微生物在食品环境中的生长课件

1、第六章 微生物在食品环境中的生长,生物个体由小到大的增长，即表现为细胞组分与结构在量方面的增加,生长,指生物个体数目的增加,繁殖,在单细胞微生物中，生长繁殖的速度很快，而且两者始终交替进行，个体生长与繁殖的界限难以划清，因此实际上常群体生长作为衡量微生物生长的指标。,群体生长的实质是包含着个体细胞生长与繁殖交替进行的过程,第一节 微生的生长,一、微生物纯培养的获得,平板划线分离法,稀释倒平板法,单孢子或单细胞分离法,利用选择性培养基分离法,1.平板划线分离法,用接种环以菌操作沾取少许待分离的材料，在无菌平板表面进行平行划线、扇形划线或其他形式的连续划线 ，如果划线适宜的话，微生物能一一分散，经培养后，可在平板表面得到单菌落。,2.稀释倒平板法,3.单孢子或单细胞分离法,采取显微分离法从混杂群体中直接分离单个细胞或单个个体进行培养以获得纯培养 。,在显微镜下使用单孢子分离器进行机械操作，挑取单孢子或单细胞进行培养。也可以采用特制的毛细管在载玻片的琼脂涂层上选取单孢子并切割下来，然后移到合适的培养基进行培养。,4.选择性培养基分离法,各种微生物对不同的化学试剂、染料、抗生素等具有不同的抵抗

2、能力，利用这些特性可配制合适某种微生物而限制其它微生物生长的选择培养基，用它来培养微生物以获得纯培养。,微生物纯培养分离方法的比较,二、 微生物生长的测定,评价不同的抗菌物质对微生物产生抑制(或杀死)作用的效果；,客观地反映微生物生长的规律；,评价培养条件、营养物质等对微生物生长的影响；,微生物生长,微生物生长测量方法,个体计数法,重 量 法,生理指标法,1.个体计数法,a.直接法,利用血球计数板，在显微镜下计算一定容积里样品中微生物的数量。,缺点： 不能区分死菌与活菌； 不适于对运动细菌的计数； 需要相对高的细菌浓度； 个体小的细菌在显微镜下难以观察；,b.间接法,原理是每个活细菌在适宜的培养基和良好的生长条件下可以通过生长形成菌落。,2.重量法,通过样品中蛋白质、核酸含量的测定间接推算 微生物群体的生物量；,测定多细胞及丝状真菌生长情况的有效方法,C.比浊法,以干重、湿重直接衡量微生物群体的生物量；,三、单细胞微生物的生长曲线,细菌纯培养生长曲线图,（一）、微生物生长曲线的意义 反映微生物生长繁殖和衰退的规律 营养和环境影响的衡量指标 控制微生物生长发育的依据,（二）生长曲线的四个

3、主要时期,滞留适应期(或称延滞期)(lag phase) 刚刚接种到培养基上的细菌，对新环境有一个短暂的调整或适应过程。 ）特点 (1)一般不立即开始分裂繁殖，生长速率常数为零。 (2)合成代谢活跃，细胞重量增加，体积增大。 (3)DNA含量高，细胞内RNA尤其是rRNA含量增高，原生质体嗜碱性。 (4)对外界不良条件的反应敏感。,）原因 (1)缺乏代谢所需的酶。 (2)缺乏代谢所需的中间产物。 ）影响延滞期长短的因素 主要有：菌种、接种龄、接种量、培养成份等。,2 对数生长期(logarithmic phase) 1).特点 (1)细胞代谢活性最强。 (2)细胞进行平衡生长 。 (3)生长速率最大。 在一定条件下(如营养成分、温度、pH和通气量等)，每一种微生物的世代时间(或称培增时间)是恒定的，是微生物菌种的一个重要特征。,以分裂增殖时间除以分裂增殖代数(n)，即可求出每增殖一代所需的时间(G)。 设对数期开始时的时间为t1，菌数为X1，对数期结束时的时间为t2，菌数为X2，则 t2- t1 世代时间 (G) = n X2=X12n, 用对数表示为lgX2=lgX1+nlg2 (l

