食品微生物(1)

1、食品微生物学food microbiology浙江大学ZheJiang University2015.31食品微生物学课程情况1.课程性质：专业基础课，必修课2.教学学时数： 上课 32学时 实验 30学时3.教材：郑晓冬主编 食品微生物学（浙大出版社）、江汉湖，食品微生物学，中国农业出版社2食品微生物学参考书周德庆，微生物学教程（第2版），高等教育出版社，2006，经典教材沈萍主编，微生物学，高等教育出版社，2000，经典教材黄秀梨 ，辛明秀 主编，微生物学（第3版），高等教育出版社，2009，附带光盘中拉丁学名的读音翁连海主编，食品微生物基础与应用，高等教育出版社，2010，附带光盘中微生

2、物实验的示意图何国庆 ，食品微生物学 ，中国农业大学出版社3 章 节一、绪论二、食品微生物形态与分类（一）三、食品微生物形态与结构（二）四、食品微生物形态与结构（三）五、微生物的营养与代谢六、微生物在食品环境中的生长七、微生物的遗传与育种八、微生物的污染及腐败变质九、微生物在食品制造中的应用十、食品微生物学检验十一、食品微生物质量控制4绪论第一章5一、什么是微生物 微生物（microorganism）是指一类形体微小（一般小于0.1mm）、结构简单、肉眼看不见它们的个体，必须借助光学显微镜或电子显微镜才能看清它们的个体的一类微小生物的统称。 从进化的角度看，微生物是比较原始的生物。6分类：生物

3、非细胞生物细胞生物原核生物真核生物高等动植物低等动植物藻类真菌类原生动物 高等藻类低等藻类细菌、放线菌、蓝细菌病毒、噬菌体7二、微生物的特点8（一）个体小，结构简单个体小:通常以m（1m = 10-3mm ）或 nm（1nm = 10- 3m）表示 杆菌的平均长度：2 微米； 1500个杆菌首尾相连= 一粒芝麻的长度； 10-100亿个细菌加起来重量 = 1毫克9面积/体积比：人 = 1，大肠杆菌 = 30万； 这样大的比表面积特别有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息的交换。微生物的其它很多属性都和这一特点密切相关。结构简单：原核生物都是单细胞真菌有些是单细胞，有些是简单的多细胞病毒和噬菌

4、体由核酸和蛋白质外壳组成，无细胞结构 10（二）分布广，种类多微生物分布广泛， 人迹可到之处，微生物的分布很多，而人迹不到的地方，也有大量的微生物存在！可以说无孔不入，但分布的密度不一样，随着外界环境的变化而变化。 一般有机质含量多的地方，微生物种类和数量就多，而营养缺乏、条件恶劣的地方就少。 11海底有细菌 南极海底427m沉积岩找到了细菌太空 利用火箭从74公里高空中采到微生物纸币 2100万肠道 100万亿个左右喷嚏 1-2万个飞沫 细菌4500-150000个患感冒（变质） 8500万个121314种类多， 代谢类型多 代谢产物多 微生物总数多。 大肠杆菌（Esherichia col

5、i）能产生20003000种不同的蛋白质； 到1984年为止，找到的抗生素有9000种，其中微生物产生的抗生素占97%。虽然目前已定种的微生物只有大约10万种，远较动植物为少，但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物总数的1%15（三）适应力强，易变异 适应力很强，几乎是无孔不入，无“微”不至。 微生物最擅长的本领：能及时形成休眠细胞，然后长期进入休眠状态。 抗热：自然界中细菌生长的最高温度可以达到121 ；有些细菌的芽孢，需加热煮沸8小时才被杀死；抗寒：有些微生物可以在12 30的低温生长；抗酸碱：细菌能耐受并生长的pH范围：pH 0.5 13；耐渗透压：蜜饯、腌制品，饱和盐水

6、（NaCl, 32%)都有微生物生长；抗压力：有的细菌能在265个大气压；16在生产实践中，利用易变异的特点，来诱变育种，使之适应于人们提供的条件，满足人们提高产量或简化工艺的需要。 1943年分离得到的青霉素产生菌，发酵单位只有20单位/mL，通过30多年的不断育种，已超过10000单位/mL； 酱油生产用的米曲霉，用紫外线处理后，制曲由原来的两天，缩短为1天。易变异17（四）生长快，培养容易胃口大 消耗自身重量2000倍食物的时间： 大肠杆菌：1小时人 ：500年（按400斤/年计算）繁殖速度快，一般细菌在最适合的条件下，每隔2030min，就可繁殖一代。109大肠杆菌重1mg，平均20分

7、钟繁殖一代48小时后2.2 10 43个后代，重量达到2.2 1025 吨18容易培养： 微生物对营养要求不高，原料来源广泛，麸皮、豆饼粉、酒糟等；反应条件温和，不需要复杂、昂贵的设备。 微生物在自然界的物质循环过程中起到了重要的作用，同时也被广泛地应用到生产实践中。特别是在当前的新技术革命的浪潮中，微生物工程已经作为生物工程的突破口而得到迅速发展。一头500 kg的食用公牛，24小时生产 0.5 kg蛋白质,而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）和氨水为原料，24小时可以生产 50000 kg优质蛋白质。19（五）起源早，发现晚起源早：38亿年前，生命在海洋中出现26亿年前，陆地上就

8、可能存在微生物发现晚：300多年前人们才真正发现微生物的存在20第二节 微生物学的发展史法国人巴斯德（Louis Pasteur）18221895）德国人柯赫（Robert Koch）（ 18431910）荷兰人列文虎克（Antony van leeuwenhoek）1632 1723）21一.微生物学的启蒙时代形态学期 16世纪，列文虎克首次制成了放大200300倍的显微镜，观察了不同物质，包括雨水、酒、牙垢、有机物质浸出液，并在其中看到了各种微小物体微生物。列文虎克利用业余时间制造过400多架单式显微镜和放大镜，放大率一般为50200倍，22二.微生物学的奠基时代生理学期 微生物学的建立和

