微生物的营养与生长精美教学课件

1、第 5 章微生物的营养与生长Microbial Nutrition and Growth 第1页，共113页。【目的要求】微生物细胞的化学组成及所需营养物质，微生物的营养类型及其对营养物质的吸收；微生物生长的概念，个体生长与群体生长的关系，微生物群体生长的衡量指标，微生物生长量的测定方法；微生物的群体生长规律和环境因素对微生物生长的影响。 第2页，共113页。【重 点】营养类型、微生物对营养的吸收、培养基；微生物群体的生长规律；环境因素对微生物生长的影响。 【难 点】微生物对营养的吸收微生物群体的生长规律。 第3页，共113页。第 一 节微生物的营养Microbial Nutrition 第4

2、页，共113页。一、微生物的六大营养要素1、微生物细胞的化学组成 大量元素(macroelement)：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁。微量元素(trace element)：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍 、硼。 化学元素在细胞内存在形式水分、蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸和无机盐第5页，共113页。微生物细胞的化学组成化学组成因微生物种类、菌龄、培养基组成、培养条件、分析方法等而有所不同。 主要成分细菌酵母菌霉菌水分（占细胞鲜重的%）758570808590 占 细 胞 干 重 的 % 蛋白质508032751415碳水化合物12282763740脂肪520215440核酸

3、10206 81无机盐2303.87612第6页，共113页。2、微生物的营养物质及其生理功能 营养物质主要功用：供给微生物所需要碳源和氮源，参与细胞组成；构成酶的活性成分与物质运输系统；提供能量；有的营养物如维生素主要用于调节新陈代谢。 据营养物质在细胞内生理作用，可概括为：碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子、水第7页，共113页。碳源（carbon source） 概念凡可被用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的营养物质。功能提供合成细胞物质及代谢物的原料；为整个生理活动提供所需要能源。第8页，共113页。种类:无机含碳化合物：如CO2和碳酸盐等。有机含碳化合物：糖与糖的衍生物、脂类、醇类

4、、有机酸、烃类、芳香族化合物等。实验室内常用的碳源葡萄糖、蔗糖、淀粉、甘露醇、有机酸等发酵工业中用作碳源的原料传统种类：糖类、麸皮、各种米糠等代粮发酵：纤维素、石油、CO2和H2等第9页，共113页。氮源（nitrogen source）概念能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源。功能提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢物等的原料；少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源为能源。第10页，共113页。种类空气中分子态氮无机氮化合物：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氨等；有机氮化合物：蛋白质及其降解产物（如胨、肽、氨基酸等）、尿素、牛肉膏、鱼粉、花生饼粉、黄豆饼粉、玉米浆等。实验室内常用的氮源牛肉膏

5、、蛋白胨、酵母膏、黄豆饼粉等第11页，共113页。能源（energy source）概念能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。微生物的能源谱能源谱有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）化学物质辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源第12页，共113页。无机盐（Inorganic Salt ）大量元素（生长所需浓度在10-310-4mol/L）P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe 微量元素（生长所需浓度在10-610-8mol/L）Cu、Zn、Mn、Mo、Co生理功能第13页，共113页。无机盐大量元素一般功能生理调节物质化能自养菌的能源(

6、S、Fe2+、NH4+、NO2-)细胞内一般分子成分(P,S,Ca,Mg,Fe等)微量元素特殊分子结构成分（Co、Mo等）酶的激活剂（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）特殊功能无氧呼吸时的氢受体(NO3-、SO42-)维持渗透压酶的激活剂pH的稳定第14页，共113页。生长因子（growth factor）概念微生物生长所必需、需要量很小，微生物自身不能合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。广义的生长因子：维生素、碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4-C6脂肪酸、需要量较大的氨基酸狭义的生长因子：维生素第15页，共113页。生长因子的来源天然培养基酵母膏、牛肉浸出液、肝浸液、小牛

