第三章 微生物的生长繁殖及其控制 2

化学因素对微生物的影响，大多和蛋白质、 化学因素对微生物的影响，大多和蛋白质、核酸等的 变性有关
如果理化因素联合作用，则对微生物的影响更大 如果理化因素联合作用，
适宜，微生物生长更快、 适宜，微生物生长更快、更好 恶劣， 恶劣，则死亡更快
例如：煮沸的NaOH溶液， 例如：煮沸的NaOH溶液，可以杀死芽孢杆菌 NaOH溶液
在液体环境中，微生物的外部环境即溶液， 在液体环境中，微生物的外部环境即溶液，根据溶质 浓度的不同，可分为三类： 浓度的不同，可分为三类：
等渗压溶液：细胞内外压力相等，细胞原形不变， 等渗压溶液：细胞内外压力相等，细胞原形不变，生 命活动正常 高渗压溶液：细胞外压力高于细胞内压力，细胞脱水， 高渗压溶液：细胞外压力高于细胞内压力，细胞脱水， 原生质浓缩，严重时导致细胞质变稠，细胞发生质、 原生质浓缩，严重时导致细胞质变稠，细胞发生质、 壁分离， 壁分离，影响细胞生命活动甚至死亡 腌渍（ 30%食盐溶液 食盐溶液） 如：腌渍（5∼30%食盐溶液） 蜜饯（30∼80%食糖溶液 食糖溶液） 蜜饯（30∼80%食糖溶液） 低渗压溶液：细胞外压力低于细胞内压力， 低渗压溶液：细胞外压力低于细胞内压力，水分向细 胞内渗透，细胞吸水膨胀，甚至破坏。 胞内渗透，细胞吸水膨胀，甚至破坏。 因此，培养微生物除必需的营养物外， 因此，培养微生物除必需的营养物外，还要注意其浓 度，以保持一定的水活度
各种微生物对干燥的抵抗力不同：芽孢、孢子最强， 各种微生物对干燥的抵抗力不同：芽孢、孢子最强，有荚 膜的细菌也较好，接着为营养细胞， 膜的细菌也较好，接着为营养细胞，幼龄细胞抵抗力最弱
细胞含水量越高，对水分缺乏就越敏感。 细胞含水量越高，对水分缺乏就越敏感。
在干燥环境中，孢子、芽孢处于休眠状态， 在干燥环境中，孢子、芽孢处于休眠状态，利用此原理可 以保藏生成芽孢、 以保藏生成芽孢、孢子的微生物菌种
盐：
低浓度，对微生物无作用或作用微小 低浓度， 适宜浓度， 适宜浓度，促进生长 高浓度盐类，引起细胞脱水，菌体生理性干燥， 高浓度盐类，引起细胞脱水，菌体生理性干燥， 从而抑制甚至杀死微生物
重金属离子：微量， 重金属离子：微量，对微生物生命活动有利 过量， 过量，抑制甚至杀死微生物 如：Cu2+ 缺乏，黑曲霉不能形成孢子，菌丝体很少 缺乏，黑曲霉不能形成孢子， 过量， 过量，抑制生长 作用机理：易与蛋白质结合使之变性， 作用机理：易与蛋白质结合使之变性，Hg2+、As+、 易与酶的—SH SH结合使之失活 Ag+ 易与酶的 SH结合使之失活 0.1∼ Pb2+ 0.1∼0.5%, 几分钟杀死微生物 可以杀菌，2/千亿 千亿， Hg2+ ，可以杀菌，2/千亿，可杀死水中大部分细菌 银器杀菌
非热杀菌：一类新的冷杀菌技术， 非热杀菌：一类新的冷杀菌技术，它在克服热杀菌不足之处 的基础上，运用物理手段如电场、高压、电子、 的基础上，运用物理手段如电场、高压、电子、光等的单一 或两种以上的共同作用，在低温或常温下达到杀菌的目的。 或两种以上的共同作用，在低温或常温下达到杀菌的目的。 这种方法不须向食品中加入化学物质，不会使菌体产生抗性， 这种方法不须向食品中加入化学物质，不会使菌体产生抗性， 且条件易于控制，在保持食品自然风味的基础上， 且条件易于控制，在保持食品自然风味的基础上，杀菌效果 明显。常用的物理杀菌的方法有超高压脉冲电场杀菌、 明显。常用的物理杀菌的方法有超高压脉冲电场杀菌、脉冲 强光杀菌、半导体光催化杀菌， 强光杀菌、半导体光催化杀菌，辐射杀菌等