9、发展是19世纪50年代开始的。伟大的微生物学科学家巴斯德（Pasteur, 18221895年），不仅在理论方面作出了贡献，而且在实用方面也造福于人类。（一）在农业方面 解决了蚕的息粒子病，挽救了法国的养蚕业，他的理论在俄国学者施列辛格、维诺格拉斯基的著作中得到了发展，后者发现了微生物中的新的营养类型自养微生物。23（二）在工业方面 他解决了酒的变质的问题。把含有杂菌的酒溶液经适当加温处理（60），杀死其中不耐热的微生物，后来称为“巴氏杀菌法”。证实了发酵是有微生物引起的（三）在医学方面 研究了几种对人和牲畜危害很大的疾病，如鸡霍乱、牛和羊的炭疽病、人的狂犬病，并发现了引起这些病害的病原体，并

10、创造了免疫学原理和预防接种的方法。2425巴斯德的主要贡献否定了自生说免疫学-提出了预防接种措施（制备了狂犬疫苗）提出了巴氏杀菌法，证实发酵由微生物引起（酒精发酵）其他：消毒法、家蚕软化（病原学说）26柯赫的贡献1.第一个发明了微生物纯培养他用固体培养高级进行了细菌的分离，使复杂的微生物分离方法变得简便易行2.对病原菌的研究做出了突出贡献证实了炭疽病是由炭疽菌引起的，结核病是由结核杆菌引起的。创立了柯氏法则：即某一种微生物是否是相应疾病的病原菌的基本原则27三.微生物学发展的新阶段分子生物学阶段 20世纪以来，由于生物化学和化学分析技术等学科的发展，促进了微生物学从细胞水平、亚细胞水平进入分子

11、水平。 尤其是70年代基因工程的发展，这将为人类控制自然、改造自然、创造新物种、提高工农业生产水平，打下了理论基础。28第三节 食品微生物学的研究对象、范围及发展一.食品微生物学的研究对象 食品微生物学（food microbiology）是专门研究微生物与食品之间的关系的一门学科。 它是一门综合性的学科，融合了普通微生物学、工业微生物学、医学微生物学、农业微生物学和食品有关的部分，同时又渗透了生物化学、机械学和化学工程的有关内容。29食品微生物学的研究内容：1. 研究与食品有关的微生物的活动规律2. 研究如何控制有害微生物，防止食品发生腐败变质3. 研究有益微生物，为人类制造食品4. 研究检

12、测食品中微生物的方法，制定食品中微生物指标，从而为判断食品中的卫生质量提供科学依据。30二.食品微生物学的发展 公元前6000年左右，人类已经掌握了酿酒和食物保藏的技术； 公元前3000年，埃及人就会使用牛奶、白脱油和乳酪； 公元前1000年，罗马人创造了用雪保藏食品的方法，并发明了一种新的食品保藏方式烟熏肉技术； 1795年，罐头问世； 1837年，巴斯德证明了牛奶变酸是由微生物所引起的，并在1860年首次利用加热杀死酒中的致病微生物。 由于人类生活的发展，食品微生物学作为一门学科不断得到发展和深入。31原核微生物的形态与结构第一章32第一节 概 论一 原核微生物与真核微生物二、微生物的分类

13、33原核微生物原核生物乃拥有细胞的基本构造并含有原核、细胞质、细胞膜、细胞壁（有些如鞭毛芽孢荚膜等特殊结构的细胞）。细胞壁不包括所有的原核生物，原核生物有一个例外：原核生物中，除了支原体，其余的都有细胞壁；支原体是唯一不具有细胞壁的原核生物。34 原核微生物 真核微生物核膜+核仁+DNA1条，不与RNA和组蛋白结合1条至数条，与RNA和组蛋白结合核糖体70S，在细胞质中80S，细胞质中70S，某些细胞器中细胞器线粒体，叶绿体，高尔基体，内质网中间体+一、原核微生物与真核微生物的区别35 原核微生物 真核微生物细胞膜甾醇（除支原体外）+呼吸链位置细胞膜中间体线粒体细胞壁组成肽聚糖或脂多糖几丁质，

14、多聚糖或寡糖基因重组接合、转导、转化有性过程细胞分裂二分裂有丝分裂、减数分裂运动器官较细的鞭毛（中空管）较粗的鞭毛（9+2结构）或纤毛36真核微生物细胞模式图原核微生物细胞模式图3738二、微生物的分类微生物分类学是一门按微生物类群的亲缘关系把它们安排成条理清楚的各种分类单元或分类群（Taxon）的科学分类学的任务分类（Classification）：是指根据相似性或亲缘关系，将一个有机体放在一个单元中命名（Nomenclature）：是按照国际命名法规给予有机体一个科学的名称鉴定（Identification）：是指确定一个新分离物是否归属于某个已命名的分类单元的过程。39(一)微生物的分类

15、单位及命名1. 微生物的分类单位界（Kingdom）门（Phylum or Division）纲（Class）目（Order）科（Family）属（Genus）种（Species）种是最基本的分类单位。但分类单元之间科加入亚门、亚纲、亚目、亚科等次要分类单位。种以下又可分为亚种、变种、型、菌株等40微生物种的概念：种(Species) 它是一大群表型性状特征高度相似，亲缘关系极其接近的与属内其他种有明显差异的菌株的总和，即是以某个“典型菌株”为代表、十分类似的菌株的总称。1987年，国际细菌分类委员会颁布，DNA同源 70%，而且其Tm5oC的菌群为一个种亚种（Subspecies)在种内，有

