃希氏大肠杆菌0.93Salmonella 沙门氏菌0.95Staphylococcus aureus 葡萄球菌0.83162.渗透压：渗透压： 高渗环境会使细胞原生质脱水而发生质壁分离，而能抑制大多数微生物的生长。u利用盐、糖这些亲水试剂与水分子的结合减少利用盐、糖这些亲水试剂与水分子的结合减少有效水分有效水分17aw 1.00 0.99 0.98 0.96 0.94 0.92 0.90 0.88 0.86Concentration of NaCl and glucose at various aw values (at

11、25C) 2525C C时不同浓度食盐和葡萄糖溶液的时不同浓度食盐和葡萄糖溶液的a aw w% w / wGlucose 葡萄糖0.008.9015.7428.5137.8343.7248.5453.0558.45% w / wNaCl0.001.743.436.579.3811.9014.1816.2818.1818 水份和渗透压影响的应用：水份和渗透压影响的应用： 盐渍和蜜饯利用生理干燥保存食品，防腐。 酿造业：细菌曲房空气RH接近饱和，利于生长。 仓库：保持干燥。 菌种保存：干燥。19三、酸碱度（三、酸碱度（pH） 1. pH值适应范围和最适值适应范围和最适pH值：值： 细菌、藻类和原生

12、动物 4.0-10.0 6.5-7.5 放线菌 4.0-10.0 7.5-8.0 酵母、霉菌 1.5-10.0 5-6pH范围 最适pH 20 microbes Minimum optimum maximum pH spectrum of different microbes21 2. pH或或H+对微生物的作用对微生物的作用 影响细胞质膜电荷的变化从而影响了养料吸收 影响酶的活性 改变环境中养料的溶解度及可给性 抑制杂菌生长 强酸和强碱具有很强的杀菌能力。22 3. pH 的变化常可以改变微生物的代谢途径并产的变化常可以改变微生物的代谢途径并产生不同的代谢产物生不同的代谢产物 例如：酵母菌在

13、pH4.5-6.0时发酵糖产生酒精，pH7.6时则可同时产生酒精、甘油和醋酸。黑曲霉（Aspergillus niger）在pH2.0-3.0时发酵蔗糖产生柠檬酸，pH升至中性时则产生草酸。 4. 微生物对环境中物质的代谢常改变环境的微生物对环境中物质的代谢常改变环境的pH值值 如许多细菌和真菌在分解培养基质中的碳水化合物时产酸使环境变酸，另一些微生物则在分解蛋白质时产氨而使环境变碱。23Possible reactions responsible for the pH changing during the cultivation24Measures used in the fermenta

14、tive production to regulate the pH25四、四、O2和和Eh值（氧化还原电位）值（氧化还原电位）氧气对微生物生长的影响氧气对微生物生长的影响根据微生物与氧气的关系，微生物可分为：（1）专性好氧菌专性好氧菌（obligate or strict aerobe） ：以氧气为呼吸链的最终电子受体，缺氧时不能生存。 大多数细菌、几乎全部放线菌、蓝细菌、真菌和藻类属于此类型。26（2）厌氧菌厌氧菌（anaerobes）: :暴露在空气中则停止生长。暴露在空气中则停止生长。常见的厌氧菌：常见的厌氧菌：Clostridium（梭菌属）、梭菌属）、Bacteroides（拟杆菌

15、属）、拟杆菌属）、Fusobacterium（梭杆菌属）、梭杆菌属）、Bifidobacterium（双歧双歧杆菌属）杆菌属）27（3）兼性厌氧菌兼性厌氧菌（facultative anaerobes）: : 以在有氧条件下的生长为主也可兼在厌氧条件下生长的微生物，有时也称“兼性好氧菌” （facultative aerobes）。 在有氧时能以氧气作为受H+体，无氧时以代谢中间产物作为受H+体进行发酵作用。 许多酵母菌和不少细菌都是兼性厌氧菌。2829（4）微好氧菌微好氧菌（microaerophilic bacteria）： 在充分通气和严格厌氧的环境中均不能生长，只能在含氧量为2%-10

