微生物11-PPT幻燈片

第一節(jié)微生物細(xì)胞的化學(xué)組成和營養(yǎng)要素營養(yǎng)物質(zhì)是微生物構(gòu)成菌體細(xì)胞的基本原料，也是獲得能量以及維持其它代謝機(jī)能必須的物質(zhì)基礎(chǔ)。微生物吸收何種營養(yǎng)物質(zhì)取決于微生物細(xì)胞的化學(xué)組成。一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成元素組成：碳、氫、氧、氮和各種礦物質(zhì)元素（磷、硫、鉀、鈣、鎂、鐵等）?；瘜W(xué)組成：水分（80％左右）；干物質(zhì)（20％左右：干物質(zhì)有蛋白質(zhì)、核酸、碳水化合物、脂類和礦物質(zhì)等）。二、微生物的營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能微生物的營養(yǎng)物質(zhì)有六大要素：碳源、氮源、能源、無機(jī)鹽、生長因子和水分。（一）水分

水分約占鮮重的70％～90％。不同種類微生物細(xì)胞含水量不同。同種微生物處于發(fā)育的不同時期或不同的環(huán)境其水分含量也有差異，幼齡菌含水量較多，衰老和休眠體含水量較少。微生物所含水分以游離水和結(jié)合水兩種狀態(tài)存在。結(jié)合水不具有一般水的特性，不能流動，不易蒸發(fā)，不凍結(jié)，不能作為溶劑，也不能滲透。游離水則與之相反，具有一般水的特性，能流動，容易從細(xì)胞中排出，并能作為溶劑，幫助水溶性物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞。微生物細(xì)胞游離態(tài)的水同結(jié)合態(tài)的比例為4∶1。

（四）氮源物質(zhì)

能提供微生物所需氮素的營養(yǎng)物質(zhì)稱為氮源。無機(jī)的氮源物質(zhì)一般不提供能量，只有極少數(shù)細(xì)菌如硝化細(xì)菌可利用銨態(tài)氮和硝態(tài)氮作為氮源和能源。

微生物營養(yǎng)上要求的氮源物質(zhì)可以分為三個類型：

1．空氣中分子態(tài)氮只有少數(shù)具有固氮能力的微生物（如自生固氮菌、根瘤菌）能利用。

2．無機(jī)氮化合物如銨態(tài)氮（NH4+）、硝態(tài)氮（NO3-）和簡單的有機(jī)氮化物（如尿素），絕大多數(shù)微生物可以利用。

3．有機(jī)氮化合物大多數(shù)寄生性微生物和一部分腐生性微生物需以有機(jī)氮化合物（蛋白質(zhì)、氨基酸）為必需的氮素營養(yǎng)。。

在實驗室和發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中，常常以銨鹽、硝酸鹽、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、魚粉、血粉、蠶蛹粉、豆餅粉、花生餅粉作為微生物的氮源。（五）無機(jī)鹽

礦物元素是微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)不可缺少的組成成分和微生物生長不可缺少的營養(yǎng)物質(zhì)。無機(jī)礦質(zhì)元素分為常量元素和微量元素。

常量礦質(zhì)元素是磷、硫、鉀、鈉、鈣、鎂、鐵等。磷、硫的需要量很大，磷是微生物細(xì)胞中許多含磷細(xì)胞成分，如核酸、核蛋白、磷脂、三磷酸腺苷（ATP）、輔酶的重要元素。硫是細(xì)胞中含硫氨基酸及生物素、硫胺素等輔酶的重要組成成分。鉀、鈉、鎂是細(xì)胞中某些酶的活性基團(tuán)，并具有調(diào)節(jié)和控制細(xì)胞質(zhì)的膠體狀態(tài)、細(xì)胞質(zhì)膜的通透性和細(xì)胞代謝活動的功能。

微量元素有鉬、鋅、錳、鈷、銅、硼、碘、鎳、溴、釩等，一般在培養(yǎng)基中含有0.1mg/L或更少就可以滿足需要。

功能：許多無機(jī)礦物質(zhì)元素構(gòu)成酶的活性基團(tuán)或酶的激活劑；并具有調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓，調(diào)節(jié)酸堿度和氧化還原電位以及能量的轉(zhuǎn)移等作用。(六)生長因子

生長因子是微生物維持正常生命活動所不可缺少的、微量的特殊有機(jī)營養(yǎng)物，微生物自身不能合成這些物質(zhì)，必須在培養(yǎng)基中加入。缺少這些生長因子就會影響各種酶的活性，新陳代謝就不能正常進(jìn)行。

生長因子是指維生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等特殊有機(jī)營養(yǎng)物。而狹義的生長因子僅指維生素。這些微量營養(yǎng)物質(zhì)被微生物吸收后，一般不被分解，而是直接參與或調(diào)節(jié)代謝反應(yīng)。