16、些菌株在遗传学上关系密切，而且在表型上仅存在较小的某些差异，在种内分成2个或2个以上的分类单位，即为亚种亚种以下 生物变型表示特殊的生化或生理特征 血清变型表示抗原结构不同 致病变型表示某些寄主的专一致病性 噬菌变型表示对噬菌体的特异性反应 形态变型表示特殊的形态特征41菌株：不同来源的相同种，如每一个从自然界分离到的 微生物纯培养都可以称为一个菌株，菌株常用数字，地名或符号来表示。属（genus） 通常把具有某些共同特征或密切相关的种归为一个属由于微生物属间差异比较大，而属的划分也没有客观标准422 微生物命名法微生物的命名按国际命名法命名，即“双名法”每一种微生物都用属与种命名，由2个拉丁

17、词或希腊词或拉丁化了的其他文字组成。属名和种名用斜体表达属名在前，用拉丁名词表示微生物的构造、形态、某科学家名字等，描述微生物的主要特征。第一字母大写种名在后，第一字母小写。用拉丁形容词表示，描述微生物的色素、形状、来源、病名、地名、某科学家的名字等等在种名后，附上命名者的姓和命名年份43如命名对象是新种，需在种名后加n.sp (即novo species)如仅泛指某一属的微生物，或某属微生物内的某些种，则在属名后用sp.（单数时）或spp.（复数时）如需表示亚种，则在种名后亚种学名前加subsp. 变种学名命名原则与种名的命名同枯草芽孢杆菌：Bacillus subtilis Cohn 18

18、75学 名= 属 名 + 种名 + 命名人姓氏+ 命名时间亚种 subsp（subspeicies） 变种 var.（variety）荧光假单胞菌纤维素亚种 Pseudomonas fluorescens subsp.cellusae44(二) 生物分类学的发展概况1753年，林奈 两界系统 （植物界 动物界） 1866年，Haeckel 三界系统 （植物界 动物界 原生生物界）1938年，Copeland 四界系统 （原核生物界、原始有核界 后生植物界 后生动物界）1969年，Whittakder （五界系统 植物界 动物界 原生生物界、真菌（菌物）界 原核生物界 ） 近年来，陈世骧 六界系

19、统（植物界 动物界 原生生物界、真菌界 原核生物界 病毒界 ）70年代末 武斯 三原界学说 古细菌 (古生菌) 细菌 真核生物 45图2-2 生物界极的学说发展 两 界 三 界 四 界 五 界 六 界 三元界(1753) (1860) (1956) (1969) (1979) (1978) (注:阴影部分为微生物)4647(三) 微生物的分类方法细胞组分水平蛋白质水平分子生物学水平数值分类法经典分类方法现代分类方法481 经典分类鉴定方法是相对于现代的分类鉴定方法而言的，通常指长期以来，在常规鉴定中普遍采用的一些形态，生理，生化，生态，生活史和血清学反应等指标微生物的分类的依据49经典指标群体

20、 菌落形态，在固体、一培养基中生长状态个体：细胞形态、染色反应、各种特殊构造营养要求 能源C、N 源生长因子生理生化： 酶产酶种类和反应特性 代谢产物种类产量、显色反应生态特性：生长温度、对氧需求，宿主种类血清学反应噬菌体敏感性生活史特点502 现代分类鉴定方法 DNA碱基比例的测定（GCmol%） DNA碱基比例主要是指G+C mol%值,即是指鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C) 在正个DNA中摩尔百分比。细菌含量变化范围在25%75%，放线菌在37% 51%。2 种之间差异超过10%，肯定不是同一个种。（1）分子生物学分类方法51 DNA双螺旋中，AT间H键，结合较弱，GC三个H键结合较牢 ，双链

21、DNA在一定离子强度和PH下不断加热变性时，随着碱基间H键不断打开，双链不断变性成单链，从而单链核苷酸碱基在260NM处紫外吸收明显增加，引起增色效应，一旦双链完全变成单链，紫外吸收就增加。这种由增色效益而反映出的H键被打开而热变性过程量在一个狭窄的温度范围内完成的。在热变性过程中，紫外吸收增加的中点值所对应的温度即为Tm值。所以利用上增色效益测定Tm值可反应仅应不同微生物DNA中3GC的值。解链温度（Tm值，temperature）52核酸分子杂交是印记技术的一种.印记技术有：DNA印记技术（Southern blotting,1975）RNA印记技术(Northern blotting,1

22、978)蛋白质印记技术（West blotting,1979）电泳蛋白质印记技术（East blotting）核酸分子杂交53 核酸分子杂交是指在适宜的温度及离子强度等条件下具有同源性的两条核酸单链可按碱基互补原则复性杂交形成双链的过程。54杂交百分率高（同种）杂交百分率居中（二者亲缘关系近）不能杂交（无亲缘关系）加热解链55聚合酶链式反应（Polymerase chain reaction,PCR）PCR是一种在体外模拟自然DNA复制过程的核酸扩增技术，既无细胞分子克隆技术。它以待扩增的两条DNA链为模板，由一对人工合成寡核苷酸的引物介导,通过DNA聚合酶酶促反应，快速体外扩增DNA序列。5

23、657年 Mullis 因此获得诺贝尔奖5859DNA标记技术广义的分子标记是指可遗传的并可检测的DNA序列或蛋白质。狭义分子标记是指能反映生物个体或种群间基因组中某种差异的特异性DNA片段。60RFLP技术限制性片段长度多态性 (restriction fragment length polymorphism) 是发展最早的DNA标记技术。RFLP是指基因型之间限制性片段长度的差异，这种差异是由限制性酶切位点上碱基的插入、缺失、重排或点突变引起的。6116srDNA(18SrDNA)微生物系统发育分析 原核生物细胞中的16S rDNA 和真核生物细胞中的18S rDNA的碱基序列都是十分保守

24、的，不受微生物所处环境条件的变化、营养物质的丰缺的影响而有所变化，都可以看作为生物进化的时间标尺，记录着生物进化的真实痕迹。因此，分析原核生物细胞中的16S rDNA 和真核生物细胞中的18S rDNA的碱基序列，比较所分析的微生物与其他微生物种之间16S rDNA和18S rDNA序列的同源性，可以真实地揭示它们亲缘关系的距离和系统发育地位。 62RAPD技术RAPD（ Random Amplified Polymorphic DNA）随机扩增的多态性DNA技术是1990 年发明并发展起来的，RAPD是建立在PCR (Polymerase Chain Reaction)基础之上的一种可对整个

