第五章微生物生長及其影響因素

1、第四節(jié)第四節(jié) 微生物獨(dú)特的合成代謝微生物獨(dú)特的合成代謝 所謂合成代謝，是指微生物利用能量將簡單的無機(jī)所謂合成代謝，是指微生物利用能量將簡單的無機(jī)或有機(jī)的小分子前體物質(zhì)同化成高分子或細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)；或有機(jī)的小分子前體物質(zhì)同化成高分子或細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)；合成代謝時，必須具備三個條件，那就是代謝能量、小合成代謝時，必須具備三個條件，那就是代謝能量、小分子前體物質(zhì)和還原基分子前體物質(zhì)和還原基, , 只有具備了這三個基本條件，只有具備了這三個基本條件，合成代謝才能進(jìn)行。合成代謝才能進(jìn)行。 微生物的合成代謝，有其獨(dú)特的代謝途徑，但多數(shù)微生物的合成代謝，有其獨(dú)特的代謝途徑，但多數(shù)代謝過程與高等生物相同或類似，如蛋

2、白質(zhì)的合成、核代謝過程與高等生物相同或類似，如蛋白質(zhì)的合成、核算的合成。由于微生物蛋白質(zhì)的合成和核酸的合成基本算的合成。由于微生物蛋白質(zhì)的合成和核酸的合成基本同一般生物的生化過程，限于篇幅，這里主要要求對微同一般生物的生化過程，限于篇幅，這里主要要求對微生物獨(dú)特的肽聚糖的生物合成代謝途徑有所了解。生物獨(dú)特的肽聚糖的生物合成代謝途徑有所了解。細(xì)胞壁肽聚糖的合成過程是一個極其復(fù)雜的過程，根據(jù)細(xì)胞壁肽聚糖的合成過程是一個極其復(fù)雜的過程，根據(jù)反應(yīng)進(jìn)行的部位不同，整個合成過程可分為在反應(yīng)進(jìn)行的部位不同，整個合成過程可分為在細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)中中、在、在細(xì)胞膜上細(xì)胞膜上和在和在細(xì)胞膜外細(xì)胞膜外3個階段。個階段。

3、（1）在細(xì)胞質(zhì)中合成）在細(xì)胞質(zhì)中合成 由葡萄糖合成由葡萄糖合成N-乙酰葡萄糖胺和乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸；乙酰胞壁酸； 由由N-乙酰胞壁酸合成乙酰胞壁酸合成“P”核苷酸（見書核苷酸（見書P123，圖，圖3-8）（2）在細(xì)胞膜中合成）在細(xì)胞膜中合成 是由是由“P”核苷酸合成肽聚糖亞單位的過程，分為核苷酸合成肽聚糖亞單位的過程，分為5步反步反應(yīng)（見書應(yīng)（見書P123，圖，圖3-9）（3）在細(xì)胞膜外合成）在細(xì)胞膜外合成 被運(yùn)送到膜外的肽聚糖亞單位以細(xì)胞壁殘余（至少被運(yùn)送到膜外的肽聚糖亞單位以細(xì)胞壁殘余（至少68個個肽聚糖亞單位）作引物，之間發(fā)生轉(zhuǎn)糖基作用，使多糖肽聚糖亞單位）作引物，之間發(fā)生轉(zhuǎn)糖

4、基作用，使多糖橫向延伸一個雙糖單位，再通過轉(zhuǎn)肽作用，使橫向延伸一個雙糖單位，再通過轉(zhuǎn)肽作用，使2條多糖條多糖鏈間形成甘氨酸五肽而發(fā)生縱向交聯(lián)反應(yīng)（見書鏈間形成甘氨酸五肽而發(fā)生縱向交聯(lián)反應(yīng)（見書P125，圖圖3-10）第四節(jié)第四節(jié) 微生物獨(dú)特的合成代謝微生物獨(dú)特的合成代謝青霉素抑制轉(zhuǎn)肽作用的機(jī)制青霉素抑制轉(zhuǎn)肽作用的機(jī)制 青霉素是肽聚糖亞單位五肽末端的青霉素是肽聚糖亞單位五肽末端的D-丙氨酰胺丙氨酰胺-D-丙氨酸的結(jié)構(gòu)類似物，兩者競爭轉(zhuǎn)肽酶的活性丙氨酸的結(jié)構(gòu)類似物，兩者競爭轉(zhuǎn)肽酶的活性中心，從而競爭性抑制了肽聚糖的轉(zhuǎn)肽作用，使中心，從而競爭性抑制了肽聚糖的轉(zhuǎn)肽作用，使肽聚糖分子不能發(fā)生縱向交聯(lián)反應(yīng)

