微生物學(xué)-微生物的生長及其控制-zh-v18

微生物學(xué)第七章微生物的生長及其控制2016-11-23一個微生物細胞合適的外界條件，吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進行代謝。如果同化作用的速度超過了異化作用個體的生長原生質(zhì)的總量（重量、體積、大?。┚筒粩嘣黾尤绻骷毎M分是按恰當(dāng)?shù)谋壤鲩L時個體數(shù)目的增加--繁殖微生物通過新陳代謝把營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成細胞物質(zhì)，增加個體重量的過程。生長：細胞生長到一定程度進行分裂，產(chǎn)生同親代相似的子代細胞的過程。

繁殖：生長是一個逐步發(fā)生的量變過程;繁殖是一個產(chǎn)生新的生命個體的質(zhì)變過程。在高等生物里這兩個過程可以明顯分開，但在低等特別是在單細胞的生物里，由于細胞小，這兩個過程是緊密聯(lián)系又很難劃分的過程。單細胞微生物，生長導(dǎo)致細胞數(shù)量增加（細胞個體增長到一定程度就分裂成兩個大小基本相等的子代細胞）。多細胞微生物（某些霉菌），生長意味著細胞數(shù)目增加而個體數(shù)目不變，只能叫生長，而不能叫繁殖（只有通過形成無性或有性孢子使得個體數(shù)目增加的過程才叫繁殖）。第一節(jié)個體細胞生長繁殖概述一、細菌細胞的生長1.染色體DNA的復(fù)制和分離細胞伸長和DNA復(fù)制桿菌在生長過程中，新合成的肽聚糖是在多個位點插入到老細胞壁中，新老細胞壁呈間隔分布。球菌在生長過程中，新合成的肽聚糖是在赤道板附近插入，導(dǎo)致新老細胞壁明顯分開，原來的老細胞壁推向細胞兩端。2、細胞壁的擴增熒光抗體技術(shù)3、細菌的分裂隔膜完全形成子細胞分離DNA分配和隔膜開始形成當(dāng)細菌的各種細胞結(jié)構(gòu)復(fù)制完成之后就進入分裂時期；細菌長軸的中間位置，通過細胞質(zhì)膜內(nèi)陷并伴隨新合成的肽聚糖插入，導(dǎo)致橫隔壁向心生長，最后在中心匯合，完成一次分裂，通常情況下，將一個細胞分裂成兩個大小相等的子細胞。二、霉菌菌絲的延伸過程

在菌絲的亞頂端區(qū)富含高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核糖體等細胞器。細胞膜脂肪和蛋白質(zhì)在亞頂端區(qū)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成后，通過小泡囊轉(zhuǎn)移到高爾基體的近側(cè)潴泡中，由高爾基體轉(zhuǎn)向遠側(cè)時，成熟而分泌泡囊。分泌的泡囊從亞頂端區(qū)移向頂端，泡囊與細胞膜融合形成細胞膜。同時釋放出細胞壁分解酶與合成酶（幾丁質(zhì)酶和β(1,3)葡聚糖酶），分解酶使壁組份間的鍵斷裂，合成酶催化合成新壁成分，并將其轉(zhuǎn)移到壁區(qū)形成新壁?！熬z尖端生長的泡囊假設(shè)”第二節(jié)微生物的群體生長一、單細胞微生物的典型生長曲線將少量純種非絲狀單細胞微生物接種到恒容積的新鮮液體培養(yǎng)基中，在適宜的溫度、通氣等條件下培養(yǎng)，定時取樣測定單位體積里的細胞數(shù)，以單位體積里細胞數(shù)的對數(shù)作縱坐標，以培養(yǎng)時間為橫坐標，畫出的曲線，就是非絲狀的單細胞微生物的典型生長曲線。典型生長曲線根據(jù)微生物的生長速率常數(shù)R（即每小時的分裂次數(shù)）的不同，一般可分為遲緩期（延滯期）、指數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期等四個時期。1.延滯期（Lagphase），也稱遲緩期、延遲期、適應(yīng)期將少量菌種接入新鮮培養(yǎng)基后,在開始一段時間內(nèi)菌數(shù)不立即增加,或增加很少，生長速度接近于零。此時細胞特點可概括為：分裂遲緩、代謝活躍。該期的具體特點為：①生長速率常數(shù)為零；②細胞形態(tài)變大或增長，尤其是長軸最為明顯，許多桿菌可長成絲狀；③細胞內(nèi)的RNA尤其是rRNA含量增高，原生質(zhì)呈嗜堿性；④合成代謝十分活躍，核糖體、酶類和ATP的合成加速，容易產(chǎn)生各種誘導(dǎo)酶；⑤對外界條件如NaCl溶液濃度、溫度和抗生素等理化因素反應(yīng)敏感。遲滯期出現(xiàn)的原因：微生物接種到一個新的環(huán)境，暫時缺乏分解和催化有關(guān)底物的酶，或是缺乏充足的中間代謝產(chǎn)物等。為產(chǎn)生誘導(dǎo)酶或合成中間代謝產(chǎn)物，就需要一段適應(yīng)期。調(diào)整代謝遲滯期的長短與菌種的遺傳性、菌齡以及移種前后所處的環(huán)境條件等因素有關(guān)，短的只需要幾分鐘，長的需數(shù)小時?？s短遲滯期的常用手段：(1)通過遺傳學(xué)方法改變種的遺傳特性使遲緩期縮短；(2)利用對數(shù)期的細胞作為種子；(3)盡量使接種前后所使用的培養(yǎng)基組成不要相差太大；(4)適當(dāng)擴大接種量。2.指數(shù)期（Exponentialphase），又稱對數(shù)期（Logphase)指緊接遲滯期之后，細胞以幾何級數(shù)增長的一段時期。指數(shù)期的特點：①生長速率常數(shù)R最大且為常數(shù)，細胞每分裂一次所需的時間（稱為代時，或世代時間，或增代時間，或倍增時間，用G表示）最短且穩(wěn)定；②細胞進行平衡生長，菌體各部分的成分十分均勻；③酶系活躍，代謝旺盛。三個重要參數(shù)的計算：繁殖代數(shù)(n)、生長速率常數(shù)(R)、代時(G)

微生物研究中常用的三個參數(shù)繁殖代數(shù)（n）指數(shù)生長方式：1248……2n設(shè)接種時細胞數(shù)為x1,時間為t1,到時間t2后，繁殖n代，細胞數(shù)為x2，它們之間的相互關(guān)系為：

x2=x1*2n以對數(shù)表示：㏒x2=㏒x1+n㏒2㏒x2-㏒x1n

==3.322(㏒x2

-㏒x1)㏒2生長速度常數(shù)（R）每小時的分裂次數(shù)

n㏒x2-㏒x1

R==t2

–t1t2

–t1代時(G)1t2

–t1G==R

3.322(㏒x2-㏒x1)x2x1t2t1培養(yǎng)時間lg細胞數(shù)/mlt2-t13.322(lgx2-lgx1)生長速率常數(shù)R=t2-t13.322(lgx2-lgx1)代時G=指數(shù)期生長的數(shù)學(xué)模型（三個參數(shù)）繁殖代數(shù)n=3.322(lgx2-lgx1)例如：一培養(yǎng)液中微生物數(shù)目由開始的12，000（B），經(jīng)4h（t）后增加到49，000，000（b），這樣，n＝(lg4.9×107－lg1.2×104）÷0.301＝12★借助于n和t，還可以計算出不同培養(yǎng)條件下的代時G，G＝t/n在本例中，G＝4×60/12＝20min∴該種微生物的代時為20分鐘。在4小時內(nèi)共繁殖了12代?！锎鷷r能夠反應(yīng)細菌的生長速率，代時短，生長速率快，代時長，生長速率慢。在很多微生物學(xué)研究中常常要了解微生物的代時?！锎鷷r在不同種微生物中的變化很大，多數(shù)微生物的代時為1~3h,然而有些快速生長的微生物的代時還不到10min,而另一些微生物的代時卻可長達幾小時或幾天；另外，同一種微生物，在不同的生長條件下其代時的長短也不同；但是，在一定條件下，每一種微生物的代時是恒定的，因此它是微生物菌種的一個重要特征。納米細菌(nanobacteria)，三天才分裂一次；地下數(shù)公里發(fā)現(xiàn)的超微型細菌，用代謝產(chǎn)生的CO2作指標，計算出這些超微菌的代謝速率僅為地上正常細菌的10-15，有人認為它們需要100年才能分裂一次。

