微生物教程yyd第七章微生物的生长及其控制课件

第七章微生物的生长及其控制对微生物个体而言，体积的增大叫生长，数量的增多叫繁殖；对微生物群体而言，生长、繁殖为个体生长、繁殖的总和。霉菌细胞数目的增加不伴随着个体数目的增加，只能叫生长不叫繁殖。第一节测定生长繁殖的方法第二节微生物的生长规律第三节影响微生物生长的主要因素第四节有害微生物的控制二、计繁殖数（一）直接法：比例计数法（不常用）血球计数板法：适合于单细胞的真核微生物，即酵母菌（细菌不可）细胞个体大，类似人体细胞（400×显微镜）即可。电子自动计数器计数法（电阻原理）（二）、间接法： 液体稀释法（培养24～48小时，多个试管，大于95％，不常用）平板菌落计数法（很常用）-计算活菌数（死菌不长菌落）取一定量的菌悬液放入平皿中，冷凝前加入琼脂，混合，凝固。注意操作要求。返回目录第二节微生物的生长规律一、细菌个体生长和同步生长同步培养：设法使某一群体中的所有个体细胞尽可能处于同样细胞生长和分裂周期中，然后通过分析此群体在各阶段的生物化学特性变化，来间接了解单个细胞的相应变化规律。获得同步生长的方法：（1）环境条件诱导：此法可改变微生物的代谢，使其同步生长，但由于代谢周期改变，研究意义不大。（2）物理学方法：在随机的群体中，选择出同步生长的个体。具体有：过滤法：孔径大小不同的微孔滤器以达到分开的目的。离心法：不同细胞培养物，悬浮在不被这种菌利用的糖或葡聚糖的不同梯度溶液里，密度梯度离心，不同细胞分布成不同的细胞带。硝酸纤维素滤膜法：无论哪种方法，同步生长仅可维持少量的几代（4代左右），再往后又变为非同步的。故获得同步生长的微生物应该马上研究，以免代数过多。5.56.08.58.07.57.06.59.0300515202510稳定期菌数的对数对数期迟缓期衰退期总菌数活菌数生长曲线小时分为四期：迟缓期、对数期、稳定期、衰退期（一）延滞期（停滞期、调整期、适应期、延迟期）1、定义：指少量微生物接种到新培养液中后，在开始培养的一段时间内细胞数目不增加的时期。2、特点：①生长速率为零；②细胞形态变大或增长；③细胞内RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性；④合成代谢活跃，易产诱导酶⑤容易受外环境影响。（二）、对（指）数期1、定义：微生物细胞以几何级数迅速增加的一段时期。2、特点:1)、生长速率最大，代时（细菌数量增加一倍所需时间）最短。2)、细胞均衡生长，体内成分均匀。3)、酶系活跃，代谢旺盛。3、影响对数期增代时间的因素

