微生物的生长与环境条件课件

第六章第六章 微生物的生长及微生物的生长及 环境因素的影响环境因素的影响p.195p.195生长：生长：是指微生物细胞吸收营养物质，进行新陈代谢，当同是指微生物细胞吸收营养物质，进行新陈代谢，当同化作用大于异化作用时，生命个体的重量和体积不断增大化作用大于异化作用时，生命个体的重量和体积不断增大的过程。的过程。繁殖：繁殖：是是单细胞微生物单细胞微生物生长到一定阶段，由于细胞内各种组生长到一定阶段，由于细胞内各种组分按比例增长并达到一定阶段时，产生一个新的细胞，即分按比例增长并达到一定阶段时，产生一个新的细胞，即引起细胞数量增加的整个生物学过程。引起细胞数量增加的整个生物学过程。在在多细胞的微生物多细胞的微生物中（如丝状真菌），如果细胞数目增加的同时并不伴有个中（如丝状真菌），如果细胞数目增加的同时并不伴有个体数目的增加，那么此过程只能称为生长，只有形成有性体数目的增加，那么此过程只能称为生长，只有形成有性和无性孢子的过程才能称为繁殖。和无性孢子的过程才能称为繁殖。生长是一个逐渐发生的量变的过程，是繁殖的基础；繁殖生长是一个逐渐发生的量变的过程，是繁殖的基础；繁殖是一个质变的过程，是生长的结果。是一个质变的过程，是生长的结果。n n个体生长个体生长个体生长个体生长是指微生物细胞个体吸收营养物质，进是指微生物细胞个体吸收营养物质，进是指微生物细胞个体吸收营养物质，进是指微生物细胞个体吸收营养物质，进行新陈代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生行新陈代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生行新陈代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生行新陈代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生长。长。长。长。n n群体生长群体生长群体生长群体生长是指群体中个体数目的增加。可以用重是指群体中个体数目的增加。可以用重是指群体中个体数目的增加。可以用重是指群体中个体数目的增加。可以用重量、体积、密度或浓度来衡量。量、体积、密度或浓度来衡量。量、体积、密度或浓度来衡量。量、体积、密度或浓度来衡量。n n个体生长个体生长个体生长个体生长个体繁殖个体繁殖个体繁殖个体繁殖 群体生长群体生长群体生长群体生长 n n群体生长群体生长群体生长群体生长 =个体生长个体生长个体生长个体生长 +个体繁殖个体繁殖个体繁殖个体繁殖第一节、微生物群体的生长第一节、微生物群体的生长一、获的纯培养的方法一、获的纯培养的方法 1、纯培养的定义：从一个细胞繁殖所得到的后代、纯培养的定义：从一个细胞繁殖所得到的后代细胞群体称为纯培养。细胞群体称为纯培养。菌落：细菌在固体培养基上生长，由一个或几个细菌落：细菌在固体培养基上生长，由一个或几个细菌分裂繁殖聚集而形成肉眼可见的群体。菌分裂繁殖聚集而形成肉眼可见的群体。2、获得纯培养的方法：、获得纯培养的方法：p.195 （1）单细胞挑取法单细胞挑取法（2）稀释分离培养法稀释分离培养法（3）平板划线培养分离法）平板划线培养分离法 稀释分离法稀释分离法涂布涂布培养得到单菌落培养得到单菌落（3）平板划线分离法）平板划线分离法：划线分离法步骤：划线分离法步骤：划线划线挑菌挑菌灼烧灼烧划线划线灼烧灼烧划线划线二、细菌群体数量的测量二、细菌群体数量的测量 p.197 1、显微直接计数法、显微直接计数法 每每ml原液含菌数每中格平均菌数原液含菌数每中格平均菌数25(16)104 稀释倍数稀释倍数优点：快速、方便优点：快速、方便缺点：缺点：不能区分死菌与活菌；不能区分死菌与活菌；不适于对运动细菌的计数；不适于对运动细菌的计数；需要相对高的细菌浓度；（需要相对高的细菌浓度；（107cell/ml）个体小的细菌在显微镜下难以观察；个体小的细菌在显微镜下难以观察；2、比浊法、比浊法 在一定波长下，测定菌悬液的光密度，以光密在一定波长下，测定菌悬液的光密度，以光密度度(optical density,即即O.D.)表示菌量。波长一表示菌量。波长一般选定在般选定在450650nm培养基颜色培养基颜色颗粒杂质颗粒杂质实验测量时应控制在菌浓度与光密度实验测量时应控制在菌浓度与光密度成正比的线性范围内，否则不准确。成正比的线性范围内，否则不准确。一般一般OD在在1.0以下时和微生物数量呈正比以下时和微生物数量呈正比 3、稀释平板法、稀释平板法 （1）倾注平板法）倾注平板法 (混合平板法混合平板法)（2）涂布平板法）涂布平板法菌落计数菌落计数 稀释到适量浓度稀释到适量浓度 倾注或涂布平板倾注或涂布平板 培养培养 一般用菌落形成单位（一般用菌落形成单位（colony forming units，CFU）来表示原来表示原样品中的细胞数。样品中的细胞数。4、膜过滤培养法、膜过滤培养法当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用水等样当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用水等样品通过膜过滤器，然后将将膜转到相应的培养基上进行培养，对形品通过膜过滤器，然后将将膜转到相应的培养基上进行培养，对形成的菌落进行统计。成的菌落进行统计。主要适用于只能进行液体培养的微生物，或采用液体主要适用于只能进行液体培养的微生物，或采用液体鉴别培养基进行直接鉴定并计数的微生物。