不同的微生物生長PH范圍課件

6、環(huán)境條件對微生物生長繁殖的影響微生物與所處的環(huán)境之間具有復(fù)雜的相互影響和相互作用:一方面,各種各樣的環(huán)境因素對微生物的生長和繁殖有影響,另一方面,微生物生長繁殖也會影響和改變環(huán)境.研究環(huán)境因素與微生物之間的關(guān)系,可以通過控制環(huán)境條件來利用微生物有益的一面,同時防止它有害的一面.影響微生物生長的外界因素很多，除了前面講過的營養(yǎng)因素之外，還有許多物理化學(xué)因素的影響。溫度是影響微生物生長的最重要因素之一。溫度對微生物的影響具體表現(xiàn)在：影響酶活性，溫度變化影響酶促反應(yīng)速率，最終影響細(xì)胞合成。影響細(xì)胞膜的流動性，溫度高，流動性大，有利于物質(zhì)的運輸，溫度低，流動性降低，不利于物質(zhì)運輸，因此，溫度變化影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌。影響物質(zhì)的溶解度，對生長有影響。6.1溫度對微生物生長的影響從微生物整體來看:生長的溫度范圍一般在-10℃~100℃極端下限為-30℃，極端上限為105~300℃但對于特定的某一種微生物：只能在一定溫度范圍內(nèi)生長，在這個范圍內(nèi)，每種微生物都有自己的生長溫度三基點，即最低、最適、最高生長溫度處于最適生長溫度時，生長速度最快，代時最短。超過最低生長溫度時，微生物不生長，溫度過低，甚至?xí)劳觥３^最高生長溫度時，微生物不生長，溫度過高，甚至?xí)劳觥?.1.1微生物生長的三個溫度基點低溫型微生物:最適生長溫度在5~20℃,主要分布在地球的兩極、冷泉、深海、冷凍場所及冷藏食品中。例：假單孢菌中的某些嗜冷菌在低溫下生長，常引起冷藏食品的腐敗。嗜冷微生物在低溫下生長的機(jī)理，目前還不清楚，據(jù)推測有兩種原因：①它們體內(nèi)的酶能在低溫下有效地催化，在高溫下酶活喪失②細(xì)胞膜中的不飽和脂肪酸含量高，低溫下也能保持半流動狀態(tài)，可以進(jìn)行物質(zhì)的傳遞。中溫型微生物：最適生長溫度為20℃~40℃，大多數(shù)微生物屬于此類。室溫型主要為腐生或植物寄生，在植物或土壤中。體溫型主要為寄生，在人和動物體內(nèi)。高溫型微生物：最適生長溫度為50℃~60℃,主要分布在溫泉、堆肥和土壤中。在高溫下能生長的原因：①酶蛋以及核糖體有較強(qiáng)的抗熱性②核酸具有較高的熱穩(wěn)定性（核酸中G+C含量高（tRNA），可提供形成氫鍵，增加熱穩(wěn)定性）。③細(xì)胞膜中飽和脂肪酸含量高，較高溫度下能維持正常的液晶狀態(tài)。高溫微生物的特點:生長速度快，合成大分子迅速，可及時修復(fù)高溫對其造成的分子損傷。耐高溫菌具應(yīng)用優(yōu)勢：在減少能源消耗、減少染菌、縮短發(fā)酵周期等方面具重要意義。6.1.3.1高溫對微生物的影響高溫下蛋白質(zhì)不可逆變性，膜受熱出現(xiàn)小孔，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)（溶菌）?！镂⑸飳岬哪褪芰εc以下因素有關(guān):(1)微生物種類及發(fā)育階段