1)、菌种：不同菌种代时差别大2)、营养成分，越全面，越丰富，则代时越短。3)、营养物质含量：指某一种营养物的浓度，区别于总量。在一定范围内，营养物质含量，影响微生物的群体代时；在一定范围外，其只影响最终的菌浓度总量和产物量,不影响代时；生长代谢因子：凡是在较低浓度即可影响微生物生长速度和菌体产量的物质称生长代谢因子。4)、培养温度：对微生物的生长速率有明显的影响，对发酵实践、食品保藏和夏天防范食物变质和食物中毒等都有重要参考价值。4、对数期的实践意义：1)、是进行基础研究的好材料2)、是增殖噬菌体的最适宿主菌龄3)、也是发酵生产中用作“种子”的最佳种龄稳定期到来的原因：1)、养份消耗（特别是生长限制因子的消耗），有害代谢产物的积累2)、营养物质比例失调（特别是C/N比值）及PH值的改变实践意义1)、是生产量上获得菌体及其代谢产物的最佳时期。（秋季）2)、是研究中，确定生长因子维生素和氨基酸生物测定的关键时期。3)、是设计和确定连续培养技术的前提。（区别于分批培养）(四)、衰亡期（群体呈负增长）定义：稳定期后，群体中细胞死亡数量增多，繁殖数量减少的一段时间。表现：1)、细胞形态不规则，大小差异较大，（严重的发生菌体自溶）2)、可产生芽胞的细菌，芽胞与菌体分离3)、可产生次级代谢产物的，此期产物量很高导致因素：由于微生物大量繁殖而导致环境条件恶化，分解代谢超过了合成代谢，而导致大量菌体死亡。三、微生物连续培养（发酵罐内进行）1、定义：即在微生物生长到对数期之后，以一定的流速加入新鲜培养基，同时排出过多的培养物，这样就可以维持较高的代谢产量，此法称微生物连续培养。连续培养的优缺点：优点：1、高效、简化了装料、灭菌、出料、清洗发酵罐等操作2、自动化控制，便于电脑操作；3、产品质量较稳定；4、节约动力、人力、水、蒸汽。缺点：（1）菌种变异退化（必然的），故连续培养时有时间限制。（2）易被杂菌污染。返回目录第三节影响微生物生长的主要因素营养条件（第五章）物理条件（温度，氧气，PH值）一、温度

原因：⑴影响酶的活性，最适酶促反应温度。⑵影响细胞质膜的流动性，温度越高流动性越大。⑶影响物质的溶解度。所有细菌均有其温度三基点：最适生长温度、最高生长温度、最低生长温度（常利用其保持食品、菌种）最适生长温度：某菌分裂代时最短或生长速率最高的培养温度。对细菌而言，其适宜的温度跨度很大，故从温度角度分为三大类群：二、氧气1.专性好氧菌：需在有氧环境生长繁殖，靠有氧呼吸产生能量。体内有超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶、在半固体培养基中培养，集中在表面上生长形成菌膜。多数真菌和很多细菌均属此类。2.兼性厌养菌：有无氧气均可生长，有氧气时生长的更好，靠呼吸产能；无氧气时靠发酵或无氧呼吸产能。体内有SOD和过氧化氢酶。许多酵母和细菌属此类。有氧呼吸：底物脱氢，H由外来受氢体接受（如O2）无氧呼吸：底物脱氢，H由除氧外的受氢体接受（如NO3-盐、SO42-盐、CO2、Fe3+或有机物）发酵：无外源受体（自身内部进行）故兼性厌养菌在半固体培养基中各处均有，以上部居多。3.微好氧菌：在氧含量较底的条件下，﹝0.01～0.03巴，正常的氧分压是0.2巴﹞才能正常生长，通过呼吸链并以氧为最终受体而产能的一类菌。4.耐氧菌：可在有氧条件下进行发酵性厌养生活，氧对其无害，体内无呼吸链，有SOD，有过氧化物酶，缺少过氧化氢酶。在没有氧的条件下生长。如乳酸菌。5.厌氧菌：（专性厌氧菌或绝对厌氧菌）在有氧条件下不生长，体内无SOD，有过氧化物酶，缺少过氧化氢酶。能量只能通过发酵或无氧呼吸获得，氧气对其有毒害作用，在有氧条件下或休眠或死亡。例如：梭状芽孢杆菌、韦氏梭菌、产甲硫细菌（沼气）、双歧杆菌、在半固体培养基中（加入吸附氧气的试剂），在底部生长。产生：在生物进化的过程中，好氧的菌体内产生的三种酶能够把有氧环境产生的超氧负离子、过氧化氢、过氧化物消除。（O2—比H2O2强）有机物：糖类脂类

