食品微生物学重点考点汇总

第一章 绪论

一、概念：

１微生物—是结构简单繁殖快分布广种类多个体微小肉眼直接看不见的微小生物的总称。

２食品微生物学—它是在普通微生物学的基础上，专门研究与食品有关的微生物的性状及其在一定条件下微生物与食品的相互关系。利用有益的微生物发酵生产食品，拓展食品的种类，对食品有害的微生物，控制其生长繁殖，防止食品的腐败及疾病的传播，保证其安全性。

二、微生物的特点： １、生长繁殖快：微生物具有极高的生长和繁殖速度。按２０分钟繁殖一代，一昼夜繁殖７２代，按几何级数繁殖，由一个菌就产生４７２２３６６５００万亿个细胞。 ２、种类多、分布广：从分布上看，微生物分布在自然界的各个角落，除了火山的喷口中心外，正如苏联学者阿梅里扬斯基院士对微生物的描述： “他们真是无处不在„„”。可以认为微生物永远是生物圈上下限的开拓者和各项生存记录的保持者。

3、微生物的种类繁多，９５年的统计，微生物总数在５０－６００万之间，其中人类记载过的２０万左右（其中原核微生物３５００，真核９万，原生动物和藻类１０万种），每年新发现约１５００种新种。３、个体微小、结构简单：

4、个体微小：肉眼直接看不见，但是比表面积大。

5，少数真核微生物为简单的多细胞结构微生物。

6、适应强、易变异：微生物培养的条件简单。

三、微生物在生物分类中的地位

1 早期的分类：动物界和植物界。

2、1866年分为三界系统：动物界、植物界和原生生物界。

3、1969年的Whittaker的五界分类方法：动物界、植物界、原生生物界、真菌 界和原核生物界。

4、1979年六界分类方法：动物界、植物界、原生生物界、真菌界和原核生物界、病毒界。

动物界

植物界

细胞型生物 原生生物界：原生动物、大部分藻类及黏菌。

生物 真 菌 界 ：酵母、霉菌。

原核生物界：细菌、放线菌、蓝细菌等。

非细胞型的生物：病毒界

1、研究的对象：细菌、酵母、霉菌、放线菌和病毒。

2、研究的内容：研究微生物生命活动规律的科学。具体研究微生物的形态结构特征、生理生化特性、生长繁殖规律、分类鉴定、遗

第二章 微生物的形态结构

1.微生物的形态: 是微生物的基本内容之一，也是分类研究的基础。 个体形态—单个细胞的形态

2.微生物的形态： 群体形态—指微生物在适宜的固体培养基上大量生长繁殖，形成肉眼可见的群体，此群体称为菌落或菌苔。

第一节 原核微生物与真核微生物的区别

3.原核微生物—是指一类细胞核无核膜包裹，核区内只有一条双螺旋结构的脱氧核糖核酸构成的染色体的单细胞生物，包括真细菌和古生菌。细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体都属于真细菌。

4.真核微生物—凡是细胞核具有核膜核仁，其染色体除含有双螺旋结构的脱氧核糖核酸（DNA）外还含有组蛋白，能进行有丝分裂、细胞中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器的生物，称为真核生物。微生物中的酵母、霉菌等真菌、原生动物和地衣等均属于真核生物。

第二节 细菌的形态结构

原核微生物的基本结构和特殊结构：

1 细菌的基本形态：基本结构：细胞壁、细胞质膜、细胞质和内含物、细胞核。

特殊结构：不是所有细菌细胞都具有的构造，称为特殊构造，有荚膜、芽孢、鞭毛、菌毛。

基本形态：球菌、杆菌和螺旋菌三大类。以杆菌最为常见，球菌次之，螺旋状的最少。此外，近年来还陆续发

现少数其他形态的细菌，如三角形、方形和圆盘形等的细菌。许多原核微生物不仅具有其固有的形

态，而且具有其一定的排列方式，这也是其生物学特性表现。

1.1 ：根据球菌分裂后新细胞排列方式不同分：单球菌、双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌。

1.2 ：是细菌中种类最多的，各种杆菌的长和宽比例差异大。

1.3 螺旋菌：根据螺旋菌菌体弯曲的情况的不同分为弧菌和螺旋菌，前者菌体只有一个弯曲，呈逗点状，香蕉状，如霍乱弧菌；后者

菌体有两个以上的弯曲迂转如螺旋，介于细菌与原生动物之间，菌体较为坚硬。如回归热、梅毒、钩端螺旋体。

此外，少数细菌呈三角形、方形和圆盘形等。

以下条件导致形态变化：营养条件改变、培养时间过长、物理化学因素的变化 环境条件恢复，形态恢复正常。 测定细菌的大小用测微尺在显微镜下测定，一般用微米（ (µm ）、纳米（毫微米， nm ）表示。

杆菌：1.0-5.0X0.5-1.0 µm ，小杆菌在0.7-1.5 X0.2-0.4µm ，球菌：直径在0.5-1.0 µm 。

肉眼可见范围：肉眼可见（0.75 mm），最小的病毒：28 nm

第二节 原核微生物的基本结构

2.1 细胞壁: 细胞壁(cell wall)是位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被。通过染色、质壁分离 (pasmolysis)或制成原生质体后在光学显微镜下可证实细胞壁的存在；用电子显微镜观察细菌超薄切片等方法，可确证细胞壁的存在。

原生质体——是指在人工的条件下用溶菌酶除去细胞壁或用青霉素抑制细胞壁的合成后，只剩下细胞膜包裹着的脆弱细胞，一般由革蓝氏阳性菌形成。 危害：大多数原核微生物没有细胞壁不能存活，但少数细菌无壁也能生存。如支原体，实际上是自由生活的原生质体，无细胞壁也能生存，其膜坚韧。热原体属是目前唯一知道的缺少细胞壁的古生菌。

周质空间：又称壁膜间隙，目前有争论，有的观点认为革兰氏阳性菌无周质间隙，有的认为有。它是指存在于细胞壁和细胞膜

之间的空隙（宽约１２－１５nm），呈胶状。在周质空间中，存在着许多周质蛋白，⑴有水解酶类，例如蛋白酶、核酸酶等；⑵合成酶类，如肽聚糖合成酶；⑶结合蛋白，具有运送营养物质的作用；⑷受体蛋白：与细胞的趋化性有关。 细胞壁的功能：

1 使细菌具有一定的形态、保护菌体起屏障作用；保护细胞免受外力的损伤，（如大气压G+可抵抗15-25、G-可抵抗5-10）；阻挡有害物质进入细胞（如G-可阻挡分子量超过800的抗生素进入）；

2 与细菌抗原性、毒性有关；

3 协组鞭毛运动；

4 与细菌的抗原性、毒性有关，对噬菌体的敏感性有关。

5 为正常细胞分裂所必须；

原核微生物的细胞壁除了具有以上共性外， G+ G-和古生菌中，还有其各自的特性，这就是细胞壁的多样性。 细菌的染色

a.简单染色法：

正染色 革兰氏染色法

鉴别染色法 抗酸性染色法

芽孢染色法

死菌 姬姆萨染色法

负染色： 荚膜染色法等

b.细菌染色法

活菌：用美蓝、乳酸石炭酸等作活菌染色

2.2细胞膜：是紧贴在细胞壁内侧的一层由磷脂（20％～30％）和蛋白质（50％～70％）组成的柔软、脆弱、富有弹性的半透性薄膜，

约7～8nm厚。

电子显微镜下观察时，细胞膜呈明显的双层结构—在上下两暗色层间夹着一浅色的中间层的双层膜结构。

细胞膜的化学成分：磷脂和蛋白质 。 细胞膜的生理功能

①选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运输、交换；

②维持细胞内正常渗透压的屏障；

③合成细胞壁各种组分（LPS、肽聚糖、磷壁酸）和荚膜等大分子的场所；

④进行氧化磷酸化或光合磷酸化的产能基地；

⑤许多酶（β-半乳糖苷酶、有关细胞壁和荚膜的合成酶、ATP酶）和电子传递链组分的所在部位；

⑥是鞭毛的着生点和提供其运动所需的能量等。

2.3间体（mesosome）：是一种有细胞质膜内褶而形成的一种囊状、片状和管状构造，一般位于细胞分裂部位或其邻近，主要的功能

是促进细胞间隔的形成并与遗传物质的复制及其相互分离有关。多见于革兰氏阳性细菌。每个细胞含有一个至几

个，着生部位可在表层或深层。近年来存在其它学术观点，认为间体是电镜制片时因脱水而引起的一种赘像。

2.4细胞质: 是细胞质膜内除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。大约80%为水份，原核微生物的细胞质是不流动的，

这与真核微生物明显不同。细胞质的主要成分是核糖体、贮藏物、多种酶类和代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单

体等，少数细菌还含有类囊体、羧酶体、气泡或半孢晶体等。

聚β-羟丁酸（PHB）的结构：是存在于许多细菌细胞质内属于类脂的碳源类贮藏物质。 功能：贮藏能量、碳源和降低细胞内的渗透压。

2.5细胞核：又称原核、拟核，无核膜、核仁，为深度卷曲的DNA双螺旋细丝，只有少量蛋白质与之结合。

一般为单倍体，在染色体复制的段时间内呈双倍体。 细胞核的功能：遗传物质。

2.6质粒——许多细菌细胞存在着染色体外的遗传物质，为环状的双股DNA分子，能自我复制，称为质粒。

其功能是对次生代谢产物（抗生素、色素、毒素、酶的抑制剂等）起调控作用。可以稳定遗传，

近年来发现酵母、霉菌和放线菌均有质粒存在。

2.7鞭毛(flagella)：有些细菌表面着生有细长波浪型弯曲的丝状物，是细菌的运动器官，称为鞭毛。鞭毛直径

很细，0.01-0.02µm，比菌体长许多倍，在15-20µm范围，其数目1-几十条。 ①鞭毛的功能：运动器官。 ②鞭毛的观察方法：悬滴法暗视野显微镜观察、半固体穿刺法观察、特殊染色法显微镜观察。 ③鞭毛的成分：蛋白质，少量的多糖。

球菌： 大多数，无鞭毛。 杆菌：有的有鞭毛。 螺旋菌：大多数有鞭毛。

2.8荚膜: 有些细菌在其细胞壁表面覆盖一层松散的粘液样物质，具有一定的外形，相对稳定地附着于细胞外，叫荚膜。

菌胶团— 当荚膜中包裹有几个菌时叫菌胶团。

— 产荚膜的细菌在琼脂培养基上形成的菌落表面湿润、有光泽、粘液状称为光滑型的菌落。

R型菌落— 不产荚膜的细菌所形成的菌落表面较干燥，叫粗糙型的菌落。

① 荚膜的成分：90%为水分，固形物为多糖、多肽或蛋白质。以多糖为主。如肠膜状明串株菌以葡聚糖为主；变异链球菌以果聚糖为主；炭疽杆菌以聚谷酰胺为主；巨大芽孢杆菌以多肽和多糖为主。

② 荚膜的功能：

A 保护作用：保护菌体免受干躁的影响，防止噬菌体的吸附和白细胞的吞噬；

B 贮藏养分： 以备营养缺乏时重新利用。

C 屏障作用，保护菌体免受重金属离子的毒害；

D表面附着作用：黏附在呼吸道和牙齿上，如引起龋齿的唾液链球菌、变异链球菌使蔗糖变成果聚糖，让细菌牢牢黏附在牙齿表面； E 细菌之间的信息识别作用；如根瘤菌属。

F 堆积代谢废物；

2.9芽孢—某些细菌在其生长发育的后期，在细胞内由细胞质浓缩脱水形成一个多层厚膜、折光性很强，圆形或椭圆形、圆柱形，对不良环境具有较强抵抗力的休眠体叫芽孢（endospore ，spore）（或叫内生孢子）。