25、未知序列的基因组进行 多态性分析的分子技术。其以 基因组DNA 为模板， 以单个人工合成的随机多态核苷酸序列( 通常为10 个碱基对) 为引物，在热稳定的DNA 聚合酶( Taq 酶) 作用下，进行PCR 扩增。扩增产物经琼脂糖或聚丙烯酰胺电泳分离、溴化乙锭染色后，在紫外透视仪上检测多态性。扩增产物的多态性反映了基因组的多态性。RAPD 技术现已广泛的应用于生物的品种鉴定、系谱分析及进化关系的研究上。63（2） 化学分类法（Chemotaxonomy） 根据微生物细胞的特征性化学组成分对微生物进行的分类方法细菌细胞化学组分在分类上的应用64（3） 数值法分类法数值分类法又称阿得逊氏法（Adan

26、sonian classification) 以两两菌株的形态、生理生化特征，对环境的反应和忍受性及生态特征为依据由计算机计算两者之间的总近似值，列出相似值矩阵，将相似度高的菌株列在一起，然后将矩阵图转换成树状谱（Dendrogram)6575%相似度的表观群可视为同一种，比值达65%以上者可归入同一属66 表1-3 数值分类法与传统分类法的比较项目传统分类法数值分类法分类原则所用特征有主次之分所用特征不分主次鉴定项目较少 多数据整理人工统计计算机统计检索方法确定种属使用双歧检索表主要特征相同为属次要特征相同者为种根据相似系数大小相似系数大为种相似系数小为属67第二节 细菌（Bacteria)

27、一、菌体形态二、菌体大小三、细菌细胞的构造四、细菌的繁殖和菌落的形成五、细菌的分类六、食品中常见的细菌681 球形菌一、菌体形态(Bacterial form)自上而下： 双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌69肺炎球菌链球菌葡萄球菌707172 蜡状芽孢杆菌 梭状芽孢杆菌 伤风梭菌Salmonella enteritidisListeria monocytogenesClostridium botulinum733 螺旋菌（spirilla）弧菌（vibrio)：螺旋周数不足一圈细菌螺菌（spirillum)：26圈小型、坚硬的螺旋状细螺旋体（spirochaeta)：螺旋周数超6周

28、，体长柔软弧菌鞭毛偏端生，螺菌鞭毛两端生74梅毒密螺旋体 霍乱弧菌迂回螺菌753.细菌的特殊形态76E.Coli长2m，宽0.5m1500个相当一粒芝麻长 Streptococcus lactis 0.51 Staphylococcus aureus 0.81Escherichia coli 0.5 x (13)Proteus vulgaris 普通变形杆菌 (0.51) x (13)Bacillus subtilis 枯草芽孢杆菌 (0.81.2) x (1.23) Vibrio cholerae 霍乱弧菌 (0.30.6) x (13) Spirillum volutans 迂回螺菌 (1

29、.52) x (1020)二、菌体大小（宽x长，常用单位m）球菌 用直径， 杆菌 长X宽表示77影响测量因素： 个体差异 干燥、固定使菌缩短 染色方法不同大小不同 菌龄不同 环境条件，如：渗透压细菌测量方法：显微镜测微尺显微照相后根据放大倍数进行测算78测量方法：测微尺长度单位：微米表示方法： 球菌：直径 杆菌：长*宽 螺菌：长、宽79三、细菌细胞构造夹膜(Capsule)鞭毛(Flagella)纤毛(Pili)芽孢(Spore)胞囊(Cyst)基本构造特殊构造细菌细胞构造模式图细胞壁(Cell wall)细胞膜(Cell membrane)细胞核 (Cell nucleus)细胞质(Cyto

30、plasm)8081（一）细菌细胞壁和革兰氏显色反应1 cell wall一层包围在细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧、略具弹性的结构，占细胞干重的10%25%2 功能1）固定细胞外形2）协助鞭毛运动3）保护细胞免受外力的损伤4）为细胞生长、分裂、运动必需5）阻碍抗生素、蛋白酶等大分子进入 6）与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性密切相关82革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌3 细胞壁的结构83特征GG+强度疏松坚韧厚度薄，510nm厚，2080nm肽聚糖层数少，13层多，多达50层肽聚糖含量少（1020）高（5090）磷壁酸外膜类脂质含量较高一般无蛋白质含量较高无 革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁构

31、造上的比较 G与G肽在细胞壁结构上的显著差异，导致这两类菌在染色反应、抗原性、毒性以及对溶菌酶和某些抗生素的敏感性等等方面，都有很大的不同。84G+ 菌的特殊组分:磷壁酸及一些表面蛋白膜磷壁酸壁磷壁酸肽聚糖细胞膜磷脂蛋白质细胞壁85脂质双层G- 菌的特殊组分:外膜细胞膜肽聚糖微孔蛋白 脂多糖脂蛋白营养结合蛋白外膜86双糖单位：NAG和NAM以 1，4糖苷键连接。 溶菌酶水解此位点.四肽尾或四肽侧链：四个L型与D型交替连接。 L-Ala D-Glu L-Lys D-Ala肽桥：Gly五肽连接两个四肽尾。细菌肽聚糖100多种，主要是肽桥有变化。双糖单位中的-1,4-糖苷键很容易被溶菌酶所水解，从而