有机酸

蛋白质胺类脱羧

无机物：

（NH4）2SO4

NaNO3

氨根离子选择吸收

硝酸根离子选择吸收

H2SO4

NaOH

变酸

变碱

发酵，氧化水解

PH调节措施：治标：过酸：加NaOH、NaCO3过碱：加H2SO4、HCL治本：过酸：加适当N源：尿素、NaNO3、NH4OH、或蛋白质；提高透气性。过碱：加适当C源：糖、乳酸、油脂；降低透气性。四．辐射和超声波辐射是通过空气或外层空间以波动的方式从一个地方传播或传递到另一个地方的能源。包括离子和电磁波。电磁辐射包括可见光、红外线、紫外线、x射线、γ射线。波长越长含能量越低，反之则高。无线电波最长，生物学效应最弱。有些可见光是蓝细菌和藻类进行光合作用的主要能源。紫外射线的波长136～400纳米有杀菌作用，波长较短（x、α、β、γ）往往可以引起水与其他物质的电离。对微生物易起有害作用。故作为一种灭菌措施。一：紫外射线：使被照射物的分子或原子中的内层电子提高能级。波长265～266纳米的杀菌力最强。紫外辐射对微生物有明显的致死作用，是强杀菌剂。紫外穿透能力差。不易透过不透明的物质。只适用于空气和物体表面消毒。紫外辐射对细胞有害。细胞很多物质可以吸收紫外线。例如，细胞质中的核酸及其碱基对对紫外线的吸收能力特强。吸收峰260纳米蛋白质的吸收峰为280纳米辐射作用引起细胞代谢机能的改变而发生变异。总之，紫外线的杀菌作用是复杂的主要是对DNA的作用。最明显的是形成胸腺嘧啶二聚体。影响：干细胞比湿细胞抗性强，孢子比营养细胞强，带色的细胞能更好的抵抗紫外辐射。光复活现象。二：电离辐射：（x、α、β、γ）有足够的能量从分子中逐出电子而使之电离。电离辐射的杀菌作用不是靠辐射对细胞直接作用，而是间接的通过射线引起环境中水分子和细胞中水分子在吸收能量后导致电离所产生的自由基起作用这些游离基团能与细胞中的敏感大分子反应并使之失活。一般用于大体积的物品消毒。某些化合物如碘化钾对电离辐射有保护作用。超声波使细胞破裂。返回目录第四节、有害微生物的控制一、概念：1灭菌：用强烈的理化因素使物体内外一切菌永远丧失生长繁殖能力的方法。杀菌：菌体虽死，形态尚存溶菌：菌体杀死后细胞发生溶化、消失。2消毒：采用较温和的理化因素，杀死物体表面或内部部分对人体有害的病源菌，被消毒的物体基本保证无害的措施。例如：常用消毒药剂及物理消毒措施（巴氏消毒法）3防腐：利用某种理化因素完全抑制霉腐菌的生长繁殖，防止食品发生霉腐的措施。防腐的措施：（1）低温：休眠状态下保存菌种；保存食物、药品、菌种。（2）缺氧：抽真空、充氮或二氧化碳、多用化学除氧剂；密闭容器中加入除氧剂有效的防止食品和粮食的霉腐变质。（3）干燥：晒干，红外线、吸湿剂；在密封的条件下，用生石灰，无水氯化钙，五氧化二磷，氢氧化钾或硅胶作吸湿剂保藏食品、药品、器材。（4）高渗：提高细胞外的渗透压；盐腌和糖渍，例如果脯、咸菜等。糖的浓度为50～70％，盐的浓度为10～15％，由于盐的分子小并能离解，百分浓度相当时盐的保存效果好于糖。（5）高酸度：泡菜，利用乳酸菌的厌氧发酵使新鲜的蔬菜产生大量的乳酸，抑制杂菌和霉菌的目的。乳酸菌、醋酸菌。（6）防腐剂：食品、调味品、饮料、化妆品。4化疗：利用具有高度选择性的化学物质抑制宿主体内病源菌的生长繁殖，借以达到治疗该传染病的一种措施。常见的化学治疗剂：抗生素、磺胺类药物、中草药等。例如：黄连、双黄连；二、物理杀菌的代表：高温（一）温度杀菌作用的种类：干热灭菌、湿热灭菌蛋白质的含水量与其凝固的温度成反比。湿热灭菌主要通过热蒸气杀死微生物，由于蒸气的穿透力比热空气强而且更易破坏保持蛋白质稳定性的氢键的结构，因此在同一温度下湿热要比干热效果好。1.干热灭菌法：（1）火焰灼烧法：此法灭菌彻底，迅捷简便。但使用范围有限。常用于接种工具，污染物品及实验动物尸体等的废弃物的处理。（2）干热灭菌器：电热鼓风干燥箱以温度达到160℃算起2小时；此法只适用于玻璃器皿，金属器具等耐热物品的灭菌。不可以有介质，灭培养基中的菌不可用。2.湿热灭菌法：一般菌的营养体在60℃时5-10分钟可杀死，酵母真菌的孢子耐热在80℃以上才能杀死；细菌的芽孢最耐热，一般120℃处置20分钟才能杀死。主要有以下几种方法:(1)常压法:

A.巴氏消毒法：用于牛奶、啤酒、果酒、酱油等不能进行高温灭菌的液体的一种消毒方法，主要是杀死其中无芽孢的病原菌（如牛奶中的结核杆菌或沙门氏菌），是一种低温消毒法，具体的处理温度和时间各不相同，一般在60～85℃下处理15秒至30分钟。具体方法有两类，第一类称为低温维持法，另一类称为高温瞬时法，用于牛奶消毒只要在72℃下保持15秒钟即可。B.煮沸消毒法：一般用于饮用水、注射器的消毒。（100℃，15分钟以上，并在水中加入1％碳酸钠或2～5％石炭酸，效果好。）C.间歇灭菌法：又称丁达尔灭菌法或分段灭菌法。适用不耐热又需彻底灭菌的材料。方法是将待灭菌的培养基在80～100℃下蒸煮15～60分钟，以杀死其中所有微生物的营养细胞，然后置室温或37℃下保温过夜，诱导残留的芽孢发芽，第二天再以同法蒸煮和保温过夜，如此连续3天，即可在较低的温度下达到彻底灭菌的效果。例如，含糖培养基。（2）加压法（一）常用方法：A.常规加压灭菌法（加压蒸气灭菌锅）：在压力为1㎏/㎝2或15磅/英寸2条件下达到沸点121.3℃，维持15～20分钟，或压力0.7㎏/㎝2或10磅/英寸2时达到115℃维持35分钟。B.连续加压灭菌法（连消法）：适用于大规模的发酵工厂中做培养基灭菌。方法：培养基在发酵罐外连续不断的处理5～15秒（135～140℃），再冷却，重复循环，最终进入发酵罐。概念：热死时间：指在某一温度下，杀死某些微生物的水悬浮群体所需的最短时间。热死温度：热死点，指在一定的时间内（一般为十分钟）杀死某些微生物的水浮群体所需的最低温度。(二)影响加压蒸气灭菌效果的因素：影响加压蒸气灭菌效果的因素：灭菌物体的含菌量高压锅内冷空气排除的程度注：做实验时待喷出的气体是蒸气时，才把手动阀关掉细菌生长PH值灭菌对象的体积；（影响热的传导速率）加热与散热的速度（三）高温对培养基成分的有害影响及防止有害影响：形成沉淀，分有机物（如多肽类沉淀）和无机物（如磷酸盐、碳酸盐沉淀）破坏营养，色泽改变（褐变：产生氨基糖、焦糖或黑色素或毒变）改变培养基的PH值（一般降低PH值）降低培养基的浓度（气温低时会增加冷凝水）消除措施：采用特殊的加热灭菌法：对易破坏的含糖培养基进行灭菌时分别灭菌再混合。在含钙离子、铁离子的培养基与磷酸盐先分别灭菌在混合。大规模发酵采用连续加压灭菌法。例如用降压法或间歇灭菌法过滤除菌法：可处理不耐热的成分但不能除去病毒和噬菌体。缺点是无法去除其中