理化因子对微生物的影响

发酵温度 累积产物温度 （ ℃ ） （ ℃ ） 47 37 40 产细胞：25~30 产乳酸：30 28 _ 33~35 _ 33 _ 25 20
以青霉素的生产为例：培养165小时采用分段控制温度的方法，其青霉素产量比 始终在30 ℃培养提高了14.7%。 分段控制方式：0~5小时，30 ℃；5~40小时，25 ℃；40~125小时，20 ℃； 125~165小时，25 ℃。
（二）微生物生长温度类型
根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生 物划为三个类型：
低温型微生物（嗜冷微生物） 中温型微生物（嗜温微生物） 高温型微生物（嗜热微生物）
低温型微生物: 最适生长温度在5~20℃,主要分布在地球的 两极、冷泉、深海、冷冻场所及冷藏食品中。 例：假单孢菌中的某些嗜冷菌在低温下生长， 常引起冷藏食品的腐败。 嗜冷微生物在低温下生长的机理，目前还不 清楚，据推测有两种原因： ①它们体内的酶能在低温下有效地催化，在 高温下酶活丧失②细胞膜中的不饱和脂肪酸含 量高，低温下也能保持半流动状态，可以进行 物质的传递。
菌 名
Streptococcus thermophilus ctis
Streptomyces griseus Corenybacterium pekinense Clostridium acetobutylicum Penicilium chrysogenum
生长温度 （ ℃ ） 37 34 37 32 37 30
第四节
理化因素对微生物的影响Байду номын сангаас
微生物与所处的环境之间具有复杂的相互影 响和相互作用：一方面，各种各样的环境因素对 微生物的生长和繁殖有影响，另一方面，微生物 生长繁殖也会影响和改变环境。研究环境因素与 微生物之间的关系，可以通过控制环境条件来利 用微生物有益的一面，同时防止它有害的一面。 影响微生物生长的外界因素很多，除了前面 讲过的营养因素之外，还有许多物理化学条件。
阴离子表面活性剂有肥皂、十二烷基磺酸钠等。 如肥皂的作用是机械除菌，微生物附着于泡沫 中被水冲洗掉。 非离子型表面活性剂为一些高分子化合物，如 聚醛类表面活性剂，非离子型表面活性剂不电 离，无抑菌活性。
阳离子型表面活性剂主要有季铵盐类化合 物等，阳离子型表面活性剂有明显的抗菌活性。 其作用机理：降低表面张力，便于机械除菌； 抑制酶，使蛋白质变性；破坏细胞膜，造成渗 漏。季铵盐类表面活性剂有杀菌和清洁作用， 使用不受温度影响，气味低、无毒、无腐蚀性、 穿透性好。
中温型微生物： 最适生长温度为20℃~40 ℃，大多数微生 物属于此类。 室温型主要为腐生或植物寄生，在植物或 土壤中。 体温型主要为寄生，在人和动物体内。
高温型微生物： 最适生长温度为50 ℃ ~60 ℃,主要分布在温 泉、堆肥和土壤中。 在高温下能生长的原因：①酶蛋以及核糖体 有较强的抗热性②核酸具有较高的热稳定性 （核酸中G+C含量高（tRNA），可提供形成 氢键，增加热稳定性 ）。③细胞膜中饱和脂 肪酸含量高，较高温度下能维持正常的液晶 状态。
四、表面张力
液体表面尽可能缩小表面积的力称为表面张力。 液体培养基的表面张力与微生物的形态、生长、 繁殖密切相关。一些无机盐可增强溶液的表面 张力，有机酸、蛋白质、肥皂、多肽和醇等能 降低溶液的表面张力。 能改变液体表面张力的物质为表面活性剂，分 为阳离子型、阴离子型和非离子型三类。表面 活性剂加入培养基中，可影响微生物细胞的生 长和分裂。
（三）高温与低温对微生物的影响
1、高温对微生物的影响 高温下蛋白质不可逆变性，膜受热出现小孔，破 坏细胞结构（溶菌）。 微生物对热的耐受力与以下因素有关: (1)微生物种类及发育阶段 嗜热菌比其它类型的菌体抗热； 有芽孢的细菌比无芽孢的菌抗热； 微生物的繁殖结构比营养结构抗热性强； 老龄菌比幼龄菌抗热。
一些微生物生长的pH值范围
微生物种类 大肠杆菌 枯草芽孢杆菌 金黄色葡萄球菌 黑曲霉 一般放线菌 一般酵母菌 最低pH 4.3 4.5 4.2 1.5 5.0 3.0 最适pH 6.0—8.0 6.0—7.5 7.0—7.5 5.0—6.0 7.0—8.0 5.0—6.0 最高pH 9.5 8.5 9.3 9.0 10 8.0
般酵母菌
pH值 最低 最适 最高 0.5 2.0~3.5 6.0 4.0~4.6 5.8~6.66. 8 4.2 6.8~7.0 11.0 4.5 7.4~7.6 9.0 7.0 7.8~8.6 9.4 4.0~4.5 5.4~6.3 7.0~8.0 4.2 7.0~7.5 9.3 6.0 6.8 7.0 6.0 7.5~7.8 9.5 1.5 5.0~6.0 9.0 5.0 7.0~8.0 10.0 3.0 5、0~6.0 8.0
(2)微生物对热的耐受力还受环境条件的影响 与培养基的营养成分有关：培养基中蛋白质含 量高时比较耐热。 与pH 有关：pH适宜时不易死亡，pH不适宜时， 容易死亡。 与水分有关：含水量大时容易死亡，含水量小 时不容易死亡。 与含菌量有关：含菌量高，抗热性增强，含菌 量低，抗热性差。 与热处理时间有关：热处理时间长，微生物易 死亡。