7、血清、麦芽汁、玉米浆、蔬菜汁、麸皮、米糠等。组合培养基复合维生素溶液主要作用作为酶的辅基或辅酶合成细胞结构及组分的前体第16页，共113页。二、微生物的营养类型 据对碳源的不同利用能力 自养型微生物（autotrophic bacteria） 指利用简单的无机物作营养物质进行生长繁殖，能以CO2或碳酸盐为唯一的碳源在体内合成有机物，不需要外界供给有机含碳化合物。异养型微生物（heterotrophic bacteria）需要利用有机物质碳作为营养和能源的微生物。 强调：划分异养、自养的标准不在于能否利用CO2，而在于是否为唯一碳源或主要碳源。 第17页，共113页。据微生物生命活动中能量来源不

8、同光能营养型微生物 依靠光能进行生长化能营养型微生物 依靠化合物氧化释放的能量进行生长据微生物体内生物氧化过程中供氢体分无机营养型微生物有机营养型微生物第18页，共113页。1、光能无机自养型微生物特点以CO2作为唯一碳源或主要碳源；以无机物作为供氢体；利用光能含有光合色素，可使光能转变成化学能（ATP），供机体直接利用。典型代表蓝细菌、红硫细菌和绿硫细菌等少数微生物第19页，共113页。2、光能有机异养型微生物特点不能以CO2为主要碳源或唯一碳源；以有机物（如异丙醇）作为供氢体；利用光能将CO2还原成细胞物质。典型代表红螺菌属中的一些细菌。第20页，共113页。3、化能无机自养型微生物特点以

9、CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源；利用无机物如氢气、硫化氢、Fe2+或亚硝酸盐等作为电子供体，使CO2还原成细胞物质。以无机物氧化释放的化学能为能源；典型代表硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。第21页，共113页。4、化能有机异养型微生物特点以有机化合物为碳源；以有机物氧化产生的化学能为能源。根据利用有机物的特性可将其分为：腐生型（metatrophy）寄生型（paratrophy）兼性腐生型（facultive metatrophy）或兼性寄生型（facultive paratrophy）第22页，共113页。三、营养物质进入细胞的方式1、单纯扩散（diffusion）被动输送：动力来自胞

10、内外浓度差，方向可逆。 特点扩散由高浓度向低浓度，即单纯物理扩散，速度慢；不需要能量；非特异性（没有酶参与）；营养物质本身在运输时分子结构上也不会发生变化。输送物质主要有水、O2、CO2、乙醇、某些氨基酸分子。 第23页，共113页。 单纯扩散模式图细胞膜外细胞膜内细胞膜第24页，共113页。2、促进扩散(facilitated diffusion)动力来自细胞内外的浓度差。方向可逆。特点：扩散由高浓度向低浓度；不需要能量；运输有渗透酶参与，对被运输物质有高度立体专一性；营养物质本身在运输时分子结构上也不会发生变化。常见输送物质真核生物的普遍运输机制，原核生物中少见。主要有氨基酸、单糖、维生素

11、及无机盐等。 第25页，共113页。促进扩散模式图细胞膜细胞膜外细胞膜内恢复原构象移位再循环结合结合构象改变第26页，共113页。3、主动运输（active transport）在代谢能的推动下，通过膜上特殊载体蛋白逆养料浓度梯度吸收营养物质的过程。特点运输由低浓度向高浓度；有渗透酶参与，对被运输物质有高度立体专一性；需要能量；营养物质本身在运输时不发生任何化学变化。主要运送物质无机离子（ Na、K）、有机离子、一些糖类（乳糖、葡萄糖、蜜二糖等）、氨基酸等第27页，共113页。主动运输模式图细胞膜细胞膜外细胞膜内恢复原构象移位再循环结合构象改变ADP+PiATP第28页，共113页。4、基团转

12、位（group translocation）特点运输由低浓度向高浓度；运输有渗透酶参与，对被运输物质有高度立体专一性；需要能量。被转运物质性质发生改变。存在范围主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中。葡萄糖、果糖等单糖以及核苷与脂肪酸的运输均以此种方式进行。 第29页，共113页。基团移位模式图第30页，共113页。四种运输营养物质方式的比较比较项目单纯扩散促进扩散主动运输基团转位特异载体蛋白运输速度物质运输方向平衡时胞内外浓度运输分子能量消耗运输后物质的结构载体饱和效应与溶质类似物运送抑制剂无慢由浓至稀相等无特异性不需要不变无无竞争性无有快由浓至稀相等特异性不需要不变有有竞争性有有快由稀至浓胞内浓

