环境因素对微生物生长的影响.ppt

微生物的生长和环境因素对微生物生长的影响,第一节 微生物的生长,第二节 环境因素对微生物生长的影响,第三节 常用的灭菌方法,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。,生长：,生物个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。,繁殖：,生长是一个逐步发生的量变过程； 繁殖是一个产生新的生命个体的质变过程。,生长、繁殖就是保证微生物获得巨大数量的必要前提 没有一定的数量就等于没有微生物的存在。,一个微生物细胞,合适的外界条件，吸收营养物质，进行代谢。,如果同化作用的速度超过了异化作用,个体的生长原生质的总量（重量、体积、大小）就不断增加。,如果各细胞组分是按恰当的比例增长时，则达到一定程度后就会发生繁殖，引起个体数目的增加。,群体内各个个体的进一步生长,群体的生长,一、细菌的个体生长和同步生长,二、典型生长曲线,第一节 微生物的生长,一、细菌的个体生长和同步生长,要研究单个细菌细胞内,所发生的生物化学变化和细胞学变化,目前使用的方法: 一是用电子显微镜观察细菌细胞的超薄切片 二是使用同步培养技术,培养时间,获得细菌同步生长的方法主要有两类：, 通过环境条件来诱导同步性,选择性过滤 梯度离心法 硝酸纤维素滤膜法,温度 培养基成份控制 其他：如光照和黑暗交替培养,硝酸纤维素滤膜法是最经典的获得同步生长的方法。,由于细胞的个体差异，同步生长往往只能维持2-3个世代，随后又逐渐转变为随机生长。,通过物理学方法从随机的、不同步细菌群体中选择出同步的菌体,二、典型生长曲线,生长曲线：,把少量纯种单细胞微生物接种到恒容积的液体培养基中后，在适宜的温度、通气（厌氧菌则不能通气）等条件下，它们的群体就会有规律的生长起来，以细胞数目的对数值做纵坐标，以培养时间为横坐标，就可以画出一条有规律的曲线，这就是微生物的生长曲线。,细菌的生长曲线一般用菌数的对数为纵坐标作图。,影响延滞期长短的因素很多，除菌种外，主要有三个。 接种龄 接种量 培养基成分,延滞期出现的原因：,微生物接种到新鲜培养液中，一时还缺乏分解或催化有关底物的酶，或是缺乏充足的中间代谢产物等。为产生诱导酶或合成有关中间代谢产物，就需要一段适应期，于是出现了生长的延滞期。,调整代谢,在生产实践中缩短延滞期的常用手段：,(1)通过遗传学方法改变种的遗传特性使延滞期缩短；,(2)利用对数生长期的细胞作为种子；,(3)尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；,(4)适当扩大接种量；,影响微生物生长的外界因素很多,除了营养条件外,还有许多物理条件。如温度、水分、pH、氧气等。,一、温度,二、水分,三、氧气,四、 pH,五、渗透压,六、辐射,第二节 环境因素对微生物生长的影响,一、温度,由于微生物的生命活动是由一系列生物化 学反应组成的，而这些反应受温度的影响极 为明显。,温度是影响微生物生长的最重要的因素之一,最低生长温度（一般为-5-10 C，极端为-30 C）,最适生长温度,嗜冷菌（45C）,最高生长温度（一般为8095 C，极端为105300 C ）,生长温度三基点,低温对微生物的影响,高温对微生物的影响,微生物在冰冻温度下，细胞内的游离水形成冰晶体，对细胞膜与细胞壁有机械的物理刺伤作用，特别是游离水被冰冻，使细胞脱水浓缩引起细胞质黏度增大，电解质浓度增高，pH和胶体状态发生改变，也可引起细胞质内蛋白质部分变性等，甚至导致细胞死亡。