16、%的微好气条件下生长，种类不多。 例如:Vibrio cholerae（霍乱弧菌） Campylobacter（弯曲菌属）等 30(5)耐氧菌耐氧菌（aerotolerant anaerobes）: : 即耐氧性厌氧菌的简称。是一类可在分子氧存在下进行发酵性厌氧生活的厌氧菌。它们的生长不需要任何氧，但分子氧对它也无毒害。 一般的乳酸菌多数是耐氧菌， 例如，Streptococcus lactis（乳链球菌）、 Lactobacillus lactis（乳酸乳杆菌）等31(a) Obligate aerobes grow only at the surface. Obligate aerobes

17、 often form a film (scum) or pellicle, that floats on the top of the liquid. (b) Anaerobes grow away from the surface(c) Facultative aerobes grow throughout the tube, they are able to grow under both aerobic and anaerobic conditions . (d) Microaerophilic bacteria require a little bit of oxygen, but

18、too much is toxic.(e) Aerotolerant anaerobes: anaerobes can grow under both aerobic and anaerobic conditions . Bacteria growth and survival depend on FATTOM: Food Acidity Temperature Time: 4-hour rule Oxygen Moisture323334五、光和射线五、光和射线1. 可见光：可见光： 光能营养型微生物必须吸收400-900nm的可见光波进行光合作用。 一些趋光性微生物在有光源时生长得更好，一

19、些真菌在生殖生长时（形成子实体、担子果）需要一定散射光的刺激。 35五、光和射线五、光和射线 2. 紫外线的杀菌作用：紫外线的杀菌作用： 250280nm的波长杀菌力最强，微生物细胞经紫外线照射后，以O2为底物产生光化学反应生成的H2O2（过氧化氢），发生强烈的氧化作用，杀死细胞。 引起DNA变异，突变，死亡。 36五、光和射线五、光和射线2. 紫外线的杀菌作用：紫外线的杀菌作用： 一般30W灯管，9m3空间，距地面2m每次打开紫外线照射0.5h，就使室内空气灭菌。若照射紫外线时先喷洒石炭酸等化学消毒剂，可增强灭菌效果。 紫外线虽有较强的杀菌力，但穿透力弱，即使一薄层玻璃或水层就能将大部分紫外

20、线滤除，因此只适用于空气及表面杀菌。37五、光和射线五、光和射线3. X、射线、超声波也有强烈的杀菌射线、超声波也有强烈的杀菌作用作用4. 适当剂量的紫外线、适当剂量的紫外线、 X、射线可作射线可作有效的诱变剂。有效的诱变剂。 38六、化学药物六、化学药物 药物能抑制或杀死微生物，但有些药物在高浓度时是杀菌剂，在低浓度时可能被微生物利用作为养料或生长刺激因子。 39杀菌药物：杀菌药物：1.重金属：汞、银、铅、锌、铜等。2.强氧化剂：H2O2、KMNO43.还原剂：甲醛与蛋白质的酰氨基和巯基作用，引起蛋白质变性。4.表面活性物质：新洁尔灭等。5.强酸、强碱6.其它：H2S、SO2和一些常用染料等。 40 消毒剂的主要种类类别类别作用机制作用机制常用种类常用种类酚类蛋白变性，细胞膜损伤石炭酸醇类蛋白变性乙醇氧化剂氧化、蛋白沉淀高锰酸钾、过氧乙酸、碘酒重金属盐氧化、蛋白酶变性红汞、硫柳汞表面活性剂蛋白变性，细胞膜损伤新洁而灭染料干扰氧化、抑制繁殖龙胆紫酸碱类破坏膜、壁，蛋白凝固醋酸、生石灰烷化剂蛋白质、核酸烷基化环氧乙烷还原剂蛋白质变性甲醛41Measuring anti