13、度高特异性需要不变有有竞争性有有快由稀至浓胞内浓度高特异性需要改变有有竞争性有第31页，共113页。四、培养基(culture medium)概念由人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物用的营养基质。特点具备微生物所需要六大营养要素，且比例适当。用途促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生物菌种；鉴定微生物种类；微生物细胞计数；菌种保藏；制备微生物制品第32页，共113页。1、配制培养基的基本原则 培养基组分应符合微生物的营养特点目的明确营养物质浓度及配比合适营养协调物理化学条件适宜条件适宜根据培养目的选择原料及其来源经济节约第33页，共113页。选择适宜的营养物质根据微生物营养需求

14、配制针对性强的培养基微生物类群、营养类型不同对营养物质需求不同培养目的不同，原料选择和配比不同实验室常用的培养基有：细菌：牛肉膏蛋白胨培养基、LB (Luria-Bertani)放线菌：高氏1号培养基真菌：查氏合成培养基、PDA (Potato-Dextrose-Agar)酵母菌：麦芽汁培养基第34页，共113页。营养物质浓度及配比合适合适营养物质浓度下微生物才能良好生长；培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生长繁殖和(或)代谢产物的形成和积累。碳氮比指培养基中碳元素与氮元素的摩尔数比值。例如谷氨酸生产中 C/N4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；C/N3/1 时，菌体生长受抑

15、制，而谷氨酸大量增加。第35页，共113页。物理化学条件适宜pH各类微生物的最适生长pH值各不相同；微生物在生长和代谢过程中，由于营养物质的利用和代谢产物的形成与积累，会导致培养基的初始pH值发生改变。维持培养基pH值相对恒定常采用的方法内源调节：在培养基里加一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐；调节培养基的碳氮比。外源调节：按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液第36页，共113页。内源调节主要有两种方法磷酸缓冲液：pH值从6.07.6之间K2HPO4+HCl KH2PO4+KClKH2PO4+KOH K2HPO4+H2OCO32 HCO3 H2CO3 CO2+H2O+H+H+H+H 培养基中所含氨基酸、

16、肽、蛋白质等物质也可起到缓冲作用。加入CaCO3作为“备用碱”第37页，共113页。渗透压（osmotic pressure）微生物有一定的适应渗透压变化的能力，尤其会通过体内大分子贮藏物合成或分解的方式来适应大肠杆菌膨压：2atmG细菌： 20atmG细菌： 510atm水分活度（aw, water activity）表示微生物可实际利用的游离水的含量。微生物生长的最低aw普通细菌0.91、普通酵母菌0.88、普通霉菌0.80第38页，共113页。氧化还原电位(redox poyential)度量某氧化还原系统中还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标，其单位是V（伏）或mV（毫伏）。

17、各种微生物对培养基的氧化还原电势的要求：好氧微生物：+0.3+0.4V，(在0.1V以上的环境中均能生长)；厌氧微生物：只能在+0.1V以下生长兼性厌氧微生物：+0.1V以上呼吸、+0.1V以下发酵第39页，共113页。影响氧化还原电位的因素氧分压pH实践中调节培养基氧化还原电位的方法在pH相对稳定的条件下，增加通气量可提高培养基的氧分压，或加入氧化剂，从而增加值； 培养基中加入还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等可降低值。第40页，共113页。培养基的灭菌高压蒸气灭菌一般培养基: 103 KPa, 121.3, 15-30 min含糖培养基: 54.9KPa,

