包裝工藝學課件4 第三章

第一篇包裝工藝理論基礎第三章包裝工藝的微生物基礎10/7/20231與包裝工業(yè)有關的微生物主要包括細菌、霉菌和酵母菌等。包裝工藝的微生物學主要研究微生物的形態(tài)、結構、生理特征及生命活動規(guī)律。10/7/20232第一節(jié)微生物的形態(tài)結構(了解)微生物大致分為：①細胞型——具有細胞形態(tài)的微生物。

原核微生物，如細菌。

真核微生物，如霉菌和酵母菌②非細胞型10/7/20233一、細菌分布最廣、數(shù)量最大、與人類關系極為密切，是微生物學的主要研究對象。1、

細菌的形態(tài)隨環(huán)境條件改變，其形態(tài)隨之改變，但在一定的環(huán)境條件下，經常保持著一定的形態(tài)。球狀(球菌)桿狀(桿菌)螺旋狀(螺旋菌)10/7/20234(1)

球菌單獨存在時為圓形。幾個細菌聯(lián)在一起時，其接觸面稍為扁平。按分裂方向和分裂后排列狀態(tài)，可以分為：單球菌、雙球菌、四聯(lián)球菌、八疊球菌、鏈球菌、葡萄球菌。(2)

桿菌長桿菌、短桿菌、球桿菌。棒狀桿菌、梭狀桿菌、雙桿菌、鏈桿菌、芽孢桿菌、無芽孢桿菌。(3)

螺旋菌呈彎曲桿狀?；【?、螺菌。10/7/202352、

細菌的大小用測微尺在顯微鏡下測量。球形直徑桿菌長度與寬度螺旋菌彎曲形長度、寬度大多數(shù)球菌直徑為0.5~2.0μm，桿菌一般為1~5μm，寬0.5~1.0μm。3、

細菌的細胞結構主要由細胞壁、細胞質膜、細胞質、細胞核及內含物等構成。有些還有莢膜、鞭毛和芽孢等特殊結構，這些都是細菌分類鑒定的重要依據(jù)。10/7/20236二、霉菌是一些絲狀真菌的統(tǒng)稱。分類學上霉菌分別屬于藻菌綱、子囊菌綱與半知菌類。往往引起農副產品、衣物、食品、原料、器材及包裝材料等霉爛。有五千種以上。1、霉菌的形態(tài)2、霉菌的細胞結構

由細胞壁、細胞質膜、細胞質、細胞核及內含物等構成。10/7/20237三、酵母菌是一群單細胞的真核微生物。有370多種，較少。用來發(fā)酵饅頭、面包和釀酒，生產酒精、甘油、甘露、有機酸、維生素等。酵母菌細胞蛋白質含量高達細胞干重的50%以上，并含有人體必需的氨基酸。有的酵母菌可用于石油脫蠟，降低石油凝固點，還可制備核苷酸及酶制劑等。10/7/20238腐生酵母菌能使食物、紡織品及其它原料腐敗變質，少數(shù)嗜高滲壓酵母菌可使蜂蜜、果醬敗壞；有些成為發(fā)酵工業(yè)的污染菌，消耗酒精，降低產量，或產生不良氣味，影響質量。有些可引起人和植物的病害，如白假絲酵母可引起皮膚、粘膜、呼吸道、消化道以及泌尿系統(tǒng)等疾病。主要生長在含糖質較高的偏酸性環(huán)境中，如果品、蔬菜、花蜜、植物葉子和牛奶中。10/7/202391、

酵母菌的形態(tài)大多為單細胞，呈卵圓形、圓形或圓柱形。有些與其子代細胞連在一起形成鏈狀，稱為假絲酵母。2、

細胞結構

由細胞壁、細胞質膜、細胞質、細胞核及內含物等構成。跟細菌的結構很相似，但有一個重要區(qū)別是酵母菌屬于真核微生物，具有明顯的核，每一個細胞有一個核，位于細胞中央，由于液泡的逐漸擴大，把細胞核擠在一旁，常變?yōu)槟I形。10/7/202310第二節(jié)微生物的生理活動(了解)微生物的生理活動是包裝工藝微生物學的一個重要組成部分。需要正確了解與微生物新陳代謝有關的呼吸、生長和繁殖的生理過程，以掌握微生物新陳代謝的活動規(guī)律，有效地控制它們的生活機能，消滅和抑制有害微生物對包裝工業(yè)的危害。10/7/202311一、微生物的新陳代謝定義：微生物在生命活動過程中，不斷從環(huán)境中獲得營養(yǎng)物質，形成生物本身的化學組成(合成代謝)的同時，又不斷地將各種營養(yǎng)物質或細胞物質降解成簡單的產物，并向體外排出一些物質(分解代謝)。10/7/2023121、微生物的呼吸(1)