5、而形成細(xì)胞壁肽聚糖分子不能發(fā)生縱向交聯(lián)反應(yīng)而形成細(xì)胞壁層。（見書層。（見書P125，圖，圖3-10）青霉素的抑菌作用只針對生長態(tài)的細(xì)菌青霉素的抑菌作用只針對生長態(tài)的細(xì)菌第四節(jié)第四節(jié) 微生物獨(dú)特的合成代謝微生物獨(dú)特的合成代謝 青霉菌落對周圍細(xì)菌的抑菌作用青霉菌落對周圍細(xì)菌的抑菌作用第五章第五章 微生物的生長及其影響因素微生物的生長及其影響因素 活菌數(shù)的對數(shù)活菌數(shù)的對數(shù)活菌數(shù)的對數(shù)活菌數(shù)的對數(shù)適應(yīng)期對數(shù)增長期穩(wěn)定期衰亡期穩(wěn)定期（穩(wěn)定期（stationary phase）穩(wěn)定期到來的原因主要是：穩(wěn)定期到來的原因主要是：營養(yǎng)物尤其是生長限制因子的營養(yǎng)物尤其是生長限制因子的耗盡；耗盡；營養(yǎng)物的比例失調(diào)，

6、例如營養(yǎng)物的比例失調(diào)，例如C/N比值不合適等；比值不合適等；酸、醇、毒素或酸、醇、毒素或H2O2等有害代等有害代謝產(chǎn)物的累積；謝產(chǎn)物的累積；pH、氧化還原勢等物化條件越、氧化還原勢等物化條件越來越不適宜等等。來越不適宜等等。 在穩(wěn)定期時，細(xì)胞開始貯存糖在穩(wěn)定期時，細(xì)胞開始貯存糖原、異染顆粒和脂肪等貯藏物；原、異染顆粒和脂肪等貯藏物；多數(shù)芽孢桿菌在這時開始形成芽多數(shù)芽孢桿菌在這時開始形成芽孢；有的微生物在穩(wěn)定期時還開孢；有的微生物在穩(wěn)定期時還開始合成抗生素等次生代謝產(chǎn)物。始合成抗生素等次生代謝產(chǎn)物。在此時期內(nèi)主要表現(xiàn)為：在此時期內(nèi)主要表現(xiàn)為：（1）細(xì)胞內(nèi)開始積累貯藏物，如）細(xì)胞內(nèi)開始積累貯藏物，

7、如肝糖顆粒、異染顆粒、脂肪顆粒肝糖顆粒、異染顆粒、脂肪顆粒等等（2）大多數(shù)能形成芽孢的細(xì)菌在）大多數(shù)能形成芽孢的細(xì)菌在此時期內(nèi)形成芽孢；此時期內(nèi)形成芽孢；（3）在此時期內(nèi)，細(xì)胞的次級代）在此時期內(nèi)，細(xì)胞的次級代謝產(chǎn)物大量積累，菌細(xì)胞的總數(shù)謝產(chǎn)物大量積累，菌細(xì)胞的總數(shù)也達(dá)到最高峰。也達(dá)到最高峰。 如何延長穩(wěn)定期，促進(jìn)代謝產(chǎn)如何延長穩(wěn)定期，促進(jìn)代謝產(chǎn)物的積累，對穩(wěn)定期到來的原因物的積累，對穩(wěn)定期到來的原因進(jìn)行研究，還促進(jìn)了連續(xù)培養(yǎng)技進(jìn)行研究，還促進(jìn)了連續(xù)培養(yǎng)技術(shù)的設(shè)計和研究。術(shù)的設(shè)計和研究。 連續(xù)培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)(continuous culture) 連續(xù)培養(yǎng)是在研究生長曲線的基礎(chǔ)上連續(xù)培養(yǎng)是在研究