嗜熱菌比其它類型的菌體抗熱有芽孢的細(xì)菌比無芽孢的菌抗熱微生物的繁殖結(jié)構(gòu)比營養(yǎng)結(jié)構(gòu)抗熱性強(qiáng)老齡菌比幼齡菌抗熱6.1.3高溫與低溫對微生物的影響當(dāng)環(huán)境溫度低于微生物的最適生長溫度時，微生物的生長繁殖停止，當(dāng)微生物的原生質(zhì)結(jié)構(gòu)并未破壞時，不會很快造成死亡并能在較長時間內(nèi)保持活力，當(dāng)溫度提高時，可以恢復(fù)正常的生命活動。低溫保藏菌種就是利用這個原理。一些細(xì)菌、酵母菌和霉菌的瓊脂斜面菌種通?？梢蚤L時間地保藏在4℃的冰箱中。當(dāng)溫度過低，造成微生物細(xì)胞凍結(jié)時，有的微生物會死亡，有些則并不死亡。6.1.3.2、低溫對微生物的影響微生物對氧的需要和耐受力在不同的類群中變化很大，根據(jù)微生物與氧的關(guān)系,可把它們分為幾種類群:專性好氧菌:好氧菌微好氧菌：兼性厭氧菌耐氧厭氧菌：厭氧菌(專性)厭氧菌：6.2氧氣對微生物生長的影響氧濃度對不同微生物生長的影響專性好氧菌（strictaerobe）必須在有分子氧的條件下才能生長，有完整的呼吸鏈，以分子氧作為最終氫受體，細(xì)胞含有超氧物歧化酶（SOD，superoxidedismutase）和過氧化氫酶。在有氧或無氧條件下均能生長，但有氧情況下生長得更好，在有氧時靠呼吸產(chǎn)能，無氧時接發(fā)酵或無氧呼吸產(chǎn)能；細(xì)胞含有SOD和過氧化氫酶。微好氧菌（microaerophilicbacteria）只能較低的氧分壓下才能正常生長，通過呼吸鏈并以氧為最終氫受體而產(chǎn)能，兼性好氧菌（facultativeaerobe）耐氧菌（aerotolerantanaerobe）可在分子氧存在下進(jìn)行厭氧生活的厭氧菌。生活不需要氧，分子氧也對它無毒害。不具有呼吸鏈，依靠專性發(fā)酵獲得能量。細(xì)胞內(nèi)存在SOD和過氧化物酶，但缺乏過氧化氫酶。厭氧菌（anaerobe）分子氧對它有毒害，短期接觸空氣，也會抑制其生長甚至致死；在空氣或含有10%CO2的空氣中，在固體培養(yǎng)基表面上不能生長，只有在其深層的無氧或低氧化還原電勢的環(huán)境下才能生長；生命活動所需能量通過發(fā)酵、無氧呼吸、循環(huán)光合磷酸化或甲烷發(fā)酵提供；細(xì)胞內(nèi)缺乏SOD和細(xì)胞色素氧化酶，大多數(shù)還缺乏過氧化氫酶。在培養(yǎng)不同類型的微生物時，要采用相應(yīng)的措施保證不同微生物的生長。培養(yǎng)好氧微生物：需震蕩或通氣，保證充足的氧氣。培養(yǎng)專性厭氧微生物：需排除環(huán)境中的氧氣，同時在培養(yǎng)基中添加還原劑，降低培養(yǎng)基中的氧化還原電位勢。培養(yǎng)兼性厭氧或耐氧微生物：可深層靜止培養(yǎng)。微生物的生長pH值范圍極廣，從pH<2~>8都有微生物能生長。但是絕大多數(shù)種類都生活在pH5.0~9.0之間。微生物生長的pH值三基點：各種微生物都有其生長的最低、最適和最高pH值。低于最低、或超過最高生長pH值時，微生物生長受抑制或?qū)е滤劳?。不同的微生物最適生長的pH值不同，根據(jù)微生物生長的最適pH值，將微生物分為：

嗜堿微生物：硝化細(xì)菌、尿素分解菌、多數(shù)放線菌耐堿微生物：許多鏈霉菌中性微生物：絕大多數(shù)細(xì)菌，一部分真菌嗜酸微生物：硫桿菌屬耐酸微生物：乳酸桿菌、醋酸桿菌6.3.2不同微生物對pH要求不同微生物種類最低pH最適pH最高pH大腸桿菌枯草芽孢桿菌金黃色葡萄球菌黑曲霉一般放線菌一般酵母菌

