1微生物知识

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1.1.3 微生物在生物学分类中的地位 在生物学发展的历史上，曾把所有的生物分为动物界和 植物界两大类。而微生物，不仅形体微小、结构简单，而且 它们中间有些类型像动物，有些类型像植物，还有些类型既 有动物的某些特征，又具有植物的某些特征，因而归于动物 或植物都不合适。于是，1866年海克尔（Haeckel）提出区 别动物界与植物界的第三界——原生生物界。它包括藻类、 原生动物、真菌和细菌。
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（4）根据微生物生态环境不同，形成的分支学科有：土 壤微生物学(soil microbiology)、海洋微生物学（marine microbiology）等。 从以上可知，微生物学既是应用学科，又是基础学科， 而且各分支学科是相互配合、相互促进的，其根本任务是利 用和改善有益微生物，控制、消灭和改造有害微生物。
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1.3 微生物与食品微生物
1.3.1 微生物学的概念及研究对象
概括地说，微生物学（microbiology）是研究微生物及 其生命活动规律的学科。主要研究对象是微生物的形态结构、 营养特点、生理生化、生长繁殖、遗传变异、分类鉴定、生 态分布及微生物在工业、农业、医疗卫生、环境保护等方面 的应用。
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表1-1 微生物形态、大小和细胞类型
微生物 病毒 细菌 真菌 原生动物 藻类
大小近似值 0.01～0.25μ m 0.1～10μ m 2μ m～1m 2～1000μ m 1μ m～m
细胞特征 非细胞的 原核生物 真核生物 真核生wk.baidu.com 真核生物
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1.1.2 微生物与人类的关系 微生物是星球上最早出现的生命有机体，生命存在的任 何一个角落都有微生物的踪迹，而且其数量比任何动植物的 数量都多，可能是地球上生物总量的最大组成部分。微生物 与人类社会和文明的发展有着极为密切的关系。中国劳动人 民在史前就利用微生物酿酒，积累了极为丰富的酿酒理论与 经验，创造了人类利用微生物的辉煌实践。早在2000多年前， 祖先就用长在豆腐上的霉菌来治疗疮疖等疾病。1928年，英 国的科学家Fleming 等人发明了青霉素，从此揭示了微生物 产生抗生素的奥秘，其后应用于临床，效果非常显著，开辟 世界医疗史上的新纪元。
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（2）根据微生物类群不同，形成的分支学科有：细菌学 （bacteriology）、病毒学(virology)、真菌学(fungi)、 放线菌学(actinomycetes)等。 （3）根据微生物的应用领域不同，形成的分支学科有： 工业微生物学(intrustrial microbiology)、农业微生物学 （agricultural microbiology）、医学微生物学(medical microbiology)、药用微生物学（patherological microbiology）、兽医微生物学（viterinary microbiology）、食 品微生物学（food microbiology）等。
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1.1.4.3种类多，分布广 微生物在自然界是一个十分庞杂的生物类群。迄今为止， 我们所知道的微生物近10万种，现在仍然以每年发现几百至 上千个新种的趋势在增加。它们具有各种生活方式和营养类 型，大多数是以有机物为营养物质，还有些是寄生类型。微 生物的生理代谢类型之多，是动、植物所不及的。分解地球 上贮量最丰富的初级有机物——天然气、石油、纤维素、木 质素的能力，属微生物专有。
（利用微生物制造新的食品原料、产品）。
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1.3.4 食品微生物学研究任务 微生物在自然界广泛存在，在食品原料和大多数食品上 都存在着微生物。但不同的食品或在不同的条件下，其微生 物的种类、数量和作用亦不相同。微生物既可在食品制造中 起有益作用，又可通过食品给人类带来危害。食品微生物学 研究的任务是：
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1.1.4.2 繁殖快 微生物繁殖速度快，易培养，是其他生物不能比的。如 在适宜条件下，大肠杆菌 37℃时世代时间为 18 min，每 24h可分裂80次，每24h的增殖数为1.2×1024个。枯草芽孢 杆菌30℃时的世代时间为31min，每24 h可分裂46次，增殖 数为7.0×1013个。 事实上，由于种种客观条件的限制，细菌的指数分裂速 度只能维持数小时，因而在液体培养中，细菌的浓度一般仅 能达到每毫升108～109个左右。