18、 112.6 , 15-30 min过滤灭菌 间歇灭菌的应用第41页，共113页。2、培养基的类型及应用根据营养成分来源分天然培养基（complex medium）牛肉膏、蛋白胨、玉米粉、血清、马铃薯、牛奶，实验室常用。合成培养基（synthetic medium）用于研究微生物形态、营养代谢、分类鉴定、菌种选育、遗传分析等，如高氏培养基、察氏培养基等。半合成培养基（semi-synthetic medium）马铃薯蔗糖培养基。 第42页，共113页。按物理状态分固体培养基（solid medium）天然固体培养基或加入凝固剂（琼脂、明胶、硅胶等），可供分离、鉴定、活菌计数、菌种保藏等半固体培

19、养基（semisolid medium）只加琼脂0.20.3%。用于观察细菌运动，菌种保存，噬菌体分离纯化。液体培养基（liquid medium）广泛用于微生物的培养，生理代谢和遗传学的研究及工业发酵等。 脱水培养基（dehydrated culture medium）第43页，共113页。按功能分基础培养基(minimum medium)营养琼脂培养基、马铃薯葡萄糖琼脂培养基加富培养基(enrichment medium)在普通培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基。在用于菌种筛选时，一般在培养基中加入额外的营养物，使某种微生物在其中生长比其它的生长迅速，逐渐淘汰其它微生物

20、。“投其所好”。用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物。在加富培养基中生长的微生物并不是一纯种，而只是营养要求相同的一类微生物，用于菌种的筛选等。第44页，共113页。选择培养基（selective medium）根据某种微生物的特殊营养要求或对某种化学、物理因素的抗性而设计的培养基，具有使混合菌群中劣势菌变成优势菌的功能，可用于进行菌种筛选。“投其所好”“取其所抗”鉴别培养基（differential medium）在培养基中加入某种特殊化学物质，某种微生物在培养基中生长后能产生某种代谢产物，而这种代谢产物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征性的变化。根据这种特征性

21、变化可将该种微生物与其他微生物区分开来的培养基。如EMB培养基（伊红美蓝平板培养基）用于检查饮水和乳品中是否含有肠道致病菌。第45页，共113页。第 二 节微生物的生长Microbial Growth 第46页，共113页。一、微生物生长及测定方法1、微生物生长个体生长个体繁殖群体生长群体生长个体生长个体繁殖研究微生物生长繁殖的意义可作为研究生理、生化、遗传等问题的重要指标；生产实践中的应用；治病、变质微生物的控制。第47页，共113页。2、测定生长繁殖的方法测生长量直接法测体积 称干重间接法 比浊法 生理指标法 测含碳量测含氮量其它（P 、 DNA）第48页，共113页。计繁殖数 直接法比例

22、计数法血球计数板法间接法 液体稀释法平板菌落计数法细胞浑浊度的测定第49页，共113页。血球计数板法第50页，共113页。225mL无菌水加25g样品1mL1mL1mL试管中原始装9mL无菌水10-210-310-41mL平板菌落计数法第51页，共113页。二、微生物的群体生长规律 1、典型的生长曲线少量纯种单细胞接种到一定容积的液体培养基中，在适宜条件下培养，定时取样测定细胞数，然后以培养时间为横坐标，以细胞数的对数为纵坐标，可以得到有规律的曲线，即为单细胞微生物典型生长曲线。 适合对象：单细胞微生物（细菌、酵母等），不适合丝状生长的真菌或放线菌。第52页，共113页。典型的生长曲线延滞期

23、对数期稳定期衰亡期第53页，共113页。延滞期(lag phase)现象培养体系内细胞数目几乎保持不变 特点生长速率常数为零；细胞体积增大，DNA含量增多；细胞合成代谢旺盛；对外界不良反应敏感。第54页，共113页。出现的原因：重新调整代谢；缺乏充足的中间代谢产物。影响因素： 菌种的生理活性(菌种、菌龄） 培养基的组分 接种量在发酵工业上为缩短延滞期，常采用措施：用对数期健壮菌体做菌种；适当增大接种量；种子培养基中加入生产培养基中某些成分。 第55页，共113页。对数期（Logarithmic phasc）特点生长速率常数最大，分裂快，菌数以几何级数增加，代时短；菌体长的较标准，群体形态与生理