影響代時的因素：1）菌種：不同的微生物及微生物的不同菌株代時不同；2）營養(yǎng)成分：在營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中生長代時短；3）營養(yǎng)物濃度：在一定范圍內(nèi)，生長速率與營養(yǎng)物濃度呈正比；凡是處于較低濃度范圍內(nèi)，可影響生長速率的營養(yǎng)物成分，就稱為生長限制因子。4）溫度：在一定范圍，生長速率與培養(yǎng)溫度呈正相關(guān)。指數(shù)期細胞的應(yīng)用：適宜作“種子”；研究基礎(chǔ)代謝的材料；噬菌體增殖的最好階段；革蘭氏染色；誘變育種；3.穩(wěn)定期（Stationaryphase）指數(shù)期之后，培養(yǎng)液中活細菌數(shù)最高并維持穩(wěn)定的階段(可能由于細菌分裂增加的數(shù)量等于細菌死亡數(shù)，或者細胞僅停止分裂而保持代謝活性)。①生長速率常數(shù)R降低至0；②代時G延長；③細胞重要的分化階段；細胞開始衰老，原生質(zhì)分布不均勻，出現(xiàn)液泡；開始積累糖原等內(nèi)含物；產(chǎn)芽孢的菌開始形成芽孢；次生代謝產(chǎn)物（抗生素等）開始大量合成④菌體的最大收獲期①穩(wěn)定期如果及時采取措施，補充營養(yǎng)物質(zhì)或取走代謝產(chǎn)物或改善培養(yǎng)條件（調(diào)整pH、溫度、通氣），可以獲得更多的菌體物質(zhì)或代謝產(chǎn)物。②對以收獲菌體或與菌體生長相平行的代謝產(chǎn)物（SCP、乳酸等）為目的的發(fā)酵生產(chǎn)來說，穩(wěn)定期是產(chǎn)物的最佳收獲期。③通過對穩(wěn)定期到來原因的研究，促使了連續(xù)培養(yǎng)原理的提出和工藝、技術(shù)的創(chuàng)建。微生物在穩(wěn)定期的生長規(guī)律對于生產(chǎn)實踐的指導(dǎo)意義：生長產(chǎn)量常數(shù)（Y，或生長得率，growthyield）：概念：表示微生物對基質(zhì)利用效率的高低

Y=菌體干重/消耗營養(yǎng)物質(zhì)根據(jù)產(chǎn)量常數(shù)可確定微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的需要量如：Y=0.5，表示要得到5g菌體，需某營養(yǎng)物（葡萄糖）10g。4.衰亡期（Decline或Deathphase）營養(yǎng)物質(zhì)耗盡和有毒代謝產(chǎn)物的大量積累，細菌死亡速率超過新生速率，整個群體呈現(xiàn)出負增長。衰亡期特點：①生長速率常數(shù)R小于0；②細胞形態(tài)發(fā)生多形化出現(xiàn)畸形或細胞大小懸殊；有些微生物因蛋白酶活力的增強而發(fā)生自溶，有些微生物產(chǎn)生或釋放出一些代謝產(chǎn)物如氨基酸、轉(zhuǎn)化酶、外肽酶或抗生素等；芽孢桿菌往往在此期釋放芽孢。

該時期死亡的細菌以對數(shù)方式增加，但在衰亡期的后期，由于部分細菌產(chǎn)生抗性也會使細菌死亡的速率降低，仍有部分活菌存在在實際工作中多采用分光光度計測定OD值的方法繪制細菌的生長曲線，但該法繪制的生長曲線不能反映衰亡期二.絲狀真菌的生長曲線絲狀真菌是以菌絲干重（mg）作為衡量生長狀況的縱坐標，時間為橫坐標，繪制生長曲線。絲狀真菌的生長曲線由三個時期組成：延滯期，快速生長期，衰亡期絲狀真菌不是單細胞，其繁殖不以幾何級數(shù)增加，故沒有指數(shù)生長期三、同步生長（Synchronousgrowth）同步培養(yǎng):使群體中的所有個體細胞處于同樣細胞生長和分裂周期中（即大多數(shù)細胞能同時進行生長或分裂）的培養(yǎng)方法。通過同步培養(yǎng)方法獲得的細胞被稱為同步細胞或同步培養(yǎng)物。問題：如何研究在單個細胞的生理與遺傳特性。通過同步培養(yǎng)方法的處理，非同步群體細胞處于同一生長階段，并能同時進行分裂的生長狀態(tài)，稱為同步生長。1.機械篩選法硝酸纖維素濾膜法（膜洗脫法，右圖a）同步培養(yǎng)的方法有兩類：離心法,右圖b過濾法機械法優(yōu)點：不影響菌體的代謝與活性，細胞保持自然狀態(tài)。2.環(huán)境條件控制法環(huán)境環(huán)境控制法的缺點：細胞活性受到不同程度的影響。溫度培養(yǎng)基成份其他光合細菌：光照和黑暗交替培養(yǎng)；芽孢菌：形成芽孢后加熱處理四、連續(xù)培養(yǎng)(Continousculture）分批培養(yǎng)（batchculture）培養(yǎng)基一次加入，不予補充，不再更換連續(xù)培養(yǎng)(Continousculture）在微生物的整個培養(yǎng)期間，通過一定的方式使微生物生長處于平衡生長狀態(tài)，能以恒定的生長速率生長的一種培養(yǎng)方法若在一個開放的系統(tǒng)中(恒定容積的流動系統(tǒng))培養(yǎng)微生物，培養(yǎng)過程中不斷補充營養(yǎng)物質(zhì)和以同樣的速率移出培養(yǎng)物，是實現(xiàn)微生物連續(xù)培養(yǎng)的基本原則。培養(yǎng)系統(tǒng)中的細胞數(shù)量和營養(yǎng)狀態(tài)恒定，即處于穩(wěn)態(tài)。單細胞微生物的生長符合典型的生長曲線當(dāng)微生物在單批培養(yǎng)方式下生長達到對數(shù)期后期時，一方面以一定的速度流進新鮮培養(yǎng)基并攪拌，另一方面以溢流方式流出培養(yǎng)液，使培養(yǎng)物達到動態(tài)平衡，其中的微生物就能長期保持對數(shù)期的平衡生長狀態(tài)和穩(wěn)定的生長速率。單批培養(yǎng)

單批培養(yǎng) 連續(xù)培養(yǎng) 時間連續(xù)流入新鮮培養(yǎng)液lg細胞數(shù)（個/ml）連續(xù)培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)原理最簡單的連續(xù)培養(yǎng)裝置包括：培養(yǎng)室、無菌培養(yǎng)基儲存器和調(diào)節(jié)流速的控制系統(tǒng)。連續(xù)培養(yǎng)的主要參數(shù)：稀釋率D（h-1）：即培養(yǎng)基每小時流過培養(yǎng)容器的體積數(shù)。D==培養(yǎng)基的流動速率培養(yǎng)室的容積FV無菌培養(yǎng)基儲存器培養(yǎng)室調(diào)節(jié)流速的控制閥1.連續(xù)培養(yǎng)的類型根據(jù)控制培養(yǎng)基流入培養(yǎng)容器方式的不同可分兩種類型：恒濁器連續(xù)培養(yǎng)和恒化器連續(xù)培養(yǎng)。A.恒濁培養(yǎng)系統(tǒng)B.恒化培養(yǎng)系統(tǒng)1.盛無菌培養(yǎng)基的容器2.控制流速閥3.培養(yǎng)室4.排出管5.光源6.光電池7.排出物恒化器：培養(yǎng)基流速恒定，通過控制培養(yǎng)基中某一生長限制性底物的濃度來調(diào)節(jié)微生物的生長速率,使微生物維持恒定生長速率的連續(xù)培養(yǎng)裝置。恒濁器：根據(jù)培養(yǎng)室內(nèi)微生物的生長密度，借光電控制系統(tǒng)來控制培養(yǎng)基的流速，以取得菌體密度高、生長速率恒定的微生物細胞的連續(xù)培養(yǎng)器。兩種連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)的比較裝置控制對象培養(yǎng)基培養(yǎng)基流速生長速率產(chǎn)物應(yīng)用恒濁器菌體密度無限制生長因子不恒定最高菌體或與菌體相平行的代謝產(chǎn)物生產(chǎn)恒化器培養(yǎng)基流速有限制生長因子恒定低于最高速率不同生長速率的菌體實驗室科研恒化器中的菌體濃度不由稀釋率決定，而由生長限制性底物濃度決定。通過控制流速可得到生長速率不同但密度基本恒定的培養(yǎng)物，微生物始終在低于其最高生長速率下進行生長繁殖。遺傳學(xué)：突變株分離；生理學(xué)：不同條件下的代謝變化；生態(tài)學(xué)：模擬自然營養(yǎng)條件建立實驗?zāi)Ｐ腿绻鶕?jù)連續(xù)培養(yǎng)器串聯(lián)的數(shù)目分，也可分為兩種類型：單級連續(xù)培養(yǎng)多級連續(xù)培養(yǎng)適用于：代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生速率與菌體生長速率相平行的培養(yǎng)微生物代謝產(chǎn)物與菌體生長不平行，例如丙酮、丁醇或某些次級代謝產(chǎn)物（抗生素、維生素等）的生產(chǎn)，應(yīng)采取多級連續(xù)培養(yǎng)法，第一級發(fā)酵罐中以培養(yǎng)菌體為主，后幾級則以產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物為主。前一反應(yīng)器的出料為后一反應(yīng)器的進料/部分進料。連續(xù)培養(yǎng)應(yīng)用與生產(chǎn)就稱為連續(xù)發(fā)酵。連續(xù)發(fā)酵的優(yōu)點：