在自然界中自養(yǎng)型細(xì)菌和大多數(shù)腐生細(xì)菌、霉菌都能自己合成許多生長輔助物質(zhì)，不需要另外供給就能正常生長發(fā)育。

第二節(jié)微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收

微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收是借助生物膜的半滲透性及其結(jié)構(gòu)特點來吸收營養(yǎng)物質(zhì)和水分的。大分子的蛋白質(zhì)、多糖、脂肪，微生物則分泌出相應(yīng)的酶（這類在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生，分泌到細(xì)胞外發(fā)揮作用的酶稱為胞外酶）將大分子降解成小分子后，再吸收利用。各種物質(zhì)對細(xì)胞質(zhì)膜的透性不一樣，就目前對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)及其傳遞系統(tǒng)的研究，認(rèn)為營養(yǎng)物質(zhì)主要以以下幾種方式透過細(xì)胞膜。一、單純擴(kuò)散是通過細(xì)胞膜進(jìn)行內(nèi)外物質(zhì)交換最簡單的一種方式。營養(yǎng)物質(zhì)通過分子的隨機(jī)運動透過微生物細(xì)胞膜上的小孔進(jìn)出細(xì)胞。特點：物質(zhì)由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散（濃度梯度）；單純的物理擴(kuò)散作用，不需要能量.一旦細(xì)胞膜兩側(cè)的濃度梯度消失（即細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)濃度達(dá)到平衡),細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)交換達(dá)到動態(tài)平衡）；單純擴(kuò)散是非特異性的，沒有運載蛋白質(zhì)（滲透酶）參與，也不與膜上的分子發(fā)生反應(yīng)，擴(kuò)散的物質(zhì)本身也不發(fā)生改變；單純擴(kuò)散的物質(zhì)主要是一些小分子物質(zhì)，如一些氣體（O2、CO2）、水、某些無機(jī)離子及一些水溶性小分子（甘油、乙醇等）。二、促進(jìn)擴(kuò)散在細(xì)胞膜上存在多種具有運載營養(yǎng)物質(zhì)功能的特異性蛋白質(zhì)，稱為滲透酶。大多是誘導(dǎo)酶，當(dāng)外界存在所需的營養(yǎng)物質(zhì)時，能誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的滲透酶，每一種滲透酶能幫助一類營養(yǎng)物質(zhì)的運輸。特點：物質(zhì)由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散（濃度梯度）；單純的物理擴(kuò)散作用，不需要能量；需要滲透酶；已分離出有關(guān)葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、亮氨酸、精氨酸、酪氨酸、磷酸、Ca2+、Na+、K+等的載體蛋白.三、主動運輸靠濃度梯度吸收營養(yǎng)物質(zhì)不能滿足高速生長繁殖的微生物的需要。特點：營養(yǎng)物質(zhì)由低濃度向高濃度進(jìn)行，可逆濃度梯度進(jìn)行；需要滲透酶攜帶，滲透酶與底物有高度的特異性，其與底物的親和力隨滲透酶的構(gòu)型而改變；需要消耗代謝能量ATP。先形成滲透酶-營養(yǎng)物質(zhì)復(fù)合體。復(fù)合體旋轉(zhuǎn)180°從膜外方轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜內(nèi)表面，消耗能量，使?jié)B透酶構(gòu)型發(fā)生變化，親和力減弱，被結(jié)合的物質(zhì)釋放到細(xì)胞質(zhì)中。構(gòu)型變化的滲透酶，再獲得能量恢復(fù)原狀，親和力增強(qiáng)，結(jié)合位置朝向膜外，又可重復(fù)進(jìn)行這種主動運輸。是微生物物質(zhì)運輸?shù)闹饕绞健Ｋ?、基團(tuán)轉(zhuǎn)位除具有主動運輸?shù)奶攸c外，主要是被轉(zhuǎn)運的物質(zhì)改變了本身的性質(zhì)，有化學(xué)基團(tuán)轉(zhuǎn)移到被轉(zhuǎn)運的營養(yǎng)物質(zhì)上面去。基團(tuán)轉(zhuǎn)位可轉(zhuǎn)運糖、糖的衍生物，如葡萄糖、甘露糖、果糖、N-乙酰葡萄糖胺和β-半乳糖苷以及嘌呤、嘧啶、堿基、乙酸（但不能輸送氨基酸）等。這個運輸系統(tǒng)主要存在于兼性厭氧菌的和厭氧菌中。但某些好氧菌，如枯草桿菌和巨大芽孢桿菌(B.megatherium)也利用磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)將葡萄糖傳送到細(xì)胞內(nèi)。再見!第三節(jié)微生物的營養(yǎng)類型根據(jù)微生物的能源、供氫體和碳源不同，將微生物分為光能自養(yǎng)型、光能異養(yǎng)型、化能自養(yǎng)型和化能異養(yǎng)型四種營養(yǎng)類型。一、光能自養(yǎng)型

利用光能為能源，以二氧化碳（CO2）或可溶性的碳酸鹽利用光能為能源，以二氧化碳（CO2）或可溶性的碳酸鹽（CO32-）作為唯一的碳源或主要碳源。以無機(jī)化合物（水、硫化氫、硫代硫酸鈉等）為氫供體，還原CO2，生成有機(jī)物質(zhì)。光能自養(yǎng)型微生物主要是一些藍(lán)細(xì)菌、紅硫細(xì)菌、綠硫細(xì)菌等少數(shù)微生物，它們由于含光合色素，能使光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能（ATP），供細(xì)胞直接利用。光藍(lán)細(xì)菌CO2+2H2O------------→[CH2O]+H2O+O2↑

