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1、Chapter 7 Microbial growth Chapter 7 Microbial growth and its controland its control2 影响微生物生长影响微生物生长的主要因素的主要因素1 1 温度温度 temperature 低温抑菌，高温杀菌低温抑菌，高温杀菌2 水分水分 水对生命的意义水对生命的意义2.1 水活度水活度 aw(Water activity)aw表示环境中水对微生物生长表示环境中水对微生物生长可给性可给性高低的指标高低的指标aw Ps(溶液的蒸汽压溶液的蒸汽压)/Pw(纯水的蒸汽压纯水的蒸汽压)RH(相对湿度相对湿度)几种溶液的几种溶液的a
2、w awNaCl%蔗糖蔗糖%0.9950.870.920.983.5/海水0.967.06.50.916.5140.8523/大盐湖 20.5/饱和0.80 饱和0.65几种微生物生长的最低几种微生物生长的最低a aw w E.coli0.935-0.96 枯草杆菌0.95 裂殖酵母0.93 金黄色葡萄球菌0.90 黑曲霉0.88 嗜盐杆菌0.75 啤酒酵母0.602.2 材料的水活度材料的水活度湿度湿度 water content在含水的固体材料中，水分子受到固体材料的在含水的固体材料中，水分子受到固体材料的 影响，也会影响到水的可供给性。影响，也会影响到水的可供给性。在材料含水量较低时，细
3、胞要消耗能量来吸收利用在材料含水量较低时，细胞要消耗能量来吸收利用 水分水分;当在材料上只有一层水分子时，水分子已当在材料上只有一层水分子时，水分子已 完全被基质吸附、很难再被细胞利用。完全被基质吸附、很难再被细胞利用。微生物细胞水层水分子受到基质的束缚在干燥的环境，营养细胞很快死去，但孢子和细菌在干燥的环境，营养细胞很快死去，但孢子和细菌 芽胞可在干燥的条件下保存数年芽胞可在干燥的条件下保存数年;低温冷冻真空干燥是一种较理想的保存菌种方法低温冷冻真空干燥是一种较理想的保存菌种方法;在工、农业生产和日常生活中，往往要把各种原材料在工、农业生产和日常生活中，往往要把各种原材料 干燥保存，以防止微
4、生物引起的霉变、腐烂损失干燥保存，以防止微生物引起的霉变、腐烂损失.2.3 溶液的水活度溶液的水活度渗透压渗透压 osmotic pressure溶液中水的可给性受到溶质分子的影响，表现为渗透压的溶液中水的可给性受到溶质分子的影响，表现为渗透压的 影影响响。水水的的运运动动是是从从低低渗渗环环境境中中向向高高渗渗环环境境中中运运动动，即即从从水水多的地方向水少的地方运动。多的地方向水少的地方运动。一般情况下一般情况下,细胞内渗透压高于环境细胞内渗透压高于环境;水由扩散方式进入水由扩散方式进入 细胞。适合于微生物生长的渗透压范围较广。细胞。适合于微生物生长的渗透压范围较广。原生质体在原生质体在低
5、渗溶液低渗溶液中会吸水膨胀破裂。中会吸水膨胀破裂。高渗环境高渗环境中，细胞会脱水发生质壁分离，细胞必须中，细胞会脱水发生质壁分离，细胞必须 耗能吸收水，如渗透压太高，细胞无法吸收到水，耗能吸收水，如渗透压太高，细胞无法吸收到水，会脱水，直至死亡。会脱水，直至死亡。无论从湿度、还是从渗透压角度来说，在水活度无论从湿度、还是从渗透压角度来说，在水活度 过低情况下，微生物生长都受到抑制。过低情况下，微生物生长都受到抑制。实践：实践：腌菜腌菜:10；腌鱼肉类；腌鱼肉类:1015；蜜饯蜜饯:蔗糖蔗糖5070；晒干材料。；晒干材料。3 酸碱度酸碱度 Acidity and pH在在pH112范围内都有微生