高效：簡化操作單元，縮短生產(chǎn)周期，提高設(shè)備利用率；便于自動控制；降低動力消耗及體力勞動強度；產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定。雜菌污染機會增多；易菌種退化；營養(yǎng)物利用率低。連續(xù)發(fā)酵的缺點：2.連續(xù)培養(yǎng)的應(yīng)用第三節(jié)微生物生長的測定單位時間里微生物數(shù)量或生物量（Biomass）的變化。微生物生長測定：微生物生長的測定方法計數(shù)評價培養(yǎng)條件、營養(yǎng)物質(zhì)等對微生物生長的影響；評價不同的抗菌物質(zhì)對微生物產(chǎn)生抑制(或殺死)作用的效果；客觀地反映微生物生長的規(guī)律。質(zhì)量法生理指標法一、計數(shù)法1.直接計數(shù)法采用特殊的計數(shù)板（血球計數(shù)板），在顯微鏡下對微生物數(shù)量進行直接計數(shù)（計算一定容積里樣品中微生物的數(shù)量）缺點:(1)不能區(qū)分死菌與活菌；(2)只適用于單細胞狀態(tài)的微生物或絲狀微生物的孢子；不適于對運動細菌的計數(shù)；(3)需要相對高的菌體濃度(106/mL以上)；(4)個體小的細菌在顯微鏡下難以觀察。優(yōu)點：快速其它直接計數(shù)方法：將已知顆粒濃度的樣品（例如血液）與待測細胞濃度的樣品混勻后在顯微鏡下根據(jù)二者之間的比例直接推算待測微生物細胞濃度比例計數(shù)過濾計數(shù)當(dāng)樣品中菌數(shù)很低時，可以將一定體積的湖水、海水或飲用水等樣品通過膜過濾器。然后將濾膜干燥、熒光染色，并經(jīng)處理使膜透明，再在顯微鏡下計算膜上(或一定面積中)的細菌數(shù)活菌計數(shù)采用特定的染色技術(shù)也可分別對活菌和死菌進行分別計數(shù)（美蘭，能區(qū)分死菌和活菌的熒光試劑盒）2.間接計數(shù)法該法最常用。通常用來測定細菌、酵母菌等單細胞微生物的生長情況或樣品中所含微生物個體的數(shù)量（細菌、酵母菌、孢子）。即平板菌落計數(shù)法，又稱活菌計數(shù)法采用培養(yǎng)平板計數(shù)法要求操作熟練、準確，否則難以得到正確的結(jié)果。樣品充分混勻；傾注法涂布法每支移液管及涂布棒只能接觸一個稀釋度的菌液；同一稀釋度三個以上重復(fù),取平均值；每個平板上的菌落數(shù)目合適，便于準確計數(shù)。樣品充分混勻；一個菌落可能是多個細胞一起形成，所以在科研中一般用菌落形成單位（colonyformingunits，CFU）來表示，而不是直接表示為細胞數(shù)。3.膜過濾培養(yǎng)法當(dāng)樣品中菌數(shù)很低時，可以將一定體積的湖水、海水或飲用水等樣品通過膜過濾器，然后將濾膜轉(zhuǎn)到相應(yīng)的培養(yǎng)基上進行培養(yǎng)，對形成的菌落進行統(tǒng)計。4.比濁法在一定波長下，測定菌懸液的光密度，以光密度(opticaldensity即OD值)表示菌量。實驗測量時應(yīng)控制在菌濃度與光密度成正比的線性范圍內(nèi)，否則不準確。二、質(zhì)量法測定絲狀菌生長的有效方法1.重量法干重法濕重法2.蛋白質(zhì)及DNA含量測定法采用凱氏定氮法測出含氮量。蛋白質(zhì)含氮量為16%，細胞中蛋白質(zhì)含量占細胞固形物的50%~80%，一般以65%為代表。蛋白質(zhì)總量=含氮量÷16%=含氮量×6.25細胞總量=蛋白質(zhì)總量÷65%=蛋白質(zhì)總量×1.54三、生理指標法生理指標法常用于對微生物的快速鑒定與檢測常用的指標：呼吸強度、耗氧量、酶活性、生物熱樣品中微生物數(shù)量越多或生長越旺盛，這些指標愈明顯，因此可以借助特定的儀器如瓦勃氏呼吸儀、微量量熱計等設(shè)備來測定相應(yīng)的指標。與生長量相平行的生理指標很多，它們都可用作微生物生長的測定。第四節(jié)環(huán)境對微生物生長的影響一、溫度二、pH三、滲透壓四、氧五、表面張力六、輻射七、液體靜壓力八、聲能影響微生物生長的環(huán)境因素主要有：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，最終影響細胞合成。影響細胞膜的流動性，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。一、溫度1.微生物生長的適宜溫度：每種微生物都有三個基本溫度（cardinaltemperature）最低生長溫度能生長的最低溫度最適生長溫度生長速度最高的溫度最高生長溫度能生長的最高溫度生長溫度三基點

低溫型微生物（嗜冷微生物）：＜20℃

（一般為15℃

）中溫型微生物（嗜溫微生物）：20～45℃

，室溫菌約25℃體溫菌約37℃

高溫型微生物（嗜熱微生物）：＞45℃

，一般約50～60℃

根據(jù)微生物的最適生長溫度，可將微生物分為三類：(1)嗜冷微生物（psychrophile）最低生長溫度0℃以下，最適生長溫度≦15℃，最高生長溫度20℃左右；（地球兩極，海洋深處）能在0℃生長，但最適生長溫度20℃~40℃。（冷水，土壤，引起冰箱食物腐敗的主要微生物類群）-----耐冷微生物(psychrotolernt),又稱兼性嗜冷微生物嗜冷微生物在低溫下能生長的原因：嗜冷微生物的酶在低溫下能有效起催化作用，其酶的二級結(jié)構(gòu)含有較多的α‐螺旋，能使酶蛋白在寒冷環(huán)境中有較強的彈性嗜冷微生物的酶有較強的極性，含有較少的親水性氨基酸，有助于在低溫下保持蛋白質(zhì)的彈性及酶的活性。嗜冷微生物細胞膜的脂類中不飽和脂肪酸的含量較高，在低溫下膜也能保持半流動狀態(tài)。（2）嗜溫微生物(mesophiles)，又稱中溫菌最低生長溫度10℃左右，最適生長溫度25~37℃，最高生長溫度45℃左右（大多數(shù)微生物，人類病原菌）。嗜溫微生物又可分為寄生和腐生兩類：寄生嗜溫微生物的最適生長溫度相對較高，大腸桿菌是典型的寄生嗜溫微生物；腐生嗜溫微生物的相對較低，發(fā)酵工業(yè)中常用的黑曲霉、啤酒酵母、枯草桿菌均為腐生嗜溫微生物。(3)嗜熱微生物（thermophiles）最低生長溫度45℃，最適生長溫度55℃~65℃，最高生長溫度80℃（大部分為細菌。溫泉，堆肥）發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用的德氏乳酸桿菌的最適生長溫度為45～50℃，嗜熱糖化芽孢桿菌為65℃。----嗜高溫微生物（hyperthermophiles）：最低生長溫度65℃，最適生長溫度80~90℃，最高生長溫度100℃以上（古生菌，熱泉、火山噴氣口、海底火山噴氣口）微生物在高溫環(huán)境下為何能生存呢？胞內(nèi)酶和蛋白質(zhì)在高溫時更穩(wěn)定（分子中1個或多個部位被某些氨基酸所取代，能以特殊的方式折疊，抵抗溫度的變性作用）;細胞質(zhì)膜富含飽和脂肪酸，因而膜在高溫下仍很穩(wěn)定并發(fā)揮功能;其核酸有熱穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)，tRNA在特定的堿基區(qū)域含較多GC對.2.低溫對微生物的影響(1)冰凍對微生物的影響①冰凍使細胞內(nèi)游離水形成冰晶，對細胞造成機械性損傷；②冰凍導(dǎo)致細胞失去可利用的水分，形成脫水干燥狀態(tài)，細胞質(zhì)的pH值和膠體狀態(tài)發(fā)生改變，甚至可引起胞內(nèi)蛋白質(zhì)部分變性等；③微生物所處的基質(zhì)也因冰凍而產(chǎn)生一系列復(fù)雜的變化。(2)低溫對微生物作用的有關(guān)因素冰點附近會加速微生物死亡微生物種類不同抵抗低溫能力不同微生物所處的環(huán)境不同，對低溫的抵抗能力不同冰凍和解凍的反復(fù)交替容易造成微生物細胞破裂(3)低溫用于食品保藏