葉綠素

光綠硫細(xì)菌CO2+2H2S------------→[CH2O]+H2O+2S

菌綠素

比較以上兩反應(yīng)，可寫成以下通式：

光

CO2+2H2A-------------→[CH2O]+H2O+2A

光合色素二、化能自養(yǎng)微生物

這一類微生物的能源來自無機(jī)物氧化所產(chǎn)生的化學(xué)能，利用這種能量去還原CO2或者可溶性碳酸鹽合成有機(jī)物質(zhì)。

如亞硝酸細(xì)菌、硝酸細(xì)菌、鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌、氫細(xì)菌分別利用氧化NH3、NO2-、Fe++、H2S和H2產(chǎn)生的化學(xué)能來還原CO2，形成碳水化合物。

例如：亞硝酸細(xì)菌能從氧化氨為亞硝酸中獲得能量，用以還原二氧化碳，形成碳水化合物。

亞硝酸細(xì)菌

2NH3+3O2+2H2O-------------→2HNO2+4H++4OH-+能量

CO2+4H+-------------→[CH2O]+H2O

這一類型的微生物完全可以生活在無機(jī)的環(huán)境中，分別氧化各自合適的還原態(tài)的無機(jī)物，從而獲得同化CO2所需的能量。三、光能異養(yǎng)型微生物

這種類型的微生物以光能為能源，利用有機(jī)物作為供氫體，還原CO2，合成細(xì)胞的有機(jī)物質(zhì)。

例如深紅螺菌利用異丙醇作為供氫體，進(jìn)行光合作用并積累丙酮。

光

2(CH3)2CHOH+CO2-------------→2CH3COCH3+[CH2O]+H2O

光合色素

此菌在光和厭氧條件下進(jìn)行上述反應(yīng)。但在黑暗和好氧條件下又可能用有機(jī)物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能推動代謝作用。

四、化能異養(yǎng)型微生物

這種類型的微生物其能源和碳源都來自于有機(jī)物，能源來自有機(jī)物的氧化分解，碳源直接取自于有機(jī)碳化合物。它包括自然界絕大多數(shù)的細(xì)菌，全部的放線菌、真菌和原生動物。根據(jù)生態(tài)習(xí)性不同可將這種營養(yǎng)類型分為以下幾種：

1．腐生型從無生命的有機(jī)物獲得營養(yǎng)物質(zhì)。

引起食品腐敗變質(zhì)的某些霉菌和細(xì)菌就屬這一類型。如引起腐敗的梭狀芽孢桿菌、毛霉、根霉、曲霉等。

2．寄生型必須寄生在活的有機(jī)體內(nèi)，從寄主體內(nèi)獲得營養(yǎng)物質(zhì)才能生活稱為寄生，這類微生物叫寄生微生物。3.兼性腐生或兼性寄生：在腐生和寄生之間存在著不同程度的既可腐生又可寄生的中間類型。

第四節(jié)培養(yǎng)基（medium）培養(yǎng)基是指經(jīng)人工配制而成的適合微生物生長繁殖和積累代謝產(chǎn)物所需要的營養(yǎng)基質(zhì)。配制培養(yǎng)基不但需要根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)要求，加入適當(dāng)種類和數(shù)量的營養(yǎng)物；并要注意一定的碳氮比例（C/N）；還要調(diào)節(jié)適宜的酸堿度（pH）；保持適當(dāng)?shù)难趸€原電位和滲透壓。一、配制培養(yǎng)基的基本原則

配制微生物的培養(yǎng)基，主要考慮以下幾個因素：1、根據(jù)培養(yǎng)的對象和目的來配制。應(yīng)考慮培養(yǎng)何菌、獲何產(chǎn)物、用于實驗室還是大規(guī)模生產(chǎn)、作種子培養(yǎng)用還是發(fā)酵用等方面。培養(yǎng)細(xì)菌、放線菌、酵母、霉菌的培養(yǎng)基不同。一般培養(yǎng)細(xì)菌常用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基；培養(yǎng)放線菌常用高氏一號培養(yǎng)基；培養(yǎng)酵母常用麥芽汁培養(yǎng)基；培養(yǎng)霉菌常用馬鈴薯培養(yǎng)基和察氏培養(yǎng)基。病毒等專性寄生微生物不能在人工制備的一般培養(yǎng)基上生長。如果是為了得到大量的菌體或作種子培養(yǎng)基，營養(yǎng)成分要豐富，氮源的量要提高。如為了得到微生物代謝產(chǎn)物，則應(yīng)提高碳源含量。2、要注意各種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度。營養(yǎng)要素的比例大致是：水>碳源>氮源>P、S>K、Mg>生長因子。培養(yǎng)基中的碳氮比(C:N)最為重要，如在谷氨酸發(fā)酵時，C:N為100:（0.5~2）時菌體大量繁殖，積累少量谷氨酸；當(dāng)C:N為100:(11~12)時，則產(chǎn)生大量的谷氨酸。還需注意無機(jī)鹽的量及其平衡，生長因子的適當(dāng)比例。3、要調(diào)節(jié)適宜的酸堿度。各類微生物生長繁殖的最適pH值不同，一般來說，大多數(shù)細(xì)菌、放線菌的最適PH值為中性至偏堿性(pH在7.0～7.5)，而酵母和霉菌則偏酸性(pH在4.5～6.0)。微生物在生長代謝過程中可引起pH值的變化，需要在培養(yǎng)基中加一些緩沖劑。常用的緩沖劑一般是由一氫和二氫磷酸鹽（如磷酸氫二鉀和磷酸二氫鉀）等摩爾溶液（pH6.8）組成的磷酸緩沖劑，不僅有緩沖作用，還有磷源和鉀源作用。產(chǎn)酸過程中還可加入CaCO3（1%～5%），也可用NaHCO3。4、選擇培養(yǎng)基原料要經(jīng)濟(jì)節(jié)約。“以粗代精”、“以野代家”、“以廢代好”、“以簡代繁”、“以烴代糧”、“以纖代糖”、“以氮代朊”、“以國產(chǎn)代進(jìn)口”。例如碳源可用纖維水解物、廢糖蜜等代替淀粉、葡萄糖等。氮源用花生餅、豆餅等代替黃豆粉、蛋白胨等。二、培養(yǎng)基的類型（一）根據(jù)對培養(yǎng)基成分的了解程度劃分