4、gX2-lgX1) 因为n= 而lg20.301 lg2 所以n=3.32(lgX2-lgX1) t2- t1 即世代时间 (G) = 3.32(lgX2-lgX1),不同细菌其对数生长期中的代时不同，同一种细菌在不同培养基组分和不同环境条件下，如培养温度、培养基pH，营养料性质等，其代时也不同。但各种细菌在一定条件下，其代时是相对稳定的。化学组成和生理特性等均较一致，代时稳定，代谢旺盛，生长迅速，是研究基本代谢的良好材料，也是发酵生产的良好种子，用处于对数生长期的菌进行接种可以缩短滞留适应期，以缩短发酵生产周期。 影响对数期微生物代时的因素很多，主要有：菌种、营养成分、营养物浓度、培养温度等。,稳定期(stationary phase)又称最高生长期 1)特点 (1)生长速率常数为零。 (2)细菌数达到最高水平。 (3)细胞内开始积累贮藏物质。 (4)大多数芽孢细菌在此时形成芽孢。 (5)次生代谢产物的积累逐渐增多。,2)原因 (1)营养物特别是生长限制因子的耗尽。 (2)有害代谢产物的积累。 (3)pH等条件的改变。 稳定期是以生产菌体或与菌体生长相平行的代谢产物，例如单细胞蛋白、

5、乳酸等为目的一些发酵生产的最佳收获期，也是对某些生长因子例如维生素和氨基酸进行生物测定的必要前提。,衰亡期(decline Phase) 1)特点 (1)群体出现负增长。 (2)菌体形态出现多样。 (3)次生代谢产物开始产生或者释放。 2)原因 环境变得不适合于细菌的生长。,四、连续培养,连续培养(continous culture of microorganisms)是在微生物的整个培养期间，通过一定的方式使微生物能以恒定的比生长速率生长并能持续生长下去的一种培养方法。,连续培养的基本原则：微生物培养过程中不断的补充营养物质和以同样的速率移出培养物,连续培养类型,恒浊连续培养,恒化连续培养,(一)恒化连续培养,在整个培养过程中通过控制培养基中某种营养物质的浓度基本恒定的方式，保持细菌的比生长速率恒定，使生长“不断”进行。,生长速率的控制因子：一般是氨基酸、氨和铵盐等氮源，或是葡萄糖、麦芽糖等碳源或者是无机盐，生长因子等物质,恒化器连续培养通常用于微生物学的研究，筛选不同的变种。,(二)恒浊连续培养,通过连续培养装置中的光电系统控制培养液中菌体浓度恒定、使细菌生长连续进行的一种培养方式

6、。,用于菌体以及与菌体生长平行的代谢产物生产的发酵工业,(三)连续发酵与单批发酵相比,优点：缩短发酵周期，提高设备利用率； 便于自动控制； 降低动力消耗及体力劳动强度； 产品质量较稳定；,缺点：杂菌污染和菌种退化,（五）同步培养 把群体内的细胞分裂同步化，这种培养叫同步培养法，利用同步培养技术使它们处于同一生长阶段，使所有的细胞都能同时分裂，这种生长方法叫同步生长。 1、筛选法 又称淘析法，主要有过滤法、区带密度梯度离心法和膜洗脱法等。 （1）、过滤法 是将微生物细胞用滤器过滤、让处于细胞周期较早阶段的小细胞通过，收集这些细胞。转入新鲜培养基中，即能获得同步细胞。,（2）区带密度梯度离心法 是将随机生长的细胞悬浮置于蔗糖梯度溶液表面，然后离心，不同生长周期的细胞由于体积和质量大小不同，沉降系数不同，同一生长周期的细胞就聚集在离心液的一个区带上，小细胞在上，大细胞在下。这方法可便于收集处于较早周期的小细胞，本法已成功地应用于芽殖和裂殖酵母、大肠杆菌等细胞的同步培养。 （3）膜洗脱法 本法是根据某些滤膜可以吸附与该膜相反的电荷的细胞而设计的，可获得比上述两法数量更大，同步性更高的细胞,2、

7、诱导法 诱导法是利用一些生理学手段强制微生物达到同步生长的目的。 （1）化学诱导 利用停止或限制供给微生物细胞分裂所必需的某种养料，使所有的细胞都进入临分裂状态(但不分裂)，然后在某一时刻恢复供给细胞分裂所必需的养分，就能诱导出同步细胞群体。 （2）物理诱导 是利用某些物理因子，使处于即将分裂的细胞的代谢活动受到抑制，从而使细胞在分裂阶段前停止，以求得以后分裂的同步。例如温度，就是基于细胞周期不同，相对地对温度，就是感性也不同。其它物理因子如脉冲(对光合微生物)、射线等也能诱导同步生长。,五、影响微生物生长的环境因素,主要分为物理因素、化学因素和生物因素 生物因素： 互生（mutualism） 拮抗 (antagonism) 共生 (symbiosis) 寄生 (parasitism) 猎食 (predation),下一节,所谓互生，是指两种可以单独生活的生物，当它们生活在一起时，通过各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的一种生活方式。因此，这是一种“可分可合，合比分好”的相互关系。 例如，当好氧性自生固氮菌与纤维分解细菌生活在一起时，后者因分解纤维素而产生的有机酸可供前者用于固氮