① 芽孢的成分：芽孢膜、孢壁酸、2，6-吡啶二羧酸、少量的DNA及抗性酶系。

② 芽孢的性质：抗逆性强，多层厚膜，含水量少，坚实，代谢低。 A 抗热性强，芽孢含水量少40%，不易凝固蛋白、核酸，2，6-

吡啶二羧酸钙，耐热性强。 B 耐干燥的能力强，干燥的芽孢可存活几年，所以可以采用沙土管保存1-3年，也耐

渗透压。C 对紫外线、X射线、以及一切化学药品都有较强的抵抗力，化学药品不易渗透进去。

③ 芽孢的形态：一般形态为圆形、卵圆形、椭圆形和圆柱形。 ④位置：中央芽孢、偏端芽孢、末端芽孢、游离芽孢 ⑤芽孢的形成过程：由细菌的营养细胞一部分细胞质浓缩失水而成，电镜下观察时细胞当中核物质凝集，向细胞的一端移动，细胞膜借助于中体内陷、延伸、延长形成双层膜，构成芽孢的横膈膜壁将核物质与部分细胞质包围而形成芽孢，几小时后游离出菌体，以后菌体破裂。 ⑥细菌：杆菌 ：有的不产芽孢。有部分产芽孢：好气性的芽孢杆菌属: 如枯草芽孢杆菌、蕈状芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、中央芽孢

杆菌。厌气性芽孢杆菌：羧状芽孢杆菌、解糖嗜热羧状芽孢杆菌。

球菌： 大多数不产芽孢，少数产芽孢，如生孢八叠球菌属除外。

螺旋菌： 只有少数产芽孢。 ⑦芽孢对食品的污染：食品科学家对芽孢菌污染食品的来源做了详细的研究，研究发现，芽孢细菌主要是通过土壤污染原料的，这些芽孢就会被带进工厂，污染设备，并能发芽，生长产生更多的芽孢。嗜热脂肪芽孢杆菌和凝结芽孢杆菌为平酸菌，均为兼性芽孢杆菌，在罐头食品中可生长，前者存在于各种气候带的土壤中，而后者相对稀少。嗜热解糖梭菌为厌氧芽孢菌，可引起罐头腐败产气，胀罐严重的出现罐头胖罐、突角或破裂。

2.10菌毛— 由叫纤毛、伞毛和线毛，着生于细胞膜上，长在细菌的体表纤细、中空、短直，数量较多的蛋白质类的附属物，直径3-10nm，一个细菌约有250- 300根菌毛。 ①功能： 具有使菌体附着于组织细胞的功能。 ②成分： 蛋白质。

③细菌中一般以革蓝氏阴性细菌有菌毛，这些致病菌借助于菌毛吸附在宿主细胞上。

性菌毛： 性菌毛一般见于革蓝氏阴性细菌的雄性菌株中，向雌性菌株传递遗传物质。但比菌毛长，数量少，一根到几根。

2.11伴孢晶体:少数的芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)在其形成芽孢的同时，在芽孢旁形成一菱形或双锥形的蛋白晶体——δ内毒素，称为伴孢晶体。 伴孢晶体的特点：不溶于水，而且对蛋白酶类不敏感；易溶于碱性溶液。

产生伴孢晶体的微生物对农业上的200多种昆虫尤其是鳞翅目的幼虫有毒杀作用，因而可将产生伴孢晶体的细菌大规模的培养，制成有利于环境保护的生物农药——细菌杀虫剂。

3、细菌的繁殖和菌落的构成

1 主要繁殖方式：分裂繁殖，又叫裂殖菌，为无性的。

2 DNA输入到雌性菌的体内，使雌性菌获得雄性菌的某些遗传特征。

3 菌落的构成：细菌在固体培养基上大量生长繁殖，形成一群新的群体聚集为肉眼可见的菌落或菌苔。一个菌落由一个细菌繁殖而形成。

4 颜色、硬度、透明度、边缘 、粘稠度不同，菌落的特征对菌种识别有一定的意义。

5 细菌在液体培养基中生长的特征：① 均匀分散在液体培养基中，出现浑浊；

② 有的在液体培养基中出现菌膜；

③ 有的在液体培养基中底部产生沉淀；

④ 有的在液体培养基中容器壁中产生环；

工业上有重要作用的细菌

革兰氏阴性无芽孢杆菌：大肠杆菌、醋酸杆菌、假单胞菌、产碱杆菌、黄杆菌、无色杆菌等。

革兰氏阳性无芽孢杆菌：短杆菌、棒状杆菌、乳酸杆菌、双歧杆菌和丙酸杆菌、金黄色葡萄球菌等。

革兰氏阳性芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、芽孢梭菌如丙酮丁醇芽孢梭菌（发酵糊精和淀粉，产生丙酮、正丁醇、乙醇、乙酸和CO2、H2）、巴氏芽孢梭菌能产生丁酸，在大曲酒生产中能赋予白酒浓香型香味成分如丁酸乙酯和乙酸乙酯。蜡状芽孢杆菌、肉毒梭状芽孢杆菌等。

革兰氏阳性球菌：微球菌、链球菌、明串珠菌。

两界系统：动物界、植物界

三界系统：动物界、植物界和原生生物界

四界系统：动物界、植物界和原生生物界（原生动物、真菌、部分藻类）和菌界（细菌、蓝细菌）。

五界系统：动物界、植物界、原生生物界（原生动物、粘菌、单细胞藻类如红藻、绿藻和小球藻）、真菌界和原核生物菌界（包括细

菌、蓝细菌等）。

六界系统：动物界、植物界、原生生物界、真菌界、真细菌界和古生菌界六界系统。

第三节 放线菌

放线菌是一类主要呈菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强的原核生物，几乎都是革蓝氏阳性，与细菌十分相似。

分布：土壤中。

作用：绝大多数为有益菌，抗生素的产生菌种，７０％的抗生素是放线菌生产的，一些抗癌药物、酶的抑制剂、免疫抑制剂和农用

杀虫剂等也可生产，极少数放线菌引起人、动物和植物病害。

１放线菌的形态构造

（１）放线菌的单细胞形态： 直线形

基内菌丝（营养菌丝） 波曲形

气生菌丝 孢子丝形态 螺旋形

分生孢子：成串的分生孢子。 轮生和钩状

（２）菌落形态：分为两类：一类代表是链霉菌，菌落小、表面干燥、成辐射状的粉粒状，初期成白色的绒毛状，质地致密，与培养基结合紧密，有不同的颜色。另一类以诺卡氏菌为代表，菌落具有分枝状的基内菌丝（营养菌丝） ，大多数无气生菌丝，成熟的基内菌丝横隔分裂产生分生孢子。在液体培养基中生长特征为，在液体表面和容器壁形成菌苔，液体不混浊，在液体下面有许多白色珠状菌丝球。

（３）放线菌的繁殖：无性的横隔分裂繁殖形成孢子，孢子成圆形、卵圆形、柱形。

（４）放线菌的生理

碳源：可利用淀粉、单糖和双糖等。

氮源：可利用有机氮或无机氮。

氧气：大多数为需氧菌，少数为厌氧菌。

pH： 最适生长pH值在7.5- 8.5范围。

温度：最适生长一般的在30-32℃，寄生菌在37- 40 ℃。

（５）代表菌属：

诺卡氏菌属：菌丝有隔膜，只有基内菌丝，很薄一层气生菌丝。如产生利福平的放线菌。

链霉菌属：菌丝无隔膜，如灰色链霉菌、龟裂链霉菌。

工业上有重要作用的放线菌

链霉菌属：生产各种抗生素，生产链霉素、四环素类的抗生素（如金霉素、土霉素、四环素）、卡那霉素、林可霉素、氯霉素、红霉素、新霉素、制霉菌素和丝裂霉素等，还生产多种酶制剂、酶的抑制剂、维生素（灰色链霉菌生产B12）。

链轮丝菌属：生产各种抗肿瘤和结核的抗生素，如结核放线菌素、博来霉素和丝裂霉素等。

诺卡氏菌属：生产氨基糖苷类抗生素，如利福霉素。

小单胞菌属：生产氨基糖苷类抗生素，如庆大霉素、利福霉素等。

游动放线菌：生产创新霉素。

第四节 真核生物的形态结构－酵母菌

真核生物－是一类细胞具有核膜，能进行有丝分裂，细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等多种细胞器的生物。真菌、显微藻类和原生动物等是属于真核生物类的微生物，故称为真核微生物。

一、真核生物的细胞构造： （１）细胞壁：主要成分为多糖，少量的蛋白质和脂类。低等真菌的细胞壁成分以纤微素为主，酵母菌以葡聚糖为主，高等真菌以几丁质为主。

功能：固定细胞外形和保护细胞免受外界不良因子的损伤等。 （２）鞭毛和纤毛：某些真核微生物细胞表面长有长短不一、毛发状、具有运动功能的细胞器，长150-200µm、数量较少者称鞭毛，长5-10µm、数量较多者的称纤毛。具有鞭毛的真核生物主要有鞭毛纲的原生动物、藻类和低等水生真菌的游动孢子等。 （３）细胞质膜：与原核生物的构造和功能十分相似。 （４）细胞核： 一切真核生物都有外形固定、有核膜核仁的细胞核，一般为单核，有的有两个或多个核。细胞核中的染色体较小，染色体的数目差异大，构巢曲霉为８，酿酒酵母为１７，双孢蘑菇为１３，里氏木霉为６等。

（５）细胞质：由细胞基质、细胞骨架和各种细胞器组成。真核细胞中除细胞器以外的胶状液体，含有丰富的酶等蛋白质以及各种内含物、中间代谢物，是细胞代谢的重要场所。细胞骨架由微管、肌动蛋白丝和中间丝３种蛋白质纤维构成的细胞支架，具有支持、运输和运动等功能。 （６）细胞器：

内质网：合成和运送胞外分泌蛋白的功能。

核糖体：８０Ｓ（４０Ｓ＋ ６０Ｓ），蛋白质合成的功能。

高尔基体：协调细胞生化功能和沟通细胞内外环境的重要细胞器。

溶酶体：细胞内消化作用。

线粒体：氧化磷酸化反应的重要细胞器。

微体：主要含氧化酶和过氧化氢酶的微体，功能是可使细胞免受双氧水的毒害。

叶绿体：存在与绿色植物、藻类中。

液泡：主要含糖原、脂肪和多磷酸盐的贮藏物。

几丁质酶体等。

二、 酵母菌的形态结构及生理特性

１分布：

２形态和结构：细胞大小为3-6 µm×5-10 µm。

（１）形态：圆形、卵圆形、椭圆形、柱状和香肠形。

（２）结构：

细胞壁：25nm厚，由外向内为甘露聚糖－蛋白质－葡聚糖三层，少量的几丁质成分。

蛋白质：包括一些酶类。

细胞质膜： 甘油酯（１、２、３）

类脂： 甘油磷脂

甾醇：麦角甾醇、酵母甾醇。

糖类：甘露聚糖等。

细胞核：酿酒酵母有17条染色体，96年公布了全基因序列，12.o52Mb，共有6500个基因。还有质粒。

其它构造：形成液泡，有氧时形成杆状或球状的线粒体，无氧时形成无脊的、没有氧化磷酸化的线粒体。

酵母菌-单细胞真菌，是最低等的真核生物。 （３）酵母菌的菌落形态：菌落大呈圆形，边缘整齐，表面湿润光滑，菌落丰厚，粘稠易挑起，大多数为乳白色，少数为红色如赤酵母、克鲁维酵母产生红色素，个别为黑色。另外，凡不产假菌丝的酵母菌，其菌落更为隆起，边缘为圆形，产假菌丝的酵母则菌落扁平。酵母菌落具有悦人的酒香味。 （４）在液体培养基中生长特征：产膜、沉淀、均匀浑浊、起泡。