24、特征一致，菌种健壮，菌体成分均匀，且单个存在的细胞占多数；酶系活跃，代谢旺盛，营养消耗多，代谢产物不足以影响其生长。第56页，共113页。原因细胞完成生理调整，基质营养和环境适宜 影响微生物对数期代时的因素：菌种营养成分营养物浓度影响生长速率、总生长量浓度低时影响生长速度，随浓度逐步提高生长速度不受影响，只影响最终菌体产量；如果浓度再提高，则生长速率、菌体产量均不受影响。在较低浓度下，影响生长速率、菌体产量的营养物，叫做生长限制因子。培养温度第57页，共113页。重要参数繁殖代数（n）生长速度常数（R）代时(generation time)第58页，共113页。稳定期（stationary p

25、hase）特点：新生数与死亡数基本相同，活菌数维持一个稳定数，生长速率常数为零；细胞分裂速度降低，细胞质内贮藏物如糖原、脂肪粒等增多，大多芽孢菌形成芽孢；代谢活动继续，并保持相当水平，但总体活力逐渐减弱，积累许多不利于微生物活动的代谢产物，营养物质失调。第59页，共113页。原因：营养物质逐渐消耗；代谢废物逐渐积累；环境条件不适宜。影响因素： 遗传特性 培养条件和环境有大量代谢物积累获得代谢产物乳酸；又因为活菌数达最高水平收获活菌单细胞蛋白。第60页，共113页。衰亡期（decline phase）特点生长繁殖的菌体减少，死亡速度加大，整个群体呈负增大；细胞内颗粒更明显，出现液泡，菌体常出现多

26、种形态，包括畸形或衰退型；细胞死亡并伴有自溶现象，菌体活力下降。原因菌体老化、生长环境进一步恶化 第61页，共113页。2、微生物的连续培养连续培养（continuous culture）在培养容器中，不断补充新鲜营养物质，并以同样的速率移出菌体和代谢物的培养方式。 连续培养的方法恒浊法采用高浓度养料，流速变化，浊度基本不变；始终能以最高 生长速率生长、繁殖，并在一定范围内控制不同的菌体密度；光电系统的灵敏度决定了培养器的工作精度。第62页，共113页。用途用于获得菌体以及与菌体生长平行的代谢产物。 恒化法控制低浓度限制性养料，流速不变； 始终在低于最高 生长速率条件下生长、繁殖；获得生长速度

27、一定的均一菌体、密度稳定的菌体。用途多用于实验室科学研究，特别用于与生长速率有关的各种理论研究。第63页，共113页。恒浊法与恒化法的比较装置控制对象培养基培养基流速生长速率产物应用范围恒浊法菌体密度（内控制）无限制生长因子不恒定最高速率大量菌体或与菌体相平行的代谢产物生产为主恒化法培养基流速（外控制）有限制生长因子恒定低于最高速率不同生长速率的菌体实验室为主连续培养的优缺点第64页，共113页。3、同步生长（ Synchronous growth ）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段上，即大多数细胞能同时进行生长或分裂的培养

28、方法。获得同步培养物的方法 机械法离心方法、过滤分离法和硝酸纤维素滤膜法等。调整生理条件诱导同步第65页，共113页。三、影响微生物生长的因素影响的环境因素物理：温度、干燥、渗透压、辐射等化学：pH值、化学消毒剂等生物因素：寄生、互生、共生、拮抗等1、温度生长温度三基点 最高生长温度最适生长温度最低生长温度 第66页，共113页。强调最适生长温度指某菌分裂代时最短或生长速率最高时培养温度。不同微生物，在其最适温度下，代时不同同一微生物，其不同生理生化过程有着不同的最适温度。即最适生长温度并不等于生长量最高时的培养温度，也不等于发酵速度最高时的培养温度或累积代谢产物量最高时的培养温度，更不等于累

29、积一代谢产物量最高时的培养温度。 第67页，共113页。微生物各生理过程的不同最适温度菌名生长温度（）发酵温度（）累积产物温度（）Streptococcus thermophilus(嗜热链球菌)374737Streptococcus lactis(乳酸链球菌)3440产细胞：2530产乳酸：30Corynebacterium pekinensis（北京棒状杆菌）323335Penicillium chrysogenum（产黄青霉）302520第68页，共113页。实践意义运用不同生理代谢过程所需温度特点，对微生物采用变温分段培养，提高出品率及生产效率。 如：产黄青霉165h发酵过程：305h