8、，而前者所固定的有机氮化物则可满足后者对氮素养料的需要,返回,拮抗：微生物之间对营养、氧气的争夺，或是一种微生物在其生命活动过程中能产生一种对他种微生物呈现有害作用的代谢产物，或者改变其他环境条件，从而抑制其他种微生物的生长发育甚至毒害或者杀死他种微生物的关系 例如，在生物防治过程中利用酵母与水果致病菌之间的拮抗 作用来保鲜水果,返回,共生又叫互利共生,是两种生物彼此互相依赖，彼此获益地生存在一起一类种间关系,叶状地衣,壳状地衣,丝状地衣,返回,枝状地衣,寄生 是一种生物从另一种的体液、组织或已消化物质获取营养并造成对宿主危害，更严格说，寄生物从较大的宿主组织中摄取营养物，是一种弱者依附于强者的情况。 例如，蛭弧菌寄生与大肠杆菌或者其他G-菌体内,返回,某些原生动物和真菌能猎取细菌及孢子为食物的现象称为猎食,返回,第二节 食品的营养组成与微生物的生长,一、食品原料的营养成分 蛋白质 脂肪 碳水化合物 无机盐类 维生素,微生物分解营养物质的选择性,第三节 影响微生物生长的主要因素,温度 氧气 物理因素 干燥 渗透压 超声波与微波,酸、碱与pH 重金属及其化合物 表面消毒剂 有机化合物（酚

9、类、醇类、醛类） 卤族元素及其化合物 表面活性剂（新洁尔灭、杜灭芬） 化学因素 染料 抗代谢药物：磺胺类等 化学治疗剂 抗生素 中草药有效成分,一、温度,最低生长温度: 指微生物能进行繁殖的最低温度界限。 最适生长温度：指使微生物迅速生长的温度 。 最高生长温度：指微生物生长繁殖的最高温度界限。 致死温度:致死微生物的最低温度界限。 致死时间: 在一定温度下杀死微生物所需要的最短时间。,根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生物分为：低温微生物、中温微生物和高温微生物，它们的生长温度如下表：,各类微生物生长的温度范围,各种细菌的芽孢在湿热中的致死温度和致死时间,高温对微生物生长的影响,高温菌耐高温机理 酶对热稳定 核酸G+C%较高,Tm值较大 细胞膜长链脂肪酸含量高,主要是一些分支的长链饱和脂肪酸(17, 18和19碳原子) 保护因子,如金属离子(Mg2+,Ca2+等)和一些低分子物质如多胺等 高温菌的生长特性： 生长曲线的各个时期均短暂，因此常会在腐败食品中检测不到，这在食品检验中要特别注意,高温菌及其生长最高温度,微生物耐热性大小的几种表示方法： 热力致死时间：在特定的温度及其它条件下，杀死一定数量的微生物所需要的时间 F值：在一定的基质中，温度为121.1，加热杀死一定数量微生物所需的时间 D 值：利用一定温度进行加热，活菌数减少一个对数周期（即90%活菌被杀死）所需的时间 Z值：在加热致死曲线中，时间降低一个对数周期（即缩短90%的加热时间）所需要升高的温度,影响微生物对热抵抗力的因素： 菌种的遗传特性 菌龄 微生物的数量 基质的特性（组成、浓度、理化条件） 加热的时间与温度,低温对微生物生长的影响,低温微生物耐低温的原因： 胞内酶耐低温；细胞膜中不饱和脂肪酸的含量高。 低于冰点的温度对微生物的影响： 水分的丧失；冰晶对细胞膜的物理损伤。 速冻、缓冻与反复冻溶对微生物细胞的影响,低温的用途,菌种保藏 液氮的温度（-195）、干冰温度（-70 ）、-20 和4 （常加大分子保护剂如糊精、血清白蛋白等） 食品冷藏 冷藏（0-4 ）与动藏（-18 ）,二、水分,水是微生物细胞的重要成分，占生活细胞的90以

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