包装工艺微生物和气象环境学基础.ppt

第三章 包装工艺的微生物学基础,微生物（microorganism, microbe）是一些肉眼看不见的微小生物的总称。包括属于原核类的细菌、放线菌、支原体、立克次氏体、衣原体和蓝细菌（过去称蓝藻或蓝绿藻），属于真核类的真菌（酵母菌和霉菌）、原生动物和显微藻类，以及属于非细胞类的病毒、类病毒和朊病毒等。,第一节 微生物的形态结构 细菌 细菌是一类细胞细而短（细胞直径约0.5m,0.5-5m）、结构简单、细胞壁坚韧以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物，分布广泛。,细菌的形态： 细菌的形态分： 球菌coccus：包括双球菌Diplococcus、链球菌Streptococcus、四联球菌Tetracoccus、八叠球菌Sarcina、葡萄球菌Staphylococcus 杆菌bacillus或bacterium 螺旋菌spiral form bacteria。,细菌的结构： 细菌的基本结构包括：细胞壁cell wall、 胞浆膜、间体、细胞浆、核糖体、核质。 革兰氏阳性菌（G+）的细胞壁，其化学组成主要是肽聚糖和磷壁酸等革兰氏阴性菌（G-）细胞壁最外面是脂多糖LPS，即内毒素。 L型细菌，是细胞壁缺失的细菌，具有多形性。 细菌的附属结构包括：质粒plasmid、荚膜capsule、鞭毛flagellum、菌毛pillus和芽胞。,质粒是某些细菌除染色体外的遗传因子。特点是能自我复制、可转移性、相溶与不相溶、大小不等、控制次要性状。 荚膜是部分细菌在生活过程中，在细胞壁外产生的一种疏松透明的粘液层。内含多个细菌时称为菌胶团。荚膜按厚度分大荚膜、微荚膜、粘液层。其形成与菌种和营养条件有关。功能主要是保护、抗吞噬、抗干燥。 鞭毛是杆菌、弧菌、螺菌和少数球菌在菌体上附有的细长呈波状弯曲的具有运动功能的丝状毛。 菌毛，细丝状物，数量极多，周身排列，无运动功能，化学本质为菌毛蛋白亚单位。分为普通菌毛和性菌毛。功能可能是黏附和传递遗传物质。 芽胞是细菌的休眠体，能够抵抗恶劣环境因素。因不同细菌芽胞的形态不同，因此可作为鉴别的依据。,霉菌 霉菌是丝状真菌的俗称，意即“发霉的真菌“，它们往往能形成分枝繁茂的菌丝体，但又不象蘑菇那样产生大型的子实体。在潮湿温暖的地方，很多物品上长出一些肉眼可见的绒毛状、絮状或蛛网状的菌落，那就是霉菌。,一、 霉菌的形态和结构 霉菌的菌丝 构成霉菌营养体的基本单位是菌丝。菌丝是一种管状的细丝，把它放在显微镜下观察，很像一根透明胶管，它的直径一般为310微米，比细菌和放线菌的细胞约粗几倍到几十倍。菌丝可伸长并产生分枝，许多分枝的菌丝相互交织在一起，就叫菌丝体。,吸器：由专性寄生霉菌如锈菌、霜霉菌和白粉菌等产生的菌丝变态，它们是从菌丝上产生出来的旁枝，侵入细胞内分化成根状、指状、球状和佛手状等，用以吸收寄主细胞内的养料。 假根：根霉属霉菌的菌丝与营养基质接触处分化出的根状结构，有固着和吸收养料的功能。 菌网和菌环：某些捕食性霉菌的菌丝变态成环状或网状，用于捕捉其它小生物如线虫、草履虫等。 菌核：大量菌丝集聚成的紧密组织，是一种休眠体，可抵抗不良的环境条件。其外层组织坚硬，颜色较深；内层疏松，大多呈白色。如药用的茯苓、麦角都是菌核。 