鉴别培养基进行直接鉴定并计数的微生物。5、MPN法：法：most probable number 对未知样品进行十倍稀释，然后根据估算取三个连对未知样品进行十倍稀释，然后根据估算取三个连续的稀释度平行接种多支试管，对这些平行试管的微生续的稀释度平行接种多支试管，对这些平行试管的微生物生长情况进行统计，长菌的为阳性，未长菌的为阴性，物生长情况进行统计，长菌的为阳性，未长菌的为阴性，然后根据数学统计计算出样品中的微生物数目。然后根据数学统计计算出样品中的微生物数目。6、重量法、重量法(生物量的测定生物量的测定)以干重、湿重直接衡量微生物群体的生物量；以干重、湿重直接衡量微生物群体的生物量；通过样品中蛋白质、核酸含量的测定间接推算通过样品中蛋白质、核酸含量的测定间接推算微生物群体的生物量；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测定多细胞及丝状真菌生长情况的有效方法7、生理指标法生理指标法(生物量的测定生物量的测定)微生物的生理指标，如呼吸强度，耗氧量、酶活性、微生物的生理指标，如呼吸强度，耗氧量、酶活性、生物热等与其群体的规模成正相关。生物热等与其群体的规模成正相关。样品中微生物数量多或生长旺盛，这些指标愈明显，样品中微生物数量多或生长旺盛，这些指标愈明显，因此可以借助特定的仪器如瓦勃氏呼吸仪、微量量因此可以借助特定的仪器如瓦勃氏呼吸仪、微量量热计等设备来测定相应的指标。热计等设备来测定相应的指标。常用于对微生物的快速鉴定与检测常用于对微生物的快速鉴定与检测三、分批生长中细菌群体的生长三、分批生长中细菌群体的生长 由于微生物细胞极其微小，由于微生物细胞极其微小，肉眼看到或接触到的微生物是成肉眼看到或接触到的微生物是成千上万个单个的微生物组成的群体，千上万个单个的微生物组成的群体，研究其个体生长存在着研究其个体生长存在着技术上的困难。而且技术上的困难。而且微生物接种是群体接种，接种后的生长微生物接种是群体接种，接种后的生长是微生物群体繁殖生长。是微生物群体繁殖生长。p.201对细菌群体生长规律的了解是对其进行对细菌群体生长规律的了解是对其进行研究与利用的基础研究与利用的基础(一一)生长曲线生长曲线生长曲线生长曲线(Growth Curve)：细菌接种到定量的液体培养基中，定时取样测定细胞数量，细菌接种到定量的液体培养基中，定时取样测定细胞数量，以培养时间为横座标，以菌数为纵座标作图，得到的一条反映细以培养时间为横座标，以菌数为纵座标作图，得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。实验室常用分批培养，即采用完全封闭的容器，采用液体或固实验室常用分批培养，即采用完全封闭的容器，采用液体或固体培养基，一次接种。分批培养的细菌的生长在短期内表现出体培养基，一次接种。分批培养的细菌的生长在短期内表现出明显的规律。明显的规律。细菌的生长曲线一般用菌数的对数为纵坐标作图细菌的生长曲线一般用菌数的对数为纵坐标作图一条典型的生长曲线至少可以分为 延滞期，对数期，稳定期和衰亡期延滞期，对数期，稳定期和衰亡期 四个生长时期延滞期延滞期(Lag phase)：将少量菌种接入新鲜培养基后，在开始一段时间内菌数不立即增加，将少量菌种接入新鲜培养基后，在开始一段时间内菌数不立即增加，或增加很少，生长速度接近于零。或增加很少，生长速度接近于零。延滞期延滞期的特点的特点：分裂迟缓、代谢活跃分裂迟缓、代谢活跃t 细胞形态变大或增长，例如巨大芽孢杆菌，在迟缓期末，细细胞形态变大或增长，例如巨大芽孢杆菌，在迟缓期末，细胞的平均长度比刚接种时长胞的平均长度比刚接种时长6倍。倍。t一般来说处于迟缓期的细菌细胞体积最大一般来说处于迟缓期的细菌细胞体积最大,细胞内细胞内RNA尤其是尤其是rRNA含量增高，合成代谢活跃，核糖体、酶类和含量增高，合成代谢活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加的合成加快，易产生诱导酶。快，易产生诱导酶。t 对外界不良条件反应敏感。对外界不良条件反应敏感。迟缓期出现的原因迟缓期出现的原因：微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏分解和催化有关底物的酶，微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏分解和催化有关底物的酶，或是缺乏充足的中间代谢产物等。为产生诱导酶或合成中间代谢或是缺乏充足的中间代谢产物等。为产生诱导酶或合成中间代谢产物，就需要一段适应期。产物，就需要一段适应期。在生产实践中缩短迟缓期的常用手段在生产实践中缩短迟缓期的常用手段：(1)利用对数生长期的细胞作为种子；利用对数生长期的细胞作为种子；(2)尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；(3)适当扩大接种量适当扩大接种量(4)通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短；通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短；对数生长期对数生长期(Log phase)：又称指数生长期又称指数生长期(Exponential phase)以最大的速率生长以最大的速率生长和分裂，细菌数量呈对数增加，细菌内各成分按比例有和分裂，细菌数量呈对数增加，细菌内各成分按比例有规律地增加，表现为平衡生长。