6、物生长范围内都有微生物生长,主要类群最适主要类群最适pH：细菌：细菌：7.27.4放线菌：放线菌：7.08.0真菌：真菌：5.06.0细胞内一般近中性，细胞内一般近中性，不同生理时期不同生理时期可能需要不同的可能需要不同的pH。控制控制pH值值，使用，使用缓冲剂缓冲剂：K2HPO4KH2PO4、CaCO3。微生物的活动也可改变环境微生物的活动也可改变环境pH值，值，分解碳水化合物时会产酸，分解碳水化合物时会产酸，pH下降；下降；分解蛋白质时会产氨，分解蛋白质时会产氨，pH上升。上升。强酸、强碱的杀菌能力很强强酸、强碱的杀菌能力很强，但强酸腐蚀性太强，少用。，但强酸腐蚀性太强，少用。石灰石灰常应
7、用于卫生消毒，常应用于卫生消毒，苯甲酸、乳酸苯甲酸、乳酸可用作食品防腐剂。可用作食品防腐剂。4 4 氧和氧化还原电位（氧和氧化还原电位（O O2 2和和EhEh）(Redox potential,Oxidation-reduction potential)4.1 4.1 氧气对微生物生长的影响氧气对微生物生长的影响 不同微生物需要不同的通气条件，不同微生物需要不同的通气条件，根据微生物氧气的关系，可以区分根据微生物氧气的关系，可以区分5 5种类型种类型:类类 型型特特 征征代表类群代表类群1 需氧菌需氧菌以以O O2 2为最终电子受体为最终电子受体大多数微生物大多数微生物2 兼性兼性厌氧菌厌氧
8、菌有氧时有氧时:有氧呼吸有氧呼吸无氧时无氧时:发酵发酵/无氧呼吸无氧呼吸许多细菌许多细菌酵母酵母3 微需氧菌微需氧菌 只在只在2%-10%O2%-10%O2 2下生长下生长种类不多种类不多如嗜盐片球菌如嗜盐片球菌4 耐气性耐气性厌氧菌厌氧菌以发酵获取能量以发酵获取能量,O O2 2对其无毒害作用对其无毒害作用乳酸菌乳酸菌5 专性专性厌氧菌厌氧菌O O2 2对其有毒害作用对其有毒害作用产甲烷细菌产甲烷细菌梭菌梭菌不同呼吸类型的微生物不同呼吸类型的微生物根据微生物与氧的关系根据微生物与氧的关系,可把微生物分为：可把微生物分为：需氧微生物、需氧微生物、兼性厌氧微生物、兼性厌氧微生物、微好氧菌、微好氧
9、菌、耐气性厌氧微生物、耐气性厌氧微生物、专性厌氧微生物专性厌氧微生物。4.2 Eh值与微生物的生长值与微生物的生长微生物的生长微生物的生长，最根本的是受氧化还原电位的影响。，最根本的是受氧化还原电位的影响。影响氧化还原电位因素影响氧化还原电位因素:pH值、通气、值、通气、氧化型物质氧化型物质/还原型物质还原型物质比例。比例。Eh值与微生物生长的关系图示值与微生物生长的关系图示:-0.42厌氧菌生长厌氧菌生长最适最适兼性厌氧菌兼性厌氧菌 发酵发酵有氧呼吸有氧呼吸需氧菌生长需氧菌生长00.1+0.825 5 辐射辐射 RadiationRadiation5.l 可见光可见光(397800nm)光能
10、型微生物的能源光能型微生物的能源非光合类微生物在其某些生理阶段，非光合类微生物在其某些生理阶段，需要一定的可见光刺激，需要一定的可见光刺激，如如真菌子实体真菌子实体的形成需要散射光刺激。的形成需要散射光刺激。可见光中的可见光中的红外线红外线对大部分微生物具有对大部分微生物具有 热效应，可抑制、杀死微生物。热效应，可抑制、杀死微生物。5.2 紫外线紫外线/UV(136397nm)UV起源于原子内层电子提高能级。起源于原子内层电子提高能级。非电离辐射，杀菌作用最强在波长非电离辐射，杀菌作用最强在波长260nm处处,核酸在该波长处具有最大吸收峰。核酸在该波长处具有最大吸收峰。杀菌机理杀菌机理:紫外线
11、使紫外线使DNA上形成上形成T=T，引起细菌变异或死亡。，引起细菌变异或死亡。用途用途:空气或器皿表面灭菌，常用的诱变剂。空气或器皿表面灭菌，常用的诱变剂。5.3 电离辐射电离辐射 X射线射线:(0.0613.6nm)，起源于原子内层电子跃迁，起源于原子内层电子跃迁;射线射线:带正电的氦核流，电离作用强，穿透力弱带正电的氦核流，电离作用强，穿透力弱;射线射线:带负电的电子流，电离作用弱，穿透力强带负电的电子流，电离作用弱，穿透力强;射线射线:(0.010.14nm)，起源于放射性同位素衰变，起源于放射性同位素衰变 产生的辐射，穿透力强。产生的辐射，穿透力强。电离辐射电离辐射共同特点共同特点波长