4.34.54.21.55.03.06.0—8.06.0—7.57.0—7.55.0—6.07.0—8.05.0—6.09.58.59.39.0108.0

一些微生物生長的pH值范圍同一種微生物在其不同的生長階段和不同的生理生化過程中，對pH值的要求也不同。在發(fā)酵工業(yè)中，控制pH值尤其重要，舉例：Aspergillusniger在pH2~2.5范圍時有利于合成檸檬酸，當(dāng)在pH2.5~6.5范圍內(nèi)時以菌體生長為主，而在pH7.0時，則以合成草酸為主。丙酮丁醇梭菌在pH5.5~7.0范圍時，以菌體生長為主，而在pH4.3~5.3范圍內(nèi)才進(jìn)行丙酮丁醇發(fā)酵。微生物 生長最適pH 合成抗生素最適pH灰色鏈霉菌 6.3~6.9 6.7~7.3紅霉素鏈霉菌 6.6~7.0 6.8~7.3產(chǎn)黃青霉 6.5~7.2 6.2~6.8金霉素鏈霉菌 6.1~6.6 5.9~6.3龜裂鏈霉菌 6.0~6.6 5.8~6.1灰黃青霉 6.4~7.0 6.2~6.5生長的最適pH值與發(fā)酵的最適pH值同一種微生物在不同的生長階段和不同生理生化過程中，對環(huán)境pH值要求不同。例如：丙酮丁醇梭菌在pH值=5.5—7.0時，以菌體生長為主在pH值=4.3—5.3時，進(jìn)行丙酮丁醇發(fā)酵同一種微生物由于環(huán)境pH值不同，可能積累不同的代謝產(chǎn)物。例如：黑曲霉pH值=2—3時，產(chǎn)物以檸檬酸為主，只產(chǎn)少量草酸。pH值在7左右時，產(chǎn)物以草酸為主，只產(chǎn)少量檸檬酸。6.3.4微生物的生命活動對環(huán)境pH值的影響★微生物在生長過程中也會使外界環(huán)境的pH值發(fā)生改變，原因：由于有機(jī)物分解：分解糖類、脂肪等，產(chǎn)生酸性物質(zhì)，使培養(yǎng)液pH值下降；分解蛋白質(zhì)、尿素等，產(chǎn)生堿性物質(zhì)，使培養(yǎng)液pH值上升由于無機(jī)鹽選擇性吸收：銨鹽吸收（(NH4)2SO4H2SO4），pH↓硝酸鹽吸收(NaNO3NaOH)，pH↑★培養(yǎng)過程中調(diào)節(jié)pH值的措施過酸時：加入堿或適量氮源，提高通氣量。過堿時：加入酸或適量碳源，降低通氣量。NH4+被吸收NO3+被吸收★配制培養(yǎng)基時調(diào)整pH值的措施：6.3.5酸堿添加劑的抑菌機(jī)理酸類物質(zhì)：無機(jī)酸：與H+濃度成正比的高氫離子濃度，可引起菌體表面蛋白的變性和核酸的水解，并破壞酶類的活性有機(jī)酸：與不電離的部分成正比,故有時有機(jī)酸的抑菌效果>無機(jī)酸。作為食品防腐劑的有機(jī)酸如苯甲酸和水楊酸可與微生物細(xì)胞中的成分發(fā)生氧化作用，從而抑制微生物的生長。堿類物質(zhì)：強(qiáng)堿可引起蛋白質(zhì)、核酸大分子變性、水解，以殺死或抑制微生物。食品工業(yè)中常用石灰水、NaOH、Na2CO3等作為機(jī)器、工具以及冷藏庫的消毒劑。水活度：在相同的溫度、壓力下，體系中溶液的水的蒸汽壓與純水的蒸汽壓之比,即Aω=p/p0.微生物生長的水活度范圍：Aω=0.63~0.99