规律地增加，表现为平衡生长。对数生长期的细菌个体形态、化学组成和生理特性等均较一对数生长期的细菌个体形态、化学组成和生理特性等均较一致，代谢旺盛、生长迅速、致，代谢旺盛、生长迅速、代时代时稳定。稳定。所以是研究微生物基所以是研究微生物基本代谢的良好材料。它也常在生产上用作种子，使微生物发本代谢的良好材料。它也常在生产上用作种子，使微生物发酵的迟缓期缩短，提高经济效益。酵的迟缓期缩短，提高经济效益。在细菌个体生长里，每个细菌分裂繁殖一代所需的时间为代在细菌个体生长里，每个细菌分裂繁殖一代所需的时间为代时时(世代时间，世代时间，Generation time)，代时通常以，代时通常以G表示。而在群表示。而在群体生长里细菌数量增加一倍所需的时间称为倍增时间体生长里细菌数量增加一倍所需的时间称为倍增时间（Doubling time)。G G：代时，：代时，：代时，：代时，细胞每分裂一次所需要的时间细胞每分裂一次所需要的时间细胞每分裂一次所需要的时间细胞每分裂一次所需要的时间=gtnt3.3(lgNtlgN0)稳定生长期稳定生长期(Stationary phase)：由于营养物质消耗，代谢产物积累和由于营养物质消耗，代谢产物积累和pH等环境变化，逐步不适宜等环境变化，逐步不适宜于细菌生长，导致生长速率降低直至零于细菌生长，导致生长速率降低直至零(即细菌分裂增加的数量等即细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数于细菌死亡数)。稳定生长期又称恒定期或最高生长期，此时培养液中活细菌数稳定生长期又称恒定期或最高生长期，此时培养液中活细菌数最高并维持稳定。最高并维持稳定。生产上常通过补充营养物质（补料）或取走代谢产物、调节生产上常通过补充营养物质（补料）或取走代谢产物、调节pH、调节温度、对好氧菌增加通气、搅拌或振荡等措施延长稳定生长调节温度、对好氧菌增加通气、搅拌或振荡等措施延长稳定生长期，以获得更多的菌体物质或积累更多的代谢产物。期，以获得更多的菌体物质或积累更多的代谢产物。衰亡期衰亡期(Decline或或Death phase)：营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细菌死亡速率超过新营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细菌死亡速率超过新生速率，整个群体呈现出负增长。生速率，整个群体呈现出负增长。有的物质可直接被利用有的物质可直接被利用(例如葡萄糖或例如葡萄糖或NH 4+等等)；有的需要经；有的需要经过一定的适应期后才能获得利用能力（例如乳糖或过一定的适应期后才能获得利用能力（例如乳糖或NO3-等）。等）。前者通常称为前者通常称为速效碳源（或氮源），速效碳源（或氮源），后者称为后者称为迟效碳源（或氮迟效碳源（或氮源）。源）。不同的微生物或同一种微生物不同的微生物或同一种微生物对不同物质的利用能力是不同的。对不同物质的利用能力是不同的。当培养基中同时含有这两类碳源（或氮源）时，微生物在生长当培养基中同时含有这两类碳源（或氮源）时，微生物在生长过程中会形成过程中会形成二次生长二次生长现象。现象。大肠杆菌利用大肠杆菌利用葡萄糖和乳糖葡萄糖和乳糖时的二次生长时的二次生长曲线曲线由于采用活菌计数比较麻烦，并要求严格进行操作，否则不易得到由于采用活菌计数比较麻烦，并要求严格进行操作，否则不易得到准确的结果，重复性也差，因此在实际工作中多采用分光光度计测准确的结果，重复性也差，因此在实际工作中多采用分光光度计测定定OD值的方法绘制细菌的生长曲线。值的方法绘制细菌的生长曲线。同步培养同步培养(Synchronous culture)：使群体中的细胞处于比较一致的，生长发育均处于同一阶使群体中的细胞处于比较一致的，生长发育均处于同一阶段上，即大多数细胞能同时进行生长或分裂的培养方法。段上，即大多数细胞能同时进行生长或分裂的培养方法。(二二)同步培养同步培养 p.203同步培养物常被用来研究在单个细胞上难以研究的生理与遗传同步培养物常被用来研究在单个细胞上难以研究的生理与遗传特性，它是一种理想的材料。特性，它是一种理想的材料。同步细胞群体在任何一时刻都处在细胞周期的同一相，彼此同步细胞群体在任何一时刻都处在细胞周期的同一相，彼此间形态、生化特征都很一致，因而是细胞学、生理学和生物间形态、生化特征都很一致，因而是细胞学、生理学和生物化学等研究的良好材料。化学等研究的良好材料。机械方法机械方法离心方法离心方法过滤分离法过滤分离法(硝酸纤维素滤膜洗脱法硝酸纤维素滤膜洗脱法)环境条件诱导环境条件诱导温度温度培养基成份控制培养基成份控制其它（如光照和黑暗交替培养）其它（如光照和黑暗交替培养）密度梯度离心法获得同步密度梯度离心法获得同步细胞的基本步骤细胞的基本步骤分部收集分部收集各层细胞各层细胞细胞分层细胞分层离心后离心后不同步不同步群体细菌群体细菌10%蔗糖蔗糖30%梯度梯度利用各部细胞接种利用各部细胞接种硝酸纤维素滤膜法是最经典的获得同步生长的方法硝酸纤维素滤膜法是最经典的获得同步生长的方法由于细胞的个体差异，同步生长往往只能维持由于细胞的个体差异，同步生长往往只能维持2-3个世代，个世代，随后又逐渐转变为随机生长。随后又逐渐转变为随机生长。连续培养连续培养(Continous culture）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。