32、引起细菌因肽聚糖细胞壁的“散架”而死亡。（1）肽聚糖87888990G与G肽聚糖的差别： 四肽尾第三个氨基酸为内消旋二氨基庚二酸（m-DAP） 没有特殊肽桥，两单体连接前一四肽尾的第四个氨基酸D-Ala羧基与后一个四肽尾第三氨基酸m-DAP氨基直接连接 91膜磷壁酸：跨越肽聚糖层与CM交联。含量与培养条件关系不大。又叫脂磷壁酸。可用45%热酚水提取，也可用热水从脱脂的冻干细菌中提取。化学上可分为两种： 甘油磷酸 核糖醇磷酸。壁磷壁酸：与肽聚糖共价结合，含量与培养基有关。按其在细胞壁上的结合部位可分为两种：G+菌细胞壁特有的酸性多糖。（2） 磷壁酸（teichoic acid）92磷壁酸的主要生

33、理功能为： 协助肽聚糖加固细胞壁；提高膜结合酶的活力。因磷壁酸带负电荷，可与环境中的Mg等阳离子结合，提高这些离子的浓度，以保证细胞膜上一些合成酶维持高活性的需要；贮藏磷元素；调节细胞内自溶素的活力，借以防止细胞因自溶而死亡；作为某些噬菌体特异性吸附受体；赋予G细菌特异的表面抗原，因而可用于菌种鉴定；增强某些致病菌（如A族链球菌）对宿主细胞的粘连，避免被白细胞吞噬，并有抗补体的作用。93脂蛋白（lipoprotein）：共价键使外膜层牢固连接在肽聚糖内壁层。 孔蛋白（porin）： 36000蛋白亚基构成的三聚体，中间1nm孔，控制抗生素进出。已知非特异孔蛋白（任何亲水分子进出）和特异孔蛋白（

34、几种特异物质进出）（3）外膜蛋白94（4）脂多糖 (Lipopolysaccharide，LPS)组成：类脂A、核心多糖、 O-抗原。 G菌的内毒素。功能： 类脂A是G致病物质内毒素物质基础；负电，与磷壁酸相似，吸附阳离子；LPS结构多变，决定Ag多样性；噬菌体表面吸附受体；部分选择性屏障；95 脂质双层脂多糖(LPS):由脂质A,核心多糖和特异性多糖组成脂质A:内毒素生物活性主要组分,无种属 特异性核心多糖:有属特异性特异多糖: G-菌的菌体抗原(O抗原), 有种特异性96周浆间隙:多种酶及特殊结合蛋白,对细菌获取营养,解除有害物质的毒性等方面有重要作用.脂质双层细胞膜肽聚糖微孔蛋白 脂多糖

35、脂蛋白营养结合蛋白外膜周浆间隙97细菌细胞壁缺陷型（细菌L型）定义：由于肽聚糖受抑制或破坏而失去细胞壁 细菌。 原生质体 protoplast: 革兰阳性菌L型 原生质球 spheroplast:革兰阴性菌L型 98细菌L型的意义 在高渗环境中仍能生存，具有致病性，常引起慢性感染，如尿路感染、骨髓炎、心内膜炎等； 由于形态结构和特性发生变异，给临床诊断和治疗造成困难。葡萄球菌L型994 革兰氏染色(Gram staining) 1884年， 丹麦医生C.Gram发明的鉴别方法。 原理：主要依据细胞壁特殊化学组分不同。 通过结晶紫初染和碘媒染操作形成不溶的结晶紫碘复合物。G因CW厚，肽聚糖交联密

36、，使用乙醇后脱水使孔紧密，再加上不含脂类不会被乙醇溶解，故复合物被牢牢滞留在细胞壁内，呈现为紫色 G正相反，复合物极易被溶出细胞壁，使用番红等碱性染料复染后，呈现红色。操作步骤： 细菌菌体涂片固定结晶紫染色碘液媒染乙醇脱色沙黄或番红复染1001015.细菌的染色方法102103（二）细胞膜（Cell membrane）定义：也称细胞质膜（Cytoplasmic membrane）、质膜，是围绕在细胞质外面的一层柔软而富有弹性的半透性薄膜，厚约7.5-10nm，占细胞干重的10%左右。通过质壁分离、选择性染色、原生质体破裂、电子显微镜观察，可以证明细胞膜的存在。电镜下，暗明暗的双层结构。组成：蛋

37、白质 60%70%，脂类 20%30%，少量糖蛋白、糖脂、微量核酸1 细胞膜的性质与结构1041972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（G.L.Nicolson）提出“流体镶嵌模型图”（fluid mosaic model）1）膜主体脂双分子层 2）流动性3）蛋白镶嵌或贯穿或浮在表面4）不对称性105磷脂双分子层存在有序无序结构之间的动态平衡膜蛋白分布的镶嵌性、运动型和不均匀性负电荷细胞膜具有-20-150mV的电位差1977年，Jain 和 White）提出“板块模型1062 细胞膜的功能功能生物合成物质转运分泌呼吸107不同种类细菌的膜在其结构和功能方面存在很大差异。这种差异非常

38、巨大且具有特征性，因此膜化学可被用于对细菌进行鉴定。 控制细胞内外营养物质和代谢产物的运送与交换；维持细胞内正常渗透压的屏障作用；合成细胞壁各组分（脂多糖、肽聚糖、磷壁酸）和夹膜的场所进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；多种酶和电子传递链组分的所在部位；鞭毛的着生点和提供起运动所需的能量。1083 中间体（Mesosome）是细胞膜局部内陷折叠而成的一种管状、层状或囊状结构，与细胞壁合成、核质分裂、细胞呼吸和芽孢形成有关，多见于G菌。109（三）细胞质（Cytoplasm)定义:除核质体外的半透明、胶状、颗粒状物质。含水量80左右。包括:核糖体 ribosome 是蛋白质合成的场所 沉降系数