根據(jù)各類食品的特點和保藏要求不同，將低溫保藏食品的溫度可作如下的劃分：寒冷溫度：指在室溫和冷藏溫度之間的溫度。嗜冷微生物能在這一溫度范圍內(nèi)緩慢生長，保藏食品的有效期較短，一般僅適宜于保藏果蔬食品。冷藏溫度：指在0～5℃之間的溫度。一些嗜冷微生物尚能緩慢生長，能阻止幾乎所有的引起食物中毒的病原菌生長（除肉毒桿菌E型尚能在3.3℃生長和產(chǎn)生毒素外）。冷藏溫度可用于儲存果蔬、魚肉、禽蛋、乳類等食品。凍藏溫度：指低于0℃以下的溫度。在–18℃以下的溫度幾乎阻止所有微生物的生長。3.高溫對微生物的影響微生物對熱的忍受力依菌的種類、菌齡而異(微生物的營養(yǎng)體、霉菌的孢子、細菌的芽孢等)微生物對熱的忍受力還受微生物所處環(huán)境的其他條件的影響.環(huán)境pH、滲透壓、培養(yǎng)基組成等的影響。如在酸性條件下，微生物對熱的耐受力明顯下降；環(huán)境中富含蛋白質(zhì)時，利于保護菌體，增加微生物細胞對熱的抗性。二、pHpH=-lg[H+]pH通過影響細胞質(zhì)膜的透性、膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、物質(zhì)的溶解性或電離性來影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。微生物生長的pH值范圍每一種微生物都存在生長pH的三基點：最適生長pH

≠最適發(fā)酵pH從而影響微生物的生長速率最低生長pH最適生長pH最高生長pH根據(jù)微生物生長的pH范圍，將其分以下幾類：嗜酸菌（acidophile）只能生活在低pH（小于4）條件下，在中性pH下即死亡的微生物（硫細菌屬，熱原菌屬等古生菌）嗜中性菌(neutrophile)生長最適pH5.5~8.0（大多數(shù)微生物以及病原菌等）嗜堿菌(alkalophile)耐酸菌：可生活在pH5以下，但在中性pH下也能生活專性生活在pH10～11的堿性條件下而不能生活在中性條件下的微生物。(堿性鹽湖和碳酸鹽含量高的土壤中)。多數(shù)嗜堿菌為芽孢桿菌屬，少數(shù)屬于古生菌。耐堿菌：在堿性環(huán)境下能生長，但在中性條件下不死亡。微生物 pH值 最低最適最高Thiobacillusthiooxidans氧化硫硫桿菌

0.5 2.0~3.5 6.0Lactobacillusacidophilus嗜酸乳桿菌

4.0~4.65.8~6.6 6.8Rhizobiumjaponicum大豆根瘤菌

4.2 6.8~7.0 11.0Azotobacterchroococcum圓褐固氮

4.5 7.4~7.6 9.0Nitrosomonassp.硝化單胞菌

7.0 7.8~8.6 9.4Acetobacteraceti醋化醋桿菌

4.0~4.55.4~6.3 7.0~8.0Staphylococcusaureus

金黃葡球菌

4.27.0~7.5 9.3Chlorobiumlimicola泥生綠菌

6.0 6.8 7.0Thurmusaquaticus水生棲熱菌

6.07.5~7.8 9.5Aspergillusniger黑曲霉

1.55.0~6.0 9.0一般放線菌 5.0 7.0~8.0 10.0一般酵母菌 3.05.0~6.08.0不同微生物的生長pH值范圍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。微生物細胞內(nèi)的pH值雖然微生物生活的環(huán)境pH值范圍較寬，但是其細胞內(nèi)的pH值卻相當(dāng)穩(wěn)定，一般都接近中性。這種維持細胞內(nèi)穩(wěn)定中性pH值的特性能夠保持細胞內(nèi)各種生物活性分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和細胞內(nèi)酶所需要的最適pH值。微生物胞內(nèi)酶的最適pH值一般為中性，胞外酶的最適pH值接近環(huán)境pH值。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值上升由于無機鹽選擇性吸收：銨鹽吸收（(NH4)2SO4

H2SO4），pH↓硝酸鹽吸收(NaNO3

NaOH)，pH↑NH4+被吸收NO3+被吸收培養(yǎng)過程中調(diào)節(jié)pH值的措施“治標”外源直接流加酸、堿中和（直接，快速但不能持久）“治本”治本：（緩慢，但較持久）過酸加適當(dāng)?shù)矗蛩亍aNO3、NH4OH或蛋白質(zhì)）提高通氣量過堿加適當(dāng)碳源（糖、乳酸、醋酸或油脂等）降低通氣量pH調(diào)節(jié)水活度（aw）可定量表示環(huán)境中微生物可實際利用的自由水(游離水)的含量三、水活度和滲透壓各種微生物生長繁殖的aw范圍在0.60～0.998之間。除少數(shù)真菌外，多數(shù)微生物在aw

低于0.60～0.70的干燥條件下不能生長。利用干燥來保存食品、衣物等的原理：低aw可防止微生物生長各種微生物對干燥的抵抗力不同。如：醋酸菌失水后很快會死亡；但酵母菌可保存數(shù)月；產(chǎn)生莢膜的細菌的抗干燥能力較強；細胞小形、厚壁的細菌抗干燥能力較強。細菌芽孢、放線菌孢子、酵母菌子囊孢子、霉菌孢子抗干燥能力強，在干燥條件下可長期不死，可用于菌種保藏。1、水份及水活度等滲環(huán)境：適宜生長低滲環(huán)境：吸水膨脹高滲環(huán)境：質(zhì)壁分離微生物如何適應(yīng)低滲或高滲環(huán)境？大多數(shù)細菌、藻類和真菌具有堅硬的細胞壁，可維持細胞的形狀和完整性。在高滲環(huán)境中，大多數(shù)原核生物通過合成或吸收膽堿、甜菜堿、氨基酸（脯氨酸，谷氨酸等）、K+，藻類和真菌利用蔗糖和多元醇（阿拉伯糖醇、甘油、甘露醇）來提高胞內(nèi)滲透壓。在低滲環(huán)境中，細胞通過合成內(nèi)含物、打開所有的壓敏通道使溶質(zhì)滲出（原核生物），以降低胞內(nèi)滲透壓。2.滲透壓低度嗜鹽菌：耐受3％(0.2～0.5mol/L)左右NaCl的微生物；中度嗜鹽菌：耐受3%~12%(0.5～2.5mol/L)NaCl的微生物；極端嗜鹽菌：能夠在12％～30％(2.5～5.2mol/L)NaCl中生長的嗜鹽菌。耐鹽微生物：能在高鹽和低鹽環(huán)境下均能正常生活的微生物。必須在高鹽濃度下才能生長的微生物稱為嗜鹽微生物（嗜鹽菌）。根據(jù)微生物對鹽濃度耐受程度，可分為以下幾類：能夠在高糖環(huán)境中生長的微生物叫作嗜高滲微生物，它們的生長繁殖是引起蜜餞、果脯類高糖食品腐敗變質(zhì)的主要原因。四、氧氣根據(jù)微生物與氧的關(guān)系，可將微生物分為好氧和厭氧兩大類。好氧菌（aerobe）專性好氧菌(strickaerobe)