子实体：是由大量气生菌丝体特化而成，子实体是指在里面或上面可产生孢子的、有一定形状的任何构造。例如有三类能产有性孢子的结构复杂的子实体，分别称为闭囊壳、子囊壳和子囊盘。,霉菌的菌环和菌网 a.菌环；b.简单菌网；c.复杂菌网,麦角菌的菌核,假根,酵母菌 酵母菌在自然界中分布很广，尤其喜欢在偏酸性且含糖较多的环境中生长，例如，在水果、蔬菜、花蜜的表面和在果园土壤中最为常见。,酵母菌的形态、大小和结构 酵母菌是单细胞真核微生物。酵母菌细胞的形态通常有球形、卵圆形、腊肠形、椭圆形、柠檬形或藕节形等。比细菌的单细胞个体要大得多，一般为1-5微米-5-30微米。酵母菌无鞭毛，不能游动。 酵母菌具有典型的真核细胞结构,有细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质、液泡、线粒体等，有的还具有微体。,第二节微生物的生理活动,一微生物的营养要求 1.营养 微生物生长繁殖所需的营养物质主要有水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等。,2微生物的营养类型 根据微生物对碳源的要求不同，可将其分为自养菌和异养菌两大营养类型。 凡能利用无机碳合成菌体内有机碳化物的，叫自养菌；不能利用无机碳而需要有机碳才能合成菌体内有机碳化物的，为异养菌。 根据其生命活动所需能量的来源不同，可分为光能营养菌和化能营养菌。前者是从光线中获得能量，后者则从化学物质氧化中取得能量。,微生物的营养类型,二.微生物的生长和繁殖 微生物在适宜的环境条件下，不断地吸收营养物质，并按照自己的代谢方式进行代谢活动，如果同化作用大于异化作用，则细胞质的量不断增加，体积得以加大，于是表现为生长。简单地说，生长就是有机体的细胞组分与结构在量方面的增加。 单细胞微生物如细菌，生长往往伴随着细胞数目的增加。当细胞增长到一定程度时，就以二分裂方式，形成两个基本相似的子细胞，子细胞又重复以上过程。在单细胞微生物中，由于细胞分裂而引起的个体数目的增加，称为繁殖。在一般情况下，当环境条件适合，生长与繁殖始终是交替进行的。从生长到繁殖是一个由量变到质变的过程，这个过程就是发育。,细菌纯培养的群体生长规律,细菌生长的典型曲线 (.延迟期， .对数期， .稳定期， .衰亡期),根据细菌生长繁殖速率的不同，可将生长曲线大致分为延迟期、对数期、稳定期和衰亡期四个阶段。 (1)延迟期：少量细菌接种到新鲜培养基后，一般不立即进行繁殖，生长速度近于零。因此在开始一段时间，细菌数几乎保持不变，甚至稍有减少。这段时间被称为延迟期，又称为迟缓期、调整期或滞留适应期。处于延迟期细菌细胞的特点是分裂迟缓、代谢活跃。延迟期的长短与菌种、种龄、接种量和培养基成分有关。 (2)对数期：对数期又称指数期。这一阶段突出特点是细菌数以几何级数增加，代时稳定，细菌数目的增加与原生质总量的增加，与菌液混浊度的增加均呈正相关性。 (3)稳定期：又称恒定期或最高生长期。处于稳定期的微生物，新增殖的细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，整个培养物中二者处于动态平衡，此时生长速度又逐渐趋向零。 稳定期的细胞内开始积累贮藏物，如肝糖、异染颗粒、脂肪粒等，大多数芽孢细菌也在此阶段形成芽孢。