8、生長曲線的基礎(chǔ)上, ,當(dāng)微生物以單批培養(yǎng)當(dāng)微生物以單批培養(yǎng)的方式培養(yǎng)到指數(shù)期的后期時，一方面以一定速度連續(xù)流加新鮮的方式培養(yǎng)到指數(shù)期的后期時，一方面以一定速度連續(xù)流加新鮮培養(yǎng)基，并立即攪拌均勻，另一方面，利用溢流的方式，以同樣培養(yǎng)基，并立即攪拌均勻，另一方面，利用溢流的方式，以同樣的流速不斷流出培養(yǎng)物。這樣，培養(yǎng)物就達(dá)到動態(tài)平衡，其中的的流速不斷流出培養(yǎng)物。這樣，培養(yǎng)物就達(dá)到動態(tài)平衡，其中的微生物可長期保持在指數(shù)期的平衡生長狀態(tài)和穩(wěn)定的生長速率上微生物可長期保持在指數(shù)期的平衡生長狀態(tài)和穩(wěn)定的生長速率上其優(yōu)點(diǎn)：其優(yōu)點(diǎn)：高效，它簡化了裝料、滅菌、出料、清洗發(fā)酵罐等許高效，它簡化了裝料、滅菌、出料、

9、清洗發(fā)酵罐等許多單元操作，從而減少了非生產(chǎn)時間和提高了設(shè)備的利用率；多單元操作，從而減少了非生產(chǎn)時間和提高了設(shè)備的利用率；自控，便于利用各種儀表進(jìn)行自動控制；自控，便于利用各種儀表進(jìn)行自動控制；產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定；產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定；節(jié)約了大量動力、人力、水和蒸汽，且使水、汽、電的負(fù)荷均節(jié)約了大量動力、人力、水和蒸汽，且使水、汽、電的負(fù)荷均勻合理。勻合理。 最低溫度最適溫度最高溫度嗜熱液化芽孢桿菌376070嗜熱纖維芽孢桿菌506068丙酮丁醇梭菌203747植物乳桿菌103040干酪乳桿菌103040大腸桿菌103747乳脂鏈球菌103037嗜熱鏈球菌20405053枯草桿菌15303755黑曲霉7

10、303947啤酒酵母102840熱對微生物的致死作用熱對微生物的致死作用（1）熱（力致）死溫度（）熱（力致）死溫度（thermal death time，TDT）是指在特定的條件和特定的溫度下，殺死一定數(shù)量是指在特定的條件和特定的溫度下，殺死一定數(shù)量微生物所需要的時間。微生物所需要的時間。（2）D值（值（decimal reduction time）是指在一定溫度）是指在一定溫度下加熱，活菌數(shù)減少一個對數(shù)周期（即下加熱，活菌數(shù)減少一個對數(shù)周期（即90%的活菌的活菌被殺死）時所需時間（被殺死）時所需時間（min）（3）Z值值 是指在加熱致死曲線中時間降低一個對數(shù)周是指在加熱致死曲線中時間降低一個

11、對數(shù)周期（即縮短期（即縮短90%的加熱時間）所需升高的溫度（的加熱時間）所需升高的溫度（）（4）F值值 是指在一定的基質(zhì)中，其溫度為是指在一定的基質(zhì)中，其溫度為121.1 ，加熱殺死一定數(shù)量微生物所需是時間（加熱殺死一定數(shù)量微生物所需是時間（min）熱滅菌法熱滅菌法（1）干熱滅菌法）干熱滅菌法火焰滅菌法；干熱滅菌法火焰滅菌法；干熱滅菌法（2）濕熱滅菌法）濕熱滅菌法 煮沸消毒法：煮沸消毒法：100，15min以上；以上；巴氏滅菌法：巴氏滅菌法：6085，1530min；超高溫瞬時滅菌法（超高溫瞬時滅菌法（UHT）：）：135137 ，35s ；高壓蒸汽滅菌法：高壓蒸汽滅菌法：121.1 ，153