39、为70S，由50S和30S两个亚基组成。 核糖体是某些抗生素的作用靶点，可抑制细菌蛋白质的合成。如： 链霉素 30S 红霉素 50S1102. 质粒 plasmid 是存在于细菌胞质中的闭合环状双链DNA，为染色体外的遗传物质。质粒带有遗传信息，控制细菌某些特定的遗传性状。如编码菌毛、细菌素、毒素和耐药性等。是染色体外的遗传物质；为闭合环状的双链DNA，控制细菌某些特定的遗传性状；能独立复制并传代；非细菌生命活动所必需；可整合、 可重组可消除 （高温、吖啶橙或丝裂霉素）可通过接合、转导将有关性状传递给其他细菌。111细菌质粒的种类抗药性质粒（R）接合质粒 （F）细菌素质粒 降解质粒Ti质粒固氮

40、质粒1123 贮藏物（reserve materials）（1）聚- -羟丁酸（Poly-b-hydroxybutyric acid，PHB)为细菌所特有，为3-羟基丁酸的直链聚合物贮藏能量、碳源、降低细胞渗透压。革兰氏染色时此物不易着色，但可被苏丹黑着色。根瘤菌属和固氮菌属中细菌常有积累1929年被发现，无毒、可塑、易降解，生产医用塑料、生物降解塑料的好材料。巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）113（3） 藻青素（cyanophycin）和藻青蛋白（phycocyanin）又称捩（lie）转菌素（volutin)，美蓝或甲苯胺蓝染为红紫色，无机偏磷酸聚合物，线状分子。颗粒

41、大小：0.51.0m，作用：贮存磷和能量，降低渗透压。（2）异染颗粒(metachromatic granules)蓝细菌中光合色素为内源性氮源，储备能源，颗粒状，Arg和Asp1：1的分支多肽。114（6）淀粉粒（granulose）和肝糖粒（glycogen）又称羧酶体若干自养菌中含有的多角形或六角形细胞内含物，10nm，含1，5二磷酸核酮糖羧化酶，固定CO2作用。（4）羧化体（carboxysome） 为碳源和能源的贮存物质，有的细菌积累淀粉颗粒，碘液染为深蓝色；在真细菌以糖原为多，碘液 染褐色。（5）硫粒（sulfur droplet）某些化能自养型硫细菌贮存能量的物质。这些细菌在氧化

42、硫化氢时获得能量，并以硫滴行驶贮存硫元素1154气泡 某些水生细菌如蓝细菌，某些光合细菌、盐细菌细胞内贮存气体的特殊结构。气泡是由许多小的气囊组成，气泡大小、多少形状谁细菌种类而异。 气泡使细胞保持浮力，从而是细菌生活在他们所需的水层位置以获得气体、养分和光。116（四）细胞核（Cytoplasm)位于细胞质内，无核膜，无核仁，仅为一核区，称为拟核（Nucleoid）或原核(Protonucleus) 只有一条染色体(Chromosome)，主要为DNA，还有少量RNA和蛋白质，但无组蛋白 染色体为双螺旋的大分子链构成的环形结构。静止期呈球形或不规则的棒状或哑铃形 DNA总长0.253mm,

43、E.coli DNA 长1mm, MW为 3x109Da, 约5x106bp, 至少含5x103个基因 细菌细胞活跃生长时，复制先于细胞分裂而细胞内往往有24个核区，低速生长时可见有12个核区117（五）细菌细胞的特殊构造1 荚膜（capsule）定义：某些细菌在一定的营养条件下向细胞外分泌的一层粘性物质分类：荚膜或大荚膜（Macrocapsule) 有一定外形，厚约200nm，粘性较大，稳定微荚膜(Microcapsule)厚度在200nm以下，于细胞接合较紧，不易观察到粘液层(Slime layer)较疏松，无明显形状，可悬浮于基质中，增加培养液黏度118污染食品后产生黏液状物黏附于牙齿表

44、面引起龋齿 功能保护细胞免受干燥影响，增强某些病原菌的致病能力，抗宿主细胞的吞噬作用；储存养料，以备营养缺乏时重新利用；堆积某些代谢废物；可以使菌体粘附于适当的物体表面；利用生产代血浆（右旋糖酐） 黄原胶；用于食品增稠剂、钻探危害1192 鞭毛 （Flagella)定义某些细菌在细胞表面伸出细长、波曲、毛发状的附属丝状物即为鞭毛，主要功能是运动特征长度常为菌体的若干倍，最长可达70mm，直径为1020nm。暗视野显微镜观察、鞭毛染色光学显微镜观察、半固体穿刺接种、固体接种可以判断是否有鞭毛120分类一端生鞭毛(Monotrichaete)两端单生鞭毛(Amphitrichaete)丛生鞭毛(L

45、ophotrichaete)两端从生鞭毛(Amphitrichaete)周生鞭毛(Peritrichaete)121化学成分:蛋白质约占重的99，另有少量的多糖或脂类。鞭毛蛋白占细胞蛋白的2%，为1500040000Da鞭毛蛋白是一种抗原物质，鞭毛抗原又称H抗原。由于各细菌的鞭毛蛋白的氨基酸组成不同而抗原性质不同，通过血清学反应进行分类鉴定。122基体（套环、中心杆组成）、钩形鞘（桶转弯曲部分）、鞭毛丝（13.5nm中空细丝）鞭毛构造:革蓝氏阴性菌鞭毛结构革蓝氏阳性菌鞭毛结构基粒123具有趋向性；以推进方式做直线运动 （逆时针方向旋转）；以翻腾形式做短促转向运动 （顺时针方向旋转）。鞭毛的运动

46、方式124鞭毛驱动菌体运动机制H+迁移力驱动学说125化学趋向性学说1263 纤毛 (Pili or fimbria)细菌纤毛又称伞毛，菌毛，是革蓝氏阴性菌和少数阳性菌性别表面的比鞭毛更细、短而直硬的丝状体结构；长约0.56mm，个别可达20mm，直径约37nm；与鞭毛相似，由菌毛蛋白亚基卷绕成中空螺旋，起源于细胞膜内侧基粒上；不具运动性127普通纤毛（Common pili）可增加细菌吸附于其他细胞和物体的能力性纤毛(Sex pili or conjugal pili)比普通纤毛长，数量少，仅14根，是细菌传递游离基因的器官，细菌结合时遗传物质的通道普通纤毛的电镜照片性纤毛的电镜照片1284