30、，2535h，2085h，2540h，产量比自始至终30恒温培养对照提高14.7%。微生物按生长温度范围不同分类低温型、中温型、高温型第69页，共113页。不同类型微生物生长温度范围微生物类型 最低生长温度 最适生长温度 最高生长温度专性嗜冷型兼性嗜冷型中温室温型 中温体温型高温型-12 -50 1020 1020 2545 5151020 2035 3540 50601520 2530 4045 4045 7095第70页，共113页。低温微生物嗜冷微生物操作要求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。低温对微生物生长的影响降低代谢速率，抑制菌体生长 导致敏感菌的死

31、亡 物理效应 冻结导致裂解或冰晶刺伤 化学效应 脱水 第71页，共113页。影响微生物抗低温的因素微生物本身因素：微生物种类不同，抗冰冻能力不同；一般球菌比G杆菌强，具有芽孢的菌体细胞、真菌的孢子有较强的抗冷冻特性。与低温有关的因素温度影响贮存时间相等，冻结温度相对较高的，死亡菌多，活菌少，伤菌少，实验证明，微生物存放于2时，菌数下降较多，再低，菌数下降较少，一般低达-20以下时，菌数下降非常缓慢。第72页，共113页。荧光假单胞菌在冷冻贮藏中的死亡率温度（）贮藏天数占最初菌数的百分率损伤菌死亡菌正常菌7171525171.95182982410.1181715413412.851638783

32、0.22917153539364854591775第73页，共113页。时间不论采用哪个温度，贮存时间越长，死亡菌数越多，活菌越少。降温速度影响一定温度范围内，降温对某些微生物死亡率有明显影响。基质及环境因素：干燥，真空冻真空干燥保存菌种，注意冰冻、解冻交替，菌体易亡。基质糖、盐、蛋白质等存在时，对微生物有保护作用；基质中酸高、水多会加速微生物死亡。第74页，共113页。冻结冰淇淋对伤寒沙门氏菌的影响贮存时间冰淇淋配料中伤寒沙门氏菌（菌数/毫升）5天5100000020天1000000070天2200000342天660000648天510002年63002年4个月有活菌第75页，共113页。

33、不同冷冻方式对粘质赛氏杆菌的影响一次连续冷冻后存活菌数（个/mL）交替冷冻融化后存活菌数（个/mL）接种量340000接种量34000021小时42000冷融一次260030小时36000冷融二次28048小时14000冷融三次1596小时1900冷融四次0第76页，共113页。高温型微生物嗜热微生物的耐热机理 具有对热稳定的酶及蛋白质，蛋白质合成机构核糖体及其他成分抗高温。可高温处理 细胞中脂肪组成不同。饱和脂肪酸多，不饱和脂肪酸少。需高温鞭毛具抗热性，70不破坏。耐高温生长速率快，能迅速合成生物大分子，弥补高温对大分子的破坏。 第77页，共113页。嗜热微生物的生长特性缓慢期非常短；对数期

34、也非常短，一定范围因温度越高，菌数增长速率越大。菌数增长速度随温度升高而越快，即温度高时代时短。进入稳定期后，迅速死亡。应用利用反应代谢快，加快生产；对于有害菌，灭菌速度要快。 第78页，共113页。高温对微生物的影响引起菌体蛋白质等大分子物质的变性影响高温效应的因素 菌体本身菌种嗜热菌抗热力大于嗜温菌和嗜冷菌，芽孢大于非芽孢菌，球菌大于非芽孢杆菌，革兰氏阳性菌大于革兰氏阴性菌，霉菌大于酵母菌，霉菌和酵母孢子大于其菌丝体。细菌芽孢和霉菌菌核抗热力特别大。 第79页，共113页。各种微生物的抗热力微 生 物热死时间微 生 物热死时间温度()时间(分)温度()时间(分)(G)脆弱假单胞菌5035(