的比生长速率生长并能持续生长下去的一种培养方法。四、细菌群体生长的连续培养四、细菌群体生长的连续培养 p.203控制连续培养的方法控制连续培养的方法恒浊连续培养恒浊连续培养不断调节流速而使细菌培养液浊度保持恒定不断调节流速而使细菌培养液浊度保持恒定恒化连续培养恒化连续培养保持恒定的流速，保持恒定生长率保持恒定的流速，保持恒定生长率（一）恒浊连续培养（一）恒浊连续培养测定所培养微生物的光密度值测定所培养微生物的光密度值自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流速自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流速使培养物维持在某一恒定浊度使培养物维持在某一恒定浊度当培养室中的浊度超过预期数值时，流速加快，使浊度降低；当培养室中的浊度超过预期数值时，流速加快，使浊度降低；当培养室中的浊度低于预期数值时，流速减慢，使浊度升高；当培养室中的浊度低于预期数值时，流速减慢，使浊度升高；恒浊培养器的工作精度是由光电控制系统的灵敏度来决定的恒浊培养器的工作精度是由光电控制系统的灵敏度来决定的（二）恒化连续培养（二）恒化连续培养使培养液流速保持不变，并使微生物在恒定的使培养液流速保持不变，并使微生物在恒定的生长速率下进行生长繁殖。生长速率下进行生长繁殖。连续培养的简化流程图连续培养的简化流程图第二节、环境条件对微生物生长和代谢的影响第二节、环境条件对微生物生长和代谢的影响P.204温度是影响微生物生长的最重要因素之一。温度是影响微生物生长的最重要因素之一。温度对微生物的影响具体表现在：温度对微生物的影响具体表现在：影响酶活性，温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞合成。影响酶活性，温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞合成。影响细胞膜的流动性，温度高，流动性大，有利于物质的运输，温影响细胞膜的流动性，温度高，流动性大，有利于物质的运输，温度低，流动性降低，不利于物质运输，因此，温度变化影响营养物质度低，流动性降低，不利于物质运输，因此，温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌。的吸收与代谢产物的分泌。影响物质的溶解度，对生长有影响。影响物质的溶解度，对生长有影响。1、温度、温度一、控制微生物的环境因素一、控制微生物的环境因素从微生物整体来看从微生物整体来看:生长的温度范围一般在生长的温度范围一般在-10 100-10 100 极端下限为极端下限为-30-30，极端上限为，极端上限为105300 105300 但对于特定的某一种微生物：但对于特定的某一种微生物：只能在一定温度范围内生长，在这个范围内，每种微生物都有只能在一定温度范围内生长，在这个范围内，每种微生物都有自己的生长温度三基点，即最低、最适、最高生长温度自己的生长温度三基点，即最低、最适、最高生长温度处于最适生长温度时，生长速度最快，代时最短。处于最适生长温度时，生长速度最快，代时最短。超过最低生长温度时，微生物不生长，温度过低，甚至会超过最低生长温度时，微生物不生长，温度过低，甚至会死亡。死亡。超过最高生长温度时，微生物不生长，温度过高，甚至会超过最高生长温度时，微生物不生长，温度过高，甚至会死亡。死亡。低温型微生物低温型微生物中温型微生物中温型微生物高温型微生物高温型微生物n低温型微生物：专性嗜冷微生物和兼性嗜冷低温型微生物：专性嗜冷微生物和兼性嗜冷微生物微生物n中温型微生物：分布最广中温型微生物：分布最广n高温型微生物：嗜热微生物和极端嗜热微生高温型微生物：嗜热微生物和极端嗜热微生物物微生物类型生长温度最低 最适 最高嗜冷微生物兼性嗜冷微生物嗜温微生物嗜热微生物超嗜热或嗜高温微生物 45 45 5565 80 65 8090 100高温高温 高温与低温对微生物的影响高温与低温对微生物的影响高温使蛋白质、核酸等重要生物大分子发生高温使蛋白质、核酸等重要生物大分子发生不可逆不可逆变性、变性、破坏，以及破坏细胞膜上的类脂成分，破坏，以及破坏细胞膜上的类脂成分，膜受热出现小孔，膜受热出现小孔，破坏细胞结构破坏细胞结构导致微生物死亡。导致微生物死亡。热力灭菌法热力灭菌法1、干热灭菌法：焚烧、烧灼、干烤2、湿热灭菌法：煮沸、巴氏消毒法、高压蒸汽法高温杀菌高温杀菌1.干热灭菌干热灭菌烘箱内热空气灭菌烘箱内热空气灭菌杀灭繁殖体要1001.5h，芽孢要1403h火焰灼烧火焰灼烧干热灭菌干热灭菌160-180，2-3小时小时(2)湿热灭菌湿热灭菌湿热比干热灭菌更好：湿热比干热灭菌更好：水蒸汽的气化热高，更易于传递热量；水蒸汽的气化热高，更易于传递热量；湿热对一般营养体和孢子的杀灭条件：湿热对一般营养体和孢子的杀灭条件：多数细菌和真菌的营养细胞：在多数细菌和真菌的营养细胞：在60左右处理左右处理5-10分钟；分钟；酵母菌和真菌的孢子：用酵母菌和真菌的孢子：用80以上温度处理；以上温度处理；细菌的芽孢：细菌的芽孢：121处理处理10分钟以上；分钟以上；杀灭几类主要微生物的湿热条件杀灭几类主要微生物的湿热条件微生物微生物微生物微生物营养细胞营养细胞营养细胞营养细胞孢子或芽孢孢子或芽孢孢子或芽孢孢子或芽孢酵母菌酵母菌酵母菌酵母菌50-6050-6050-6050-60，5 5 5 