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1.3.4.1有益微生物在食品制造中的作用 用微生物制造食品，这并不是新的概念。早在古代，人 们就采食野生菌类，利用微生物酿酒、制酱。但当时并不知 道是微生物的作用。随着对微生物与食品关系的认识日益加 深，对微生物的种类及其作用机理的理解，也逐步扩大了微 生物在食品制造中的应用范围。
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概括起来，微生物在食品中的应有三种方式：①微生物 菌体的应用：食用菌就是受人们欢迎的食品；乳酸菌可用于 蔬菜和乳类及其他多种食品的发酵，所以，人们在食用酸牛 奶和酸泡菜时也食用了大量的乳酸菌；单细胞蛋白（SCP） 就是从微生物体中所获得的蛋白质，也是人们对微生物菌体 的利用。②微生物代谢产物的应用：人们食用的食品是经过 微生物发酵作用的代谢产物，如酒类、食醋、氨基酸、有机 酸、维生素等。
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③微生物酶的应用：如豆腐乳、酱油。酱类是利用微生 物产生的酶将原料中的成分分解而制成的食品。微生物酶制 剂在食品及其他工业中的应用日益广泛。 中国幅员辽阔，微生物资源丰富。开发微生物资源，并 利用生物工程手段改造微生物菌种，使其更好地发挥有益作 用，为人类提供更多更好的食品，是食品微生物学的重要任 务之一。
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1.1.4.4 适应性强，易变异 微生物对外界环境适应能力特强，这都是为了保存自己， 是生物进化的结果。有些微生物体外附着一个保护层，如荚 膜等，这样一是可以作为营养，二是抵御吞噬细胞对它的吞 噬。细菌的休眠芽孢、放线菌的分子孢子等对外界的抵抗力 比其繁殖体要强许多倍。有些极端微生物都有相应特殊结构 蛋白质、酶和其他物质，使之能适应恶劣环境。 一方面，由于微生物表面积和体积的比值大，与外界环 境的接触面大，因而受环境影响也大。一旦环境变化，不适 于微生物生长时，很多的微生物则死亡，少数个体发生变异 而存活下来。利用微生物易变异的特性，在微生物工业生产 中进行诱变育种，获得高产优质的菌种，提高产品产量和质 量。
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这些微小的生物包括无细胞结构、不能独立生活的病毒、 亚病毒（类病毒、拟病毒和朊病毒），原核细胞结构的真细 菌、古细菌和有真核细胞结构的真菌（酵母、霉菌等），还 包括原生动物和某些藻类。在这些微小的生物体中，大多数 是我们用肉眼不可见的，尤其是病毒等生物体，即使在普通 的光学显微镜下也不能看到，必须在电子显微镜下才能观察 到。但也有例外，有些微生物尤其是真菌——食用真菌等肉 眼是可见的。由此可见，微生物是一个微观世界里生物体的 总称。它们的大小和特征见表1-1。
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1.2.2.2 微生物生理学期 继列文虎克发现微生物以后的200年间，微生物学的研 究基本上停留在形态描述和分门别类阶段。直到19世纪中期， 以法国的巴斯德（Louis Pasteur,1822-1895）在进行酒精 发酵试验时发现酒精发酵是由酵母菌引起的，还研究了氧气 对酵母菌的生长和酒精发酵的影响。此外，巴斯德还发现乳 酸发酵、醋酸发酵和丁酸发酵都是由不同细菌所引起的。
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第一章
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1.1 微生物概念及其特性
1.2 微生物的形成与发展
1.3 微生物与食品微生物
1.4 食品微生物应用与前景
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1.1 微生物概念及其特性
1.1.1 微生物的概念 微生物 (microorganism, microbe) 一词，是对所有形 体微小、单细胞或个体结构较为简单的多细胞，甚至无细胞 结构的低等生物的总称，或简单地说是对细小的、人们肉眼 看不见的、只有借助于显微镜才能看见的生物的总称。但近 年来发现有的细菌是肉眼可见的，如1993 年正式确定为细 菌的 Epulopiscium fishlsoni 以及 1998 年报道的 Thiomargarita namibiensis。最近，德国科学家在纳米比海的 海底沉积物中，发现了一种硫细菌, 均为肉眼可见的细菌。 所以上述微生物的定义是指一般的概念，是历史的沿革，但 仍为今天所适用。