３ 酵母菌的繁殖方式：（1）芽殖 是主要的繁殖方式。 （2）裂殖。 （3）孢子繁殖有性孢子繁殖：相邻的细胞膜融合，细胞核融

合成接合子。无性孢子繁殖：内生孢子。

芽殖：假菌丝－→局部突起→核分裂→芽体增大→子细胞脱离母体→在一端或多端出芽。

裂殖：酵母细胞延长→核分裂→延长细胞中央产生一横膈膜→形成两个子细胞→裂殖酵母的繁殖方式

有性孢子繁殖：两个相邻细胞→突起形成→细胞膜消失→核、质融合→接合子→２－３次的减数分裂→４－８个核→形成孢子

囊破裂→孢子释放出来。

无性孢子繁殖：每个细胞内的核→分裂→形成２－８个孢子→外面→形成子囊→子囊破裂→孢子释放出来

4 酵母菌的生活史

生活史- 又叫生命周期，指上一代个体细胞经过生长发育阶段产生下一代个体的全部过程。酵母菌的生活史有3类生活史，（1）营

养体既能以单倍体也能以二倍体形式存在；其特点是一般情况下进行出芽生殖，营养体既能单倍体形式存在，也能以二倍体形式存在，在特定的条件下进行有性繁殖，如酿酒酵母。（2）营养体只能以单倍体形式存在；如八孢裂殖酵母（3）营养体只能以二倍体形式存在；如路德类酵母。

5 酵母菌的生理特性

(1) 碳源: 可直接吸收葡萄糖、半乳糖、果糖、甘露醇，双糖、麦芽糖、蔗糖水解成单糖后才吸收，纤微素、淀粉为非发酵性糖。不发酵乳糖。

（2）氮源： 可利用有机氮，如蛋白胨、氨基酸，无机氮中利用硫酸胺，不利用硝酸胺、硝酸钾。

（3）无机盐：利用磷酸盐 ，少数可利用硫酸亚铁等。

（4） 生长物质： 常见的B族维生素为生长因子，B1为必须物质。

（5） pH值： 酵母菌生长的最适pH值范围在5-6， pH值为3时发酵、生长都受阻碍， pH值低于2.5酵母菌渐渐死亡。

（5）温度： 酵母菌最适生长温度25-28℃，不超过30℃，抗低温的能力强。

开始发酵温度 最高温度 最终发酵温度

上面酵母 10-15 ℃ 15- 25℃ 5 - 7℃

下面酵母 6 – 8℃ 8 - 12℃ 3.5-5℃

上面酵母—— 发酵结束时酵母细胞悬浮在发酵液面上，形态多为圆形。国内少用上面酵母，如天津红光啤酒厂，英国的爱尔兰啤酒。 下面酵母—— 发酵结束时酵母菌沉于容器底部，细胞为卵圆形，国内常用下面酵母，如青岛啤酒、燕沙啤酒、五星啤酒、金陵啤酒、

沈阳啤酒和上海啤酒等。

酵母菌发酵与其最适生长温度差异较大的原因：

（1）在20℃以上的温度发酵，死亡的酵母易发生自溶；使啤酒出现酵母味，有的还导致啤酒中癸酸乙酯含量增高1.5ppm，增加啤酒的苦味、涩味，双乙酰浓度增加，产生沉淀。

（2）发酵产生的CO2在低温中溶解度大；

（3） 降温发酵对啤酒风味不变化；

工业上有重要作用的酵母菌

酿酒酵母：又叫啤酒酵母，是糖酵母属中重要的酵母种。

卡尔斯伯酵母：即是卡氏酵母，由丹麦的卡尔斯伯啤酒厂分离出来，是啤酒酿造工业中的典型―下面酵母‖。

异常汉逊氏酵母：在发酵液面上形成白色菌膜，能利用乙醇作为碳源，是酒精发酵工业的污染菌。用于白酒和清酒的增香，酱油的增香。

假丝酵母：假菌丝发达，多极出芽，生产单细胞蛋白的菌种，如产朊假丝酵母、解脂假丝酵母。

球拟酵母：有时产生菌膜，多数能发酵酒精，如发酵生产甘油和多元醇，利用烃类生产菌体蛋白。红酵母：多极出芽，多数不形成假菌丝，不发酵糖，无酒精发酵能力。用于生产维生素（β-胡箩卜素）、酶制剂。

第五节 霉菌 霉菌不是分类学上的名词，是丝状真菌的总称。是单细胞或多细胞丝状真菌。

1 分布： 极其广泛，它们在自然界中扮演着最重要的有机物分解者的角色，从而把其他生物难以分解利用的数量巨大的复杂有机物如纤微素、木质素分解，促进了生物圈的繁荣发展。

2 霉菌的形态和构造：

(1)个体形态: 霉菌大多数都是多细胞形态的微生物，由菌丝和孢子组成。

吸取养料： 假根、吸器

营养菌丝 附着： 附着胞，附着枝。

休眠： 菌核、菌索

菌丝体 延伸： 匍匐枝

简单 无性： 分生孢子头、 孢子囊

气生菌丝 有性： 担子

复杂 无性： 分生孢子器、分生孢子座

有性： 闭囊壳、子囊壳、子囊盘

（A）营养菌丝的形态

（1）假根： 是根霉属等低等真菌匍匐菌丝与固体培养基接触处分化出来的根状结构，具

有固着和吸取养料等功能。

（2）匍匐菌丝： 又称匍匐枝，毛霉和根霉真菌在固体培养基上形成与表面平行、具有延

伸功能的菌丝，称匍匐菌丝。

（3）吸器： 是几类专性寄生真菌如锈菌目、双霉目和白粉菌目等的一些种所产生，它是

营养菌丝分化出来的短枝，它可侵入细胞内形成指状、球状或丝状的构造，功能是吸取养

料。

（4）是寄生与植物的真菌，在其老菌丝的顶端发生膨大、分泌粘稠物，使菌丝牢固地黏

附在宿主的细胞上，称为附着胞。如在菌丝细胞生出1-2个细胞的短枝，将菌丝附着于宿

主体上称为附着枝。

（5）菌核： 是一种形状和大小不一的休眠菌丝组织，在不良外界条件下，可保存数年生命力。菌核形状有大有小，菌核的外层色深、坚硬，内层疏松，大多呈白色。

（6）菌索： 蘑菇类的组织，功能是促进菌体蔓延和抵御不良环境。

（7）菌环和菌网： 捕虫菌目和一些半知菌的菌丝分化成圈环或网状的特化菌丝组织，用以捕捉线虫等。

（B）气生菌丝体的形态

（1）结构简单的子实体：子实体是指在其里面或上面可产生无性或有性孢子，有一定的形状和构造的任何菌丝体组织。常见的食品工业用的菌种如曲霉属、青霉属等的分生孢子头（分生孢子），根霉和毛霉的孢子囊等，产生有性孢子的简单子实体如担子菌的担子。

（2）结构复杂的子实体：有分生孢子器、分生孢子座和分生孢子盘，分生孢子器——是产生孢子的场所，成球形或瓶形。

分生孢子座——由分生孢子梗紧密聚集成簇，分生孢子长在梗的顶端，形成垫状，称分生孢子座。

分生孢子盘——是分生孢子梗簇在一起形成的盘状结构，有时其中还夹杂着刚毛。

子囊果—— 能产生有性孢子、结构复杂的子实体称为子囊果。子囊果

闭囊壳： 呈球形，如曲霉属和青霉属所具有的特征。

有三种类型 子囊壳： 子囊果似烧瓶形，有孔口，是核菌纲真菌的特征。

子囊盘： 指开口的、盘状的子囊果，它是盘菌纲真菌的特有构造。

（3）菌丝体在液体培养基中的生长特性：

霉菌是严格的好氧菌，培养时常常要通气并搅拌，往往会产生菌丝球，是菌丝体相互紧密纠缠形成的颗粒状、均匀地悬浮于培养液中。

（C）霉菌的孢子

1 无性孢子：分生孢子、节孢子、孢子囊孢子、厚垣孢子、芽孢子、掷孢子、游动孢子、卵孢子、接合孢子 2 有性孢子：子囊孢子、担孢子

（2）霉菌的菌落形态特征

特征： 菌落直径大，质地疏松，外观干燥，不透明，孢子有颜色，黑曲霉呈黑色孢子；米曲霉呈黄绿色的孢子；青霉为铜绿色孢子；木霉为绿色孢子；红曲霉为红色的孢子等。

根霉、毛霉的菌落： 无定型，根霉菌落呈松的蜘蛛网状，毛霉菌落呈绒毛状、棉花状，菌落与培养基连接紧密，不易挑起，菌落的正反面的颜色、构造、及边缘与中心的颜色构造常常不一致等。根霉和毛霉是食品工业中生产豆豉、豆腐乳等的菌种，前者在18-20℃生长，后者在30℃生长好。

曲霉的菌落特征：菌落有定型为圆形，直径在2-3厘米，边缘整齐，菌丝比毛霉、根霉短，致密的绒毛状，菌种不同孢子的颜色不同。也是生产糖化酶的菌种。

用途：食品工业中米曲霉是生产酱油、豆瓣、豆豉等的菌种；黑曲霉是生产柠檬酸、酶制剂的菌种，

（3）霉菌的生理特征

①碳源： 以淀粉为碳源，也可吸收单糖和双糖。

②氮源： 以有机氮为主要的氮源，有的可利用少量的无机氮。

③温度：最适生长温度在30℃左右，60℃可杀死菌丝，但孢子耐热。

④pH值：最适生长的pH值为5-6，耐酸的能力比酵母强。

⑤氧气：霉菌为严格的好氧菌。

⑥食品工业中常见的霉菌

工业上有重要作用的霉菌

根霉：单细胞霉菌，生产糖化酶、酿酒、生产乳酸和顺丁稀二酸（富马酸）和反丁稀二酸（马来酸）。

毛霉：单细胞霉菌，发酵生产大豆制品、蛋白酶、有机酸等。

曲霉：多细胞霉菌，生产发酵食品、多种酶制剂、有机酸等。

红曲霉：生产红色食用色素、发酵生产发酵食品等。

青霉和头孢霉：多细胞霉菌，生产抗生素、有机酸菌种。

犁头霉：与根霉相似，有假根，但不发达，生产糖化酶和制曲。

白地霉：，多细胞霉菌，饲料蛋白菌种。

木霉：生产纤维素酶的菌种。

担子菌：各种食用菌类。

第六节 病毒

病毒是19世纪才发现的一类微小病原体。随着研究的深入，现代病毒学家把病毒分成真病毒和亚病毒两大类：

真病毒： 至少含有核酸和蛋白质两种组分

非细胞生物 类病毒： 只含具有独立侵染性的RNA组分

亚病毒 拟病毒： 只含不具独立侵染性的RNA组分

朊病毒： 只含单一蛋白质组分

1 病毒的概念和特性：

病毒——是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的非细胞生物，只含DNA或RNA的遗传因子，它们能以感染态和非感染态两种状态存在。其特性如下：