5分钟分钟分钟分钟70-8070-8070-8070-80，5 5 5 5分钟分钟分钟分钟霉菌霉菌霉菌霉菌62626262，30303030分钟分钟分钟分钟80808080，30303030分钟分钟分钟分钟细菌（中温细菌细菌（中温细菌细菌（中温细菌细菌（中温细菌）50-7050-7050-7050-70，10101010分钟分钟分钟分钟2-8002-8002-8002-800分钟，分钟，分钟，分钟，100100100100；或或或或120120120120，05-1205-1205-1205-12分钟分钟分钟分钟病毒病毒病毒病毒60606060，30303030分钟分钟分钟分钟 各种细菌的芽孢在湿热中的各种细菌的芽孢在湿热中的 致死温度和致死时间致死温度和致死时间(min)(min)菌种菌种菌种菌种100100100100o oC C C C105105105105o oC C C C110110110110o oC C C C115115115115o oC C C C121121121121o oC C C C炭疽芽孢炭疽芽孢炭疽芽孢炭疽芽孢杆菌杆菌杆菌杆菌510510510510_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _枯草芽孢枯草芽孢枯草芽孢枯草芽孢杆菌杆菌杆菌杆菌617617617617_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _嗜热脂肪嗜热脂肪嗜热脂肪嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢杆菌芽孢杆菌芽孢杆菌_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _12121212肉毒梭状肉毒梭状肉毒梭状肉毒梭状芽孢杆菌芽孢杆菌芽孢杆菌芽孢杆菌33033033033010010010010032323232101010104 4 4 4破伤风梭破伤风梭破伤风梭破伤风梭菌菌菌菌515515515515510510510510_ _ _ _ _ _ _ _ _ _蒸气蒸气压力力温度（温度（）磅磅/平方英寸平方英寸公斤公斤/平方厘米平方厘米kPakPa5 50.350.3533.7833.78108.8108.88 80.570.5754.0454.04113.0113.010100.700.7067.5567.55115.6115.615151.01.0101.33101.33121.3121.320201.461.46135.10135.10126.2126.225251.771.77168.88168.88130.4130.430302.102.10202.66202.66134.6134.6蒸汽压和温度的关系蒸汽压和温度的关系空气排除程度与温度的关系空气排除程度与温度的关系压力表读数压力表读数灭菌器内温度灭菌器内温度/Pa未排除空气未排除空气 排除排除1/3空气空气 排除排除1/2空气空气 排除排除2/3空气空气 完全排除气完全排除气357010514017521072 90 94 100 10990 100 105 109 115100 109 112 115 121109 115 118 121 126115 121 124 126 13012l 126 128 130 135（3）其它湿热灭菌方式）其它湿热灭菌方式1）巴斯德消毒（）巴斯德消毒（pasteurization）60-85处理处理15秒至秒至30分钟分钟2）煮沸消毒）煮沸消毒3）间歇灭菌（）间歇灭菌（fractional sterilization OR tyndallization）4）瞬间加压灭菌）瞬间加压灭菌135-150135-150，5-155-15秒，工业上发酵培养基秒，工业上发酵培养基135-150135-150，2-62-6秒，牛奶或其它液态食品秒，牛奶或其它液态食品（超高温灭菌，（超高温灭菌，UHTUHT）n nUHTUHT超高温灭菌乳是在本世纪超高温灭菌乳是在本世纪超高温灭菌乳是在本世纪超高温灭菌乳是在本世纪6060年代出现的一种产品，首年代出现的一种产品，首年代出现的一种产品，首年代出现的一种产品，首先是由英国的巴顿等研究者提出。其原理是根据牛奶在加先是由英国的巴顿等研究者提出。其原理是根据牛奶在加先是由英国的巴顿等研究者提出。其原理是根据牛奶在加先是由英国的巴顿等研究者提出。其原理是根据牛奶在加热中的灭菌效果（热中的灭菌效果（热中的灭菌效果（热中的灭菌效果（SESE），也就是杀孢子效率随着温度的上），也就是杀孢子效率随着温度的上），也就是杀孢子效率随着温度的上），也就是杀孢子效率随着温度的上升，大大快于牛乳中的化学变化（褐变、维生素破坏、蛋升，大大快于牛乳中的化学变化（褐变、维生素破坏、蛋升，大大快于牛乳中的化学变化（褐变、维生素破坏、蛋升，大大快于牛乳中的化学变化（褐变、维生素破坏、蛋白质变性等）。白质变性等）。白质变性等）。白质变性等）。在温度有效范围内，热处理温度每升高在温度有效范围内，热处理温度每升高在温度有效范围内，热处理温度每升高在温度有效范围内，热处理温度每升高1010，牛，牛，牛，牛乳中所含细菌孢子的破坏速度性提高乳中所含细菌孢子的破坏速度性提高乳中所含细菌孢子的破坏速度性提高乳中所含细菌孢子的破坏速度性提高11-3011-30倍，而牛乳中化倍，而牛乳中化倍，而牛乳中化倍，而牛乳中化学变化褐变速度仅提高学变化褐变速度仅提高学变化褐变速度仅提高学变化褐变速度仅提高2.5-32.5-3倍。