各種微生物生長的最低水活度值微生物最低Aω值

微生物最低Aω值一般細(xì)菌一般酵母菌一般霉菌0.900.880.80嗜鹽細(xì)菌干生性霉菌耐滲透壓酵母0.750.650.636.4水分微生物對干燥的抵抗力與以下因素有關(guān)：溫度：在相同的干燥環(huán)境下，溫度高，微生物易死亡，而在低溫下不易死亡（例如冷凍干燥保藏菌種）干燥速度：干燥速度快，微生物不易死亡，反之，易死亡基質(zhì)：在不同基質(zhì)中對干燥的抵抗力不同，含有糖、淀粉、蛋白質(zhì)等物質(zhì)時，不易死亡。微生物種類及生長時期：產(chǎn)莢膜菌比不產(chǎn)莢膜菌抗性強(qiáng)；小型、厚壁細(xì)胞的微生物比長型、薄壁細(xì)胞的微生物抗性強(qiáng)；細(xì)菌的芽孢、真菌的孢子比營養(yǎng)細(xì)胞抗干燥性很強(qiáng)；老齡菌比幼齡菌抗性強(qiáng)。細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)濃度與胞外溶液的溶質(zhì)濃度相等時，為等滲溶液,溶液的溶質(zhì)濃度高于胞內(nèi)溶質(zhì)濃度為高滲溶液,溶液的溶質(zhì)濃度低于胞內(nèi)溶質(zhì)濃度為低滲溶液.在等滲溶液中,微生物的活動保持正常,細(xì)胞外形不變在高滲溶液中,細(xì)胞易失水,脫水后發(fā)生質(zhì)壁分離,生長受抑制或死亡.(鹽漬和糖漬保藏食品)在低滲溶液中,細(xì)胞吸水膨脹,甚至導(dǎo)致細(xì)胞破裂死亡.6.6滲透壓對微生物的影響滲透壓與溶質(zhì)的種類及濃度有關(guān):溶質(zhì)濃度高,滲透壓大.不同種類的溶質(zhì)形成的滲透壓大小不同,小分子溶液比大分子溶液滲透壓大；離子溶液比分子溶液滲透壓大；相同含量的鹽、糖、蛋白質(zhì)所形成的溶液滲透壓為鹽>糖>蛋白質(zhì)。對于一般微生物來說，在含鹽5%~30%或含糖30%~80%的高滲條件下可抑制或殺死某些微生物。但各種微生物承受滲透壓的能力不同，有些能在高滲條件下生長，稱其為耐高滲微生物。細(xì)菌中的嗜鹽菌：能在15%~30%的鹽溶液中生長，主要分布在鹽湖、死海、海水和鹽場及腌漬菜中。又分為：低嗜鹽菌：能在2%~5%鹽溶液中生長中嗜鹽菌：5%~20%極端嗜鹽菌：20%~30%高糖環(huán)境下生長的微生物：花蜜酵母菌和某些霉菌能在60%~80%的糖溶液中生長產(chǎn)甘油的耐高滲酵母能在20%~40%的糖蜜中生長輻射：是能量通過空間傳遞的一種物理現(xiàn)象。與微生物有關(guān)的輻射：電磁輻射：可見光、紫外光，電離輻射：χ、γ、β射線。6.7輻射6.7.1電磁輻射：(1)可見光：波長在400—800nm的電磁輻射為可見光。大部分微生物不需要光，少數(shù)菌需要光作為能源。一般來講，可見光對大多數(shù)化能微生物沒有影響，但是，太強(qiáng)或連續(xù)長時間照射也會導(dǎo)致微生物死亡（光氧化作用）。(2)紫外線（ＵＶ）波長在100—400nm的電磁輻射為紫外線。紫外線殺菌或誘變原理：紫外線作用于DNA

，使其產(chǎn)生胸腺嘧啶二聚體，引起DNA結(jié)構(gòu)變形，阻礙正常的堿基配對，從而造成微生物變異或死亡。紫外線會使空氣中的分子氧變成臭氧，臭氧釋放的原子氧有殺菌作用。其中波長在260—280nm處的紫外線殺菌力最強(qiáng)。主要因為核酸（DNA、RNA）的吸收峰為260nm，蛋白質(zhì)的吸收峰為280nm。光復(fù)活現(xiàn)象：經(jīng)紫外線照射的微生物，在可見光下，光可以激活DNA修復(fù)酶，