35、G)保加利亚乳杆菌7130(G)氯针假单胞菌6010(G)胚芽乳杆菌65-7515(G)荧光假单胞菌5325(G)嗜热乳杆菌7130赛氏杆菌（低温性）3030啤酒足球菌608海产弧菌(低温性)2580芽孢杆菌芽孢l002-120(G)鼠伤寒沙门氏菌5510*梭状芽孢杆菌芽孢1005-800(G)伤寒沙门氏菌605酵母菌50-60l0-15(G)桑夫顿柏格沙门氏菌606*产朊假丝酵母5510(G杆)金黄色葡萄球菌637异常汉逊氏酵母5030*D值第80页，共113页。各种微生物的抗热力（续）微 生 物热死时间微 生 物热死时间温度()时间(分)温度()时间(分)（G杆）大肠杆菌605-30脆壁酵

36、母547（G杆）结核杆菌6130鲁氏酵母5014*（G杆）产气肠细菌4760膜醭毕氏酵母545玫瑰色醋酸杆菌505啤酒酵母509*纹膜醋酸杆菌6080105霉菌菌核82-8590-1001000300许氏醋酸杆菌5510霉菌605-10胶醋酸杆菌5510黑曲霉孢子504*嗜热链球菌70-7530汤密青霉孢子602.5*D值第81页，共113页。菌龄同样的条件下，对数生长期的菌体抗热力较弱，而稳定期的老龄细胞较强，老龄的细菌芽孢较幼龄的细菌芽孢抗热力强。 菌体数量菌数愈多，抗热力愈强；原因：微生物群集在一起时，受热致死不是同时而是有先有后，同时菌体能分泌一些有保护作用的蛋白质物质，菌多分泌的保护

37、物质也多，抗热性也就强。 第82页，共113页。肉毒杆菌芽孢的数量对热力致死时间的影响（100）芽孢菌数热死时间7200000000024016400000001253200000011065000085160005032840第83页，共113页。基质因素水分微生物的抗热力随含水量减少而增大，同一种微生物在干热环境中比在湿热环境中抗热力大 灭菌时尽可能采用湿热灭菌的原因 湿热易于传递热量，湿热的穿透力比干热大； 湿热更易破坏保持蛋白质的氢键等结构，从而加速其变性； 湿热的蒸汽有潜热。第84页，共113页。干热和湿热空气穿透力的比较加热方式温度()加热时间（小时）透过布的层数及其温度()20层

38、40层100层干热1301404867270以下湿热1053101101101第85页，共113页。蛋白质含水量与其凝固温度的关系蛋白质含水量（%）蛋白质凝固温度（）灭菌时间（分）5056302574803018809030614530016017030第86页，共113页。干热与湿热空气对不同细菌的致死时间 加热方式细菌种类干热9090，相对湿度20%80%白喉棒杆菌24小时2小时2分钟痢疾杆菌3小时2小时2分钟伤寒杆菌3小时2小时2分钟葡萄球菌8小时3小时2分钟第87页，共113页。脂肪、糖、蛋白质等物质对微生物有保护作用，微生物的抗热力随这类物质的增多而增大 盐类有些可降低基质水分活性，

39、从而增强抗热力；另一类盐类如钙盐、镁盐可减弱微生物对热的抵抗力。pH值pH值范围是7左右，抗热力最强；pH值升高或下降都可以减少微生物的抗热力。特别是酸性环境微生物的抗热力减弱更明显 第88页，共113页。不同基质对微生物抗热力的影响菌种名称基质温度()基质名称热死时间(分)大肠杆菌70水57030%果糖30肉毒梭状芽孢杆菌100水330100棉子油425肉毒梭状芽孢杆菌120水312020%明胶720马铃薯芽孢杆菌120磷酸盐缓冲液20min残留60%1200.5%蛋白质20min残留82%第89页，共113页。枯草杆菌芽孢的抗热力与pH值的关系pH4.45.66.87.68.4生存（分）2