①形态极其微小，一般都能通过细菌滤器，必须在电子显微镜下才能观察；

②不具有细胞构造，主要成分为核酸和蛋白质两种，核酸为单一的DNA或RNA；

③无产能的酶系和合成的酶系，只能利用宿主的代谢系统合成自身的核酸和蛋白质，以核酸和蛋白质等“元件”的装配实现其大量，繁殖因此专性寄生；

④在离体条件下，能以无生命的生物大分子状态存在，并可长期保持侵染性；

⑤一般对抗生素不敏感，但对干扰素敏感；⑥有些病毒的核酸还能整合到宿主基因组中

2 病毒的形态和化学组分

（1）形态：一般呈球形、蝌蚪状和线状、棒杆状，病毒粒的对称有三种形式，即螺旋对称、二十面对称、复合对称。

（2）大小：常用nm做单位，大多数病毒直径在100左右（20-200nm），大致真菌、细菌和病毒直径比为100：10：1，最大的病毒为牛痘病毒，直径是200nm，最小的病毒是脊髓灰质炎病毒直径是28nm 。

（3）化学成分：基本成分是核酸和蛋白质，核酸位于中心，是基因组，蛋白质包在核酸周围，形成了衣壳，是病毒粒的主要支架结

构和抗原成分，有保护核酸作用。

3 病毒的种类：

微生物病毒：噬菌体、真菌病毒。

植物病毒： 玉米矮缩病毒、烟草花叶病毒等。

动物病毒 ： 细小病毒、单纯疱疹病毒、脊髓灰质炎病毒等。

4 病毒的繁殖：以原核生物的病毒——噬菌体为代表阐述，5个步骤

A 吸附：噬菌体与特异性的宿主接触后，尾丝尖端与宿主细胞表面的特异性受体（蛋白质、多糖或脂蛋白-多糖复合物等）接触，就可触发颈须

把尾丝散开，立即附着在受体上，从而把刺突、基板固着于细胞表面。吸附受许多因素的影响，如噬菌体的数量、阳离子的浓度、温度和辅助因子（色氨酸、生物素）等。

（Ｂ）侵入： 吸附后尾丝收缩，尾管推出并插入细胞壁和膜中，尾管释放溶菌酶水解细胞壁的肽聚糖，头部的核酸立即通过尾管及其末端小孔注入宿主细胞中，并将蛋白质躯壳留在壁外，从吸附到侵入仅几秒到几分钟。

（Ｃ）增殖： 噬菌体以其核酸中的遗传信息向宿主细胞发出指令，使宿主细胞的代谢系统按严密的程序合成噬菌体特有的核酸和蛋白质。

（Ｄ）成熟（装配）： 噬菌体的成熟过程就是把合成的各种―核酸和蛋白质‖进行自装配的过程，主要有核酸的缩合、蛋白质衣壳包裹DNA而形成完整的头部，尾丝和尾部的其他―部件‖独立装配完成，头部和尾部相结合后，最后在装上尾丝。

（Ｅ）裂解（释放） ：当宿主细胞内的大量子代噬菌体成熟后，由于水解细胞膜的脂肪酶和溶菌酶等的作用，促进了细胞的裂解，从而完成了子代噬菌体的释放。整个增殖的过程很快，E. coli T噬菌体在适宜的温度下仅为15-25分钟。

温和性噬菌体——指病毒侵入宿主细胞后，其基因组整合到宿主细胞的基因组上

，并随宿主细胞的复制进行同步复制，因此，不引起宿主细胞裂解。此现象称为溶源现象，凡是引起溶源性的噬菌体称为温和性噬菌体。

烈性噬菌体——指病毒侵入宿主细胞后，其基因组大量地进行复制，并装配成子代噬菌体，最后引起宿主细胞裂解，释放子代噬菌体。这种噬菌体称为烈性噬菌体。

几乎所有的菌都可能是溶源性的，都有产生噬菌体的可能。而且一种菌产生两种

以上噬菌体的情况也多，最多的可产生8种噬菌体。

５ 噬菌体的危害及其防止：见书

6 亚病毒

（1）类病毒： 是一类只含RNA成分、专性寄生的病原体，分子小，无蛋白质，RNA为环状的闭合的双链，典型的类病毒是马铃薯纺锤形块茎病（PSTV）病毒。

（2）拟病毒：又称类类病毒、壳类病毒或病毒卫星，是指一类包裹在真病毒粒中的有缺陷的类病毒。拟病毒极其微小，一般仅由裸露的RNA（300-400个核苷酸）或DNA组成。被拟病毒―寄生‖的真病毒又称辅助病毒，拟病毒成了它的‖卫星―。拟病毒的复制必须依赖辅助病毒的协助。

（3）朊病毒： 是不含核酸侵染性蛋白质分子，有250个氨基酸，大小仅为最小病毒的1%，其特征：①呈淀粉样的颗粒；②无免疫原性；③无核酸成分；④有宿主细胞内的基因编码；⑤抗逆行强，能耐杀菌剂（甲醛）和高温（120-130℃4小时后仍然具有感染性）。朊病毒与其它任何病毒有完全不同的成分和致病机理，因此朊病毒的发现是20世纪生命科学包括生物化学、病原微生物学、病理学和医学中的一件大事

第三章 微生物的营养

第一节 微生物的营养元素和细胞的化学组成

1 微生物细胞的化学组成:

构成微生物细胞的物质基础有两类: 主要元素和微量元素，主要元素有碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钠、镁、钙、铁等，碳、氢、氧、氮、磷、硫这六种元素占细胞干重的97%；微量元素包括锌、锰、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。

水是细胞维持正常生命活动必须的物质，一般可占细胞重量的70-90%。水分是微生物细胞的主要组成成分，水分占微生物细胞鲜重的70-90%，不同的微生物细胞含水量不同，微生物处于不同的生长时期含水量也有差异，一般幼龄菌含水量较多，衰老菌和休

现在知道，不论从元素水平还是从营养要素的水平来看，微生物的营养与摄食型的动物（包括人类）和光合自养型的植物非常相似，它们之间存在着“营养上的统一性” （见表4-1）。具体地说，微生物的营养要素有六种，即是碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。

碳源——凡能够提供微生物营养所需的碳元素（碳架）的营养源，称为碳源（carbon source）。碳源在微生物体内通过一系列复杂的化学变化合成细胞物质并为机体提供生理活动所需要的能量。微生物可利用的碳源范围是极其广泛的，可从表3-4中看到。 碳源的种类：

有机碳源：凡必需利用有机碳源的微生物，称为异养微生物。

无机碳源：凡能利用无机碳源的微生物，则是自养微生物。下表3-4中已把碳源在元素水平上归为七种类型，其中第五类的“C”是假设的，至少目前还未发现单纯的碳元素可作为微生物的碳源。从另外六类来看，说明微生物能利用的碳源类型大大超过了动物界或植物界所能利用的碳化合物。因而有人认为，任何高明的有机化学家，只要他将其新合成的产品投放到自然界，在那里早就有相应的能破坏、利用它的微生物在等待着了 。

碳源的功能： 构成微生物细胞物质和微生物生命活动的能量物质。

微生物的碳源谱虽然很广，但对异养微生物来说，其最适碳源是“C • H • O”型。其中，糖类是最广泛利用的碳源，其次是醇类、醛类、有机酸类和脂类等。在糖类中，单糖优于双糖和多糖，已糖优与于戊糖，葡萄糖、果糖优于半乳糖、甘露糖；在多糖中，淀粉明显优于纤维素或几丁质等纯多糖，纯多糖优于琼脂等杂多糖和其他大分子多糖如木质素。

对异养微生物来说，它的碳源同时又作能源，这时，可认为碳源是一种双功能的营养物。

值得注意的是，异养细菌虽必须利用各种有机碳源，但不少种类尤其是生长在动物的血液、组织、和肠道中的致病微生物。还需要少量二氧化碳才能正常生长，因此，在培养它们时，常要提供10% CO2（V/V）；在其他好氧微生物生长时，如果用KOH除去CO2，也往往对其生长有所抑制。

在微生物发酵工业中，常根据不同微生物的营养需要，利用各种农副产品如玉米粉、米糠、麦麸、马铃薯、甘薯以及各种野生植物的淀粉，作为微生物生产廉价的碳源。这类碳源往往包含了几种营养要素，只是其中各要素的比例不一定适合各种微生物的要求罢了（表3-5）。

开展以纤微素、石油、CO2和H2作为碳源与能源来培养微生物的发酵是研究的热点。

（2）氮源

氮源——凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源，称为氮源（nitrogen source）。与碳源相似，微生物能利用的氮源种类即氮源谱也是十分广泛的（表3-6）。

分子态的氮N2： 少数微生物可利用分子氮，如根瘤菌、蓝细菌、巴氏固氮梭状芽孢杆菌等。

有机氮： 大多数微生物以有机氮作为氮源，一般可利用无机氮的微生物，通常可利用有机氮。

无机氮： 主要是铵盐类，如硫酸铵、磷酸铵、氯化铵、硝酸钾、尿素、氨等，一般腐生菌、肠道菌和动植物致病菌都能利用铵盐或硝酸盐作为氮源，放线菌可利用硝酸钠作氮源。

NH4+ 细胞 氨基酸 菌体蛋白

氨基酸自养菌—— 凡是微生物利用分子态、无机氮合成菌体蛋白的氨基酸，这类微生物我们称为氨基酸自养菌。

氮源的功能：主要用于构建细胞物质中含氮物质的原料。

（3）能源：能为微生物提供生命活动的能量来源的营养物或辐射能，称为能源。各种异养微生物的能源就是碳源，因此，它们的能源谱就是显得十分简单。

有机物：化能异养微生物的能源是碳源

化学物质（化能营养型） 无机物：化能自养微生物的能源化学能

微生物能源谱

辐射能（光能营养型）：光能自养和光能异养微生物的能源是光能。

功能：提供生命活动的能量。

(4)生长因子：是一类调节微生物正常代谢所必须而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以满足细胞生长需要的有机化合物。

各种微生物需要的生长因子的种类和数量是不同的；同种微生物对生长 因子的需求也会随着环境条件的变化而变化；例如鲁氏毛霉在厌氧条件下生长时需要维生素B1与生物素，而在好氧条件下生长时自身能合成两种物质，不需要外加这两种生长因子。 生长因子分为三类： 维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶，维生素的功能是酶的辅基或辅酶，氨基酸是构成细胞物质，嘌呤及嘧啶是酶的辅基或辅酶以及合成核苷、核苷酸和核酸。

（5）无机盐：是微生物生长必不可少的一类营养物质，一般有磷酸盐、硫酸盐、氯化物以及含有钠、钾、钙、镁、铁等金属元素的化合物。

主要元素： 硫、磷、钾、钠、钙、镁、铁

无机盐

微量元素：铜、锌、钴、锰、硒、镍等。

功能：它们是体内酶的组成部分；维持生物大分子和细胞结构的稳定性、调节并维持细胞的渗透压。

（6）水：除少数微生物（如蓝细菌）能利用水中的氢来还原CO2合成糖类外，其他微生物并非把水当作真正的营养物，而是微生物代谢活动中必不可少的物质。

功能：A 水是良好的溶剂，保证细胞内生化反应的进行；

B 可维持各种生物大分子结构的稳定性，并参与某些重要的生物化学反应；

第二节 微生物吸收营养物质的方式

除原生动物外，其他各类有细胞的微生物都是通过细胞膜的渗透和选择吸收作用从外界吸取营养物的。细胞膜运送营养物质有4种方式，即单纯扩散、促进扩散、主动运输、基团移位。

