環(huán)境對微生物生長的影響

1第4章微生物的生長第二節(jié)環(huán)境因素對微生物生長的影響2一、溫度對某一種微生物而言，只能在有限的溫度范圍內(nèi)生長，并具有最低、最適和最高三個臨界值。

3（一）溫度對微生物的作用1.低溫的影響

（1）低于冰點的溫度能殺死微生物，其原因:

?細胞體內(nèi)水分轉(zhuǎn)變成冰晶，引起細胞明顯脫水；?冰晶對細胞結(jié)構(gòu)尤其是細胞質(zhì)膜的物理損傷。但是采用快速冷凍或細胞懸液中加入保護劑，可以減少冰凍對細胞的損害。4（2）低溫可延緩微生物的生理活動(故采用低溫保藏微生物)低溫保藏微生物菌種：溫度低于最低界限時，微生物代謝活動降低，進入休眠狀態(tài)——低溫保藏。常在4-7℃冰箱中保存。處于低溫下大部分微生物代謝活動降低，生長略有停滯，但仍能存活，一旦遇到合適生長溫度就可以生長繁殖。5（3）超低溫保藏的微生物原理(液氮保藏微生物)

快速冰凍形成的冰晶體小，故對細胞損害小(緩慢冷凍冰晶體大，微生物易死亡)超低溫保藏的微生物往往使用了防凍保護劑(如甘油)，可以降低脫水的有害作用，大多數(shù)微生物在10%甘油等防凍劑中保存。在-196℃左右的液氮內(nèi)超低溫保藏多年甚至于百年。62.高溫的影響：大多數(shù)細菌、酵母、病毒和真菌菌絲體的致死溫度為55-60℃；細菌芽孢能耐100℃以上的高溫。高溫殺菌：高于最高溫度界限，引起微生物原生質(zhì)體的變性，蛋白質(zhì)和酶的損傷、變性、失去生活機能的協(xié)調(diào)，停止生長或出現(xiàn)異常形態(tài)，最終導(dǎo)致死亡。致死溫度：十分鐘內(nèi)殺死某種微生物的高溫界限。致死時間：在致死溫度中殺死某種微生物所需的時間。7常用的滅菌方法：熱力滅菌法

◆干熱滅菌法1.焚燒和燒灼法：直接利用火焰燒灼使微生物燒死。一般金屬器具或器械的滅菌或廢棄物處理。如接種環(huán)、試管口等2.干烤法：一般加熱至160-170℃、2h8◆濕熱滅菌法:

1.巴氏消毒法61.1-62.8℃、30min71.7℃、15-30s2.煮沸法一般細菌繁殖體煮沸5min即可被殺死芽孢需1-2h3.流通蒸汽滅菌法4.間歇滅菌法5.高壓蒸汽滅菌法6.超高溫瞬時滅菌(UHTST)9（二）微生物生長的溫度類型根據(jù)微生物生長溫度范圍和最適溫度，通常把微生物分成高溫性、中溫性、低溫性三大類。

1.低溫型微生物（psychrophiles）或嗜冷微生物能在0℃或更低的溫度下生活，有專性和兼性兩種。分布在高緯度的陸地和海洋。

能在低溫下生長的主要原因：具有能在低溫下保持活性的酶在細胞質(zhì)膜的類脂中不飽和脂肪酸含量較高，因而能在低溫下仍然保持半流動性和生理功能。102.中溫性微生物（mesophiles）

最適生長溫度為20-40℃，分為體溫型和室溫型兩大類。3.高溫型微生物（thermophiles）

最適生長溫度為50-60℃，主要分布在高溫的自然環(huán)境（火山、溫泉）及堆廄肥、沼氣發(fā)酵等人工高溫環(huán)境中。

能在高溫下生長的主要原因：具有耐熱的酶和蛋白質(zhì)及其合成系統(tǒng)，其細胞質(zhì)膜類脂富含飽和脂肪酸，因而具有更強的疏水鍵以利于膜結(jié)構(gòu)在高溫下保持穩(wěn)定。11溫度對微生物生長速率的影響12Temperaturerangeforgrowthofpathogens致病菌生長的溫度范圍Temperature°C

Min.

Opt.