12、0min；115 ，30min；間歇滅菌法：間歇滅菌法：100 ，30min，2837 培養(yǎng)過夜，培養(yǎng)過夜，反復(fù)反復(fù)3次次1水分活性值的概念水分活性值的概念 Aw值是指在密閉容器內(nèi)含有水值是指在密閉容器內(nèi)含有水溶性物質(zhì)的蒸汽壓與相同條件下純水蒸汽壓的比值。溶性物質(zhì)的蒸汽壓與相同條件下純水蒸汽壓的比值。以純水的蒸汽壓為以純水的蒸汽壓為P0，水溶性物質(zhì)的蒸汽壓為，水溶性物質(zhì)的蒸汽壓為P，則，則Aw=P/P0。不含任何固形物成分的純水的不含任何固形物成分的純水的P= P0，即，即Aw=1；絕對不；絕對不含水分的物品的含水分的物品的 P=0，即，即Aw=0， 因此因此Aw值最大為值最大為1，最小為最小

13、為0。所以。所以Aw值在值在0與與1之間。之間。一些微生物主要類群的最低水分活度一些微生物主要類群的最低水分活度(AW)微生物微生物最低最低Aw 值值微生物微生物最低最低Aw 值值一般細(xì)菌一般細(xì)菌090嗜鹽細(xì)菌嗜鹽細(xì)菌075一般酵母菌一般酵母菌088干生性霉菌干生性霉菌065一般霉菌一般霉菌080耐滲透壓酵母菌耐滲透壓酵母菌060三、滲透壓對微生物生長的影響三、滲透壓對微生物生長的影響等滲環(huán)境：正常生長等滲環(huán)境：正常生長高滲環(huán)境：質(zhì)壁分離，不能生長甚至死亡高滲環(huán)境：質(zhì)壁分離，不能生長甚至死亡低滲環(huán)境：細(xì)胞膨脹甚至破裂致死低滲環(huán)境：細(xì)胞膨脹甚至破裂致死食品工業(yè)中常用高濃度的鹽或糖保存食品食品工業(yè)

14、中常用高濃度的鹽或糖保存食品四、輻射對微生物生長的影響四、輻射對微生物生長的影響可見光、紅外線、紫外線、可見光、紅外線、紫外線、-射線、射線、-射線均射線均具有殺菌作用具有殺菌作用紫外線的殺菌機(jī)理紫外線的殺菌機(jī)理 紫外線穿透能力差，因此常用于食品工業(yè)中廠紫外線穿透能力差，因此常用于食品工業(yè)中廠房內(nèi)空氣及物體表面消毒，也可用于飲用水的房內(nèi)空氣及物體表面消毒，也可用于飲用水的消毒；適量的紫外線照射，可作為誘變育種的消毒；適量的紫外線照射，可作為誘變育種的工具工具五、五、pH對微生物生長的影響對微生物生長的影響不同的微生物都有最適生長不同的微生物都有最適生長pH值和一定的值和一定的pH值范圍值范圍微

15、生物在代謝過程中會改變環(huán)境的微生物在代謝過程中會改變環(huán)境的pH，原因一，原因一是糖類和脂肪代謝產(chǎn)酸；二是蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)堿是糖類和脂肪代謝產(chǎn)酸；二是蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)堿 在發(fā)酵工業(yè)中及時調(diào)整發(fā)酵液的在發(fā)酵工業(yè)中及時調(diào)整發(fā)酵液的pH值，有利于值，有利于積累代謝產(chǎn)物積累代謝產(chǎn)物食品工業(yè)中常用的酸類防腐劑有苯甲酸或苯甲食品工業(yè)中常用的酸類防腐劑有苯甲酸或苯甲酸鈉、山梨酸或山梨酸鉀鹽（山梨酸鈉鹽）、酸鈉、山梨酸或山梨酸鉀鹽（山梨酸鈉鹽）、丙酸及其鈣或鈉鹽、脫氫醋酸及其鈉鹽和乳酸丙酸及其鈣或鈉鹽、脫氫醋酸及其鈉鹽和乳酸六、氧氣對微生物生長的影響六、氧氣對微生物生長的影響1需氧微生物（需氧微生物（aerobe） 絕