呼吸的性質呼吸是大多數(shù)微生物在分解代謝過程中用來產生能量的一種方式，是產生一切能量的氧化還原過程。氧化為以下三種方式：①

氧的加入葡萄糖可氧化為二氧化碳和水C6H12O6+6O26CO2+6H2O10/7/202313②

化合物的脫氫酒精脫氫成為乙醛CH3CHOHCH3CHO+H2③

失去電子2價鐵失去一個電子成為3價鐵Fe2+Fe3++(e)10/7/202314(2)

呼吸的類型①

需氧呼吸——微生物在呼吸過程中，能與分子狀態(tài)的氧化合。(需氧微生物)

需氧微生物具有較完善的呼吸酶系統(tǒng)，主要是借脫氫酶和氧化酶來進行呼吸。脫氫酶能使一定基質中的氫游離出來，通過微生物細胞色素的傳遞作用，將氫傳遞給氧，另外氧化酶使分子狀態(tài)的氧活化與氫結合成水。

需氧微生物矍有過氧化氫酶或過氧化物酶，可以將在有氧呼吸時產生的有害于微生物的過氧化氫及時解除。

需氧呼吸時，氧化有機物形成二氧化碳和水，并放出大量的能量。10/7/202315②

厭氧呼吸——微生物只能在無分子狀態(tài)氧的環(huán)境中進行呼吸。(厭氧微生物)

專性厭氧微生物缺乏細胞色素和氧化酶。游離氧對其有抑制作用。厭氧呼吸過程中，只有脫氫酶參加，基質中的氫被活化，從基質中脫下的氫經輔酶(遞氫體)傳遞給氧以外的物質，使其還原。有些厭氧微生物能引起有機物分解而生成比較簡單的產物，并放出能量。(發(fā)酵)它是這些微生物攝取生命活動所需能量的主要源泉。(屬于分子內的氧化還原過程)10/7/202316③兼性厭氧呼吸——在有氧、無氧的情況下都能呼吸。(兼性厭氧微生物)在有分子狀態(tài)氧的環(huán)境中進行需氧呼吸，在無氧環(huán)境中，進行無氧呼吸。3、

微生物的物質代謝及其產物物質代謝——微生物進行新陳代謝時，引起的微生物機體內外物質的變化。(1)物質代謝①碳水化合物的代謝微生物分解碳水化合物的一般簡要過程如下：多糖雙糖單糖丙酮酸有機酸、醇、醛等二氧化碳和水等10/7/202317②

蛋白質的代謝微生物不能直接吸收蛋白質作為氮源，因為蛋白質是由許多氨基酸用肽鍵結合而成的大分子物質，不能通過細胞質膜，而必須以微生物的胞外酶將蛋白質水解為多肽或氨基酸等，然后才能被微生物吸取進入細胞。進入細胞后的簡單含氮化合物再繼續(xù)進行分解或合成，以供細胞質的組成，同時并向細胞外排出一些含氮物質。腐化——有氧環(huán)境下蛋白質被分解。完全氧化，成為最簡單的化合物如二氧化碳、氨、甲烷等。腐敗——缺氧環(huán)境下分解。分解不完全，產物多為中間產物，如氨基酸、有機酸等。③

脂肪的代謝脂肪受微生物的脂肪水解酶的作用可變?yōu)橹舅岷透视汀?0/7/202318(2)代謝產物①抗菌素——某些微生物在代謝過程中，可產生具有抑制或殺死其它微生物作用的一種物質。如灰色放線菌產生鏈霉素，金色放線菌產生金霉素，點青霉和產黃霉產生青霉素。②

毒素——有些微生物在代謝過程中，能產生一些對人或動物有毒害的物質。

外毒素——由細菌菌體內向菌體外分泌出來的一種有毒物質，毒力較強，大多數(shù)不耐熱，加熱70℃，毒力即減弱甚至破壞。

內毒素——存在于細菌菌體內，不分泌到菌體外，只能在菌體裂解時，才被釋放出來，毒力較外毒素弱，較耐熱，需加熱至80～100℃,1h才能破壞。10/7/202319③