40、711119（在1/15M磷酸溶液中加热100）加热温度与时间加热温度越高，微生物抗热力越弱，越易死亡；一定高温范围内，温度越高杀死所需时间越短；加热时间越长，热致死作用越大。第90页，共113页。温度对芽孢热死时间的影响加热温度()肉毒杆菌(A型)含有61010芽孢/mL缓冲悬液pH7嗜热菌株含有15104芽孢/mL玉米汁pH68.1100360（min）1140（min）105120110361801151260120517第91页，共113页。2、干燥干燥对微生物的影响 细胞内蛋白质、盐类浓度增高，水分活性降低，抑制生长，造成死亡。 类型最低生长AW最适生长AW干生性微生物0.80以下0

41、.950.98中生性微生物0.800.900.981.00湿生性微生物0.901.00微生物生长的水分活度范围第92页，共113页。不同微生物生长的AW值类 群最 低 AW 值细菌大肠杆菌枯草芽孢杆菌0.9350.9600.9150.930霉菌黑曲霉灰绿曲霉0.880.78酵母产朊假丝酵母各种酵母酵母属的酵母0.940.880.60第93页，共113页。影响微生物抗干燥的因素 菌体本身因素 菌种细菌芽孢抗力最强，其它依次为霉菌、酵母孢子，G+球菌，酵母营养细胞，霉菌菌丝。 菌龄 幼龄菌敏感 基质、环境条件温度干燥时温度高，微生物易死亡，低温干燥，抗力强；第94页，共113页。空气真空干燥，真空

42、低温环境贮存，可长期存活。基质在蒸馏水中抗力弱，生存时间短；在糖、淀粉、蛋白质等中有保护作用，可存数年。干燥速度高速：不易死亡缓速：死亡多，干燥早期，死亡最多。第95页，共113页。3、渗透压渗透压对微生物的影响 高渗溶液质壁分离，低渗溶液膨胀影响微生物抗渗性的因素 菌种类多数杆菌在超过10%的盐溶液中就不能生长，如大肠杆菌、沙门氏菌、肉毒梭菌等；球菌被抑制的盐浓度15%，霉菌在2025%才能抑制。第96页，共113页。渗透液 浓度完全抑制微生物生长最低浓度，盐1825%，蔗糖7080%溶质相同浓度的盐、糖液，对微生物的作用不同；要达到同一抑菌效果，蔗糖必须比食盐大6倍以上的浓度。溶质分子量分

43、子量愈小的糖液，含分子数愈多，渗透压愈大，对微生物的作用愈大第97页，共113页。4、pH主要微生物类群的基本pH适应范围 微生物类群 最低生长pH值 最适生长pH值 最高生长pH值 一般 极端 一般 极端 细菌 3.54 0.5 氧化硫硫杆菌 6.57.5 9.5 11 副溶血性弧菌 酵母菌 23 4.55.5 8.0 霉菌 13 4.55.5 8.0 第98页，共113页。不同微生物生长pH值范围微生物最低最适最高乳杆菌4.86.27.0嗜酸乳杆菌4.04.65.86.66.8金黄色葡萄杆菌4.27.07.59.3大肠杆菌4.36.08.09.5伤寒沙门氏菌4.06.87.29.6放线菌5

44、.07.08.01.0一般酵母菌3.05.06.08.0黑曲霉1.55.06.09.0大豆根瘤菌4.26.87.011.0第99页，共113页。强调：不同种类的微生物各有其适应的生长pH值。同一微生物在不同的生长阶段，不同的生理、生化过程中，有不同的最适pH值要求。如：Asp niger(黑曲霉)在pH2-2.5，有利于产柠檬酸，只产少量草酸；在pH2.5-6.5范围内，以菌体生长为主；而在pH7右左，以合成草酸为主，柠檬酸量极少。微生物自身代谢对基质pH值有影响；在适当范围内，尽管pH变化很大，但其内环境pH值相当稳定，一般接近中性。这样避免DNA、ATP等被酸破坏，RNA、磷脂类物质被碱破坏。一般胞内酶最适pH值接近中性，胞外酶最适pH接近环境。 第100页，共113页。酸碱类对微生物的