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1.3.3 食品微生物学的概念及研究内容 1．研究与食品有关的微生物的活动规律； 2．研究如何利用有益微生物为人类制造食品； 3．研究如何控制有害微生物、防止食品发生腐败变质； 4．研究检测食品中微生物的方法，制定食品中微生物 指标，从而为判断食品的卫生质量 而提供科学依据；
5．进行食品开发——单细胞蛋白质、功能性食品基料
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1.1.4 微生物的特点 微生物虽然个体小，结构简单，但它们具有与高等生物 相同的基本生物学特性。遗传信息都是由 DNA 链上的基因 所携带，除少数特例外；微生物的初级代谢途径如蛋白质、 核酸、多糖、脂肪酸等大分子物质的合成途径基本相同；微 生物的能量代谢都以 ATP 作为能量载体。微生物作为生物 的一大类，除了与其他生物共有的特点外，还具有其本身的 特点及其独特的生物多样性：种类多、数量大、分布广、繁 殖快、代谢能力强等，是自然界中其他任何生物不可能比拟 的，而且这些特性归根结底是与微生物体积小，结构简单有 关。
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1.3.2 微生物学的主要分支学科 随着微生物学的不断发展，已形成了基础微生物学和应 用微生物学，又可分为许多不同的分支学科，并还在不断的 形成新的学科和研究领域。
（1）根据基础理论研究内容不同形成的分支学科有：微 生物生理学(microbial physiology)、微生物遗传学（microbiol genetics）、微生物生物化学(microbiol biochemistry)、微生物分类学（microbial taxonomy）、微生物生 态学（microbiol ecology）等。
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1.2.2.3 微生物的成熟期 从1953年发现DNA的双螺旋结构模型起，整个生命科学 进入到分子生物学的研究领域，也是微生物学发展史上成熟 期到来的标志，其应用研究向着更自觉、更有效和可人为控 制的方向发展。在应用方面，开发菌种资源、开发新的微生 物发酵原料、利用代谢调控机制和固定化细胞、固定化酶发 展发酵生产和提高发酵产品的经济效益。应用遗传工程组建 具有特殊功能的 “ 工程菌 ” ，把研究微生物的各种方法 和手段应用于动、植物和人类研究的某些领域等。从此，微 生物学研究进入到一个崭新的时期。
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1.2.2 微生物学的形成 1.2.2.1 微生物形态学期 微生物形态观察是从安东· 列文虎克（Antony Van Leeuwenhock 1632-1732）发明的显微镜开始的，它是世界上 真正看见并描述微生物的第一人。他的显微镜在当时被认为 是最精巧、最优良的单式显微镜，他利用能放大50～300倍 的显微镜，清楚地看见了细菌和原生动物，而且还把观察结 果报告给英国皇家学会，其中有详细的描述，并配有准确的 插图。1695年，安东· 列文虎克把自己积累的大量结果汇集 在《安东· 列文虎克所发现的自然界秘密》一书里。他的发 现和描述首次揭示了一个崭新的生物世界——微生物世界。 这在微生物学的发展史上具有划时代的意义。
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1.2 微生物的形成与发展
1.2.1 微生物形成前的历史
具今8000年前至公元1676年间，人类还未见到微生物的 个体，却自发地与微生物打交道。公元前3000前埃及人就食 用牛奶、黄油和奶酪；犹太人从死海中获得的盐来保存各种 食物；中国人用盐腌保藏鱼及食品。公元前3500年有葡萄酒 的酿造。约2000前年中国就有食醋的生产，约1500年开始酿 制酱和酱油。
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1.1.4.1 代谢活力强 微生物体积虽小，但有极大的比表面积，如大肠杆菌的 比表面积可达30万。因而微生物能与环境之间迅速进行物质 交换，吸收营养和排泄废物，而且有最大的代谢速率。从单 位重量来看，微生物的代谢强度比高等生物大几千倍到几万 倍。如在适宜环境下，大肠杆菌每小时可消耗的糖类相当于 其自身重量的2000倍。以同等体积计，一个细菌在1h内所消 耗的糖即可相当于人在500年时间内所消耗的粮食。 微生物的这个特性为它们的高速生长繁殖和产生大量代 谢产物提供了充分的物质基础，从而使微生物有可能更好的 发挥“活的化工厂”的作用。