47、 芽胞（Spore)定义 芽胞是某些细菌在其生活史的一定阶段于营养细胞内形成的一个圆形或椭圆形或圆柱形结构，也称内生孢子（Endospore)。含有芽孢的细胞称为孢子囊（Sporangium) 芽胞（孢）不是细菌的繁殖体，是休眠体，因此称作“芽胞”更为确切，微生物学名词(第2版)(2012)是全国科学技术名词审定委员会审定公布的第二版微生物学名词，其中“芽孢”改成“芽胞”，这一名词正在推广阶段。129结构示意图：130芽孢形成过程：核物质融合成轴丝状（杆状）隔膜形成前芽孢形成：前孢子实质上是一个被两层同心膜包围着的原生质体。前孢子再被多层膜包围，如皮层、孢子衣等，最后成为成熟的芽孢，由于细胞壁

48、的溃溶而释放出来。 131芽孢可度过不良环境，对干旱和高、低温都有极强的抵抗力。有些细菌的芽孢，在干燥条件下，可保持10多年或更长的时间仍能萌发，有的能忍耐-253的低温，有的在沸水中煮30小时后仍有生活力，如肉毒杆菌沸水中可存活5个小时。但也有的芽孢在8090下几分钟即死亡。外科手术或注射器的消毒，一定要用高压灭菌。能形成芽孢的细菌为杆菌科中的梭状芽孢杆菌属和芽孢杆菌属的所有种类。此外，在食品、医药，以及发酵工业都要彻底消灭细菌的芽孢。132芽孢萌发刚形成的芽孢总是处于休眠状态。热处理（如65放置几十分钟）可以使芽孢加速活化。低温贮藏也有活化作用，只是较慢。 芽孢萌发时首先发生吸胀作用，随之

49、折光性和抗性丧失，继而呼吸作用开始，显出代谢活性，芽孢物质（干重）的30%变为可溶物释出，营养细胞壁迅速合成，最后，新形成的营养细胞从孢子衣里萌发出来。萌发通常有三种方式：赤道脱出，末端脱出，斜出。 133芽孢的特点和抗性原理： 芽孢的一个显著特点是游离水含量远低于营养细胞，使核酸和蛋白质不易变性。芽孢的酶组成型与营养细胞也有差别，芽孢只含有少量酶，并处于不活跃状态。芽孢的抗热性也与芽孢内具抗热性的酶有关。芽孢在适合的条件下可萌发。适合芽孢萌发的条件包括水和营养物质，适合的温度，氧浓度以及某些必须的条件。134耐热性机制芽孢另一独特之处是含有 2, 6- 吡啶二羧酸 (dipicolinic

50、acid ， DPA) 。吡啶二羧酸在芽孢中以钙盐形式存在，占细菌芽孢干重的 515%。芽孢形成过程中，随着DPA的形成而具抗热性，芽孢萌发时吡啶二羧酸又释放至培养基中，同时也丧失其抗热性。渗透调节皮层膨胀学说：芽孢衣对多价阳离子和水透性差和皮层离子强度高，是皮层具有极高渗透压去夺取核心部位水分造成皮层高度膨胀，而核心部位高度失水状态。135细菌芽孢的伴孢晶体(Spore companioned crystal) ：芽孢和伴孢晶体图某些种如苏云金杆菌（B. thuringiensis）在形成芽孢时同时形成的一颗菱形或双椎形的碱性蛋白质。伴孢晶体对鳞翅目昆虫有毒性，由于这种晶体毒素对人畜毒性很低

51、，故国内外均以工业化方式大量生产菌剂，以杀死某些农业害虫。136四、细菌的繁殖和培养特征(一) 细菌繁殖(Bacterial reproduction) 细菌繁殖一般进行无性繁殖，即细胞的横分裂，称为裂殖。也观察到通过有性结合方式。以无性繁殖为主。 裂殖步骤 核的分裂和隔膜形成 形成横隔壁 子细胞分离137球菌的分裂图杆菌的分裂图138（二）培养特征细菌的培养特征是指细菌在培养基上所表现的群体形态和生长情况细菌的培养特征分为 1 菌落培养特征 2斜面培养特征 3液体培养特征 139细菌菌落（ Colony ）培养特征各种细菌菌落的形状、大小、光泽、边缘、质地、隆起度、有无色素等等不一，作分类依

52、据一个或几个细菌在固体培养基上经分裂生长形成的成千上万个细胞聚集在一起肉眼可见的群体即为菌落细菌菌落形态特征图140 (1)平板培养菌苔:大量细胞密集生长,结果长成的各“菌落”连接成一片。141142在液体培养基上的群体形态多数表现为混浊，部分表现为沉淀，一些好氧性细菌则在液面上大量生长，形成有特征性的、厚薄有差异的菌醭、菌膜或环状、小片状不连续的菌膜 143固体斜面培养 液体培养基 半固体培养144 目前国际上最有代表性和最有影响的细菌分类系统伯杰氏细菌鉴定手册（Bergeys Manual of Determinative Bacteriology)1923年, 1925年, 1930年,

53、 1934年, 1939年, 1948年, 1957年, 1974年分别出版了第一至第八版，1994年出了第九版五、细菌的分类系统145微生物与食品关系非常密切。有益的微生物，如发酵食品的利用；有害的微生物，食源性致病菌及其毒素细菌是自然界中分布最广、数量最多、与人类关系最为密切的一类微生物，也是发酵工业上使用最多的一种单细胞生物。六、食品中常见的细菌146有益微生物为我们提供美味食品147Clostridium botulinumE. coli O157:H7Listeria monocytogenesStaphylococcus aureusSalmonella enteritidis有害