如果为了获得大量菌体，就应在此阶段收获，因这时细胞总数最高；这一时期也是发酵过程积累代谢产物的重要阶段，某些放线菌抗生素的大量形成也在此时期。 (4)衰亡期：稳定期后如再继续培养，细菌死亡率逐渐增加，以致死亡数大大超过新生数，群体中活菌数目急剧下降，出现了“负生长”，此阶段叫衰亡期。,第三节 产品的生理生化变化,产品的生理生化变化主要包括呼吸、发芽和胚胎发育等,一、呼吸作用,有氧呼吸,缺氧呼吸,葡萄糖,呼吸酶,氧,二氧化碳、 水,热量,有氧呼吸,缺氧呼吸,二、发芽,有些有机体产品如粮食、果蔬等在流通过程中，若水分、氧气、温湿度等条件适宜就可能发芽，其结果会使粮食、果蔬的营养物质在酶的作用下转化为可溶性物质，从而降低产品质量，甚至产生有毒的物质。,三、胚胎发育,这里主要指的是鲜蛋的胚胎发育。鲜蛋在流通过程中如果温度适宜，胚胎往往会发育成血环蛋，大大降低鲜蛋的质量。,臭氧灭菌消毒柜,第四节影响微生物生命活动的因素,一.基本概念 灭菌：用物理或化学方法杀灭物体上所有的微生物（包括病原微生物和非病原微生物及细菌芽胞、霉菌孢子等），称为灭菌。,消毒：用物理或化学方法仅能杀灭物体上的病原微生物，而对非病原微生物及芽胞和孢子不一定完全杀死，称为消毒。用来消毒的药物称为消毒剂。,消毒冲洗机,防腐：防止或抑制微生物生长和繁殖的方法称为防腐或抑菌。用于防腐的化学药品称为防腐剂。某些化学药物在低浓度时为防腐剂，在高浓度时则成为消毒剂。,无菌：指没有活的微生物存在。采取防止或杜绝一切微生物进入动物机体或物体的方法，称为无菌法。以无菌法操作时称为无菌操作。在进行外科手术或微生物学实验时，要求严格的无菌操作，防止微生物的污染。,二.常见的影响微生物生长与死亡的物理、化学因素 1.温度：加热灭菌 温度是影响有机体生长与存活的最重要的因素之一。它对生活机体的影响表现在两方面：一方面随着温度的上升，细胞中的生物化学反应速率和生长速率加快。在一般情况下，温度每升高10，生化反应速率增加一倍；另一方面，机体的重要组成如蛋白质、核酸等对温度都较敏感，随着温度的增高而可能遭受不可逆的破坏。,微生物的生长温度类型,2.氢离子浓度(pH)： 环境中的酸碱度通常以氢离子浓度的负对数即pH值来表示。环境中的pH值对微生物的生命活动影响很大，主要作用在于： 引起细胞膜电荷的变化，从而影响了微生物对营养物质的吸收；影响代谢过程中酶的活性；改变生长环境中营养物质的可给性以及有害物质的毒性。 每种微生物都有其最适pH值和一定的pH范围。在最适范围内酶活性最高，如果其他条件适合，微生物的生长速率也最高。大多数细菌、藻类和原生动物的最适pH为6.5-7.5，在pH 4-10之间也可以生长；放线菌一般在微碱性即pH7.5-8最适合；酵母菌、霉菌则适合于pH5-6的酸性环境，但生存范围在pH1.5-10之间。有些细菌甚至可在强酸性或强碱性环境中生活。,强酸和强碱具有杀菌力。无机酸杀菌力虽强，但腐蚀性大。某些有机酸如苯甲酸可用做防腐剂。强碱可用作杀菌剂，但由于它们的毒性大，其用途局限于对排泄物及仓库、棚舍等环境的消毒。强碱对革兰氏阴性细菌与病毒比对革兰氏阳性细菌作用强。,3.氧化还原电位： 氧化还原电位()对微生物生长有明显影响。环境中值与氧分压有关，也受pH的影响。pH值低时，氧化还原电位高；pH值高时，氧化还原电位低。 各种微生物生长所要求的值不一样。