色素水溶性色素脂溶性色素④

維生素微生物所必須的營養(yǎng)物質，有些微生物不能合成，需從外界吸??；有些在細胞內合成。細菌、酵母、霉菌中有很多菌種能合成一定的維生素。如一般酵母菌含有維生素B1，薛氏丙酸菌能合成維生素B12，阿氏假囊酵母能合成大量的核黃素等10/7/202320二、微生物的生長繁殖生長——合成代謝超過分解代謝，細胞原生質量會不斷增加，體積增大。細胞生長到一定程度時，開始分裂，形成兩個基本上相似的子細胞，每個子細胞又可重復以上過程。多細胞微生物中，細胞數(shù)目增加并不伴隨個體數(shù)目增加，這是生長過程。繁殖——單細胞微生物中，細胞分裂后，個體數(shù)目增加。微生物處于一定的物理、化學條件下，生長、發(fā)育正常，繁殖速率則高某些環(huán)境條件發(fā)生改變，超出了微生物可以適應的范圍時，就會對機體產生抑制乃至致死作用。10/7/2023211、

微生物的繁殖方式(1)

細菌的繁殖有性繁殖——少數(shù)無性繁殖——細胞的橫分裂(裂殖)，一個發(fā)育成熟的細菌，分裂成兩個獨立的菌體。

同形分裂——兩個子細胞大小相同

異形分裂——大小不同球菌分裂時，菌體從圓形傾向于橢圓形，然后在橢圓形的中部形成橫隔膜，并分裂成兩個新球菌。桿菌一般是沿著與長軸線垂直方向分裂。10/7/202322(2)

霉菌的繁殖

無性繁殖：是霉菌的主要繁殖方式。菌絲不具橫隔的霉菌，一般形成孢囊孢子和厚膜孢子；菌絲具有橫隔的霉菌，多數(shù)產生分生孢子和裂生孢子，少數(shù)產生厚膜孢子。

有性繁殖10/7/202323第三節(jié)各種因素對微生物的生命活動的影響微生物只有與外界環(huán)境條件適應時，才能進行正常的生長繁殖外界條件發(fā)生變化時，微生物的生命活動就受到一定的影響，可發(fā)生抑制、變異，甚至死亡。研究環(huán)境因素與微生物的相互影響，在包裝度業(yè)生產上，對微生物的利用、抑制、殺滅和防止等方面均有重要的意義。10/7/202324一、滅菌、消毒、防腐與無菌的概念(1)

滅菌——指用物理或化學因子，使存在于物體中的所有生活微生物，永久性地喪失其生活力，包括最耐熱的細菌芽孢。這是一種徹底的殺菌措施。(2)

消毒——殺死或消除所有病原微生物的措施，可到防止傳染病的目的。如將物體煮沸(水溫為100℃)10min或進行60～70℃加熱處理30min，就可殺死病原菌的營養(yǎng)體，但不能殺死所有芽孢，該方法常用于牛奶、食品以及某些物體表面的消毒。利用具有消毒作用的化學藥劑(消毒劑)，可進行皮膚、物體表面的消毒處理。10/7/202325(3)

防腐——是一種抑菌手段。利用某些理化因子，使物體內外的微生物暫時處于不生長、不繁殖但又未死亡的狀態(tài)，是一種防止食品腐敗和其它物質霉變的技術措施，如低溫、干燥、鹽腌、糖漬等。(4)

無菌——沒有活的微生物存在。如微生物實驗室的無菌操作技術、食品工廠的無菌包裝、防止微生物污染的無菌室，經過滅菌或過濾后的無菌空氣等。

10/7/202326二、物理因素對微生物生長與死亡的影響物理因素包括溫度、干燥、滲透壓、輻射等。1、

溫度(最重要的因素)

在一定溫度范圍內，隨著溫度的上升，細胞中的生物化學反應速率加快，生長速率加快。

機體的重要組成如蛋白質、核酸等對溫度較敏感，當溫度升到一定程度，可能遭受不可逆的破壞，細胞功能將急驟下降以致死亡。自然界中各種微生物都有它一定的最適生長溫度，且范圍較寬。10/7/202327嗜冷性嗜溫性嗜熱性每一類群的適應生長溫度范圍內，包括：