54、微生物危害我们的健康148 细菌是污染食品和引起食品腐败变质的主要微生物类群，因此多数食品卫生的微生物学标准都是针对细菌制定的。 食品中细菌来自内源和外源的污染，而食品中存活的细菌只是自然界细菌中的一部分。这部分在食品中常见的细菌，在食品卫生学上被称为食品细菌。食品细菌包括致病菌、相对致病菌(在某种特定条件下可致病的细菌，称为条件致病菌。条件致病菌是人体的正常菌群，当其集聚部位改变、机体抵抗力降低或菌群失调时则可致病， 如变形杆菌)和非致病菌，有些致病菌还是引起食物中毒的原因。它们既是评价食品卫生质量的重要指标，也是食品腐败变质的原因。149污染食品后可引起腐败变质、造成食物中毒和引起疾病的常

55、见细菌分为以下科属：革兰氏阴性菌革兰氏阳性菌 假单胞菌科（Pseudomonadaceae）埃希氏菌属（Escherichia）沙门氏菌属（Salmonalla）肠杆菌属（Enterobacter）变形杆菌属（Proteus）黄色杆菌属（Flarobacterium）弧菌属（ Vibrio ）芽孢杆菌属（Bacillus）乳酸菌小球菌属（Micrococcus）葡萄球菌属150假单胞菌科（Pseudomonadaceae）最常见的是假单胞菌属（Pseudomonas）。该属菌为革兰氏阴性、无芽孢、需氧、直或稍弯曲杆状。菌体大小为0.511.54m，大部分极生鞭毛，能运动。营养要求简单，大部分菌

56、种在不含维生素、氨基酸的合成培养基中仍能良好生长。假单胞菌属的细菌多具有分解蛋白质和脂肪的能力，其中有些分解能力很强。部分菌株可产生 水溶性荧光色素。污染肉及肉制品、鲜鱼贝类、禽蛋类、牛 乳和蔬菜等食品后可引起腐败变质，并且 是冷藏食品腐败的重要原因菌151埃希氏菌属（Escherichia）肠杆菌科的1属。本属成员是两端钝圆的革兰氏染色阴性短杆菌，为人和动物肠道中较多见的正常菌群之一，能合成维生素B、K等。一般不致病，偶而引起肠外感染（如尿路感染）。某些血清型能导致腹泻等肠道症状。是国际上广泛使用的卫生监督指示菌，可作为饮水、食品等卫生检定的指标。大肠杆菌 E.coli食品中常见的腐败菌又是

57、粪便污染食品的指示菌152沙门氏菌属（Salmonalla）该属为革兰氏阴性无芽孢直杆菌，大小为0.50.834m。菌体周生鞭毛，能运动。兼性厌氧，最适生长温度为3537。根据细胞表面抗原和鞭毛抗原的不同，分为2000多个血清型。不同血清型的致病力及侵染对象不尽相同，有些对人致病，有些对动物致病，也有些对人和动物都致病。沙门氏菌广泛分布于自然界，该菌常污染鱼、肉、禽、蛋、乳等食品，在食品中增殖，人食入后可在消化道内增殖，引起急性胃肠炎和败血症等。该菌是重要的食物中毒性细菌之一。153肠杆菌属（Enterobacter）该属菌为直杆状，周生鞭毛，能运动，兼性厌氧。可发酵葡萄糖产酸产气。在人肠道内

58、比大肠杆菌少，广泛分布于土壤、水和食品中，是条件致病菌，可从尿液、痰、呼吸道等分离到。该属菌污染食品后可引起食品的腐败变质。此外，有部分低温性菌株可引起冷藏食品的腐败。154弧菌属(Vibrio)弧菌（Vibrio）是菌体短小，弯曲成弧形，尾部带一鞭毛的革兰氏阴性菌。如霍乱弧菌。弧菌属(Vibrio)广泛分布于河口、海湾、近岸海域的海水和海洋动物体内。目前弧菌有91种。主要鱼贝类致菌为：溶藻弧菌、鳗弧菌、副溶血弧菌、创伤弧菌、鳗弧菌等；有些弧菌也能引起人类疾病如：溶藻弧菌、创伤弧菌等。155变形杆菌属（Proteus）该属菌呈直杆状，并随培养条件不同，可形成丝状、球杆状。以周生鞭毛运动，能急速

59、运动，在湿润的培养基表面上，大多数菌株有周期性的群游而产生的同心圆带，或扩展成均匀的菌膜。该属菌为兼性厌氧，广泛分布于动物肠道、土壤和水中，具有很强的蛋白质分解能力，是重要的食品腐败菌之一。该菌污染食品后可在食品中迅速增殖，初期使食品的pH值稍下降，以后产生盐基氮，使食品转为碱性并使其软化。156黄色杆菌属（Flarobacterium）直杆状，端圆，通常为0.5m 1.03.0 m，不形成内生孢子，革兰氏阴性。不运动，无滑动或泳动。严格好氧。外环境分离物可在37生长。在固体培养基上生长，产生典型的色素(黄色或橙色)，但有些菌株不产色素。菌落半透明(偶尔为不透明)，圆形(直径12 nm)，隆起

60、或微隆起，光滑且有光泽，全缘。广泛分布在土壤和水中，在生肉、乳类和其他食物以及医院环境和人类的临床标本中. 模式种：水生黄杆菌(Flavobacterium aquatile)。157158芽孢杆菌属（Bacillus）细胞呈直杆状，0.52.5m1.210m，常以成对或链状排列，具圆端或方端。细胞染色大多数在幼龄培养时呈现革兰氏阳性，以周生鞭毛运动。芽孢椭圆、卵圆、柱状、圆形，能抗许多不良环境。每个细胞产一个芽孢。好氧或兼性厌氧，具有对热、pH和盐各种多样性的生理特性。化能异养菌，具发酵或呼吸代谢类型。通常接触酶阳性。发现于不同的生境，少数种对脊椎动物和非脊椎动物致病。模式种：枯草芽孢杆菌(