1．天然培養(yǎng)基：是利用一些天然的動植物組織器官和抽提物，如牛肉膏、蛋白胨、麩皮、馬鈴薯、玉米漿等制成。它們的優(yōu)點是取材廣泛，營養(yǎng)全面而豐富，制備方便，價格低廉，適宜于大規(guī)模培養(yǎng)微生物之用。缺點是成分復(fù)雜，每批成分不穩(wěn)定。如培養(yǎng)細(xì)菌的肉湯蛋白胨培養(yǎng)基：牛肉膏3g蛋白胨5g水1000mlpH7.2～7.4

2．合成培養(yǎng)基：是利用已知成分和數(shù)量的化學(xué)物質(zhì)配制而成。此類培養(yǎng)基成分精確，重復(fù)性強(qiáng)，一般用于實驗室進(jìn)行營養(yǎng)代謝、分類鑒定和選育菌種等工作。缺點是配制較復(fù)雜，微生物在此類培養(yǎng)基上生長緩慢，加上價格較貴，不宜用于大規(guī)模生產(chǎn)。如實驗室常用的高氏1號培養(yǎng)基，察氏培養(yǎng)基，葡萄糖銨鹽培養(yǎng)基。

培養(yǎng)細(xì)菌的葡萄糖銨鹽培養(yǎng)基配方：葡萄糖20gNaCl5g(NH4)2SO42gMgSO40.4g尿素3gMnSO40.01gK2HPO43gFeSO40.01gKH2PO41gpH7.0～7.2H2O1000ml3．半合成培養(yǎng)基：用一部分天然物質(zhì)作為碳氮源及生長輔助物質(zhì)，又適當(dāng)補(bǔ)充少量無機(jī)鹽類，這樣配制的培養(yǎng)基叫半合成培養(yǎng)基。如實驗室常用的馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基。半合成培養(yǎng)基應(yīng)用最廣，能使絕大多數(shù)微生物良好地生長。（二）根據(jù)物理狀態(tài)劃分

1．液體培養(yǎng)基：把各種營養(yǎng)物質(zhì)溶解于水中，混合制成水溶液，調(diào)節(jié)適宜的pH，成為液體狀態(tài)的培養(yǎng)基質(zhì)。該培養(yǎng)基有利于微生物的生長和積累代謝產(chǎn)物，常用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和觀察微生物生長特征和研究生理生化特性。

2．固體培養(yǎng)基：一般采用天然固體營養(yǎng)物質(zhì)，如馬鈴薯塊、麩皮等作為培養(yǎng)微生物的營養(yǎng)基質(zhì)。常在液體培養(yǎng)基中加入一定量的凝固劑，如瓊脂（1.5%～2.0%）、明膠等煮沸冷卻后，使凝成固體狀態(tài)，常用來觀察、鑒定和分離純化微生物。

3.半固體培養(yǎng)基：加入少量凝固劑（0.5％～0.8％的瓊脂）則成半固體狀態(tài)的培養(yǎng)基叫半固體培養(yǎng)基，常用來觀察細(xì)菌的運動，和保存菌種。

（三）根據(jù)培養(yǎng)基的功能來劃分1、增殖培養(yǎng)基（加富培養(yǎng)基）：自然界經(jīng)常是多種微生物混雜生長，根據(jù)某種微生物的生長要求，加入有利于這種微生物生長繁殖所需的營養(yǎng)物質(zhì)，同時還應(yīng)減少其他菌的生長，使該種微生物旺盛地大量生長，這種培養(yǎng)基稱為～。如加入血、血清、動植物組織提取物，這種培養(yǎng)基常用于菌種篩選工作。2、鑒別培養(yǎng)基：根據(jù)微生物能否利用培養(yǎng)基中某種營養(yǎng)成分，依靠指示劑的顯色反應(yīng)，借以鑒別不同種類的微生物的培養(yǎng)基，稱為鑒別培養(yǎng)基。鑒別培養(yǎng)基也可用作分離某種微生物，例如，區(qū)別大腸桿菌和致病的志賀氏菌、沙門氏菌可采用伊紅美蘭培養(yǎng)基。EMB的成分：蛋白胨10g2%水溶伊紅液20mlK2HPO42g0.32%水溶甲基蘭液20ml乳糖10g瓊脂15g燕餾水1000ml其中，伊紅為紅色酸性染料，美蘭為蘭色堿性染料，當(dāng)大腸桿菌分解乳糖產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，能使伊紅與美蘭結(jié)合成黑色化合物，使大腸桿菌呈紫黑色，且伊紅還能發(fā)出略呈綠色的熒光，所以紫黑色菌落表面具有金屬光澤。而志賀氏菌、沙門氏菌不分解乳糖，菌落無色。此外，屬于鑒別培養(yǎng)基的還有明膠培養(yǎng)基可以試驗是否液化明膠，醋酸鉛培養(yǎng)基可檢查H2S的產(chǎn)生等。3、選擇培養(yǎng)基：在培養(yǎng)基中加入某種化學(xué)物質(zhì)以抑制不需要菌的生長，而促進(jìn)某種需要菌的生長，這類培養(yǎng)基叫選擇培養(yǎng)基。常用的抑制物質(zhì)有染料和抗生素，如結(jié)晶紫抑制大多數(shù)革蘭氏陽性細(xì)菌，青霉素、鏈霉素能抑制細(xì)菌和放線菌，赤霉素、灰黃霉素能抑制霉菌和酵母菌的生長。第五節(jié)微生物的生長一、微生物生長的概念