必須在有氧條件下（20%以上）生長（絕大多數(shù)真菌，多數(shù)放線菌，部分細菌）

兼性厭氧菌（facultativeaerobe）不需氧可生長，而在有氧條件下生長更好（酵母菌，許多細菌）微好氧菌（microaerophilicbacteria）只能在較低的氧分壓下（2~10%）生長（彎曲桿菌）厭氧菌（anaerobe）耐氧菌(aerotolerantanaerobe)

有氧（2%以下）和無氧條件下生長狀況相同（乳酸桿菌，腸膜明串珠菌，糞腸球菌）專性厭氧菌(anaerobe)

只能在無氧條件下生長，有氧時即被殺死（擬桿菌，梭菌屬，雙歧桿菌屬，甲烷菌）1.微生物對氧的需求專性好氧菌（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。絕大多數(shù)真菌、多數(shù)細菌和放線菌。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。許多酵母菌和不少細菌。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?；魜y弧菌、發(fā)酵單胞菌屬、彎曲菌屬等。兼性好氧菌（facultativeaerobe）耐氧菌（aerotolerantanaerobe）可在分子氧存在下進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。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。reactiveoxygenspecies(ROS)2.厭氧菌的氧毒害機制O2+e-

O2

-.（超氧陰離子自由基）超氧陰離子在細胞內(nèi)可由酶促或非酶促形成O2-.+e-+H+

H2O2（過氧化氫）超氧物陰離子歧化酶是在生物進化中發(fā)展出來的一種自我保護方式 H2O+O22O2·+2H+ O2+H2O2 2H2O12SOD好氧生物和耐氧細菌過氧化氫酶好氧生物過氧化物酶NADH2 NAD耐氧菌Cu2+-SOD+O2?→Cu+-SOD+O2Cu+-SOD+O2?+2H+→Cu2+-SOD+H2O2三種好氧菌及耐氧菌中，都有超氧化物歧化酶（SOD），它可使劇毒的O2－.

歧化成毒性稍低的H2O2。再在好氧微生物中的過氧化氫酶作用下，H2O2進一步分解成無毒的H2O；在耐氧菌中的過氧化物酶作用下，H2O2還原成無毒的H2O。專性厭氧菌沒有SOD，無法使O2－.

歧化成H2O2，因此在有氧條件下細胞內(nèi)形成的O2－.就使自身受到毒害，直至死亡。專性好氧菌SOD，過氧化氫酶兼性厭氧菌SOD，過氧化氫酶專性厭氧菌二種酶均無微好氧菌少量SOD耐氧菌SOD，過氧化物酶3.兩類微生物的培養(yǎng)方式好氧菌：振蕩培養(yǎng)或通氣攪拌厭氧菌：含還原劑（巰基乙醇，半胱氨酸等）的培養(yǎng)基；抽取培養(yǎng)系統(tǒng)的空氣，填充氮氣和CO2；厭氧罐（利用H2和鈀催化劑,使氧與H2結(jié)合成水）五、表面張力另外，許多有機酸、醇、甘油、洗滌劑、多肽、蛋白質(zhì)等都能降低溶液的表面張力。表面張力：液體表面的分子被它周圍和液體內(nèi)部的分子所吸引，在液體表面產(chǎn)生一種使液體表面積縮小的力。能改變?nèi)芤罕砻鎻埩Φ奈镔|(zhì)稱為表面活性劑。表面活性劑主要分為：陰離子型、陽離子型和中性型（非離子型）三類。陰離子型:包括高級脂肪酸的鈉鹽和鉀鹽、肥皂和磺酸鹽等。（抑制G+、影響細胞膜合成及肥皂的除菌作用）陽離子型:由季胺化合物組成，能吸附在微生物細胞膜表面損傷細胞膜。（新潔爾滅）中性型：在水中不電離，主要作為乳化劑用。Quaternaryammoniumcation六、輻射能量借助于波動傳播的輻射稱為電磁輻射。與微生物生命活動有關(guān)的主要有可見光及紫外線借助于原子及亞原子粒子的高速運動傳遞的輻射稱為微粒輻射。與微生物有關(guān)的主要有X射線和γ射線；該兩種射線均能使被作用物質(zhì)發(fā)生電離，故又稱電離輻射。1、可見光：光能營養(yǎng)微生物的能源。但是對于大多數(shù)化能營養(yǎng)微生物可見光連續(xù)長時間照射，可使微生物致死。2、紫外線：波長在139~390nm的電磁輻射波，265～266nm的紫外線對微生物的作用最強，主要作用于核酸引起T=T形成。此外，紫外線還能使空氣中的氧變?yōu)槌粞?，臭氧分解放出的強氧化劑新生態(tài)氧［O］，也有殺菌作用。3、電離輻射：X射線與α射線、β射線和γ射線均為電離輻射。能從分子中逐出電子而使之電離。因此，電離輻射的殺菌作用是間接地通過射線激發(fā)環(huán)境和細胞中的水分子，使水分子在吸收能量后被電離產(chǎn)生自由基而起作用。微生物種類、不同生理狀態(tài)的微生物以及處于不同環(huán)境的微生物細胞對電離輻射的敏感性也不同。七、液體靜壓力某些能生活在大洋底部的微生物不能在常壓下生長，這種菌叫做嗜壓菌。人工培養(yǎng)只能在高壓的特殊容器里進行。在食品發(fā)酵工業(yè)中，隨著發(fā)酵設(shè)備的大型化，處于發(fā)酵設(shè)備底部的微生物的生長代謝，也會受到液體靜壓力的影響，曾有工廠發(fā)現(xiàn)200m3發(fā)酵罐（高18m）底部的酵母在酒精發(fā)酵中形態(tài)發(fā)生了變化。八、聲能超聲波（頻率在20,000赫茲以上）具有強烈的生物學(xué)作用超聲波的作用是使細胞破裂，所以幾乎所有的微生物都能受其破壞，其效果與頻率、處理時間、微生物種類、細胞大小、性狀及數(shù)量等均有關(guān)系。高頻率比低頻率殺菌效果好；球菌較桿菌抗性強；細菌芽孢具更強的抗性，大多數(shù)情況下不受超聲波的影響；病毒也有較強的抗性。應(yīng)用：超聲滅菌、超聲細胞破碎儀第五節(jié)微生物（有害微生物）生長的控制控制微生物的生長速率或消滅不需要微生物的幾種措施:消毒(Disinfection)

：利用某些理化方法殺死物體表面或內(nèi)部所有對人體或動植物有害的病原菌，對被消毒對象基本無害的措施。包括化學(xué)消毒劑和巴氏消毒法等。滅菌(sterilizatin):采用強烈理化因素，使物體內(nèi)外包括芽孢在內(nèi)的所有微生物永遠喪失其生長繁殖能力的措施。包括殺菌和溶菌等手段。

化療(Chemotherapy)：即化學(xué)治療。利用具有高度選擇毒力的化學(xué)物質(zhì)，抑制或殺死宿主體內(nèi)病原微生物，對宿主本身沒有或基本沒有毒害作用的一種治療措施。防腐(Antisepsis)：在某些理化因素作用下抑制霉腐微生物的生長繁殖，以防止食品和其他物品等發(fā)生霉腐的措施。防腐方法：低溫、干燥、缺氧、高滲、防腐劑等。理化因素對微生物作用的方式影響理化因子作用效果的因素：理化因子的強度或濃度、作用時間長短、微生物種類、微生物生理狀態(tài)等。理化因素控制微生物生長繁殖的方式包括殺菌、溶菌、抑菌。OD值活菌計數(shù)一、物理因素對微生物生長的控制常用的物理因素：加熱法、過濾法和輻射法（一）加熱滅菌當(dāng)溫度超過微生物的最高生長溫度時，就會出現(xiàn)致死效應(yīng)。高溫可引起蛋白質(zhì)、核酸和脂肪等重要生物大分子降解或改變其空間結(jié)構(gòu)等，從而使其功能喪失。不同微生物的耐熱性有所差別，在食品工業(yè)中，衡量滅菌效果常用D值、Z值、熱致死時間等指標。1.加熱滅菌的動力學(xué)（1）十倍減少時間（decimalreductiontime，D值）：在特定溫度下，殺死某一樣品中90%微生物（即微生物數(shù)量減少十倍）所需的時間溫度愈高，十倍致死時間愈短存活菌數(shù)比例溫度處理與存活率的關(guān)系圖中顯示兩種微生物與滅菌溫度的關(guān)系上面的直線代表了一種耐熱性的微生物。（2）Z值以某種微生物不同溫度下D值的對數(shù)對溫度作圖，可得到一條直線，在該直線中，D值降低一個對數(shù)值（即十倍致死時間縮短90%）所需要升高的溫度即為Z值。（3）熱致死時間（thermaldeathtime）在一定溫度下殺死所有某一濃度微生物所需要的時間提示：高溫的殺菌時間與樣品中的微生物濃度有關(guān)。當(dāng)微生物的濃度一致時，可以通過比較熱致死時間長短來衡量不同微生物的熱敏感性。（4）熱致死溫度（thermaldeathpoint）在一定時間內(nèi)（一般為10分鐘）殺死液體中所有微生物所需的最低溫度。當(dāng)微生物的濃度一致時，可通過比較熱致死時間的長短或熱致死溫度的高低來衡量不同微生物的熱敏感性。啤酒酵母（52℃）和野生酵母（54-56℃）的熱致死溫度不同，可用來判斷發(fā)酵過程是否污染雜菌。（1）干熱滅菌（dryheatsterilization）烘箱內(nèi)熱空氣滅菌干熱滅菌140℃，3h；160℃，2h；適用于金屬和玻璃器皿；石蠟油和粉料物質(zhì)。接種針、接種環(huán)和試管口火焰灼燒2.加熱滅菌的方法(2）濕熱滅菌（moistheatsterilzation）利用熱蒸汽滅菌的方法。在相同溫度下，比干熱滅菌更有效。①濕熱蒸汽穿透力強；②能快速破壞維持核酸和蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)中化學(xué)鍵的穩(wěn)定性；③蒸汽凝結(jié)放出大量的汽化潛熱能迅速殺滅物體上的微生物。原因