一般好氧性微生物在值0.1伏以上均可生长，以值为0.3伏0.4伏时为适。厌氧性微生物只能在值低于0.1伏以下生长。兼性厌氧微生物在0.1伏以上时进行好氧呼吸，在0.1伏以下时进行发酵。,4.辐射：紫外线杀菌、辐射杀菌 辐射是指通过空气或外层空间以波动方式从一个地方传播或传递到另一个地方的能源。它们或是离子或是是电磁波。电磁辐射包括可见光、红外线、紫外线、X射线和射线等。 (1)紫外辐射 紫外线是非电离辐射，以波长265-266纳米的杀菌力最强。紫外辐射对微生物有明显的致死作用，是强杀菌剂，紫外杀菌灯管在医疗卫生和无菌操作中广泛应用。由于紫外线穿透能力差，不易透过不透明的物质，故紫外杀菌灯只适用于空气及物体表面消毒。 (2)电离辐射 X射线与射线、射线和射线均为电离辐射。在足够剂量时，对各种细菌均有致死作用。常用于一次性塑料制品的消毒，也用于食品的消毒。,5.干燥： 水分是微生物的正常生命活动必不可少的。干燥会导致细胞失水而造成代谢停止以至死亡。微生物的种类，环境条件，干燥的程度等均影响干燥对微生物的效果。休眠孢子抗干燥能力也很强，在干燥条件下可长期不死，这一特性已用于菌种保藏，如用砂土管来保藏有孢子的菌种。在日常生活中也常用烘干、晒干和熏干等方法来保存食物。,6.渗透压： 水或其他溶剂经过半透性膜而进行扩散的现象就是渗透。在渗透时溶剂通过半透性膜时的压力即谓渗透压。其大小与溶液浓度成正比。 细胞脱水而引起质壁分离 水进入细胞内引起细胞膨胀，甚至使细胞破裂。 由于一般微生物 不能耐受高渗透压， 所以日常生活中常用 高浓 度的盐或糖 保存食物，如腌渍蔬 菜、肉类及蜜饯等。,7.超声波： 超声波具有强烈的生物学作用。超声波的作用是使细胞破裂，所以几乎所有的微生物都能受其破坏，其效果与频率、处理时间、微生物种类、细胞大小、形状及数量等均有关系。,8.重金属及其化合物： 一些重金属离子是微生物细胞的组成成分，当培养基中这些重金属离子浓度低时，对微生物生长有促进作用，反之会产生毒害作用；也有些重金属离子的存在，不管浓度大小，对微生物的生长均会产生有害或致死作用。因此，大多数重金属及其化合物都是有效的杀菌剂或防腐剂。其作用最强的是Hg、Ag和Cu。如：二氯化汞又名升汞，是杀菌力极强的消毒剂。0.1-1%浓度的硝酸银常用于皮肤的消毒。,9.有机化合物： 对微生物具有有害效应的有机化合物种类很多，其中酚、醇、醛等能使蛋白质变性，是常用的杀菌剂。 酚：酚又名石炭酸。它们对细菌的有害作用可能主要是使蛋白质变性，同时又有表面活性的作用，破坏细胞膜的透性，使细胞内含物外溢。当浓度高时是致死因子，反之则起抑菌作用。,甲酚：酚的衍生物。杀菌力比酚强几倍。甲酚在水中的溶解度较低，但在皂液与碱性溶液中易形成乳液。市售的消毒剂煤酚皂液（来苏尔）就是甲酚与肥皂的混合液，常用3-5%的溶液来消毒皮肤、桌面及用具等。 醇：它是脱水剂、蛋白质变性剂，也是脂溶剂，可使蛋白质脱水、变性，损害细胞膜而具杀菌能力。乙醇是普遍使用的消毒剂，常用于实验室内的玻棒、玻片及其他用具的消毒。50-70的乙醇便可杀死营养细胞；70%的乙醇杀菌效果最好，超过70%以至无水酒精效果较差。 甲醛：甲醛也是一种常用的杀细菌与杀真菌剂，效果良好。纯甲醛为气体状，可溶于水，市售的福尔马林溶液就是37-40的甲醛水溶液。,10.卤族元素及其化合物： 碘：是强杀菌剂。