16、大多數(shù)絲狀真菌、放線菌和部分細(xì)菌屬于這個類型。絕大多數(shù)絲狀真菌、放線菌和部分細(xì)菌屬于這個類型。2厭氧微生物（厭氧微生物（anaerobe） 主要是一些細(xì)菌屬于這一類群，如梭狀芽孢桿菌屬主要是一些細(xì)菌屬于這一類群，如梭狀芽孢桿菌屬（Clostridium）、產(chǎn)甲烷桿菌屬（）、產(chǎn)甲烷桿菌屬（Matharobacterium）等。）等。3兼性需氧微生物（兼性需氧微生物（facultative aerobe） 絕大多數(shù)酵母菌和部分細(xì)菌屬于這種類型。絕大多數(shù)酵母菌和部分細(xì)菌屬于這種類型。4微量需氧微生物（微量需氧微生物（microaerophilic） 只有少數(shù)細(xì)菌屬于此類型，如擬桿菌屬（只有少數(shù)細(xì)菌屬

17、于此類型，如擬桿菌屬（Bacteriodes）中的）中的個別種。個別種。5耐氧性厭氧微生物（耐氧性厭氧微生物（aerotolerant anaerobe） 主要是一些乳酸菌屬于該呼吸類型。主要是一些乳酸菌屬于該呼吸類型。七、超聲波對微生物生長的影響七、超聲波對微生物生長的影響頻率：頻率：20000Hz，引起微生物細(xì)胞破裂，內(nèi)含，引起微生物細(xì)胞破裂，內(nèi)含物溢出而死物溢出而死病毒和細(xì)菌芽孢具有較強(qiáng)的抗性，特別是芽孢病毒和細(xì)菌芽孢具有較強(qiáng)的抗性，特別是芽孢八、化學(xué)消毒劑八、化學(xué)消毒劑重金屬鹽類對微生物都有毒害作用，可使蛋白質(zhì)變性或沉淀，但重金屬鹽類對微生物都有毒害作用，可使蛋白質(zhì)變性或沉淀，但對人有

18、毒害作用，故嚴(yán)禁用于食品工業(yè)中防腐或消毒對人有毒害作用，故嚴(yán)禁用于食品工業(yè)中防腐或消毒有機(jī)化合物：有機(jī)化合物：酚（石炭酸）及其衍生物酚（石炭酸）及其衍生物可使蛋白質(zhì)變性，具表面可使蛋白質(zhì)變性，具表面活性劑作用，破壞細(xì)胞膜通透性而致死，低濃度抑菌，高濃度殺活性劑作用，破壞細(xì)胞膜通透性而致死，低濃度抑菌，高濃度殺菌，常用菌，常用25%進(jìn)行醫(yī)院環(huán)境消毒，不適用于食品工業(yè)；進(jìn)行醫(yī)院環(huán)境消毒，不適用于食品工業(yè)；醇類醇類是是脫水劑、蛋白質(zhì)變性劑，也是脂溶劑，可損害細(xì)胞膜而具殺菌能脫水劑、蛋白質(zhì)變性劑，也是脂溶劑，可損害細(xì)胞膜而具殺菌能力，常用力，常用70%乙醇消毒；乙醇消毒；甲醛甲醛可與蛋白質(zhì)的氨基結(jié)合使之變性可與蛋白質(zhì)的氨基結(jié)合使之變性 致死，致死，0.10.2%甲醛液可殺死細(xì)菌繁殖體，甲醛液可殺死細(xì)菌繁殖體，5%可殺死芽孢，可可殺死芽孢，可作為熏蒸消毒劑對空氣和物體表面進(jìn)行消毒，但不適于食品工業(yè)。作為熏蒸消毒劑