这意味着温度越高，其灭倍。这意味着温度越高，其灭倍。这意味着温度越高，其灭倍。这意味着温度越高，其灭菌效果越大，而引起的化学变化很小。菌效果越大，而引起的化学变化很小。菌效果越大，而引起的化学变化很小。菌效果越大，而引起的化学变化很小。低温低温n当环境温度低于微生物的最适生长温度时，当环境温度低于微生物的最适生长温度时，微生物的生长繁殖停止，当微生物的原生质微生物的生长繁殖停止，当微生物的原生质结构并未破坏时，不会很快造成死亡并能在结构并未破坏时，不会很快造成死亡并能在较长时间内保持活力，当温度提高时，可以较长时间内保持活力，当温度提高时，可以恢复正常的生命活动。恢复正常的生命活动。n当温度过低，造成微生物细胞冻结时，形成当温度过低，造成微生物细胞冻结时，形成冰晶，从而对细胞造成机械性损伤，从而造冰晶，从而对细胞造成机械性损伤，从而造成微生物死亡。成微生物死亡。实践中，采用低温保藏食品，防止杂菌生实践中，采用低温保藏食品，防止杂菌生长；以及低温保藏菌种。长；以及低温保藏菌种。斜面斜面斜面斜面:4:4:4:4石蜡油石蜡油石蜡油石蜡油:4:4:4:4 沙土管沙土管沙土管沙土管:4:4:4:4 甘油管甘油管甘油管甘油管:-70:-70:-70:-70,液氮液氮冻干管冻干管冻干管冻干管:4:4:4:4 水水水水:常温常温2、辐射作用辐射作用辐射灭菌辐射灭菌(Radiation Sterilization)是利用电磁辐射产生的电磁波是利用电磁辐射产生的电磁波杀死大多数物质上的微生物的一种有效方法。杀死大多数物质上的微生物的一种有效方法。用于灭菌的电磁波有紫外线用于灭菌的电磁波有紫外线(UV)、X-射线和射线和-射线等射线等可见光（可见光（400-760nm）：）：紫外线（紫外线（200-400nm）：）：杀菌效果不明显杀菌效果不明显杀菌效果明显，但穿透能力不强，只能用于表面灭菌。杀菌效果明显，但穿透能力不强，只能用于表面灭菌。n nUVUV引起引起引起引起DNADNA的断裂、的断裂、的断裂、的断裂、DNADNA分子双链的交联以及嘧啶二分子双链的交联以及嘧啶二分子双链的交联以及嘧啶二分子双链的交联以及嘧啶二聚体的形成等，其中形成聚体的形成等，其中形成聚体的形成等，其中形成聚体的形成等，其中形成胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶二聚体是最主要的作是最主要的作是最主要的作是最主要的作用。胸腺嘧啶二聚体会阻碍双链的解链与复制、碱基的用。胸腺嘧啶二聚体会阻碍双链的解链与复制、碱基的用。胸腺嘧啶二聚体会阻碍双链的解链与复制、碱基的用。胸腺嘧啶二聚体会阻碍双链的解链与复制、碱基的正常配对，引起突变。正常配对，引起突变。正常配对，引起突变。正常配对，引起突变。n n生成臭氧生成臭氧生成臭氧生成臭氧胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶二聚体 紫外线灭菌的机理：紫外线灭菌的机理：n n电离辐射诱变剂电离辐射诱变剂电离辐射诱变剂电离辐射诱变剂:x:x射线、射线、射线、射线、射线、快中子、射线、快中子、射线、快中子、射线、快中子、射线、射线、射线、射线、射线和超声波等，在微生物诱变育种射线和超声波等，在微生物诱变育种射线和超声波等，在微生物诱变育种射线和超声波等，在微生物诱变育种中以前面四种用得比较多。中以前面四种用得比较多。中以前面四种用得比较多。中以前面四种用得比较多。n n直接作用直接作用直接作用直接作用:辐射的量子击中染色体，导致发生辐射的量子击中染色体，导致发生辐射的量子击中染色体，导致发生辐射的量子击中染色体，导致发生直接的原始损伤。直接的原始损伤。直接的原始损伤。直接的原始损伤。n n间接作用间接作用间接作用间接作用:辐射作用使得细胞中的分子尤其是辐射作用使得细胞中的分子尤其是辐射作用使得细胞中的分子尤其是辐射作用使得细胞中的分子尤其是大量的水分子产生电离，进而形成各种大量的水分子产生电离，进而形成各种大量的水分子产生电离，进而形成各种大量的水分子产生电离，进而形成各种自由自由自由自由基基基基，这些自由基团再进一步与细胞内活性大，这些自由基团再进一步与细胞内活性大，这些自由基团再进一步与细胞内活性大，这些自由基团再进一步与细胞内活性大分子产生一系列生物化学反应，造成染色体分子产生一系列生物化学反应，造成染色体分子产生一系列生物化学反应，造成染色体分子产生一系列生物化学反应，造成染色体损伤，导致突变。损伤，导致突变。损伤，导致突变。损伤，导致突变。电离辐射：电离辐射：波长短，能量高，穿透能力强，杀菌效果很明显波长短，能量高，穿透能力强，杀菌效果很明显3、氧气、氧气氧气对微生物的毒害机制：氧气对微生物的毒害机制：产生活性氧（超氧负离子、过氧化氢、羟基自由基）产生活性氧（超氧负离子、过氧化氢、羟基自由基）据微生物对氧气的敏感性：据微生物对氧气的敏感性：好氧微生物、厌氧微生物好氧微生物、厌氧微生物、兼性需氧兼性需氧n nOO2 2+e +e-O O2 2-n n2O2O2 2-+2H+2H+H H2 2OO2 2+O+O2 2n nOO2 2-+H+H2 2OO2 2 O O2 2+OH +OH-+OH+OH好氧菌消除活性氧伤害的机制：好氧菌消除活性氧伤害的机制：产生产生SOD、过氧化氢酶和过氧化物酶消除活性氧过氧化氢酶和过氧化物酶消除活性氧n n2O2O2 2-+2H+2H+H H2 2OO2 2n n2H2H2 2OO2 2 O O2 2+2H+2H2 2OOn n2H2H2 2OO2 2+NADH+H+NADH+H+NAD NAD+2H+2H2 2OOn n超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶n n接触酶接触酶接触酶接触酶n n过氧化物酶过氧化物酶过氧化物酶过氧化物酶影响膜表面电荷的性质及膜的通透性，进而影影响膜表面电荷的性质及膜的通透性，进而影响对物质的吸收能力。