一個微生物細(xì)胞在合適的外界環(huán)境條件下，不斷地吸收營養(yǎng)物質(zhì)，其原生質(zhì)的總量（重量、體積、大?。┎粩嘣黾?，出現(xiàn)了個體生長現(xiàn)象。達(dá)到一定程度后就會發(fā)生繁殖，從而引起個體數(shù)目的增加，個體發(fā)展成一個群體。群體中各個個體的進(jìn)一步生長，就引起了群體生長，可從其重量、體積、密度或濃度來衡量。所以：

個體生長→個體繁殖→群體生長群體生長＝個體生長＋個體繁殖微生物生長量的測定（一）稀釋平板菌落計數(shù)法是一種最常用的活菌計數(shù)法。（二）血球計數(shù)法特點是測定簡便、直接、快速，但測定的對象有一定的局限性，只適合于個體較大的微生物種類，如酵母菌、霉菌的孢子等；測定結(jié)果是微生物個體的總數(shù)。（三）干重法

適合于絲狀微生物的生長量的測定，對于細(xì)菌來說，一般在實驗室或生產(chǎn)實踐中較少使用。（四）比濁法二、微生物的生長曲線（一）微生物的典型生長曲線把一定微生物接種到一定量的液體培養(yǎng)基中，在一定條件下進(jìn)行一次性培養(yǎng)，定時取樣測定活菌數(shù)，以活菌數(shù)的對數(shù)值為縱坐標(biāo)，以培養(yǎng)時間為橫坐標(biāo)，可以畫出一條有規(guī)律的曲線，即微生物的典型生長曲線（growthcurve）。一般把典型生長曲線劃分為適應(yīng)期、對數(shù)增長期（指數(shù)期）、穩(wěn)定期和衰亡期等四個時期。只適用于單細(xì)胞微生物，包括細(xì)菌和酵母菌。適應(yīng)期對數(shù)期穩(wěn)定期衰亡期1適應(yīng)期適應(yīng)期的出現(xiàn)，是因為在接種到新鮮培養(yǎng)液的細(xì)胞中，一時還缺乏分解或催化有關(guān)底物的酶，或是缺乏充足的中間代謝物。特點：①生長繁殖的速度幾乎等于零。②細(xì)胞形態(tài)增大；③細(xì)胞內(nèi)RNA尤其是rRNA含量增高，原生質(zhì)呈嗜堿性。④合成代謝活躍，核糖體、酶類和ATP的合成加快，易產(chǎn)生誘導(dǎo)酶。⑤對外界不良條件反應(yīng)敏感。影響適應(yīng)期長短的因素很多，除菌種外，主要有：1）菌種的菌齡菌齡即“種子”的群體生長年齡，即處在生長曲線上的哪一個階段。2）接種量接種量的大小明顯影響適應(yīng)期的長短。發(fā)酵工業(yè)上，采用1/10的接種量。3）培養(yǎng)基成分

2對數(shù)增長期又稱為指數(shù)增長期，在生長曲線中，緊接著適應(yīng)期的一個細(xì)胞以幾何級數(shù)速度分裂的一段時期。1）特點：①生長繁殖的速度很快，世代時間均勻一致；②酶系活躍，代謝旺盛；③細(xì)胞的形態(tài)特征均勻一致，最代表種的特征；④細(xì)胞的生化特性均勻一致，并且典型。這個時期的微生物，是發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)上的良好種子，也是進(jìn)行科學(xué)研究的好材料。

2）代時（G）的計算：代時（G）：細(xì)胞每分裂一次所需的時間。細(xì)胞數(shù)目：1→2→4→8→16→32→……………x個即：20→21→22→23→24→25→……………2n繁殖代數(shù)：0→1→2→3→4→5→……………n代設(shè)：在時間t0時的細(xì)胞數(shù)為x0，到t時，繁殖代數(shù)為n，細(xì)胞數(shù)為x。則：x=x0×2n