,高温对微生物的致死作用主要因蛋白质、核酸与酶系统等重要生物高分子的氢键受到破坏，导致菌体蛋白质凝固变性；核酸发生降解变性失活；破坏细胞的组成；热溶解细胞膜上类脂成分形成极小的孔，使细胞内容物泄漏，从而导致死亡。,二、水分 水分是微生物生命活动的必要条件。不同微生物生长的最低Aw值有较大差异。,多数细菌： 最低Aw0.90，范围0.900.99,多数酵母菌：最低Aw0.87，范围0.870.91,多数霉菌：最低Aw0.80，范围0.800.87,三、氧气 氧对微生物的生命活动有着极其重要的影响。,好氧菌 厌氧菌,专性好氧菌：在分子氧存在下进行好氧呼吸产能 兼性厌氧菌 微好氧菌：只能在0.010.03Pa的大气压下生活,以呼吸为主，兼营发酵产能 以呼吸为主，兼营厌氧呼吸产能,耐氧菌：只能以发酵产能，但分子氧无害 专性厌氧菌：只能生长在无氧或基本无氧条件下，氧剧毒,微生物与氧的关系,（一）专性好氧菌 必须在有分子氧的条件下才能生长，有完整的呼吸链，以分子氧作为最终氢受体，细胞含超氧化物歧化酶和过氧化氢酶。,绝大多数真菌和许多细菌都是专性好氧菌,（二）兼性厌氧菌 在有氧或无氧条件下均能生长，但在有氧情况下生长得更好； 在有氧时靠呼吸产能，无氧时借发酵或无氧呼吸产能； 细胞含超氧化物歧化酶和过氧化氢酶；,许多酵母菌和许多细菌都是兼性厌氧菌,（三）微好氧菌 只能在较低的氧分压下才能生长的微生物。也通过呼吸链并以氧为最终氢受体而产能。,例如：霍乱弧菌、一些氢单胞菌属、发酵单胞菌属等,一类可在分子氧存在下进行厌氧生活的厌氧菌，即它们的生长不需要氧，分子氧对它们也无毒害。它们不具有呼吸链，仅依靠专性发酵获得能量。细胞含超氧化物歧化酶和过氧化物酶。但缺乏过氧化氢酶。,一般的乳酸菌多数是耐氧菌,（四）耐氧菌,（五）专性厌氧菌 它有以下几个特点： 分子氧对它们有毒，短期接触也会抑制它们生长甚至致死； 只有在深层的无氧或低氧化还原势的环境下才能生长；,生命活动所需能量是通过发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸化或甲烷发酵等提供； 细胞内缺乏超氧化物歧化酶和细胞色素氧化酶；,各种光合细菌和 产甲烷菌等都属于专性厌氧菌,专性厌氧菌因缺乏超氧化物歧化酶，故易被生物体内极易产生的超氧物阴离子自由基而毒害致死。,大多数缺乏过氧化氢酶，常见专性厌氧菌有肉毒梭状芽孢杆菌、拟杆菌属、双歧杆菌属、光合细菌、产甲烷菌。,四、pH,微生物生长pH范围较广，一般在2-8之间，绝大多数生长在pH5-9。不同的微生都有其最适宜生长pH和一定pH范围，最高、最适、最低PH范围，最适pH微生物生长繁殖速度快。最低、最高PH环境中，微生物虽能生存和生长，但缓慢易死亡,最适生长pH值偏于碱性范围内的微生物：最适 pH 8,嗜碱微生物(例如硝化细菌、放线菌、根瘤菌等） 耐碱微生物（例如干链霉菌等）,最适生长pH值偏于酸性范围内的微生物：最适pH <5,嗜酸微生物(例如硫杆菌属） 耐酸微生物（例如乳酸杆菌、醋酸杆菌等）,多数真菌是嗜酸的（pH5），多数放线菌是嗜碱的（pH8）,在微生物的培养过程中，如何调节合适的pH就成了发酵生产中的一项重要措施。,嗜中性微生物：最适pH 5 - 8.,五、渗透压,大多微生物适用于在等渗的环境中生长，若置于高渗溶液中，易造成细胞脱水而引质壁分离，使细胞不能生长甚至死亡，若置于低渗溶液中，外环境中水从溶液进入细胞内引起细胞膨胀，甚至破裂死亡。