二、化学因子
氢离子浓度（pH） 氢离子浓度（pH）
氧化还原电位
酸、碱、盐和重金属离子
氢离子浓度（pH） 氢离子浓度（pH） 作用机理 微生物对pH的要求 微生物对pH的要求 pH 调节pH的方法 调节pH的方法 pH
注意：虽然微生物能够生长的pH值范围较广泛， 注意：虽然微生物能够生长的pH值范围较广泛，但 pH值范围较广泛 细胞内部的pH值却十分接近中性。 pH值却十分接近中性 细胞内部的pH值却十分接近中性。微生物具有控制 氢离子进出细胞的能力， 氢离子进出细胞的能力，因而可以维持细胞内的中 性环境
氧化还原电位（Eh） 氧化还原电位（Eh）
Eh＇ 指在pH7.0 pH7.0时的氧化还原电位 Eh＇ 指在pH7.0时的氧化还原电位 Eh＇ Eh＇max=+0.82V Eh＇ Eh＇min= -0.42V
对氧要求不同的微生物，要求环境氧化还原电位不同 对氧要求不同的微生物， Eh＇ 可生长， 好氧微生物 Eh＇> 0.1V 可生长，0.3 ∼ 0.4 V 适宜 Eh＇ 厌氧微生物 Eh＇< 0.1V 才可生长 Eh＇ 兼性微生物 Eh＇> 0.1V 生长 Eh＇ Eh＇< 0.1V 发酵 加入氧化性物质， Eh＇升高； 加入氧化性物质， Eh＇升高； 加入还原性物质， Eh＇ 加入还原性物质， Eh＇降低
焚烧灭菌----最彻底的灭菌方法 焚烧灭菌----最彻底的灭菌方法 ---适用范围：污染物品（动物尸体、旧衣服等） 适用范围：污染物品（动物尸体、旧衣服等）
火焰灭菌----直接用火焰灭菌方法 火焰灭菌----直接用火焰灭菌方法 ---适用范围： 适用范围：接种工具
干热灭菌----加热160-180℃ 2小时 干热灭菌----加热1602小时 加热160
相同温度下,湿热灭菌比干热灭菌效果好 相同温度下 湿热灭菌比干热灭菌效果好
一份含5000万/mL伤寒杆菌的雪糕，放入冰箱： 一份含5000万/mL伤寒杆菌的雪糕，放入冰箱： 5000 伤寒杆菌的雪糕 5天后， 1000万/mL 天后， 1000万
20天后， 200万 20天后， 200万/mL 天后
60天后， 60万 60天后， 60万/mL 天后
2年4个月，6000/mL 个月， 另外， 190° 24h，少数葡萄球菌和伤寒杆菌存活 另外，-180 ∼ 190°C，24h，少数葡萄球菌和伤寒杆菌存活
三、常用杀灭微生物的理化方法
微生物培养三因素： 微生物培养三因素： （1）特定的微生物 （2）一定的环境 （3）必要的设备 ⇒
食品发酵工业
目标产品
物理灭菌与除菌
化学杀菌或抑菌
影响灭菌与消毒的因素
概念：灭菌、防腐、消毒、 概念：灭菌、防腐、消毒、化疗
食品防腐，环境消毒，发酵灭菌， 食品防腐，环境消毒，发酵灭菌，医学化疗
辐
能量通过空间的传递称为辐射
射
种类： 种类：
可见光
紫外线 15∼ 15∼390
X-射线
γ-射线
波长（nm） 400∼ 波长（nm） 400∼800
0.01∼ 0.001∼ 0.01∼0.1 0.001∼0.01
波长越短， 波长越短，则携带的能量更大