兩邊取對數(shù)：lgx=lgx0+nlg2n=(lgx-lgx0)/lg2n=3.3(lgx-lgx0)則：G=(t-t0)/n=(t-t0)/(3.3(lgx-lgx0))3）影響代時長短的因素：菌種、營養(yǎng)成分、營養(yǎng)物濃度、培養(yǎng)溫度。3穩(wěn)定期穩(wěn)定期是微生物群體中新繁殖的細(xì)胞數(shù)目與死亡細(xì)胞數(shù)目處于平衡穩(wěn)定的狀態(tài)，群體的生長速度等于零。穩(wěn)定期到來的原因：①營養(yǎng)物尤其是生長限制因子的耗盡；②營養(yǎng)物的比例失調(diào)，例如C/N比值不合適等；③酸、醇、毒素或H2O2等有害代謝產(chǎn)物的累積；④pH、氧化還原勢等物化條件越來越不適宜等等。特點：細(xì)胞開始貯存糖原、異染顆粒和脂肪等貯藏物；芽孢桿菌開始形成芽孢；開始合成抗生素等次生代謝產(chǎn)物；菌細(xì)胞的總數(shù)也達(dá)到最高峰。穩(wěn)定期的微生物總活菌數(shù)處于最高，所以此時是發(fā)酵生產(chǎn)的最佳“收獲季節(jié)”（如單細(xì)胞蛋白、乳酸）。4衰亡期在衰亡期中，個體死亡的速度超過新生的速度，整個群體就呈現(xiàn)出負(fù)生長。特點：總活菌數(shù)下降；細(xì)胞形態(tài)出現(xiàn)不正常，呈多樣性；生理生化出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，例如會產(chǎn)生很多膨大、不規(guī)則的退化形態(tài)；蛋白水解酶活力增強(qiáng)，發(fā)生自溶；產(chǎn)生或釋放次生代謝產(chǎn)物如抗生素等，芽孢釋放。此時期生產(chǎn)上最適合收集代謝產(chǎn)物。（二）微生物的連續(xù)培養(yǎng)

連續(xù)培養(yǎng)：連續(xù)培養(yǎng)是在研究生長曲線的基礎(chǔ)上,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。三、環(huán)境因素對微生物生長的影響（一）溫度每種微生物都有自己的生長溫度三基點：最低生長溫度:最適生長溫度:最高生長溫度:在生長溫度三基點內(nèi)，微生物都能生長，但生長速率不一樣。微生物只有處于最適生長溫度時，生長速度才最快，代時最短。一般情況下，每種微生物的生長溫度三基點是恒定的，但也常受其它環(huán)境條件的影響而發(fā)生變化。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2040~5053枯草桿菌1530~3755黑曲霉730~3947啤酒酵母102840根據(jù)微生物最適生長溫度的不同，可分為三個類型:1.嗜低溫微生物：多數(shù)在零度條件下能夠生長,一般最適生長溫度在10～15℃，最高生長溫度為20℃。2.嗜中溫微生物：最適生長溫度一般在20～45℃之間。又可分為兩類。室溫型微生物：多數(shù)是腐生型微生物,最適生長溫度一般為20～28℃；體溫型微生物：最適生長溫度與其宿主體溫接近，在37～45℃之間，人和溫血動物的寄生菌屬于此類。3.嗜高溫微生物：能在45℃以上生長。存在于溫泉、堆肥、土壤中。在發(fā)酵工業(yè)中，用好熱菌作為菌種，可以縮短生產(chǎn)周期，防止雜菌污染。（二）水分1．水分活性值的概念A(yù)w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。以純水的蒸汽壓為P0，水溶性物質(zhì)的蒸汽壓為P，則Aw=P/P0。不含任何固形物成分的純水的P=P0，即Aw=1；絕對不含水分的物品的P=0，即Aw=0，因此Aw值最大為1，最小為0。所以Aw值在0與1之間。一些微生物主要類群的最低水分活度(Aw)微生物最低Aw