,等渗,高渗,利用一般微生物不耐高渗。食品工业可采取多种有效抑制微生物生长，保存食品的方法 有些微生物耐高渗能力较强，可在1530%盐溶液生长,六、辐射,紫外线波长在200300nm杀菌作用能最强，因为蛋白质和核酸分别在280nm和260nm处有较高吸收峰，因为分子结构被破坏和变性失活。,在周围环境中，到处都有各种各样的微生物存在着， 其中是对人类有害的微生物，我们应采取有效的措施来 抑制或消灭它们。,一、几个基本概念,二、物理杀菌因素的代表高温,三、化学杀菌剂或制菌剂,第三节 常用的灭菌方法,（一）灭菌 采用强烈的物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，称为灭菌。,（二）消毒（化学和物理方法） 消毒是一种采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌。,一般消毒剂在常用浓度下只能杀死微生物的繁殖体，对芽孢则无杀灭作用。 化学消毒剂高浓度时具有杀菌作用，低浓度时具有抑菌作用。,一、几个基本概念,（三）商业灭菌,是指食品经杀菌处理后，采用常规的培养方法无活菌检出或残存的非致病菌的数量很低，但要求它们在不适宜的pH、温度等储藏条件下不能在产品中生长繁殖。,食品工业中，常用“杀菌”名词，包括消毒和商业灭菌，如牛奶的杀菌是巴氏消毒；罐藏食品的杀菌是指商业灭菌。,（四）防腐 防腐就是利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖，从而达到防止食品等发生霉腐的措施。,（五）化疗 化疗即化学治疗，它是利用具有高度选择毒力的化学物质来抑制宿主体内部病原微生物的生长繁殖，借以达到治疗该传染病的一种措施。,二、物理杀菌因素的代表高温 能作为物理杀菌因素的种类很多，例如高温、辐射、超声波和激光等，现在最常用的方法是高温。,在实践上行之有效高温灭菌或消毒的方法主要有以下几种：,1、干热灭菌法,2、湿热灭菌法,三、化学杀菌剂或制菌剂 抑制或杀灭微生物的化学因素种类极多、用途广泛、性质各异。主要有以下种类：,化学因素,表面消毒剂,溶液状态 气体状态,抗代谢药物：硫胺类等 抗生素 中草药有效成分,化学治疗剂,（一）表面消毒剂,消毒剂：可杀死微生物，通常用于非生物材料的灭 菌或消毒。,酸类：乳酸、醋酸、苯甲酸、山梨酸、脱氢醋酸等。,碱类：石灰水、生石灰乳、火碱、烧碱等。,氧化剂：高锰酸钾、过氧化氢、氯气、漂白粉、过氧乙酸、 二氧化氯、碘酒等。,有机化合物：醇类、酚类、醛类等。如乙醇、石碳酸、 甲醛（福尔马林）等。,（二）抗代谢药物的代表磺胺类药物,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，从而阻碍了酶的功能，干扰了代谢的正常进行，这些物质称为抗代谢物。,叶酸对抗物（磺胺） 嘌呤对抗物（6-巯基嘌呤） 苯丙氨酸对抗物（对氟苯丙氨酸） 尿嘧啶对抗物（5-氟尿嘧啶） 胸腺嘧啶对抗物（5-溴胸腺嘧啶）等等,（三）抗生素,抗生素是生物在其生命活动过程中产生的一种次生代谢产物或其人工衍生物，它们在很低浓度时就能抑制或影响它种生物的生命活动，如杀死微生物或抑制其生长，因而可作优良的化学治疗剂。,1、概念,自本世纪40年代以来，已找到上万种新抗生素，合成了近10万种半合成抗生素，但其中在临床上常用的仅几十种。,抑制细菌细胞壁合成、破坏细胞质膜、作用于呼吸链以干扰氧化磷酸化、抑制蛋白质和核酸合成等。,抑制微生物的生长或杀死它们,2、作用机制,(完),