多數(shù)細菌和真菌的營養(yǎng)細胞：60℃處理5-10分鐘；酵母菌和真菌的孢子：80℃以上處理；細菌的芽孢：121℃處理15分鐘以上。濕熱滅菌的條件：常用的濕熱滅菌方法：適用于牛奶、啤酒、果酒和飲料等液態(tài)食品低溫維持（LTH）法：63℃，30min高溫瞬時（HTST）法：72℃，15s目前一般都采用超高溫滅菌法（ultrahightemperature,UHT）：135~150℃，2~6s1）常壓法①巴氏消毒法（Pasteurization）用較低的溫度處理不宜進行高溫滅菌的液態(tài)風(fēng)味食品或調(diào)料，以殺滅其中的無芽孢病原菌，又不影響其原有風(fēng)味的消毒方法。巴氏消毒條件：常溫奶也稱為UHT奶、高溫奶、超高溫瞬時消毒奶、超高溫?zé)崽幚砟?，即采用超高溫瞬時滅菌技術(shù)（UHT）生產(chǎn)加工，并灌裝入無菌包裝內(nèi)的牛奶。牛奶瞬間被加溫到135(或以上)，保持2~5秒。其目的是殺死乳中的所有微生物，包括細菌和芽孢，從而使包裝產(chǎn)品在常溫下能長期保存而不發(fā)生微生物引起的腐敗變質(zhì)，保質(zhì)期可達6-12個月。鮮奶是指牛奶脫離牛體24小時之內(nèi)的牛奶，否則不能稱之為“鮮”奶。原來國家對于牛奶行業(yè)“鮮牛奶”有過明文規(guī)定，故目前各乳品企業(yè)在其產(chǎn)品中不能提到“鮮”字。而目前出現(xiàn)的鮮奶吧，由于是當(dāng)天奶源當(dāng)天加工出售，則可以充分保證牛奶的新鮮程度。巴氏奶(pasteurisedmilk):以新鮮牛奶為原料,通常為72-75℃，15-20秒，也有采用85℃，8-15秒，這種牛奶不添加任何穩(wěn)定劑、增稠劑、乳化劑等。完好地保存了營養(yǎng)物質(zhì)和純正口感，由于低溫殺菌，可最大程度保留牛奶中的極其珍貴稀少的有益生物活性物質(zhì)，這是和高溫滅菌奶最大的差異?！俺貎Υ妗钡倪M口牛奶卻出現(xiàn)在了冷藏柜中③間歇滅菌法（fractionalsterilizationortyndallization）分段滅菌法，適用于不耐熱培養(yǎng)基（如含硫培養(yǎng)基）。80~100℃下蒸煮15~60min，然后在37℃下保溫過夜，如此重復(fù)2~3次。②煮沸消毒法采用在100℃下煮沸數(shù)分鐘的方法，可殺死細菌的營養(yǎng)細胞和部分芽孢，一般用于飲用水的消毒。135~140℃，5~15s能減少營養(yǎng)成分的破壞2）加壓法①常規(guī)高壓蒸汽滅菌法（autoclaving）利用提高壓力使水的沸點升高，以提高水蒸氣的溫度，從而有效地殺滅微生物。0.1MPa（121℃）15~30min適用于各種耐熱耐濕物品的滅菌，如一般培養(yǎng)基、生理鹽水等各種溶液、工作服及實驗器材等。②連續(xù)加壓蒸汽滅菌法（continuousautoclaving），（連消法）用于大規(guī)模發(fā)酵工廠的大批量培養(yǎng)基的滅菌。讓培養(yǎng)基在管道的流動過程中快速升溫、維持和冷卻。一般加熱至135～140℃下維持5～15s。優(yōu)點：滅菌徹底，有效減少營養(yǎng)成分的破壞，提高原料利用率。滅菌時間短，蒸汽負荷均衡，提高鍋爐利用率，適宜于自動化操作。3、高溫對培養(yǎng)基成分的有害影響及其防止（1）有害影響①形成沉淀物。有機物沉淀如多肽類，無機物如磷酸鹽、碳酸鹽等沉淀。②破壞營養(yǎng)，提高色澤。如產(chǎn)生氨基糖、焦糖或黑色素等引起褐變的物質(zhì)。③改變培養(yǎng)基的pH。一般降低培養(yǎng)基的pH。④降低培養(yǎng)基的濃度。氣溫低時會增加冷凝水。防止措施：1）特殊加熱滅菌法分別滅菌（糖液；磷酸鹽等）；低壓滅菌（含糖類等培養(yǎng)基采用115℃滅菌15min）2）其他方法加入0.01％EDTA或0.01％NTA等螯合劑到培養(yǎng)基中，防止金屬離子發(fā)生沉淀；用氣體滅菌劑如環(huán)氧乙烷等對個別成分進行滅菌；過濾除菌法（2）消除措施(二)輻射滅菌輻射滅菌(RadiationSterilization)是利用電磁輻射產(chǎn)生的電磁波殺死大多數(shù)物質(zhì)上的微生物的一種有效方法。用于滅菌的電磁波有微波，紫外線(UV)、X-射線和γ-射線等紫外線屬于非電離輻射，波長范圍：100~400nm，260nm紫外光殺菌作用強，但不能有效穿過玻璃、薄層污物、水等物質(zhì)，用于物體表面和室內(nèi)空氣的滅菌。X射線或γ射線是具有較高能量和穿透力的電離輻射，輻射源主要有：X射線儀、陰極射線管和放射性同位素。常用的能產(chǎn)生γ射線的放射性同位素是60Co和137Cs。輻射多用于食品工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備的滅菌，應(yīng)用越來越廣。(三).過濾除菌加熱滅菌對于空氣和不耐熱的液體培養(yǎng)基的滅菌不適用，此時可使用多孔材料進行過濾除菌。（a）深度濾器（進入發(fā)酵罐的空氣）介質(zhì)：棉花、玻璃纖維、石棉、多層濾紙等。優(yōu)點：不破壞營養(yǎng)成分和物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)缺點：病毒除不掉（0.22um孔徑的濾膜）（b）膜濾器（不耐熱的液體成分，如酶或維生素溶液、血清等）由硝酸纖維素或醋酸纖維素制成。（c）核孔濾器（液體過濾）Cellulosetriacetatenitrocellulose膜濾器超凈臺二、化學(xué)因素對微生物生長的控制