最低生長溫度：尚能生長，但生長速度非常緩慢，若再低于這溫度，微生物的生命活動受到抑制甚至死亡。

最適生長溫度：最適合微生物生長、繁殖的溫度范圍。生長速度最快，增代時間最短。

最高生長溫度：仍能生長，超過這個溫度時，微生物受到抑制甚至死亡。常采用高溫滅菌。其原理主要是引起細胞蛋白質凝固。10/7/202328下面介紹幾種高溫滅菌法：(1)

干熱滅菌①

焚燒滅菌法：徹底可靠，迅速簡便。但使用范圍有限，常用于接種工具以及污染物品、實驗動物尸體等廢棄物的處理。②

干熱滅菌法：在干燥箱中利用熱空氣滅菌。通常在160℃溫度下，處理1～2h。如體積較大、傳熱較差或物件堆積過擠，需適當延長滅菌時間。用于玻璃器皿、金屬用具等耐熱物品的滅菌。其優(yōu)點可保持物品干燥。10/7/202329(2)

濕熱滅菌：在同樣溫度下，濕熱滅菌比干熱滅菌好。因為細胞原生質在含水量高的情況下更易變性凝固，而且蒸氣的穿透力強。①

煮沸消毒法。物品在水中煮沸15min以上，可殺滅細菌的所有營養(yǎng)細胞和一部分芽孢。如煮沸時間延長，并在水中加1%碳酸鈉或2%～5%石炭酸，效果更好。注射器、解剖用具等消毒。②

高壓蒸氣滅菌法：需在高壓蒸氣滅菌器中進行。水在滅菌器中受熱而變成蒸氣，因在密閉容器內，蒸氣不能外溢使壓力升高，當蒸氣壓力為0.1MPa時，相應的溫度為121.6℃。各種微生物包括具有芽孢的細菌，在這樣的蒸氣溫度中持續(xù)15～20min，可徹底被殺滅。適用于不怕高熱的物品，如金屬器具、玻璃器具、一些罐藏食品及其它一些耐熱物品。

10/7/202330③

間歇滅菌法：用流通蒸氣幾次反復處理滅菌方法。將待滅菌物品置于蒸鍋內，常壓下加熱到100℃處理15～30min，以殺死其中微生物營養(yǎng)細胞。冷卻后置一定溫度(28～37℃)下保溫過夜，使其中還可能殘留的芽孢萌發(fā)成營養(yǎng)細胞，再以同樣方法加熱處理，如此反復三次，可徹底殺滅所有芽孢及營養(yǎng)細胞。④

巴氏消毒法：用較低的溫度處理牛乳、酒類等飲料，殺死其中可能存在的病原菌如結核桿菌、傷寒桿菌等，而不損害營養(yǎng)與風味的消毒方法。如用63～66℃，30min或71℃，15min處理牛乳，然后迅速冷卻，即可飲用。但不能完全滅菌。10/7/2023312、干燥微生物的生活環(huán)境中，因缺少水分而造成的干燥可引起微生物幾種不同的結果：迅速死亡；隨著干燥環(huán)境的延續(xù)而逐漸死亡；能較長時間的存活，但不能生長繁殖。干燥能引起微生物細胞內蛋白質的變性和鹽類濃度的增高，這是抑制微生物生長或促使微生物死亡的主要原因。10/7/2023323、滲透壓微生物對滲透壓的變化有一定的適應能力。突然改變滲透壓使細胞失去活性，但逐漸改變滲透壓，則細胞能適應。對一般微生物的細胞如置于高滲溶液(如20%NaCl)中，水將通過細胞質膜從低濃度的細胞內進入細胞周圍的溶液中，于是細胞脫水而引起質壁分離，脫水的細胞不能生長甚至死亡。如將細胞置于低滲溶液(如0.01%NaCl)或水中，則將從溶液進入細胞內引起細胞膨脹，甚至破裂。(第二次課程）10/7/2023334、超聲波超聲波(頻率在200，000Hz以上)有強烈的生物學作用。幾乎所有微生物都被超聲波破壞。超聲波的殺菌效果與其頻率、處理主細菌大小、形狀、數(shù)量有關，頻率高殺菌力強；桿狀菌較球菌敏感；細菌芽孢具較強抗性，大多不受超聲波影響。10/7/2023345、

輻射除光合細菌外，一般微生物的生長不需要輻射，并且輻射對微生物有害。①紫外線為非電離輻射，它能使被照射物的分子或原子中的內層電子提高能級，但不引起電離。紫外輻射對微生物有明顯致死作用，是強殺菌劑。