响对物质的吸收能力。改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径。改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径。环境环境pHpH值还影响培养基中营养物质的离子化程值还影响培养基中营养物质的离子化程度，从而影响营养物质吸收，或度，从而影响营养物质吸收，或有有毒物质的毒性。毒物质的毒性。4、pH值微生物的生长微生物的生长pHpH值范围极广，从值范围极广，从pH2pH1010都有微生都有微生物能生长。但是绝大多数种类都生活在物能生长。但是绝大多数种类都生活在pH5.0pH5.09.09.0之之间。间。微生物生长的微生物生长的pHpH值三基点：值三基点：各种微生物都有其生长的最低、最适和最高各种微生物都有其生长的最低、最适和最高pHpH值。值。低于最低、或低于最低、或超过超过最高生长最高生长pHpH值时，微生物生长值时，微生物生长受抑制或导致死亡。受抑制或导致死亡。不同微生物对不同微生物对pHpH要求不同要求不同5.5.渗透压渗透压n微生物对渗透压有一定适应能力。高渗溶液微生物对渗透压有一定适应能力。高渗溶液 -质壁分离，低渗溶液质壁分离，低渗溶液 -细胞膨胀破裂细胞膨胀破裂。n普通微生物一般在普通微生物一般在 0.85-0.90 0.85-0.90 的食盐溶液的食盐溶液（即生理盐水）中生长（即生理盐水）中生长。n根据微生物对高渗透压耐性的不同，将其分为：根据微生物对高渗透压耐性的不同，将其分为：嗜盐微生物、耐盐微生物嗜盐微生物、耐盐微生物 。n 一般细菌在浓盐液或浓糖液中不能生长、繁一般细菌在浓盐液或浓糖液中不能生长、繁殖，所以糖或盐可以保存食品殖，所以糖或盐可以保存食品。水活度：表示表示在天然环境中，微生物可实际利用的自在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。由水或游离水的含量。一般用在一般用在一定的温度和压力条件下一定的温度和压力条件下,溶液的蒸汽压力与同样条溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比件下纯水蒸汽压力之比表示，即：表示，即：a aw w=P/P=P/P0 0 式中式中P P代表溶液蒸汽压力代表溶液蒸汽压力,P,P0 0代表纯水蒸汽代表纯水蒸汽压力。压力。纯水纯水a aw w为为1.00,1.00,溶液中溶质越多溶液中溶质越多,a,aw w越小。越小。微生物一般在aw为0.600.99的条件下生长,aw过低时,微生物生长的迟缓期延长,比生长速率和总生长量减少。微生物不同，其生长的最适aw不同。P.206二、控制微生物的化学方法：二、控制微生物的化学方法：p.207各种有机或无机杀菌剂或抑菌剂各种有机或无机杀菌剂或抑菌剂灭菌（灭菌（sterilization）采用强烈的理化因素使任何物体内外）采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施。部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施。消毒（消毒（disinfection）是一种采用较温和的理化因素，仅）是一种采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌，而对被杀死物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌，而对被消毒的物体基本无害的措施。消毒的物体基本无害的措施。防腐（防腐（antisepsis）是利用某种理化因素完全抑制霉腐微）是利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖，从而达到防止食品等发生霉腐的措施。生物的生长繁殖，从而达到防止食品等发生霉腐的措施。化疗（化疗（chemotherapy）即化学治疗。利用具有高度选择毒）即化学治疗。利用具有高度选择毒力（对病原菌具有高度毒力而对宿主无显著毒性）的化学物力（对病原菌具有高度毒力而对宿主无显著毒性）的化学物质来抑制宿主体内病原微生物的生长繁殖，借以达到治疗该质来抑制宿主体内病原微生物的生长繁殖，借以达到治疗该传染病的一种措施。传染病的一种措施。化学因素对微生物的影响化学因素对微生物的影响 化化化化学学学学消消消消毒毒毒毒剂剂剂剂的的的的作作作作用用用用机机机机理理理理：1 1 1 1）使使使使菌菌菌菌体体体体蛋蛋蛋蛋白白白白变变变变性性性性、凝凝凝凝固固固固或或或或水水水水解解解解；2 2 2 2）破破破破坏坏坏坏细细细细菌菌菌菌的的的的酶酶酶酶系系系系统统统统；3 3 3 3）改改改改变变变变细细细细菌菌菌菌细胞壁或细胞膜的通透性。细胞壁或细胞膜的通透性。细胞壁或细胞膜的通透性。细胞壁或细胞膜的通透性。