Max.Salmonella沙門氏菌 5 35-37 47Campylobacter彎曲桿菌 30 42 47E.coli大腸桿菌 10 37 48S.aureus金黃色葡萄球菌 6.5 37-40 48C.botulinum(proteolytic) 10 50肉毒梭狀芽孢桿菌（蛋白質(zhì)水解型）C.botulinum(non-proteolytic) 3.3 25–37肉毒梭狀芽孢桿菌（非蛋白質(zhì)水解型）B.Cereus蠟狀芽孢桿菌 4 30-35 48-50

13

Temperature°CMin.Opt.Max.Penicilliumverrucosum疣孢青霉

02031Aspergillusochraceus 赫曲霉

82837

Aspergillusflavus黃曲霉

10 3242Fusariummoniliforme串珠鐮孢霉

3 2537Temperaturerangeforgrowoftoxigenicmoulds產(chǎn)毒素霉菌生長的溫度范圍14二、水份和滲透壓1.水的活度（Aw）：表示環(huán)境中水對微生物生長可給性高低的指標(biāo)。不同微生物生長所需的Aw

不同，細菌一般為0.90-1.00，正常酵母0.88，正常霉菌0.80，嗜鹽酵母和絲狀真菌可達0.60。營養(yǎng)細胞不耐干燥，幾小時就會死亡。細菌芽孢、真菌孢子對干燥有很強的抵抗力，保存數(shù)年仍有活力。15MinimumlevelsofaWpermittinggrowth

(atnearoptimumtemperatures)

微生物生長必需的最低水分活度Moulds

Aspergilluschevalieri

曲霉

0.71

霉菌

Aspergillusochraceus

赭曲霉

0.78

Aspergillusflavus黃曲霉

0.80

Penicilliumverrucosum青霉

0.79

Fusariummoniliforme串珠鐮孢霉

0.87Yeasts

Saccharomycesrouxii魯氏酵母

0.62

酵母

Saccharomycescerevisiae啤酒酵母

0.90Bacteria

Bacilluscereus蠟狀芽孢桿菌

0.92

細菌

Clostridiumbotulinum(proteolytic)

0.93

肉毒梭狀芽孢桿菌（蛋白水解型）

Clostridiumbotulinum(non-proteolytic) 0.97

肉毒梭狀芽孢桿菌（非蛋白水解型）

Escherichiacoli埃希氏大腸桿菌

0.93

Salmonella沙門氏菌

0.95

Staphylococcusaureus葡萄球菌

0.83162.滲透壓：

高滲環(huán)境會使細胞原生質(zhì)脫水而發(fā)生質(zhì)壁分離，而能抑制大多數(shù)微生物的生長。利用鹽、糖這些親水試劑與水分子的結(jié)合減少有效水分17aw1.000.990.980.960.940.920.900.880.86ConcentrationofNaClandglucose

atvariousawvalues(at25°C)

25°C時不同濃度食鹽和葡萄糖溶液的aw%w/wGlucose葡萄糖0.008.9015.7428.5137.8343.7248.5453.0558.45%w/wNaCl0.001.743.436.579.3811.9014.1816.2818.1818水份和滲透壓影響的應(yīng)用：鹽漬和蜜餞——利用生理干燥保存食品，防腐。釀造業(yè)：細菌曲房空氣RH接近飽和，利于生長。倉庫：保持干燥。菌種保存：干燥。19三、酸堿度（pH）

1.pH值適應(yīng)范圍和最適pH值：

細菌、藻類和原生動物4.0-10.06.5-7.5放線菌4.0-10.07.5-8.0酵母、霉菌1.5-10.05-6pH范圍最適pH20microbesMinimumoptimummaximum

pHspectrumofdifferentmicrobes21

2.pH或[H+]對微生物的作用影響細胞質(zhì)膜電荷的變化從而影響了養(yǎng)料吸收影響酶的活性改變環(huán)境中養(yǎng)料的溶解度及可給性

抑制雜菌生長強酸和強堿具有很強的殺菌能力。22

3.pH的變化?？梢愿淖兾⑸锏拇x途徑并產(chǎn)生不同的代謝產(chǎn)物例如：酵母菌在pH4.5-6.0時發(fā)酵糖產(chǎn)生酒精，pH>7.6時則可同時產(chǎn)生酒精、甘油和醋酸。黑曲霉（Aspergillusniger）在pH2.0-3.0時發(fā)酵蔗糖產(chǎn)生檸檬酸，pH升至中性時則產(chǎn)生草酸。