1 单纯扩散： 指疏水性双分子层细胞膜，在没有载体蛋白的参与下，单纯依靠物理扩散方式让小分子，尤其是亲水性分子由高浓度的细胞外（内）环境向低浓度的细胞内（外）环境进行扩散。通过这种方式运送的物质种类不多，主要是O2、CO2、乙醇和某些氨基酸分子。由于单纯扩散对营养物的运送缺乏选择能力和逆浓度梯度的―浓缩‖能力，因此，这种方式不是细胞获取营养物的主要方式。

2 促进扩散： 指营养物质在运送的过程中，必须借助于细胞膜上的载体蛋白的帮助才能进入细胞，而且每种载体只运输相应的物质，具有较高的专一性，但不消耗能量的一类扩散性运送方式，载体蛋白有时称作渗透酶、移位酶、移位蛋白。被运输物质与载体之间亲和力大小变化是通过载体分子的构象变化而实现的，在运送的过程中不发生化学变化，而且在促进扩散中不消耗能量，仍然是由膜外高浓度的溶质扩散到膜内，浓度差越大促进扩散的速率越快，当膜内外的浓度达到相等时为止。通过促进扩散的进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。

3 主动运输： 是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。其特点：营养物质在运输的过程中需要特异性的载体蛋白、要消耗能量，而且可以逆浓度运输，大多数的营养物质是通过这种方式进入细胞的，如主要的无机离子、有机离子和一些糖类（乳糖、麦芽糖、蜜二糖等）。

4 基团移位： 是指一类需要特异性的载体蛋白的参与，还要耗能的一种物质运送的方式，其特点是溶质在运送前后还会发生分子结构的变化，主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。

表3-1 运输营养物质方式的比较

单纯扩散 促进扩散 主动运输 基团移位 比较项目

特异性载体蛋白 无 有 有 有 慢 快 快 快 运送速度

溶质运送方向 由浓到稀 由浓到稀 由稀到浓 由稀到浓 平衡时内外浓度 内外相等 内外相等 内部浓度高得多 内部浓度高得多 运送分子 无特异性 特异性 特异性 特异性 能量消耗 不需要 不需要 需要 需要

运送前后分子 不变 不变 不变 改变 载体饱和效应 无 有 有 有

与溶质类似物 无竞争性 无竞争性 有竞争性 有竞争性 运送抑制剂 无 有 无机离子有 有

举例 水、CO2、O2、甘油、SO42-、PO43-、糖氨基酸、乳糖等糖类，葡萄糖、果糖、甘露糖、乙醇、少数氨基酸盐类 （真核生物） 钠离子钙离子等 嘌呤、核苷、脂肪酸

除以上四种运输方式外，在原生动物特别是变形虫中存在着膜泡运输（membrane vesicle transport）。膜泡运输是这类微生物的一种营养物质的运输方式。变形虫通过趋向性运动靠近营养物质，并将该物质吸附到 膜表面，然后在该物质附近的细胞膜开始内陷，逐步将营养物质包围，最后形成一个含有该营养物质的膜泡，膜泡脱离细胞膜而游离于细胞质中，营养物质通过这种方式由胞外进入胞内。如果膜泡中包含的是固体营养物质，则将这种营养物质运输方式称为胞吞作用；如果膜泡中包含的是液体，则称为胞饮作用。膜泡运输营养物质的过程一般分五个时期（图6-2），即吸附期、膜伸展期、膜泡迅速形成期，附着膜泡形成期和膜泡释放期。

第三节 微生物的营养类型

营养类型是根据微生物生长所需要的主要营养物质如碳源和能源的不同，而划分的微生物类型。微生物营养类型划分的方法很多，较多的是按它们对能源、氢供体和基本碳源的需要来划分的四种类型，具体内容见表。

目前所知的大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物，对这类微生物而言，有机物既是碳源，又是能源，食品的腐败菌和食品中的致病菌也属于这类类型。

表3-3 微生物的营养类型

营养类型

光能无机营养型

（光能自养型）

光能有机营养型

（光能异养型）

化能无机营养型

（化能自养型）

化能有机营养型

（化能异养型）

有机物 有机物 有机物 无机物* 无机物 光 有机物 CO2及简单有机物 CO2 能源 光 氢供体 无机物 基本碳源 CO2 实例 蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细菌、藻类 红螺菌科的细菌（即紫色无硫细菌） 硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌、硫黄细菌等 绝大多数细菌和全部真核微生物

在上述营养类型的分类中，其名称都是按能源和供氢体的顺序来表达的。上述四大类微生物的划分不是绝对的，它们在不同条

件下生长时，往往可以互相转变。例如紫色非硫细菌在有光和厌气条件下生长时，可以利用光来还原CO2，这时它们属于光能自养型微生物，但当它们在有机物存在的条件时，又可以利用有机物与光能生长，此时它们属于光能异养型微生物。异养微生物也不是绝对不能利用CO2，它们当中有许多可以利用CO2，只是它们不能以CO2作为唯一碳源或主要碳源进行生长，而是在有机物存在的条件下也可以利用CO2，将其还原成部分的细胞物质。自养微生物是能利用作为唯一碳源进行生长，但不是说它们绝对不能利用有机物进行生长。

营养缺陷的菌株

营养缺陷型——某些菌株由于自然突变或人工诱变后遗传生物发生突变，失去合成某种或某些菌株生长必不可少的物质或合成的量不足，这些物质通常是生长因子如氨基酸、维生素、嘌呤或嘧啶或其衍生物，必须从外界补充该物质才能生长繁殖，这种突变型菌株称为营养缺陷型(auxotroph)，相应的野生型菌株称为原养型(prototroph)。

营养缺陷型菌株经常用来进行微生物遗传学方面的研究，或作为工业发酵菌种发酵生产特殊氨基酸等。

第四节 培养基

培养基（medium）是人工配制的,适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。无论是以微生物为材料的研究,还是利用微生物生产生物制品,都必须进行培养基的配制，它是微生物学研究和微生物发酵工业的基础。

1 ：在研究工作中制备培养基要综合文献资料和实践经验，大的原则如下：

（1）目的明确：是培养细胞还是产物？是种子培养基还是发酵培养基？是生产含氮量低的还是含氮量高的发酵产物？

（2）营养要协调：除水分外，一般碳源最多，其次是氮源、常量元素和生长因子，它们之间大致是10倍序列的递减趋势，碳源与氮源之比称碳氮比（C/N），是指在培养基中所含的碳源中的碳原子摩尔数和氮源中的氮原子摩尔数之比。

（3）理化适宜：指培养基的pH值、渗透压、水活度和氧化还原电位等物理化学条件较为适宜。

（4）经济节约： A 以粗代精：

B 以“野”代 “家” ：如以粗的木薯粉代替优质淀粉等。

C 以废代宝： 指生产中以一些废弃的原料代替培养基中的成分，如豆制品厂的废水用以培养白地霉等。

D 以简代繁： 生产上改进培养基成分时，一般存在着越作改进，其成分总是有越来越丰富和复杂的趋势，应该注意简单一些。 E 以氮代蛋白质氨基酸：能用廉价的N2、铵盐、硝酸盐或尿素的，就不用蛋白质或氨基酸。

F 以纤代糖：

G 以烃代粮：

H 以国产的代进口：

2 培养基的种类

培养基的种类繁多，根据成分物理状态和用途可将培养基分成多种类型：

(一)按成份不同划分

(1) 天然培养基(complex medium)

这类培养基主要以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成，牛肉膏蛋白胨培养基和麦芽汁培养基就属于此类。基因克隆技术中常用的LB(Luria-Bertani)培养基也是一种复合培养基，其组成见表6-9。

常用的天然有机营养物质包括牛肉浸膏、蛋白胨、酵母浸膏(表6-10)、豆芽汁、玉米粉、土壤浸液、麸皮牛奶、血清、稻草浸汁、羽毛浸汁、胡萝卜汁、椰子汁等，嗜粪微生物(coprophilous microorganisms)可以利用粪水作为营养物质。复合培养基成本较低，除在实验室经常使用外，也适于用来进行工业上大规模的微生物发酵生产。

(2) 合成培养基是由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基(chemically defined medium)。高氏1号培养基和查氏培养基就属于此种类型。配制合成培养基时重复性强，但与天然培养基相比其成本较高，微生物在其中生长速度较慢，一般适于在实验室用来进行有关微生物营养需求、代谢、分类鉴定、生物量测定、菌种选育及遗传分析等方面的研究工作。

（二）根据物理状态划分

根据培养基中凝固剂的有无及含量的多少，可将培养基划分为固体培养基、半固体培养基和液体培养基三种类型。

(1) 固体培养基(solid medium)

在液体培养基中加入一定量凝固剂即为固体培养基。理想的凝固剂应具备以下条件: 1.不被所培养的微生物分解利用；2.在微生物生长的温度范围内保持固体状态。在培养嗜热细菌时，由于高温容易引起培养基液化，通常在培养基中适当增加凝固剂来解决这一问题；3.凝固剂凝固点温度不能太低，否则将不利于微生物的生长；4.凝固剂对所培养的微生物无毒害作用；5.凝固剂在灭菌过程中不会被破坏；6. 透明度好，粘着力强；7.配制方便且价格低廉。常用的凝固剂有琼脂(agar)、明胶(gelatin)和硅胶(silica gel)。表3-6列出琼脂和明胶的一些主要特征。

对绝大多数微生物而言,琼脂是最理想的凝固剂,琼脂是由藻类(海产石花菜)中提取的一种高度分支的复杂多糖；明胶是由胶原蛋白制备得到的产物,是最早用来作为凝固剂的物质,但由于其凝固点太低,而且某些细菌和许多真菌产生的非特异性胞外蛋白酶以及梭菌产生的特异性胶原酶都能液化明胶,目前已较少作为凝固剂；硅胶是由无机的硅酸钠(Na2SiO3)及硅酸钾(K2SiO3)被盐酸及硫酸中和时凝聚而成的胶体,它不含有机物,适合配制分离与培养自养型微生物的培养基。

(2) 半固体培养基(semisolid medium)

半固体培养基中凝固剂的含量比固体培养基少，培养基中琼脂量一般为0.2～0.7%。半固体培养基常用来观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定等。

(3) 液体培养基(liquid medium)

液体培养基中未加任何凝固剂。在用液体培养基培养微生物时，通过振荡或搅拌可以增加培养基的通气量，同时使营养物质分布均匀。液体培养基常用于大规模工业生产以及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的研究。

(4)脱水培养基（dehydrated culture media）

又称脱水商品培养基（dehydrated commercial media）或预制干燥培养基（pre-fabricated dried culture media），指含有除水以外的一切成分的商品培养基，使用时只要加入适量水分并加以灭菌即可，是一类成分精确又使用方便的现代化培养基。

（三）按用途划分

(1) 基础培养基(minimum medium)

尽管不同微生物的营养需求各不相同，但大多数微生物所需的基本营养物质是相同的。基础培养基是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基。牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基。基础培养基也可以作为一些特殊培养基的基础成分，再根据某种微生物的特殊营养需求，在基础培养基中加入所需营养物质。

(2) 加富培养基(enrichment medium)