值微生物最低Aw

值一般細(xì)菌0．90嗜鹽細(xì)菌0．75一般酵母菌0．88干性霉菌0．65一般霉菌0．80耐滲透壓酵母菌0．60（三）氧氣1．專性好氧微生物：其生長必需氧，正常情況下進(jìn)行有氧呼吸，但高濃度氧有毒。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．兼性需氧微生物：有氧情況下進(jìn)行有氧呼吸，無氧情況下進(jìn)行無氧呼吸。絕大多數(shù)酵母菌和部分細(xì)菌屬于這種類型。3．微量需氧微生物：在較低氧氣分壓下才能正常生長。只有少數(shù)細(xì)菌屬于此類型，如霍亂弧菌。4．耐氧性厭氧微生物：不需要氧，但可耐受氧，并在氧存在下仍可生長。主要是一些乳酸菌和糞鏈球菌。5．厭氧微生物：不需要氧，有氧即被殺死或被抑制。如梭狀芽孢桿菌屬、產(chǎn)甲烷桿菌屬、雙歧桿菌屬等。（四）pHpH對微生物生長的影響，主要表現(xiàn)在：（1）影響營養(yǎng)物質(zhì)的可給態(tài)和有毒物質(zhì)的毒性；（2）影響菌體細(xì)胞膜的帶電荷性質(zhì)、膜的穩(wěn)定性及膜對物質(zhì)的吸收能力；（3）菌體表面蛋白變性或水解。大多數(shù)細(xì)菌、放線菌在中性偏堿性的環(huán)境中生長，細(xì)菌的最適pH7.0~7.6，放線菌的最適pH7.5~8.5；酵母菌、霉菌在中性便酸性的環(huán)境中生長，霉菌的最適pH4.0~5.8，酵母菌的最適pH3.8~6.0。但對每種具體的微生物，有其自己生長的三基點：最低pH、最適pH、最高pH。根據(jù)微生物對pH的要求不同，可將微生物分為：1、嗜酸性微生物：在pH5.4以下生長；2、嗜中性微生物：在pH5.4~8.5生長；3、嗜堿性微生物：在pH7.0~11.5生長。微生物在生命活動過程中，會改變培養(yǎng)基或外界的pH。培養(yǎng)過程中pH發(fā)生變化的可能原因：1、糖類經(jīng)過微生物的發(fā)酵或氧化，產(chǎn)酸，使pH下降；2、脂類水解，產(chǎn)生有機(jī)酸，使pH下降；3、蛋白質(zhì)脫羧，產(chǎn)生胺類，使pH升高；4、（NH4）2SO4中的NH4+被選擇性吸收，產(chǎn)生H2SO4，pH下降；5、NaNO3中的NO3-被選擇性吸收，產(chǎn)生NaOH，pH升高。一般，微生物在培養(yǎng)過程中會使培養(yǎng)基變酸，為了避免pH大幅度改變，在配制培養(yǎng)基時，采取如下措施：（1）加入磷酸鹽緩沖劑（KH2PO4、K2HPO4）；（2）產(chǎn)生大量酸時，加入不溶性的CaCO3。（五）滲透壓微生物最適合在等滲溶液中生長；在低滲溶液中，微生物會產(chǎn)生水溶現(xiàn)象，細(xì)胞吸水、膨脹、破裂而死亡；在高滲溶液中，微生物發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，細(xì)胞內(nèi)的水分滲透到細(xì)胞外，造成細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞壁分離。微生物根據(jù)耐鹽性（NaCl），可分為四類：非嗜鹽微生物、海洋微生物、中等嗜鹽微生物、極端嗜鹽微生物。利用微生物不能耐高滲透壓的原理，生產(chǎn)上常利用高濃度的糖或鹽來保存食品，如腌漬咸魚或咸肉(用5%～30%食鹽)，糖漬果脯或蜜餞（70%~80%）。（六）輻射絕大多數(shù)微生物厭光，只有少數(shù)需光。在各種波長的電磁波中，紫外線、X射線、γ射線和宇宙線對生物體有害。①紫外線波長200~300nm的紫外光殺菌作用最強(qiáng)。其殺菌作用是因為它可以被蛋白質(zhì)（約280nm）和核酸（260nm）吸收，使這些分子變性失活。如核酸中的胸腺嘧啶吸收紫外光后形成二聚體，導(dǎo)致DNA合成和轉(zhuǎn)錄過程中遺傳密碼閱讀錯誤，引起致死突變。紫外線對物質(zhì)的穿透力很差，不易透過玻璃、衣物、紙張、或大多數(shù)其他物體，只適于空氣及物體表面的消毒。②X射線、γ射線和宇宙線x射線、γ射線與宇宙線為電離輻射，其能量足以使分子電離，產(chǎn)生極不穩(wěn)定的游離基，這些離子與O2結(jié)合產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的物質(zhì)，使細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)和酶發(fā)生變化，引起細(xì)胞損傷或死亡。主要用于其他消毒方法所不能解決的塑料制品、醫(yī)療設(shè)備、藥品和食品的滅菌。γ射線其穿透力強(qiáng)，對各種生物都有強(qiáng)烈的致死作用，殺菌效果很好。③可見光輻射波長400~700nm的強(qiáng)可見光具有殺菌作用。能氧化細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的光敏感因子，如核黃素和卟啉環(huán)。（七）氧化還原電位（Eh）需氧微生物在Eh>+0.1V可生長，在+0.3~0.4V合適；厭氧微生物在Eh<+0.1V才可生長，兼性厭氧微生物的要求較廣泛。實踐生產(chǎn)上，以通入空氣或加入氧化劑提高Eh，加入谷胱甘肽等還原性物質(zhì)降低Eh。（八）化學(xué)藥物重金屬鹽類：如汞、銅鹽；氧化劑：如H2O2、次氯酸鈣；有機(jī)化合物：如酚、醇、醛等；表面活性劑：如新潔而滅；鹵族元素及其化合物：如碘、氯化物；染料：如結(jié)晶紫；毒性物質(zhì)：如KCN、CO等；無機(jī)酸、堿：如HCl、石灰水等四、微生物生長繁殖的控制（一）基本概念1、滅菌：采用強(qiáng)烈的理化因素，使物體表面和內(nèi)部的微生物全部殺死（包括芽孢、孢子和營養(yǎng)體全殺死）。經(jīng)過滅菌以后的物品不存在具有生命力的微生物。2、消毒：采用較溫和的理化因素，僅殺死物體表面和內(nèi)部對人體有害的病原菌。如對皮膚、水果、飲用水進(jìn)行藥劑消毒的方法；對啤酒、果汁、牛奶、醬油進(jìn)行巴氏消毒。3、防腐：采用某種理化因素或生物因素，抑制物體上微生物的生長繁殖。只是一種抑菌作用，一般用來保藏食物。如用鹽腌制魚、肉，防止腐爛變質(zhì)。4、無菌：沒有活的微生物存在。只有徹底滅菌，才能達(dá)到無菌要求。5、商業(yè)無菌：某些食品經(jīng)過適度殺菌后，不含有致病微生物，也不含有在通常溫度下能在其中繁殖的非致病微生物。（二）物理因素的控制