不同波长的射线对微生物的作用 ；可见光部分往往能被某 些光合微生物所利用，而波长较短的紫外线、 射线、 些光合微生物所利用，而波长较短的紫外线、X-射线、γ 射线均可抑制甚至杀死微生物。尤其是γ 射线均可抑制甚至杀死微生物。尤其是γ-射线因作用距离较 远、穿透力较强而用于食品的杀菌保藏
酸、碱、盐和重金属离子
酸：与pH有关，可影响微生物的生长代谢 pH有关， 有关 部分酸可以杀菌。 部分酸可以杀菌。酸类的杀菌能力与溶液中氢离 子浓度成正比，而且与酸游离的阴离子、 子浓度成正比，而且与酸游离的阴离子、未电离的分 子有关 例如：无机酸电离度高， 例如：无机酸电离度高，但有机酸杀菌力更强 碱：与pH有关 pH有关 离子浓度愈大， [OH- ] 离子浓度愈大，杀菌力 愈强 原因：水解蛋白质、核酸，分解碳水化合物， 原因：水解蛋白质、核酸，分解碳水化合物，破 坏菌体 常用：NaOH， 常用：NaOH，Na2CO3
存放在冰箱、雪柜中的熟食品， 存放在冰箱、雪柜中的熟食品，食用前必须加热甚 至煮沸
干燥（水分） 干燥（水分）
水分约占微生物细胞组成的70 90%，环境中缺水时（ 水分约占微生物细胞组成的70 ∼ 90%，环境中缺水时（干 约占微生物细胞组成的 燥的环境） 燥的环境）引起微生物细胞内蛋白质的变性和盐类浓度的 增高，从而抑制微生物的生长发育， 增高，从而抑制微生物的生长发育，甚至造成死亡
高温对微生物的影响
高温影响微生物的机理
影响微生物对热的耐受力的因素： 影响微生物对热的耐受力的因素： （1）微生物种类与发育阶段 （2）环境条件
热力致死时间（TDT），D 热力致死时间（TDT），D值，Z值，F值 ），
同样含伤寒杆菌的雪糕，煮沸10 min， 同样含伤寒杆菌的雪糕，煮沸10 min，全部死亡
物理灭菌与除菌
热力灭菌
辐射灭菌
过滤除菌
力灭菌法
原理 灭菌温度与效果的关系
其中， 微生物数目， 时间， 其中，N-微生物数目，t-时间， k=f（ k-系数 k=f（T）温度函数
T=104° T=104°C, k=0.005; T=131 °C, k=0.25 因此， 升高， 因此，T升高，灭菌时间缩短
第三章 微生物的生长繁殖 及其控制
第三节 环境条件对微生物生长繁殖的影响
物理因子
化学因子
杀灭微生物的理化方法
一、物理因子
温度 干燥（水分） 干燥（水分） 辐射 表面张力 其他（超声波、微波和静水压） 其他（超声波、微波和静水压）
温
度
温度： 温度：判别一个物系与其他物系是否处于热平衡状态的参数 温度相等， 温度相等，则物系之间处于热平衡状态 最低生长温度、最适生长温度、 最低生长温度、最适生长温度、最高生长温度
加热介质： 加热介质：热空气 适用范围：玻璃器皿、 适用范围：玻璃器皿、陶瓷和金属工具
湿热灭菌法
加压蒸汽灭菌法： 加压蒸汽灭菌法：最有效的灭菌方法 121 ℃ 20 ∼ 30 min 煮沸消毒法：水煮100 min(繁殖体 繁殖体) h(芽孢 芽孢) 煮沸消毒法：水煮100 ℃ 5 min(繁殖体)∼ 2 h(芽孢) 流动蒸汽消毒法： min(繁殖体 繁殖体) 流动蒸汽消毒法：水蒸汽 100 ℃ 15 ∼ 30 min(繁殖体) 间歇灭菌法： 间歇灭菌法：反复多次流动蒸汽间歇加热灭菌 巴氏消毒法：较低的温度（ min） 巴氏消毒法：较低的温度（63 ∼ 65℃ 30 min）杀灭致病菌