加富培养基也称营养培养基，即在基础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，这些特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液等。加富培养基一般用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物，如培养百日咳博德氏菌(Bordetella pertussis)需要含有血液的加富培养基。加富培养基还可以用来富集和分离某种微生物，这是因为加富培养基含有某种微生物所需的特殊营养物质，该种微生物在这种培养基中较其他微生物生长速度快，并逐渐富集而占优势，逐步淘汰其它微生物，从而容易达到分离该种微生物的目的。从某种意义上讲，加富培养基类似选择培养基，两者区别在于，加富培养基是用来增加所要分离的微生物的数量，使其形成生长优势，从而分离到该种微生物；选择培养基则一般是抑制不需要的微生物的生长，使所需要的微生物增殖，从而达到分离所需微生物的目的。

(3)选择培养基(selective medium)

选择培养基是用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基。根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长。

鉴别培养基是用于鉴别不同类型微生物的培养基。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，产生明显的特征性变化，根据这种特征性变化，可将该种微生物与其他微生物区分开来。鉴别培养基主要用于微生物的快速分类鉴定，以及分离和筛选产生某种代谢产物的微生物菌种。常用的一些鉴别培养基见表3－7。

EMB(Eosin Methylene Blue)培养基中的伊红和美蓝两种苯胺染料可抑制G+ 细菌和一些难培养的G-细菌。在低酸度下，这两种染料会接合并形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。因此，试样中多种肠道细菌会在 EMB培养基平板上产生易于用肉眼识别的多种特征性菌落，尤其是E.coli 因其能强烈分解培养基中的乳糖产生大量混合酸，菌体表面带H+ ，故可染上酸性染料伊红，又因伊红与美蓝接合，故使菌体染上深紫色，且从菌体表面的反射光中还可看到绿色金属闪光，其它几种产酸力弱的肠道菌的菌落也有相应的棕色；如肠杆菌属（Enterobacter）、沙雷氏菌属（ Sarratia）克雷伯氏菌属、（ Klebsiella）、哈夫尼菌属（ Hafnia）等，而不发酵乳糖不产酸的肠道致病菌的菌落是无色透明的，如变形菌属（Proteus）、沙门氏菌属（Salmonella）、志贺氏菌属(Shigella)等。

第四章 微生物的代谢

代谢(metabolism)是细胞内发生的各种化学反应的总称，它由分解代谢(catabolism)和合成代谢(anabolism)两个过程组成。各种微生物的初级代谢途径是普遍存在的，而且基本相同、稳定。

分解代谢酶系

复杂分子 简单分子+ ATP +[H]

（有机物 ） 合成代谢酶系

[H]表示还原力或称还原当量。

微生物的能量代谢

分解代谢实际上是物质在细胞内经过一系列的氧化还原反应，逐步分解并释放能量的过程，这个过程也称为生物氧化。 1 化能异养微生物的生物氧化和产能 3 能量转换

2 自养微生物的生物氧化、分解代谢 4 微生物独特的合成代谢

第一节 化能异养微生物的生物氧化和产能 生物氧化的形式：包括某物质与氧结合、脱氢和失去电子3种，其过程可分脱氢（或电子）、递氢（或电子）、受氢（或电子）3个阶段； 生物氧化的功能：有产能（ATP）、产还原力（H）和产小分子中间代谢物3种；而生物氧化的类型则包括了呼吸、无氧呼吸和发酵3种。

（1）EMP途径：糖酵解途径，是大多数生物所共有的一条主流代谢途径。

葡萄糖→2丙酮酸+ 2ATP +2NADH +H+C6O12H6+ 2NAD++2ADP + 2Pi

2CH3COCOOH + 2NADH + 2H+ +2ATP + 2H2O

EMP途径是多种微生物所具有的代谢途径。净生成2ATP。

（2）HMP途径： 又叫戊糖磷酸途径，特点是葡萄糖不经过EMP和TCA循环而得

到彻底氧化，并能产生大量NADP+H的形式的还原力以及多种重要的中间代谢产物。

生物化学中解析EMP途径的特点

葡萄糖转化成1，6—二磷酸果糖后，经过醛缩酶的催化，裂解成磷酸二羟丙酮和3-

磷酸甘油醛。 3-磷酸甘油醛被进一步氧化生成2分子丙酮酸，

1分子葡萄糖可降解成2分子3-磷酸甘油醛，消耗2分子ATP。2分子3-磷酸甘油醛

被氧化生成2分子丙酮酸，2分子NADH2和4分子ATP。

HMP的重大意义：供应合成原料如核酸CoA等原料，其中的赤藓糖-4-磷酸是合成芳

香簇、杂环簇氨基酸（苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、和组氨酸）的原料。

（3）ED途径：ED途径不依赖于EMP和HMP途径，是糖类的厌氧降解途径，这是

存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径，为微生物所特有的。也

称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸途径，其特点是葡萄糖只经过4步反应即可获得由

EMP10步反应才能形成的丙酮酸。在革兰氏阴性细菌中较多，好氧菌中分布不多。见

P112。

（4）TCA循环：广泛存在于各种生物体中重要的生物化学反应，各类好氧微生物中

普遍存在。

（5）PK途径：即是磷酸解酮酶途径，磷酸解酮酶有两种，包括戊糖磷酸解酮酶和己

糖磷酸解酮酶，常常见于乳酸菌中的肠膜明串珠球菌、短乳杆菌、甘露乳杆菌等采用

此途径代谢葡萄糖产生乳酸、乙醇。

三羧酸循环：丙酮酸脱羧生成乙酰CoA，乙酰CoA和草酰乙酸缩合成柠檬酸再进入

三羧酸循环。

TCA的结果是乙酰CoA被彻底氧化成CO2和H2O，氧化1分子的乙酰CoA可产生12分子的ATP，草酰乙酸参与反应而本身并不消耗。

乳酸菌糖代谢的特点

对葡萄糖代谢：

同型发酵： C6H12O6 2CH3CHOHCOOH + 2ATP

异型发酵：C6H12O6 1CH3CHOHCOOH +1CH3CH2OH +CO2 + 1ATP

双歧杆菌： C6H12O6 2CH3CHOHCOOH + 3CH3COOH + 2.5ATP

乳糖发酵：

乳糖 C6H12 O6 + 半乳糖 异构化成葡萄糖

第二节 自养微生物的生物氧化

一些微生物可以从氧化无机物获得能量，同化合成细胞物质，这类细菌称为化能自养微生物，它们在无机能源氧化过程中通过氧化磷酸化产生ATP。能进行光能营养的微生物真菌中有藻类及原核生物中蓝细菌。

（1）氨的氧化：NH3和NO2-是可以用作能源的最普通的无机氮化合物，能被硝化细菌所氧化，硝化细菌可分为亚硝化细菌。硝化细菌都是G+细菌，以分子氧作为最终电子受体，而且大多数是专性无机营养型。

（2）硫的氧化：硫杆菌能利用一种或多种还原态或部分还原态的硫化物作能源。每氧化1 SO32-产生2.5个ATP。

（3）铁的氧化：从亚铁到高铁状态的铁的氧化，对于少数细菌来说也是一种产能反应，但从这种反应中只有少量的能量可以被利用。

（4）氢的氧化：氢细菌都是一些G-的兼性化能自养菌。它们能利用分子氢氧化产生的能量同化CO2，也能利用其他有机物生长。

（5）循环光合磷酸化： 光能营养微生物

（6）非循环光合磷酸化：

（5）循环光合磷酸化：一种存在于光合细菌中的原始光合作用机制，因可在光能的驱动下通过电子的循环式传递而完成磷酸化产能反应。常见的红螺菌目，属于厌氧菌，由于菌体含有菌绿色和类胡萝卜素的量和比例的不同，使菌体呈现出红、橙、蓝绿、紫红、紫或褐等不同的颜色。这是一群典型的水生细菌，广泛分布在缺氧的深层淡水或海水中。由于光合细菌在厌氧条件下所进行的不产氧光合作用可利用有毒的H2S或污水中的有机物（脂肪酸、醇类）作还原CO2时的氢供体因此可用于污水净化。

（6）非循环光合磷酸化：这是各种绿色植物和藻类、蓝细菌所共同的是利用光能产生ATP的磷酸化反应。其特点：电子的传递途径属非循环式的，而且是有氧下进行的。

第三节 能量转换

由上面途径底物脱下的氢通过底物水平的磷酸化和氧化磷酸化将某种物质氧化而释放的能量储存于ATP等高能分子中，对光合微生物而言，则可通过光合磷酸化将光能转变为化学能储存于ATP中。

呼吸——指生物氧化和产能的过程叫呼吸。

（1）氧化磷酸化（有氧呼吸）：物质生物氧化NADH +FADH2电子传递系统将电子传递给分子氧或其他氧化型的物质，偶联ATP的

合成，产生的能量多。对这类微生物培养要通气培养。终产物为二氧化碳和水。

FMN(黄素单核苷酸) FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)

NADP、NAD(吡啶核苷酸类)： NADP+、NAD+作为脱氢酶的电子受体。

还原型的底物+ NAD+≒氧化型的底物+ NADH+H+

还原型的底物+ NADP+ ≒ 氧化型的底物+ NADPH+H+

（2）底物水平的磷酸化（无氧呼吸）：营养物质生物氧化ATP、GTP。这类呼吸链末端的氢受体为外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化，这是一类在无氧条件下进行的、产能效率较低的特殊呼吸。如果无机氧化物充分，产物也能氧化为二氧化碳和水。

需氧微生物——在呼吸过程中，能利用分子氧做为最终电子受体的的生物氧化过程，称为有氧呼吸，这种微生物称需氧微生物。 P104比较有氧呼吸、厌氧呼吸、发酵作用的产能大小。

有氧呼吸：C6H6O6 38ATP

厌氧呼吸：C6H6O6 1796.14KJ

发酵作用：C6H6O6 226KJ

无氧呼吸包括硝酸盐呼吸、硫酸盐呼吸、硫呼吸、铁呼吸等。

（3）发酵作用（fermentation）：广义的发酵最早是指从不断冒泡并产生有用发酵产物的一些自然现象开始的；目前发酵泛指任何利用好氧性或厌氧性微生物来生产有用代谢产物或食品、饮料的一类生产方式。狭义的发酵是指在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生的还原力[H]经呼吸链传递而直接交中间代谢物，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。

ADP+Pi ATP

无O2下

底物-H 反应物

中间代谢物 中间代谢物-H2

（发酵产物）

发酵的类型很多，食品工业中的发酵常见的如下：

1 EMP

C6H12O6 CH3COCOOH CH3CHO CH3CH2OH

2 醋酸发酵： CH3CH2OH CH3CHO CH3COOH

实质是醋酸菌将乙醇在有氧的条件下氧化成乙酸。醋酸菌的种类较多，如纹膜醋酸杆菌、许氏醋酸杆菌等。

3 TCA循环产生，还可由葡萄糖经EMP途径生存丙酮酸，丙酮酸羧化反应形成草酰乙酸，与乙酰辅酶A形成柠檬酸。

葡萄糖 磷酸稀醇式丙酮酸 草酰乙酸

CO2 柠檬酸

丙酮酸 乙酰辅酶A

4 乳酸发酵：乳酸是乳酸菌发酵的最终产物。乳酸菌的种类有许多，发酵的方式有正型乳酸发酵和异型乳酸发酵两种。 正型乳酸发酵：C6H12O6 +2ADP+2Pi 2CH3CHOHCOOH+2ATP

异型乳酸发酵： C6H12O6 +ADP+Pi CH3CHOHCOOH+ CH3CH2OH +CO2 +ATP，双歧杆菌等还产生乙酸等。 5 : I+G的发酵生产。