1、溫度一般，高溫滅菌，低溫抑菌。（1）高溫滅菌的方法在食品工業(yè)上，最耐熱的微生物是芽孢桿菌屬和梭狀芽孢桿菌屬，其次是非芽孢的鏈球菌屬和乳桿菌屬。①干熱滅菌法a、烘箱熱空氣法利用熱空氣進(jìn)行滅菌，160℃加熱1h。適用于金屬和玻璃器皿的滅菌。b、火焰灼燒法利用火焰直接把微生物燒死。適用于接種針、環(huán)、試管口等經(jīng)灼燒不會損壞的物品，醫(yī)院焚燒污染物和實驗動物尸體也用此法。②濕熱滅菌法

利用熱蒸汽滅菌。在同樣溫度下，效果比干熱滅菌好，因為細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)含水量高，容易變性；蒸汽穿透能力更強(qiáng)；蒸汽潛熱大，可迅速提高溫度。a、巴氏消毒法溫和加熱，既降低了微生物群體的數(shù)量，又保持了食品的營養(yǎng)與風(fēng)味。62.9℃處理30min，或71.6℃快速處理15s。適合牛奶、醬油、啤酒、果酒的消毒。b、煮沸消毒法將要消毒的物品放入清水中，煮沸15min，殺死細(xì)菌的全部營養(yǎng)體和部分芽孢。若延長消毒時間，或在水中加入1%碳酸鈉或2%石炭酸，效果更好。適用于注射器、解剖用具、家庭餐具的消毒。c、間歇滅菌法將待滅菌物品加熱至100℃，15～30min，殺死營養(yǎng)體，冷卻后37℃或室溫過夜，讓殘留的芽孢萌發(fā)成營養(yǎng)體，第二天再重復(fù)，3次左右即可徹底滅菌。適用于農(nóng)村推廣。d、高壓蒸汽滅菌法將物品放入高壓蒸汽鍋內(nèi)，大量蒸汽使其中壓力上升，水的沸點也升高。在壓力1kg/cm2或0.103MPa時，水蒸汽溫度達(dá)121℃，處理15～20min，可殺死所有的微生物（包括芽孢）。適合一般培養(yǎng)基、生理鹽水等溶液、工作服、實驗器材等。e、高溫瞬時連續(xù)滅菌法（連消法）135～140℃處理5～15s。如發(fā)酵工廠培養(yǎng)基的滅菌。③滅菌對培養(yǎng)基成分的影響a、pH下降；b、產(chǎn)生混濁或沉淀；c、顏色加深；d、體積和濃度有所變化；e、營養(yǎng)成分有時受到破壞。（2）低溫的抑制一般的低溫僅使微生物的生長受到抑制，但不能殺死微生物。溫度再進(jìn)一步降低，降至冰點以下時，微生物細(xì)胞內(nèi)水分逐漸變成冰晶而脫水，原生質(zhì)逐漸濃縮，冰晶對細(xì)胞有損傷，導(dǎo)致微生物死亡。2、輻射接種室、手術(shù)室、食品、藥物包裝室常用紫外線殺菌；β射線可用來食品表面殺菌，γ射線用來食品內(nèi)部殺菌。3、過濾作用適用于對熱敏感液體的滅菌以及氣體的滅菌。如含有酶或維生素的溶液、血清。口罩、試管棉塞都是濾器，起供氧除菌的作用。自來水通過砂濾器除去微生物。（三）化學(xué)因素的控制⒈消毒劑和防腐劑（1）消毒防腐劑的作用原理：a、使微生物蛋白質(zhì)變性或凝固，發(fā)生沉淀。如重金屬離子能與菌體蛋白質(zhì)結(jié)合，使蛋白質(zhì)變性；酒精能與菌體蛋白質(zhì)或氨基酸結(jié)合，發(fā)生脫水而凝固。b、破壞菌體的酶系統(tǒng)，影響菌體的代謝。如高錳酸鉀、過氧化氫可與酶蛋白中的硫氫基（-SH）結(jié)合，使酶失去活性，導(dǎo)致代謝機(jī)能發(fā)生障礙而死亡。c、降低菌體表面張力，增加細(xì)胞膜的通透性，使細(xì)胞破裂或溶解。如低濃度的來蘇爾等酚類化合物，能破壞細(xì)胞膜。（2）食品中常用的防腐劑有：a、山梨酸及山梨酸鉀。常用于糕點、干果、果醬、果汁、飲料中，最大使用量為0.2克至1克/公斤，常用濃度0.1%。b、丙酸鈣及丙酸鈉。它防止霉菌較為有效，而對酵母的活性影響最小，故多用于面包等用酵母發(fā)酵的食品中，一般用量為2克/公斤。c、苯甲酸。用于果醬、果汁、汽水飲料中。對各種細(xì)菌均有效果，是酸型防腐劑，pH2.5~4.0時，效果最好，中性時無效。最大使用量為0.2至l克/公斤，常用濃度0.1%。（3）常用的消毒劑有：漂白粉（學(xué)名次氯酸鈣）、漂白液（學(xué)名次氯酸鈉）、雙氧水（常用濃度0.3%）。2、抗代謝物在結(jié)構(gòu)上與生物體內(nèi)的代謝物相類似，能與特定的酶結(jié)合，阻礙酶的正常功能，干擾代謝進(jìn)行，這類物質(zhì)稱抗代謝物。在生物體內(nèi)，它能與正常代謝物發(fā)生競爭，與相應(yīng)的酶發(fā)生結(jié)合。

3、抗生素