化化化化学学学学因因因因素素素素对对对对细细细细菌菌菌菌的的的的影影影影响响响响因因因因其其其其浓浓浓浓度度度度、作作作作用用用用时时时时间间间间、温温温温度等的不同而呈现不同的杀菌或抑菌作用。度等的不同而呈现不同的杀菌或抑菌作用。度等的不同而呈现不同的杀菌或抑菌作用。度等的不同而呈现不同的杀菌或抑菌作用。影影影影响响响响消消消消毒毒毒毒剂剂剂剂杀杀杀杀菌菌菌菌或或或或抑抑抑抑制制制制作作作作用用用用的的的的因因因因素素素素：）消消消消毒毒毒毒剂剂剂剂的的的的性性性性质质质质、浓浓浓浓度度度度、作作作作用用用用时时时时间间间间及及及及温温温温度度度度。）细细细细菌菌菌菌的的的的种种种种类；）环境中的有机物。类；）环境中的有机物。类；）环境中的有机物。类；）环境中的有机物。机理：蛋白质变性机理：蛋白质变性代表：苯酚（石炭酸），来苏儿代表：苯酚（石炭酸），来苏儿（1）酚：）酚：1、有机化合物、有机化合物应用范围：地面，家具，皮肤等应用范围：地面，家具，皮肤等石炭酸系数：石炭酸系数：指在一定时间内被试药剂能杀死全部供试菌的最高稀释度指在一定时间内被试药剂能杀死全部供试菌的最高稀释度和达到同效的石炭酸的最高稀释度的比率。一般规定处理时间为和达到同效的石炭酸的最高稀释度的比率。一般规定处理时间为10分钟，而供试菌定为伤寒沙门氏菌和金黄色葡萄球菌。分钟，而供试菌定为伤寒沙门氏菌和金黄色葡萄球菌。（2）醇）醇机理：蛋白质变性、细胞脱水机理：蛋白质变性、细胞脱水代表：乙醇（代表：乙醇（75%）应用范围：器械、皮肤应用范围：器械、皮肤（3）醛）醛机理：蛋白质变性机理：蛋白质变性代表：福尔马林液（代表：福尔马林液（40%甲醛）甲醛）应用范围：熏蒸、标本保藏应用范围：熏蒸、标本保藏（4）酸）酸机理：蛋白质变性机理：蛋白质变性代表：醋酸、苯甲酸、山梨酸代表：醋酸、苯甲酸、山梨酸应用范围：房间消毒、防腐剂应用范围：房间消毒、防腐剂（5）表面活性剂）表面活性剂机理：破坏细胞膜机理：破坏细胞膜代表：新洁尔灭、洗衣粉、洗涤剂等代表：新洁尔灭、洗衣粉、洗涤剂等应用范围：器械、皮肤应用范围：器械、皮肤2、无机化合物、无机化合物:卤化物、重金属、氧化剂等卤化物、重金属、氧化剂等（1）卤化物：碘、和氯）卤化物：碘、和氯机理：破坏蛋白质、细胞膜机理：破坏蛋白质、细胞膜代表：碘酒、漂白粉、氯气代表：碘酒、漂白粉、氯气应用范围：碘酒应用范围：碘酒-皮肤皮肤 氯气氯气-自来水、游泳池、澡堂自来水、游泳池、澡堂 漂白粉漂白粉-潮湿地面，水体潮湿地面，水体机理：与蛋白质中的巯基结合机理：与蛋白质中的巯基结合代表：升汞、硫酸铜代表：升汞、硫酸铜应用范围：非金属器皿表面消毒、真菌病害应用范围：非金属器皿表面消毒、真菌病害（2）重金属）重金属（3）碱类）碱类 生石灰：地面、水井生石灰：地面、水井机理：氧化蛋白质中活性基团机理：氧化蛋白质中活性基团代表：高锰酸钾、臭氧、过氧化氢代表：高锰酸钾、臭氧、过氧化氢应用范围：皮肤、物品表面等应用范围：皮肤、物品表面等（4）氧化剂）氧化剂3、染料、染料机理：和蛋白质上羧基及核酸上磷酸基结合机理：和蛋白质上羧基及核酸上磷酸基结合代表：龙胆紫、孔雀绿等代表：龙胆紫、孔雀绿等应用范围：皮肤创伤应用范围：皮肤创伤化学消毒剂的类型与杀菌原理化学消毒剂的类型与杀菌原理 p208-209类别 常用消毒剂 杀菌原理酚类 石炭酸、来苏儿 蛋白质变性、损伤细胞膜、灭活酶类醇类 乙醇 蛋白质变性与凝固，干扰代谢重金属盐类 升汞、红汞、氧化作用，蛋白质变性与沉淀，灭活酶类 硝酸银、蛋白银氧化剂 高锰酸钾、过氧化氢 氧化作用，蛋白质沉淀 过氧乙酸、漂白粉、碘酒、氯表面活性剂 新洁尔灭、杜灭芬 损伤细胞膜、蛋白质沉淀，灭活酶类烷化剂 甲醛、环氧乙烷 菌体蛋白质与核酸烷基化 戊二醛染料 龙胆紫 抑制细菌繁殖，干扰氧化过程酸碱类 醋酸、生石灰 破坏细胞壁、细胞膜，蛋白质变性与凝固4、抗代谢药和抗生素、抗代谢药和抗生素有些化合物在结构上与生物体所必需的代谢物很相似，以至可以有些化合物在结构上与生物体所必需的代谢物很相似，以至可以和特定的酶结合，从而阻碍了酶的功能，干扰了代谢的正常进行和特定的酶结合，从而阻碍了酶的功能，干扰了代谢的正常进行，这些物质称为抗代谢物，这些物质称为抗代谢物(Antimetabolite)。叶酸对抗物（磺胺）、叶酸对抗物（磺胺）、嘌呤对抗物（嘌呤对抗物（6-巯基嘌呤）、巯基嘌呤）、苯丙氨酸对抗物（对氟苯丙氨酸）、苯丙氨酸对抗物（对氟苯丙氨酸）、尿嘧啶对抗物（尿嘧啶对抗物（5-氟尿嘧啶）、氟尿嘧啶）、胸腺嘧啶对抗物（胸腺嘧啶对抗物（5-溴胸腺嘧啶）溴胸腺嘧啶）(1)抗代谢药抗代谢药磺胺是叶酸组成部分对氨基苯甲酸的结构类似物磺胺是叶酸组成部分对氨基苯甲酸的结构类似物磺胺对人体细胞无毒性，因为人缺乏从对氨基苯甲酸合成叶酸的磺胺对人体细胞无毒性，因为人缺乏从对氨基苯甲酸合成叶酸的相关酶相关酶-二氢叶酸合成酶，不能用外界提供的对氨基苯甲酸自行二氢叶酸合成酶，不能用外界提供的对氨基苯甲酸自行合成叶酸，而必须直接利用叶酸为生长因子进行生长。合成叶酸，而必须直接利用叶酸为生长因子进行生长。磺胺的抑菌作用是因为很多细菌需要自己合成叶酸而生长。磺胺的抑菌作用是因为很多细菌需要自己合成叶酸而生长。抑制细菌细胞壁合成：青霉素、头孢霉素抑制细菌细胞壁合成：青霉素、头孢霉素破坏细胞质膜：短杆菌肽破坏细胞质膜：短杆菌肽抑制蛋白质合成：抑制蛋白质合成：链霉素、四环素、卡那霉素、链霉素、四环素、卡那霉素、氯霉素、红霉素氯霉素、红霉素抑制核酸合成：利福平、放线菌素抑制核酸合成：利福平、放线菌素D机理：机理：(2)抗生素抗生素