6 维生素的发酵：阿舒假囊酵母发酵生产维生素B2。此外还有氨基酸的发酵生产、曲酸的发酵生产、抗生素的发酵生产、酶的抑制剂的发酵生产、各种酶的发酵生产等。

次生代谢产物——微生物在其生命活动中会产生种类繁多的小分子代谢产物，这些代谢产物一般可以分为两类：初级代谢产物和次级代谢产物。初级代谢产物一般属于能量代谢或分解代谢的产物，如乙醇、有机酸、氨基酸等，因此初级代谢产物往往与细胞的生长代谢有着密切的关系。次级代谢产物不是微生物细胞生长所必须的代谢产物，对细胞生长并不具有明显的作用，而且通常以一簇结构相似的化合物组成。它们是微生物细胞正常代谢途径不通畅时增加了支路代谢而产生物质，往往在微生物生长停止后期（即分化期）才开始合成，我们把这些物质叫做微生物的次生代谢产物。

第四节 微生物独特的合成代谢

1 自养微生物的CO2固定： CO2是自养微生物的唯一碳源，异养微生物将CO2作为辅助碳源，将空气中的CO2同化成细胞物质

的过程，称为CO2的固定作用。

自养微生物+ CO2 细胞物质（糖）同化有卡尔文循环、还原性三羧酸循环、还原性的单羧酸循环三个途径。

异养微生物+ CO2 CO2固定在有机物上。因此，异养微生物即使能同化CO2 ，最终必须依靠吸收有机碳化合物生存。 2 生物固氮（biological nitrogen fixation）：

生物固氮——是指大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化还原成氨的过程。生物界中只有原核生物才具有固氮能力。生物固氮作用的重要性是地球上仅次于光合作用的生物化学反应，它为地球上整个生物界的生存和繁荣发展提供了不可缺少和持续供应的还原态氮化合物。

固氮的微生物有根瘤菌属、固氮菌属、红螺菌目、甲基球菌科、蓝细菌、以及芽孢杆菌属等。

自生固氮菌：如鱼腥蓝细菌、多粘芽孢杆菌。

固氮菌的分类： 共生固氮菌：如根瘤菌属。

联合固氮菌：必须生活在植物根际、叶面或动物肠道等处才能进行固氮的微生物，如生脂固氮螺菌、肠杆菌属等。 3 肽聚糖的生物合成：

微生物所特有的结构大分子种类很多，原核生物细胞壁中的肽聚糖、磷壁酸、脂多糖以及壁外的糖被等；古生菌细胞壁中的假肽聚糖等；真核微生物细胞壁中的葡聚糖、甘露聚糖、纤微素和几丁质等。

（1）在细胞质中合成N-乙酰葡萄糖胺N-乙酰胞壁酸：

葡萄糖 N-乙酰葡萄糖胺-UDP

葡萄糖 N-乙酰胞壁酸-UDP

（2） N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸：N-乙酰胞壁酸 UDP- N-乙酰胞壁酸五肽，分4步完成。P124。

（3）在细胞膜中进行把“Park”核苷酸进一步接上N-乙酰葡萄糖胺和甘氨酸五肽“桥”。形成肽聚糖的单体。经过载体携带到细胞膜外合成肽聚糖。

（4）细胞膜外合成肽聚糖的大分子，由肽聚糖的单体与引物分子间发生反应。

第五章 微生物的生长及其控制

第一节 微生物生长

1 微生物生长的概念：微生物在适宜的外界环境条件下，不断地吸收营养物质，并按自身的代谢方式进行新陈代谢，如同化作用大于异化作用，其结果是原生质的总量（包括重量、体积、大小）不断地增加，称为微生物的生长现象。生长定义为微生物细胞在群体水平上增加，也可以认为是微生物群体数量增加。许多微生物是以二分裂的方式生长的。一般细胞分裂和染色体复制是协调控制的。单细胞微生物如细菌的生长，往往伴随着细胞数目的增加。当细胞增长到一定程度时，就以二分裂方式，形成两个相似的子细胞，子细胞又重复上述过程，使细胞数目增加，称为繁殖。在多细胞微生物中，例如某些霉菌，细胞数目的增加如不伴随着个体数目的增加，只能叫生长，不能叫繁殖。例如菌丝细胞的不断延长或分裂产生同类细胞均属生长，只有通过形成无性孢子或有性孢子使得个体数目增加的过程才叫做繁殖。

在一般情况下，当环境条件适合，生长与繁殖始终是交替进行的。从生长到繁殖是一个由量变到质变的过程，这个过程就是发育。 生长是细胞逐步发生的量变过程，

繁殖是产生新的细胞个体的质变过程，伴随着细胞总数的增加。

个体生长 → 个体繁殖 → 群体生长

群体生长=个体生长+个体繁殖

微生物特别是单细胞微生物，体积很小，个体生长很难测定，意义也不大。通常测定微生物的生长是测群体的生长，而测定繁殖则都要建立在计数这一基础上。

测生长量的方法如下：测定生长量的方法有许多种，适用于一切微生物。

2 生长量的测定： 一、直接法

1．测体积 它是一种较为粗放的方法，例如将待测培养液放在刻度离心管中作自然沉降或进行一定时间的离心，然后观察沉降物的体积。

2．称干重 采用离心法或过滤法测定，一般干重为湿重的10~20%。如用离心法，将待测培养液离心，再用清水洗涤离心1~5次后干燥，可用105℃、100℃或红外线烘干，也可在较低的温度（80℃或40℃）下进行真空干燥，然后称干重。如细菌一个细胞一般重10-12~10-13g。如为丝状真菌可用滤纸过滤，细菌可用醋酸纤维膜等滤膜进行过滤。过滤后，细胞可用少量水洗涤，再真空干燥（40℃以下），称干重。以乳酸菌为例，在液体培养基中，细胞的浓度大约为2×108个/ ml。100 ml培养物可得10~70mg干重的细胞。 二、间接法

1、生理指标法 与生长量相平行的生理指标很多，它们均可用作生长测定的相对值。

（1） 测定细胞总含氮量来确定细菌浓度 大多数细菌的含氮量为干重的12.5%，酵母菌为7.5%，霉菌为6.0%。总氮量与细胞粗蛋白的含量（因其中包括了杂环氮和氧化型氮）的关系可用下式计算：

粗蛋白总量=含氮量%×6.25

含氮量的测定方法有很多，常用凯氏定氮法。此法适用于细胞浓度较高的样品，同时操作过程也较麻烦，主要用于科学研究中。

（2）含碳量的测定 微生物新陈代谢的结果，必然要消耗或产生一定量的物质，以表示微生物的生长量。一般生长旺盛时消耗的物质就多，或者积累的某种代谢产物也多。将少量生物材料混入1ml水或无机缓冲液中，用2ml2%重铬酸钾溶液在100℃下加热30分钟，冷却后，加水稀释至5ml，在580nm波长下测定光密度值（用试剂作空白对照，并用标准样品作标准曲线），即可推算出生长量。

（3）其它 磷、DNA、RNA、ATP和 N–乙酰胞壁酸等的含量，以及产酸、产气、产CO2（用标记葡萄糖作基质）、耗氧、粘度和产热等指标，均可用于生长量的测定。

2、比浊法 微生物在液体培养基中生长，由于原生质含量的增加，引起培养物混浊度的增高。最古老的比浊法是采用McFarland比浊管，用不同浓度的Bacl2与稀H2SO4配制成的10支试管，其中形成的BaSO4有10个梯度，表示10个相对的细菌浓度（预先用相应的细菌测定）。某一未知浓度的菌液在透射光下用肉眼与某一比浊管进行比较，如果两者的浊度相当，即可目测出该菌液的大致浓度。

精确的测定，要用分光光度计进行。在可见光的450~650nm波长内均可测定。 三、计数法

计数法即是计算微生物繁殖出的个体数目，此法适宜于单细胞状态的微生物或丝状微生物所产生的孢子。

（一）直接法

直接法即是在显微镜下直接观察细胞并进行计数的方法，其计数结果是包括死细胞在内的总菌数。

1、比例计数法 是一种粗放的计数方法。将已知颗粒（例如霉菌的孢子或红细胞等）浓度的液体与待测细胞浓度的菌液按一定比例均匀混合，然后镜检各自的数目，求出未知菌液中的细胞浓度。

2、血球计数板法 计数一定容积中的细胞总数的常用方法，此法对细胞较大的酵母菌较为适用。详细方法见实验指导书。

（二）间接法

是一种活菌计数法，其原理是活菌在液体培养基中生长繁殖使液体混浊，在固体培养基表面形成菌落，然后计数活菌的方法。

1、平板菌落计数法 是一种常用的食品中细菌总数的计数法，有标准方法将待测样品稀释，然后取适宜的稀释度样品与固体培养基混匀，凝固后培养，然后计数平板上出现的菌落数乘以样品的稀释度，即可计算出样品的含菌数。也可用涂布法将稀释样品接种在凝固的平板培养基上，后续方法同前。此法的优点是检测的结果较为精确，缺点是方法烦琐，获得检测结果的时间长。

计数的方法

GB方法

培养的温度、时间严格

生长的特殊性

要求计数范围在30—300之间的菌落，当大于300或小于30时，则以最接近30或300的平均菌落数乘上稀释倍数

呈片状生长的菌落超过培养皿的一半不能计数

当其两个稀释度都在30-300间，二者的比值大于2时，以其中小的数报告

当其两个稀释度的比值小于或等于2时，以应报告其平均数

2、液体稀释法 对未知样品作10倍系列稀释。选适宜的3个连续的10倍稀释液各取3ml，接种到3组共9支液体培养基试管中，每管接入1ml，培养一定的时间后，记录每个稀释度出现生长的试管数，然后查MPN（most probable number ，最近似数）表，根据样品的稀释倍数可计算出其中的活菌含量。

3、细胞混浊度的测定 估计细胞数目和粗重的一较快和适用的方法是使用混浊度测定法。一个细胞悬浮液用肉眼观察是呈现浑浊的，这时因为光线通过悬浮液时，细胞散射光线。存在的细胞数越多，分散的光线就越多，因此悬浮液浊度就越大。可以用光度计或分光光度计测量混浊度，分光光度计和光度计射出的光线通过细胞悬浮液时，就可以检测出没有被细胞散射的光线。

3 微生物群体生长的规律

微生物的群体生长规律：单细胞的微生物，如细菌、放线菌在液体培养基中，可以均匀地分布，每个细胞接触的环境条件相同，都有充分的营养物质，故每个细胞都迅速地生长繁殖。霉菌多数是多细胞微生物，菌体呈丝状，在液体培养基中生长繁殖的情况与单细胞微生物不一样，如果采取摇床培养，则霉菌在液体培养中的生长繁殖情况，近似于单细胞微生物。因液体被搅动，菌丝处于分布比较均匀的状态，而且菌丝在生长繁殖过程中不会像在固体培养基上那样有分化现象，孢子产生也较少。

（1）典型的生长曲线

微生物生长繁殖的速度非常快，一般细菌在适宜的条件下，大约20~30分钟就可以分裂一次，如果不断迅速地分裂，短时间内可达惊人的数目，但实际上是不可能的。

在培养条件保持稳定的状况下，定时取样测定培养液中微生物的菌体数目，发现在培养的开始阶段，菌体数目并不增加，一定时间后，菌体数目就增长很快，继而菌体数目增长速度保持稳定，最后增长速度逐渐下降以致等于零。如果以培养时间为横坐标，以单细胞增长数目的对数值作纵坐标，就可作出一条生长曲线。这生长曲线（growth curve）代表单细胞微生物从生长开始到衰老死亡的一般规律。