4.微生物對環(huán)境中物質(zhì)的代謝常改變環(huán)境的pH值如許多細菌和真菌在分解培養(yǎng)基質(zhì)中的碳水化合物時產(chǎn)酸使環(huán)境變酸，另一些微生物則在分解蛋白質(zhì)時產(chǎn)氨而使環(huán)境變堿。23PossiblereactionsresponsibleforthepHchangingduringthecultivation24MeasuresusedinthefermentativeproductiontoregulatethepH25四、O2和Eh值（氧化還原電位）氧氣對微生物生長的影響根據(jù)微生物與氧氣的關(guān)系，微生物可分為：（1）專性好氧菌（obligateorstrict

aerobe）

：以氧氣為呼吸鏈的最終電子受體，缺氧時不能生存。大多數(shù)細菌、幾乎全部放線菌、藍細菌、真菌和藻類屬于此類型。26（2）厭氧菌（anaerobes）:暴露在空氣中則停止生長。常見的厭氧菌：Clostridium（梭菌屬）、Bacteroides（擬桿菌屬）、Fusobacterium（梭桿菌屬）、Bifidobacterium（雙歧桿菌屬）27（3）兼性厭氧菌（facultativeanaerobes）:以在有氧條件下的生長為主也可兼在厭氧條件下生長的微生物，有時也稱“兼性好氧菌”

（facultativeaerobes）。

在有氧時能以氧氣作為受H+體，無氧時以代謝中間產(chǎn)物作為受H+體進行發(fā)酵作用。

許多酵母菌和不少細菌都是兼性厭氧菌。2829（4）微好氧菌（microaerophilicbacteria）：

在充分通氣和嚴格厭氧的環(huán)境中均不能生長，只能在含氧量為2%-10%的微好氣條件下生長，種類不多。例如:Vibriocholerae（霍亂弧菌）

Campylobacter（彎曲菌屬）等

30(5)耐氧菌（aerotolerantanaerobes）:

即耐氧性厭氧菌的簡稱。是一類可在分子氧存在下進行發(fā)酵性厭氧生活的厭氧菌。它們的生長不需要任何氧，但分子氧對它也無毒害。一般的乳酸菌多數(shù)是耐氧菌，例如，Streptococcuslactis（乳鏈球菌）、Lactobacilluslactis（乳酸乳桿菌）等31(a)Obligateaerobesgrowonlyatthesurface.Obligateaerobesoftenformafilm(scum)orpellicle,thatfloatsonthetopoftheliquid.(b)Anaerobesgrowawayfromthesurface(c)Facultativeaerobesgrowthroughoutthetube,theyareabletogrowunderbothaerobicandanaerobicconditions.(d)Microaerophilicbacteriarequirealittlebitofoxygen,buttoomuchistoxic.(e)Aerotolerantanaerobes:anaerobescangrowunderbothaerobicandanaerobicconditions.BacteriagrowthandsurvivaldependonFATTOM:FoodAcidityTemperatureTime:4-hourruleOxygenMoisture323334五、光和射線1.可見光：

◆光能營養(yǎng)型微生物必須吸收400-900nm的可見光波進行光合作用。

◆一些趨光性微生物在有光源時生長得更好，一些真菌在生殖生長時（形成子實體、擔(dān)子果…）需要一定散射光的刺激。

35五、光和射線

2.紫外線的殺菌作用：

250~280nm的波長殺菌力最強，微生物細胞經(jīng)紫外線照射后，以O(shè)2為底物產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)生成的H2O2（過氧化氫），發(fā)生強烈的氧化作用，殺死細胞。引起DNA變異，突變，死亡。

36五、光和射線2.紫外線的殺菌作用：一般30W燈管，9m3空間，距地面2m每次打開紫外線照射0.5h，就使室內(nèi)空氣滅菌。若照射紫外線時先噴灑石炭酸等化學(xué)消毒劑，可增強滅菌效果。紫外線雖有較強的殺菌力，但穿透力弱，即使一薄層玻璃或水層就能將大部分紫外線濾除，因此只適用于空氣及表面殺菌。37五、光和射線3.X、γ射線、超聲波也有強烈的殺菌作用4.適當(dāng)劑量的紫外線、X、γ射線可作有效的誘變劑。

38六、化學(xué)藥物

藥物能抑制或殺死微生物，但有些藥物在高濃度時是殺菌劑，在低濃度時可能被微生物利用作為養(yǎng)料或生長刺激因子。

39殺菌藥物：1.重金屬：汞、銀、鉛、鋅、銅等。2.強氧化劑：H2O2、KMNO43.還原劑：甲醛——與蛋白質(zhì)的酰氨基和巰基作用，引起蛋白質(zhì)變性。4.表面活性物質(zhì)：新潔爾滅等。5.強酸、強堿6.其它：H2S、SO2和一些常用染料等。

40消毒劑的主要種類類別作用機制常用種類酚類蛋白變性，細胞膜損傷石炭酸醇類蛋白變性乙醇氧化劑氧化、蛋白沉淀高錳酸鉀、過氧乙酸、碘酒重金屬鹽氧化、蛋白酶變性紅汞、硫柳汞表面活性劑蛋白變性，細胞膜損傷新潔而滅染料干擾氧化、抑制繁殖