二、干燥
渗透压和干燥都涉及到水分含量和水活度， 它们对微生物的生长都有很大的影响。 干燥对微生物的影响 干燥抑制微生物生长或造成其死亡的原因： 干燥能引起微生物细胞内蛋白质的变性和盐 类等物质浓度提高，从而抑制生长或造成微生 物死亡。
微生物对干燥的抵抗力与以下因素有关： 温度： 在相同的干燥环境下，温度高，微生物易死 亡， 而在低温下不易死亡（例如冷冻干燥保藏菌种） 干燥速度：干燥速度快，微生物不易死亡，反之， 易死亡。 基质：在不同基质中对干燥的抵抗力不同，含有糖、 淀粉、蛋白质等物质时，不易死亡。 微生物种类及生长时期：产荚膜菌比不产荚膜菌抗 性强；小型、厚壁细胞的微生物比长型、薄壁细 胞的微生物抗性强；细菌的芽孢、真菌的孢子比 营养细胞抗干燥性很强；老龄菌比幼龄菌抗性强。
一、温度
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： 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。 影响物质的溶解度，对生长有影响。
（二) 不同微生物对pH要求不同
微生物的生长pH值范围极广，从pH<2~>8 都有微生物能生长。但是绝大多数种类都生活 在pH5.0~9.0之间。 微生物生长的pH值三基点： 各种微生物都有其生长的最低、最适和最 高pH值。低于最低、或超过最高生长pH值时， 微生物生长受抑制或导致死亡。
不同的微生物最适生长的pH值不同，根据 微生物生长的最适pH值，将微生物分为： 嗜碱微生物：硝化细菌、尿素分解菌、多 数放线菌 耐碱微生物：许多链霉菌 中性微生物：绝大多数细菌，一部分真菌 嗜酸微生物：硫杆菌属 耐酸微生物：乳酸杆菌、醋酸杆菌
（一）微生物生长的三个温度基点
从微生物整体来看： 生长的温度范围一般在-10 ℃ ~100 ℃ 极端下限为-30 ℃，极端上限为105~300 ℃ 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。 超过最低生长温度时， 微生物不生长，温度 过低，甚至会死亡。 超过最高生长温度时， 微生物不生长，温度 过高，甚至会死亡。
高温微生物的特点: 生长速度快，合成大分子迅速，可及时修复 高温对其造成的分子损伤。 耐高温菌具应用优势：在减少能源消耗、减 少染菌、缩短发酵周期等方面具重要意义。有 利于非气体物质在发酵液中的扩散和溶解，防 止杂菌污染，由高温微生物产的酶制剂，酶反 应温度和耐热性都比中温微生物高。
不同生理生化过程的最适温度 微生物不同生理活动要求不同温度，所以， 最适生长温度 发酵速度快、积累代谢产物多。 一般而言，老龄比幼龄耐热，原核生物比真核 生物耐热，非光合生物比光合生物耐热，结构简 单的比结构复杂的耐热，在富含蛋白质的培养基 上生长的细菌耐热能力强。
五、氢离子浓度
（一）环境pH值对微生物生长的影响
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。 改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径：如： 酵母菌在pH4.5-5产乙醇，在 pH6.5以上产甘 油、酸。 环境pH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，或有毒物质的毒 性。
渗透压与溶质的种类及浓度有关: 溶质浓度高,渗透压大； 不同种类的溶质形成的渗透压大小不同,小分 子溶液比大分子溶液渗透压大；离子溶液比分 子溶液渗透压大；相同含量的盐、糖、蛋白质 所形成的溶液渗透压为 盐>糖>蛋白质。 对于一般微生物来说，在含盐5%~30%或含糖 30%~80%的高渗条件下可抑制或杀死某些微生物。 但各种微生物承受渗透压的能力不同，有些能 在高渗条件下生长，称其为耐高渗微生物。
造成死亡的原因： ①冻结时细胞水分变成冰晶，冰晶对细胞膜产生 机械损伤，膜内物质外漏。 ②冻结过程造成细胞脱水。 冻结速度对冰晶形成有很大影响，缓慢冻结，形 成的冰晶大，对细胞损伤大；快速冻结，形成 的冰晶小、分布均匀，对细胞的损伤小，因此， 利用快速冻结可以对一些菌种进行冻结保藏， 一般情况下在菌悬液中再加一些甘油、糖、牛 奶、保护剂等可对菌种进行长期保藏。
三、渗透压
水或其他溶剂经过半透性膜而进行的扩散 称为渗透，在渗透时溶剂通过半透性膜时的 压力称为渗透压，其大小与溶液的浓度成正 比。
渗透压对微生物的影响 细胞内溶质浓度与胞外溶液的溶质浓度相等时， 为等渗溶液,溶液的溶质浓度高于胞内溶质浓度 为高渗溶液,溶液的溶质浓度低于胞内溶质浓度 为低渗溶液。 在等渗溶液中,微生物的活动保持正常,细胞外形 不变。 在高渗溶液中,细胞易失水,脱水后发生质壁分离, 生长受抑制或死亡。(盐渍和糖渍保藏食品) 在低渗溶液中,细胞吸水膨胀,甚至导致细胞破裂 死亡。