3-7%碘溶于70-83%的乙醇中配制成碘酊，是皮肤及小伤口有效的消毒剂。碘一般都作外用药。 氯气或氯化物：这是一类最广泛应用的消毒剂。 氯气一般用于饮水的消毒，次氯酸盐等常用作食品加工过程中的消毒。氯气和氯化物的杀菌机制，是氯与水结合产生了次氯酸(HClO)，次氯酸易分解产生新生态氧，这是一种强氧化剂，对微生物起破坏用。,11.表面活性剂： 具有降低表面张力效应的物质称为表面活性剂。这类物质加入培养基中，可影响微生物细胞的生长与分裂。如肥皂、漂白粉、洗衣粉等。,12.染料： 染料，特别是碱性染料，在低浓度下可抑制细菌生长。由于这些染料具有选择性抑菌的特点，故常在培养基中加入低浓度的染料配制成选择培养基。例如：碱性三苯甲烷染料，包括孔雀绿、亮绿、结晶紫等，对革兰氏阳性菌有很强的抑制作用。,13化学疗剂： 能直接干扰病原微生物的生长繁殖并可用于治疗感染性疾病的化学药物即为化学疗剂。它能选择性地作用于病原微生物新陈代谢的某个环节，使其生长受到抑制或致死。但对人体细胞毒性较小，故常用于口服或注射。化学疗剂种类很多，按其作用与性质又分为抗代谢物和抗生素等。,看书回答问题：,1.消毒柜的灭菌方法是 （ ） 判断题： 2.在同样温度下， 干热灭菌比湿热灭菌效果好。（ ） 3. 巴氏消毒法能完全杀死食品中的微生物，达到灭菌要求（ ） 作业：P61 10、12, 13题：名词解释：灭菌、消毒、防腐、无菌,包装工艺的气象环境学基础,概述,产品在运输之前必须进行包装，并加以必要的防护，才能保证其在运输、装卸、储存流通期间不受温度、湿度、雨水、太阳辐射、沙尘等气象环境因素的影响。因此，对包装设计人员来说，了解被包装产品的特点，气象环境条件及对运输包装件的影响，掌握运输对包装的要求等知识，对保证产品的包装质量，减少流通过程中的损失，具有十分重要的意义,一、气象因素,1、温度 温度与平均温度 高温和低温 温差,例如：金属材料高温下的变形；沥青油毡溶化；塑料在低温下变得硬脆；温差过大时的水气凝结，产品含水量的变化等,常用缓冲材料的性能指标（温度、耐候性）,2、湿度 高湿度加上适宜温度，将促进微生物的生长繁殖；高温高湿将加速金属的腐蚀等。低湿纸张、木材、皮革、塑料等干燥收缩，变形，龟裂。 3、风力 4、雨雪,5、太阳辐射,太阳光谱主要由紫外线(波长小于400nm)、可见光(波长在400760nm之间)及红外线(波长大于760nm)组成。在大气层外，紫外线占太阳光总光通量的7左右，经过大气层的吸收到达地面时所占比例已很小，一般不超过1。 紫外线对微生物有杀伤作用，大多数细菌只要日光照射12h就可死亡，其它微生物光照14h大多数也会死亡。 红外线有增热作用，可以使包装件的温度升高，可增加产品的温度，降低产品的含水量。另外，光照会对一些产品产生剧烈或缓慢的破坏作用，如酒类在光照下和空气中的氧发生反应而变浑浊；油脂会加速酸败；橡胶、塑料、纺织品、纸张在太阳光的作用下会加速老化。若产品的成分中含有不饱和的化学键，在日光的作用下，很容易发生聚合反应，例如丙烯腈、福尔马林(甲醛)、桐油等在光的作用下会发生结块沉淀现象。还有些产品如油布、油纸在太阳照射下会氧化放热，若不及时散热，不仅会加速这些产品的氧化，而且还可能自燃而引起火灾。所以，一般情况下光照会加速被包装产品或外包装材料的物理化学变化，使包装件或内装物受到损害。