12、短、能量大、打断大分子的键，波长短、能量大、打断大分子的键，或使被照射的物质分子发生电离作用，形成或使被照射的物质分子发生电离作用，形成 游离基，后者与大分子结合可使之变性失活游离基，后者与大分子结合可使之变性失活:H2O H+OH-H2O2 用途用途：用用6060CoCo产生的产生的射线进行食品、塑料制品等不耐热射线进行食品、塑料制品等不耐热 材料的灭菌，减少能源消耗。材料的灭菌，减少能源消耗。辐射辐射O26 超声波超声波 Ultrasound频率超过频率超过2万万Hz的声波，超声波通过强烈的的声波，超声波通过强烈的 振动使细胞破裂死亡。用途振动使细胞破裂死亡。用途:破碎细胞。破碎细胞。7
13、高压高压 High Pressure1000-10000个大气压可以进行灭菌保鲜。个大气压可以进行灭菌保鲜。8 8 化学杀菌剂和化学疗剂化学杀菌剂和化学疗剂8.1 8.1 化学药剂杀菌作用的一般规律化学药剂杀菌作用的一般规律化学药剂的作用效果取决于化学药剂的作用效果取决于:药剂浓度、作用时间和微生物对药物的敏感性，药剂浓度、作用时间和微生物对药物的敏感性，高浓度高浓度:杀菌作用杀菌作用低浓度低浓度:抑菌作用抑菌作用极低浓度极低浓度:刺激作用刺激作用化学药剂对微生物作用机理化学药剂对微生物作用机理:a.a.破坏细胞结构，如苯酚和乙醇；破坏细胞结构，如苯酚和乙醇；b.b.干扰细胞能量代谢，如重金属
14、、干扰细胞能量代谢，如重金属、COCO、氰化物等、氰化物等;c.c.干扰细胞物质的合成，如磺胺等抗代谢物。干扰细胞物质的合成，如磺胺等抗代谢物。8.2 常用化学杀菌剂常用化学杀菌剂苯酚苯酚25喷洒喷洒高锰酸钾高锰酸钾来苏尔来苏尔35乳化甲酚乳化甲酚桌面桌面双氧水双氧水乙醇乙醇 70蛋白质凝固蛋白质凝固皮肤皮肤,表面，表面，漂白粉漂白粉甲醛甲醛空气空气Cl2硝酸银硝酸银 0.11新生儿新生儿滴眼滴眼表面活性剂表面活性剂肥皂、洗衣粉、肥皂、洗衣粉、新洁尔灭新洁尔灭HgCl28.3 化学疗剂化学疗剂 chemotherapiutic agents1 抗代谢物抗代谢物 growth-factor an
15、ologs(代谢拮抗物代谢拮抗物)：与生物体内的必需代谢物结构相似、与生物体内的必需代谢物结构相似、以竞争方式取代正常代谢物、干扰正常代谢活动以竞争方式取代正常代谢物、干扰正常代谢活动,二氢蝶啶二氢蝶啶二氢蝶酸二氢蝶酸二氢叶酸二氢叶酸四氢叶酸四氢叶酸嘌呤、嘧啶嘌呤、嘧啶核苷酸核苷酸丝氨酸丝氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸磺胺磺胺对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸第一个实用抗菌药物第一个实用抗菌药物磺胺磺胺磺胺磺胺作用机理作用机理:磺磺胺胺与与对对氨氨基基苯苯甲甲酸酸(二二氢氢叶叶酸酸的的前前体体)结结构构类类似似，取取代代对对氨氨基基苯苯甲甲酸酸与与二二氢氢叶叶酸酸合合成成酶酶结结合合，阻阻止止合合成成二二氢氢叶叶
16、酸酸，抑抑制细菌生长。制细菌生长。2 抗生素抗生素 antibiotics微生物合成或人工半合成的一类能抑制或杀死另一些微生物合成或人工半合成的一类能抑制或杀死另一些 微生物的化学药剂；微生物的化学药剂；4 4类抑制机制类抑制机制:抑制细菌细胞壁合成抑制细菌细胞壁合成：青霉素、头孢霉素、万古霉素、环丝氨酸青霉素、头孢霉素、万古霉素、环丝氨酸阻止几丁质合成阻止几丁质合成：多氧霉素：多氧霉素损伤细胞膜损伤细胞膜：多粘菌素、两性霉素、制霉菌素：多粘菌素、两性霉素、制霉菌素干扰蛋白质合成干扰蛋白质合成：作用于作用于30s30s小亚基：链霉素、卡那霉素、四环素小亚基：链霉素、卡那霉素、四环素作用于作用于50s50s大亚基：氯霉素、红霉素、林可霉素大亚基：氯霉素、红霉素、林可霉素阻碍核酸合成阻碍核酸合成：灰黄霉素，利福霉素、放线菌素灰黄霉素，利福霉素、放线菌素D D、丝裂霉素、丝裂霉素C C