抗微生物劑(Antimicrobialagent)生物合成的天然產(chǎn)物人工合成的化合物一類能夠殺死微生物或抑制微生物生長的化學(xué)物質(zhì)化學(xué)物質(zhì)的抗微生物能力的測定液體培養(yǎng)法最低抑制濃度（MIC）試驗平板培養(yǎng)法抑菌圈（zoneofinhibition）試驗最低抑制濃度：抑制某病原菌生長的最低濃度抗菌物質(zhì)濃度由高到低用一系列含不同濃度抗生素的培養(yǎng)基試管中培養(yǎng)標準數(shù)目的測試菌，經(jīng)16~24h培養(yǎng)后導(dǎo)致無菌生長的抗生素濃度是MIC。Minimuminhibitoryconcentration抗微生物劑非選擇性（對細胞均有毒性）有選擇性（對病原微生物毒性更強）消毒劑(Disinfectant)防腐劑(Antisepsis)抗代謝藥物抗生素（化學(xué)治療劑）（一）化學(xué)消毒劑（或滅菌劑）與石炭酸系數(shù)化學(xué)消毒劑是指對一切活細胞都有毒性，不能用作活細胞或機體內(nèi)治療用的化學(xué)藥劑，它們通常用來殺死非生物材料上的微生物。當(dāng)消毒劑處于低濃度時，往往會對微生物的生命活動起刺激作用，隨著濃度的遞增，相繼出現(xiàn)抑菌和殺菌作用化學(xué)消毒劑相對殺菌強度的表述：石炭酸系數(shù)（phenolcoefficient,P.C.，又稱酚系數(shù)）將某一消毒劑作不同的稀釋，在一定條件、一定時間（一般10min）致死全部供試微生物（常用金黃色葡萄球菌或傷寒沙門氏菌）的最高稀釋度與達到同樣效果的酚的最高稀釋度的比值，即為石炭酸系數(shù)。某消毒劑殺死全部供試菌的最高稀釋度石炭酸系數(shù)=石炭酸殺死全部供試菌的最高稀釋度常用的消毒劑舉例70％乙醇陽離子去垢劑（季銨化合物）0.2~0.5mg/L氯氣含氯化合物（0.2%~0.5%氯胺、次氯酸鈉、二氧化氯）0.1％～0.5％硫酸銅600mg/L氧化乙烯（即環(huán)氧乙烷）0.5％～10％甲醛37％溶液（福爾馬林）或甲醛2%戊二醛溶液過氧化氫碘液0.05％～0.1％二氯化汞（升汞）1mg/L臭氧0.2％過氧乙酸含酚化合物（3％～5％石炭酸、2％煤酚皂即來蘇水）醫(yī)療器械和實驗室物品表面醫(yī)療器械、食品等設(shè)備凈化生活用水奶制品與食品工業(yè)設(shè)備、生活用水游泳池及生活用水殺藻劑溫度敏感的實驗材料如塑料3％～8％溶液用于表面消毒用于滅菌用作高效消毒劑、滅菌劑氣體用作滅菌劑醫(yī)療器械、實驗物品表面消毒實驗室物品表面消毒飲用水用作高效消毒劑、滅菌劑實驗室物品表面消毒

脂溶劑、蛋白變性劑與膜上磷脂相互作用氧化劑氧化劑蛋白沉淀劑烷化劑烷化劑烷化劑烷化劑氧化劑與蛋白質(zhì)中酪氨酸結(jié)合與蛋白質(zhì)的巰基結(jié)合強氧化劑強氧化劑蛋白變性劑試劑適用范圍作用機理工業(yè)領(lǐng)域消毒劑應(yīng)用造紙皮革塑料紡織木材冶金石油空調(diào)電力核工業(yè)有機汞化物、酚化合物重金屬、酚化合物陽離子去垢劑重金屬、酚化合物酚化合物陽離子去垢劑汞化合物、酚化合物、陽離子去垢劑氯氣、酚化合物氯氣氯氣在生產(chǎn)中抑制微生物的生長在產(chǎn)品中作為抑菌因子存在在塑料的水狀分散相中抑制細菌生長阻止室外使用的遮棚、帳篷的纖維受微生物侵染腐爛防止木質(zhì)結(jié)構(gòu)的變質(zhì)腐爛阻止細菌在切割用乳劑中生長阻止細菌在石油及石油產(chǎn)品的復(fù)性和儲存過程中生長阻止細菌在冷卻塔中生長阻止細菌在冷凝器及冷卻塔中生長阻止抗輻射微生物在核反應(yīng)堆生長工業(yè)生產(chǎn)常用的消毒劑（二）防腐劑(antisepsis)防腐劑具有殺死或抑制微生物生長的能力，但對于動物或人體的組織無毒害或較小毒害作用。大多數(shù)化學(xué)防腐劑常用于洗手或處理表面?zhèn)?，有些防腐劑用作消毒劑同樣有效?0％乙醇酚類（六氯酚、氯二甲苯酚等）陽離子去垢劑（季銨化合物如殺藻胺）3％過氧化氫溶液2.5％碘酒有機汞化合物（2％紅汞）0.1％～1％硝酸銀皮膚肥皂、洗液、化妝品、除臭劑肥皂、洗液皮膚皮膚皮膚預(yù)防新生兒眼炎脂溶劑、蛋白變性劑破壞細胞膜與膜上磷脂相互作用氧化劑與蛋白質(zhì)中酪氨酸結(jié)合與蛋白質(zhì)的巰基結(jié)合蛋白沉淀劑試劑適用范圍作用機理常用的化學(xué)防腐劑劑舉例（三）化學(xué)治療劑化學(xué)治療劑是指具有選擇性毒力的，能在生物體內(nèi)使用殺死體內(nèi)病原微生物而不影響人體情況的、可以控制傳染病發(fā)生的化學(xué)物質(zhì)。常用于口服或注射?；瘜W(xué)治療劑種類：主要包括化學(xué)合成的抗代謝物，以及生物合成的抗生素（抗生素、半合成抗生素、酶抑制劑、微生物藥物素等）。1.抗代謝物(Antimetabolite)定義：又稱代謝拮抗物或代謝類似物(metaboliteanalogue)，是一類在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與微生物細胞所必需的代謝物(即生長因子)很相似，可干擾微生物正常代謝活動的化學(xué)物質(zhì)。葉酸對抗物（磺胺）、嘌呤對抗物（6-巰基嘌呤）、苯丙氨酸對抗物（對氟苯丙氨酸）、尿嘧啶對抗物（5-氟尿嘧啶）、胸腺嘧啶對抗物（5-溴胸腺嘧啶）

抗代謝物主要是一些生長因子類似物:抗代謝藥物的三種作用：與正常代謝產(chǎn)物競爭酶的活性中心，從而使微生物正常代謝所需的重要物質(zhì)無法合成，如磺胺類藥物。假冒正常代謝物，使微生物合成出無正常生理活性的假產(chǎn)物，如8-重氮鳥嘌呤取代鳥嘌呤合成的核苷酸會產(chǎn)生無正常功能的RNA。與某一生化合成途徑終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)類似，通過反饋調(diào)節(jié)破壞正常代謝調(diào)節(jié)機制，例如6-巰基嘌呤可抑制腺嘌呤核苷酸的合成?；前奉愃幬铮鹤钤绨l(fā)現(xiàn)，也是最常見的化學(xué)療劑，抗菌譜廣，能治療多種傳染性疾病。