,二、环境因素,气压 臭氧 沙尘和灰尘 盐雾 其他化学气体 如：二氧化硫、硫化氢、氯化氢、氯气等,三、流通环境与包装保护,1、环境因素的综合效应 自然环境因素并不是单独存在的，大气的固有特性，如温度、湿度和气压是始终存在的，它们彼此间相互影响，还可能与存在的其它环境因素相互作用。为了分析环境因素的实际综合作用，最好成对地对它们进行研究，然后将一对因素中的任一种因素与其它因素配对，如重复这一过程，就可确定各种可能的综合效应。各种环境因素的综合效应及综合后对原单一环境因素效应的加强、抵消或保持原样的情况如下： (1)高温与潮湿。高温有助于增加潮气的渗透速率，而潮气的一般损坏能力也因高温的作用而加强。,(2)高温与低气压。高温与低气压这两种环境因素的关系非常密切，因为随着气压的降低，各种包装材料的脱气率会增加，而随着温度的增加，脱气率也会增加，所以，高温与低气压中任何一个因素都有助于加大另一个因素的影响作用。 (3)高温和盐雾。高温有助于增加盐雾所引起的腐蚀速率，不管是包装物还是被包装物都是如此。 (4)高温和太阳辐射。高温和太阳辐射有着天然的联系，辐射越强，温度越高，它使得包装材料，尤其是有机包装材料的损害加强。 (5)高温和霉菌。霉菌和微生物生长依赖较高的温度，但当温度超过71，霉菌和微生物将停止生长。,(6)高温和砂尘。高温可加速砂尘的腐蚀速率，但同时又能降低砂尘的贯入速率。 (7)低温和湿度。绝对湿度通常随着温度的降低而降低，但是低温使蒸气凝聚，如果温度足够低，则水汽结成霜或冰。 (8)低温和低气压。低温和低气压两种因素的综合作用能够加剧密封件的泄漏。 (9)低温和盐雾。低温会降低盐雾的腐蚀速率，这对包装有一定的保护作用。,(10)低温和太阳辐射。低温将有助于减少太阳辐射的效应。 (11)低温和沙尘。低温会加强沙尘的贯入效应 (12)低温和霉菌。低温可抑制霉菌的生长，当温度在0以下时，霉菌将处于假死状态。 (13)低温和臭氧。在低温状态下臭氧的影响会减少，但是其浓度随着温度的降低而增加。 (14)湿度和低气压。湿度会增加低压效应，尤其是电子器材设备。但是，这两种因素综合的实际效应，要由环境温度来确定。 (15)湿度和盐雾。高湿可稀释盐的浓度，但盐的腐蚀作用依然存在。 (16)湿度和霉菌。湿度有助于霉菌和微生物的生长，但对它们的功效没有助长作用。,(17)湿度和砂尘。砂尘与水有天然的亲和性，因此，湿度大时，它们的综合效应将增加对包装物的损害。 (18)湿度和太阳辐射。湿度可加强太阳辐射对有机包装材料的损坏。 (19)湿度和臭氧。由于臭氧与水蒸气反应形成过氧化氢，过氧化氢对塑料和橡胶的损害程度比水蒸气和臭氧单独破坏能力叠加起来更严重。 (20)太阳辐射与低气压。太阳辐射与低气压两种因素的综合对总的效应没有增加。,(21)太阳辐射和霉菌。由于太阳辐射会导致发热，因此这两种因素相结合很可能产生如高温和霉菌那样的综合效应。但是，未经滤光的光辐射有杀菌作用。 (22)太阳辐射与臭氧。太阳辐射与臭氧的综合作用增加了材料的氧化速率。 (23)霉菌与臭氧。霉菌可被臭氧杀灭。,2、包装保护,流通环境条件的参数化 国际电工委员会将环境按条件、性质的不同分为气候条件、生物条件、化学活性物质、机械活性颗粒和机械条件等5类，并将这5类条件分为45种参数，每种参数又按严酷程度分