大多數(shù)革氏陽性細菌（肺炎球菌、溶血性鏈球菌等）

某些革氏陰性細菌（痢疾桿菌、腦膜炎球菌、流感桿菌等）對放線菌也有一定的作用。最簡單的磺胺類藥物是對氨基苯磺酰胺，簡稱磺胺磺胺是四氫葉酸合成前體對氨基苯甲酸（PABA）的結(jié)構(gòu)類似物磺胺類藥物的作用機理：很多細菌必需利用PABA來合成四氫葉酸。但PABA可由細菌自身合成，也可從外界獲得。而磺胺的存在則可與PABA競爭性地與二氫蝶酸合成酶結(jié)合，阻止四氫葉酸的合成。人類因缺乏四氫葉酸合成酶，只能從食物中獲得。對磺胺藥物不敏感磺胺藥物對氨基苯甲酸葉酸當(dāng)環(huán)境中存在大量的PABA時，磺胺藥會失效TMP是磺胺藥物增效劑三甲基芐二氨嘧啶異煙肼是另一種臨床上有效的重要抗代謝藥物，其作為煙酰胺的結(jié)構(gòu)類似物，專一性的干擾分支桿菌特異性細胞壁成分分枝酸的合成。因此，異煙肼是治療肺結(jié)核的特效藥。catalase-peroxidaseacyl-NADHcomplexenoyl-acylcarrierproteinreductase異煙肼喹諾酮作用于DNA螺旋酶（gyrase），阻止螺旋酶催化細菌DNA的超螺旋作用。萘啶酸是典型的喹諾酮類化合物，萘啶酸的氟喹諾酮衍生物如諾氟沙星和環(huán)丙沙星常用于治療人的泌尿系統(tǒng)感染，由于DNA螺旋酶在所有細菌中都存在，但不存在于人及高等動物細胞內(nèi)，因此，氟喹諾酮能有效地治療革蘭氏陽性菌和陰性菌引起的各種細菌感染。喹啉定義：一類由微生物或其他生物生命活動過程中合成的次級代謝產(chǎn)物或其人工衍生物，它們在很低的濃度時就能抑制或干擾它種生物（包括病原菌、病毒、癌細胞等）的生命活動。2.抗生素（antibiotics）抗生素的抑菌譜：某種抗生素的抑菌范圍。既能作用于G＋菌又能作用于G－菌的抗生素稱為廣譜抗生素，如氯霉素、四環(huán)素、金霉素和土霉素；僅作用于單一微生物類群的抗生素稱為窄譜抗生素。由于不同微生物之間的細胞化學(xué)結(jié)構(gòu)和代謝的差異，不同的抗生素的抗菌譜各異。（1）概述新生霉素萘啶酸諾氟沙星青霉素萬古霉素桿菌肽環(huán)絲氨酸頭孢菌素紅霉素氯霉素氯林肯霉素林肯霉素磺胺類藥物四環(huán)素壯觀霉素莫匹羅星嘌呤霉素多黏菌素鏈霉素托普霉素卡拉霉素①抑制細菌細胞壁合成；②干擾細胞質(zhì)膜；③抑制蛋白質(zhì)合成；④抑制DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。1）抑制細胞壁合成青霉素：青霉素b-內(nèi)酰胺環(huán)結(jié)構(gòu)與D-丙氨酸-D-丙氨酸結(jié)構(gòu)相似，從而能與轉(zhuǎn)肽酶結(jié)合，阻止肽鏈之間的交聯(lián)，導(dǎo)致細菌發(fā)生滲透裂解。頭孢菌素：同青霉素，抑制肽聚糖合成中的轉(zhuǎn)肽作用萬古霉素：糖肽類抗生素（東方鏈霉菌）。肽鏈部分與肽聚糖的五肽末端D-丙氨酸-D-丙氨酸特異性結(jié)合，阻斷轉(zhuǎn)肽酶的作用。D-環(huán)絲氨酸：胞壁酸肽尾的合成多氧菌素：幾丁質(zhì)的合成（真菌有效）青霉素b-內(nèi)酰胺環(huán)結(jié)構(gòu)與D-丙氨酸末端結(jié)構(gòu)相似，從而能占據(jù)D-丙氨酸的位置與轉(zhuǎn)肽酶結(jié)合，酶無法正常行使其功能，肽鏈之間無法彼此連接，抑制了細胞壁的合成。2）干擾蛋白質(zhì)合成四環(huán)素：同核糖體30S小亞基結(jié)合，抑制氨基酰-tRNA結(jié)合于核糖體A位點，從而抑制蛋白質(zhì)合成。鏈霉素、卡那霉素、新霉素：同核糖體30S小亞基結(jié)合，直接抑制蛋白質(zhì)合成或引起錯譯。紅霉素：

同核糖體50S大亞基結(jié)合，抑制蛋白質(zhì)合成中肽鏈的延長。streptomycin(Stp)tetracyclines(Tet)chloramphenicol(Cam)(erythromycin(Ery)3）抑制核酸合成原核生物與真核生物核酸的合成機制差別不大，所以，抑制核酸合成的抗生素選擇毒力通常不如其他抗生素。絲裂霉素：阻止解鏈，抑制DNA復(fù)制；利福霉素：與細菌的依賴DNA的RNA聚合酶結(jié)合，阻止RNA合成；放線菌素D：抑制RNA轉(zhuǎn)錄；喹諾酮類（合成的，環(huán)丙沙星，諾氟沙星，氧氟沙星）：抑制DNA促旋酶而干擾DNA復(fù)制、修復(fù)和轉(zhuǎn)錄actinomycinDIncellbiology,actinomycinDisshowntohavetheabilitytoinhibittranscription.ActinomycinDdoesthisbybindingDNAatthetranscriptioninitiationcomplexandpreventingelongationofRNAchainbyRNApolymerase4）干擾細胞膜多粘菌素：使細胞膜上的蛋白質(zhì)釋放，細胞內(nèi)容物外漏。制霉菌素、兩性霉素：與膜固醇結(jié)合，引起細胞成分泄漏,控制假絲酵母感染。短桿菌肽：使氧化磷酸化解偶聯(lián)，細胞內(nèi)容物外漏。原核生物與真核生物細胞膜結(jié)構(gòu)差別不大，所以抑制細胞膜合成的抗生素選擇毒力通常不如其他抗生素。（2）半合成抗生素對天然抗生素的化學(xué)結(jié)構(gòu)進行人為改造后的抗生素，稱為半合成抗生素。青霉素易過敏、不穩(wěn)定、不能口服和易產(chǎn)生耐藥菌株。青霉素結(jié)構(gòu)改造：改造其母核6‐氨基青霉烷酸（6－aminopenicillanicacid,6-APA）的側(cè)鏈R基團。6‐APA的制備：6-APA抑菌力微弱，在發(fā)酵液中的含量也較低。一般以芐青霉素為原料，利用大腸桿菌的青霉素?；噶呀夂笾迫?-APA。R基團將6-APA與各種不同的化學(xué)合成側(cè)鏈酶法催化，就可合成各種相應(yīng)的半合成青霉素，如氨芐青霉素、羧芐青霉素、羥芐青霉素和氧哌嗪青霉素等。（3）生物藥物素（biopharmaceutin）自上世紀九十年代以來，從自然界篩選天然抗生素已面臨“山窮水盡”的境地，而在篩選新抗生素基礎(chǔ)上發(fā)展起來的、比抗生素療效更為廣泛的生理活性產(chǎn)物如酶抑制劑、免疫調(diào)節(jié)劑、受體拮抗劑和抗氧化劑等微生物的其他次級代謝產(chǎn)物卻越來越多，并代表了后抗生素時代的到來，這一類具有多種生理活性的微生物次級代謝產(chǎn)物稱作生物藥物素。如酶抑制劑洛伐他丁和免疫增強劑苯丁抑制素及環(huán)孢菌素等。第六節(jié)病毒和真菌的控制一、病毒的控制

病毒寄生于宿主細胞中，大多數(shù)控制病毒的化學(xué)方法對宿主也有毒性。但有些藥劑對病毒的毒性更大一些，還有一些由宿主產(chǎn)生的專一性地作用于病毒的物質(zhì)，都可以作為控制病毒的化學(xué)藥劑。1.抗病毒的化學(xué)治療劑疊氮胸苷（AZT）：雙脫氧核苷，以結(jié)構(gòu)類似物的機制發(fā)揮作用，抑制反轉(zhuǎn)錄病毒，對宿主的核酸復(fù)制也有抑制作用。奈韋拉平（維樂命）：非核苷類似物的反轉(zhuǎn)錄酶抑制劑，它通過直接連接到反轉(zhuǎn)錄酶上來抑制其進一步發(fā)揮作用；RibavirinZidovudine齊多呋定核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(NRTIs)非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(Non-NucleosideReverseTranscriptaseInhibitor，NNRTI)奈韋拉平2.干擾素（interferons，IFNs）

干擾素：高等動物細胞在病毒或dsRNA等誘生劑的刺激下，所產(chǎn)生的一種具有高活性、廣譜抗病毒等功能的特異性糖蛋白，分子量約17,000Da。干擾素雖有廣譜抗病毒的特性，但也受宿主種屬特異性的限制。干擾素的三種類型：①白細胞產(chǎn)生的IFN‐α，②成纖維細胞產(chǎn)生的IFN‐β，③免疫淋巴細胞產(chǎn)生的IFN‐γ。1.麥角甾醇（ergosterol）的抑制劑

二、真菌的控制2.其他抗真菌劑

兩性霉素B（AmphotericinB）與那他霉素（Natamycin）：bindswithergosterol（VanderWaalsinteractions）,acomponentoffungalcellmembranes,formingporesthatcauserapidleakageofmonovalentions(K+,Na+,H+andCl?)andsubsequentfungalcelldeath。多氧菌素：通過干擾幾丁質(zhì)的生物合成來抑制真菌細胞壁的合成。Ergosterol

（麥角固醇）：asterolfoundincellmembranesoffungiandprotozoa,samefunctionsthatcholesterolservesinanimalcells.Manyfungiandprotozoacannotsurvivewithoutergosterol,theenzymesthatcreateithavebecomeimportanttargetsfordrugdiscovery.cholesterol(A),ergosterol(B),amphotericinB(C),andnatamycin（那他霉素）(D)

testosterone（睪酮）

toestradiol（雌二醇）Pr