根据微生物的生长速率常数（growth rate constant），即每小时的分裂代数的不同，一般把典型的生长曲线粗分为延滞期、对数期、稳定期和衰亡期四个时期。

（一） 延滞期（lag phase）

又叫适应期、缓慢期或调整期，是指把少量微生物接种到新培养液刚开始的一段时间细胞数目不增加的时期，甚至细胞数目还可能减少。延滞期有如下特点：（1）生长的速率常数为零。（2）细胞的体积增大，DNA、含量增多为分裂做准备。（3）合成代谢旺盛，核糖体、酶类和ATP的合成加快，易产生诱导酶。（4）对不良环境敏感，例如pH、NaCl溶液浓度、温度和抗生素等化学物质。 发酵工业中常常要采取措施缩短延滞期，其方法主要有：

（1）以对数期的菌体作种子菌，

（2）适当增大接种量，生产上接种量的多少是影响延滞期的一个重要因素 ，接种量大，延滞期短，接种量小，则延滞期长。一般

采用3~8%的接种

量，最高不超过

1/10。

（3）培养基的成分

为了缩短培养基的

营养成分差异，常

常在种子培养基中

加入生产培养基的

某些营养成分，即

是种子培养基尽量

接近发酵培养基。

（二）对数期

（logarithmic

phase）

又叫指数期，指在生长曲线中，紧接着延滞期后的一段时期。此时菌体细胞生长的速率常数R最大，分裂快，细胞每分裂繁殖一次的增代时间（即代时，generation time）短，细胞进行平衡生长，菌体内酶系活跃，代谢旺盛，菌体数目以几何级数增加，细胞以惊

人的速度产生，群体的形态与生理特征最一致，抗不良环境的能力强。

在对数期中，以下三个参数尤为重要。

(1) 繁殖代数（n）由生长曲线图可以得出。P134

(2) 生长速率常数（R）如前所述生长速率常数的定义的可知 。

(3) 代时（G） 如前所述平均代时的定义可知。

影响微生物对数期增代时间的因素较多，主要有：

（1）菌种 ：不同微生物代时差别大，即使是同一菌种，由于培养基成分和物理条件（如培养温度、培养基的pH和营养物质的性质）的不同，其对数期的代时也不同。但是，在一定条件下，各种菌的代时是相对稳定的，多数为20~30分钟，有的长达33小时，快的只有9.8分钟左右。如表4- 不同细菌的代时。

（2）营养成分 同种细菌，营养丰富的培养基，其代时就短，反之则长。

（3）培养温度 ：温度是影响微生物生长速率的重要物理因素。

在微生物的最适生长温度范围时，代时就短。如表６-14。

表６–14 大肠杆菌在不同温度下的代时

(三) 稳定期 （stationary phase）

一个单细胞重量约为1×10－12g,显然，在指数生长延长到48小时之前，一定有一些物质限制了群体细胞生长，因此进入稳定期。稳定期又叫最高生长期或恒定期。处于稳定期的微生物其特点是新繁殖的细胞数与衰亡细胞数几乎相等，细胞数目没有净增加或净减少，即是正生长与负生长达动态平衡，此时生长速度逐渐趋向于零。

出现稳定期的原因主要有：

（1）营养物质耗尽，营养物质的比例失调，例如C/N比值不合适等；

（2）酸、醇、毒素或过氧化氢等有害代谢产物的累积；

（3）pH、氧化还原势等环境条件越来越不适宜等。

在稳定期虽然没有出现生长，但许多细胞功能包括能量代谢和某些生化合成过程都仍然在继续，稳定期的微生物，在数量上达到了最高水平，产物的积累也达到了高峰，这时，菌体的总产量与所消耗的营养物质之间存在着一定关系。此外，由于对稳定期到来的原因进行研究，促进了连续培养技术的产生和研究。生产上常常通过补料、调节温度和pH等措施，延长稳定期，以积累更多的代谢产物。

（四）衰亡期（decline phase或 death phase）

如果群体细胞达到稳定期后仍继续培养，这些细胞或许仍能维持生命和继续进行代谢，但它们也可能死亡。如果出现死亡，就认为群体细胞处于衰亡期。稳定期后，微生物死亡率逐渐增加，以致死亡数大大超过新生数，群体中活菌数目急剧下降，出现了―负生长‖（R为负值），此阶段叫衰亡期。这时，细胞形态多样，例如产生很多膨大、不规则的退化形态；有的细胞内多液泡，革兰氏染色反应为阳性的变成阴性；有的微生物因蛋白水解酶活力的增强发生自溶（autolysis）；有的微生物在这时产生抗生素等次生代谢产物；对于芽孢杆菌，芽孢释放往往也发生在这一时期。

酵母菌和霉菌的生长曲线

酵母菌的生长曲线：与单细胞微生物基本相似。

丝状真菌的生长曲线：在液体或深层培养中，以菌丝干重作为衡量的指标，菌丝的生长过程分为3个阶段：生长停滞期、迅速生长期、衰亡期，6个时期，即停滞期、指数期、线性期、减速期、稳定期、衰亡期。

（2）微生物的连续培养

在分批培养的指数前期，培养条件或许可以维持相对稳定，但在后期，当细胞数目变得非常大的时候，培养基的化学组成一般会发生巨大的变化。对许多研究来说，都希望能长时间地保持培养物处于一种稳定的环境中，这就可以通过使用连续培养而获得。连续培养( continuous culture )又叫开放培养( open culture )，是相对分批培养( batch culture )或密闭培养( closed culture )而言的。

连续培养是在研究典型生长曲线的基础上，认识到了稳定期到来的原因，采取在培养器中不断补充新鲜营养物质，另一方面，及时不断地以同样速度排出培养物（包括菌体和代谢产物）。这样，培养物就可达动态平衡，其中的微生物可长期保持在对数期的平衡生长状态和稳定的生长速率上。 连续培养的方法主要有两类：

①恒浊法 其原理是根据培养器内微生物的生长密度，用光电控制系统（浊度计）来检测培养液的浊度（即菌液浓度），并控制培养液的流速，从而获得菌体密度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养液。在恒浊器中的微生物，始终能以最高生长速率进行生长，并可在允许范围内控制不同的菌体密度。

② 恒化法 恒化法是使培养液流速保持不变，使微生物始终在低于最高生长速率条件下进行生长繁殖的一种连续培养方法。常常通过控制某一种营养物的浓度，使其成为限制性的因子，而其他营养物均为过量，这样，细菌的生长速率将取决于限制性因子的浓度。随着细菌的生长，菌体的密度会随时间的增长而增高，而限制性生长因子的浓度又会随时间的增长而降低，两者互相作用的结果，出现微生物的生长速率正好与恒速加入的新鲜培养基流速相平衡。

连续培养如用于发酵工业中，就称为连续发酵（continuous fermentation）。连续发酵与分批发酵相比有许多优点： （1）自控性，便于利用各种仪表进行自动控制；（2）高效，它使装料、灭菌、出料、清洗发酵罐等工艺简化了，缩短了生产时间和提高了设备的利用效率；（3）产品质量较稳定；（4）节约了大量动力、人力、水和蒸汽，使水、汽、电的负荷减少。

不足之处：（1）主要是菌种易于退化，使微生物长期处于高速繁殖的条件下，即使是自发突变率

很低，也难以避免变异的发生。（2）容易污染，在连续发酵中，要保持各种设备无渗漏，通气系统不出任何故障，是极其困难的。因此，―连续‖是有时间限制的，一般可达数月至一年、两年。（3）连续培养中，营养物的利用率低于分批培养。

在发酵工业中，连续培养技术已广泛用于酵母单细胞蛋白的生产，乙醇、乳酸、丙酮和丁醇等发酵，以及用假丝酵母（Candida spp.）进行石油脱蜡或是污水处理中。

（3）同步生长

在分批培养中，细菌群体以一定速率生长，但所有细胞并非同时进行分裂，即是培养中的细胞不处于同一生长阶段，它们的生理状态和代谢活动也不完全一样。要研究每个细胞所发生的变化是很困难的。为了解决这一问题，就必须设法使微生物群体处于同一发

育阶段，使群体和个体行为变得一致，所有的细胞都能同时分裂，因而发展了单细胞的同步培养（synchronous culture）技术。 获得细菌同步生长的方法主要有两类：

①调整生理条件诱导同步性：主要是通过控制环境条件如温度、光线和处于稳定期的培养物添加新鲜培养基等来诱导同步；

②机械法（又称选择法），一般可用过滤分离法或梯度离心法来达到。在这两种方法中，由于诱导法可能导致与正常细胞循环周期不同的周期变化，所以不及选择法好，这在生理学研究中尤其明显。离心方法

第二节 影响微生物生长的因素

影响微生物生长的外界因素很多，其一是前面讨论过的营养物质，其二是许多物理、化学因素。当环境条件的改变，在一定限度内，可引起微生物形态、生理、生长、繁殖等特征的改变；当环境条件的变化超过一定极限时，则导致微生物的死亡。研究环境条件与微生物之间的相互关系，有助于了解微生物在自然界的分布与作用，也可指导人们在食品加工中有效地控制微生物的生命活动，保证食品的安全性，延长食品的货架期。无论是在自然界中，生物体之间存在相互作用，还是在实验室中纯培养的微生物之间的相互作用，环境因素都能在很大程度上影响它们的生长和代谢产物的能力，这里重点讨论其中最主要的温度、pH、水的有效利用率和氧气等几大因素。

生长繁殖，积累发酵产物

环境 微生物

生长抑制、变异、死亡 食品质量控制

消毒——是指杀死或消除所有病原微生物的措施，可达到防止传染病传播。

防腐——指利用某些理化因子，使物体内外的微生物暂时处于不生长繁殖但又未死亡的方法。常用低温、干燥、盐腌、糖渍等方法，或加化学防腐剂于食品中防止食品腐败、变质。

灭菌——是指利用一切物理或化学因子，使存在于物体内所有活的微生物，永久性地丧失其生活力，包括最耐热的细菌芽孢，是一种彻底杀菌措施。

商业灭菌——又叫杀菌，是从商品的需要出发对食品进行的灭菌，它是指食品经过杀菌处理后按照一定的检验方法检不出活的微生

物或仅能检出极少数非病原微生物，而且它们在一定的保存期内不致引起食品变质腐败。 死亡——对事物来说是不可逆的丧失了生长繁殖能力。

1 物理因素对微生物生长的影响

一、温度

温度是影响微生物生长繁殖最重要的因素之一。在一定温度范围内，机体的代谢活动与生长繁殖随着温度的上升而增加，当温度上升到一定程度，开始对机体产生不利的影响，如再继续升高，则细胞功能急剧下降以至死亡。

与其他生物一样，任何微生物的生长温度尽管有高有低，但总有最低生长温度、最适生长温度和最高生长温度这三个重要指标，这就是生长温度的三个基本点。如果将微生物作为一个整体来看，它的温度三基点是极其宽的，由以下可看出：

最低生长温度（一般为–5 ~–10℃，极端为–30℃）

嗜冷菌 (15~30 ℃)

生长温度三基点 最适生长温度 嗜中温菌 (20~45℃ )

嗜热菌 ( 55~65℃)

最高生长温度（一般为80~95℃，极端为105~300℃）

就总体而言，微生物生长的温度范围较广，已知的微生物在零下12~100℃均可生长。而每一种微生物只能在一定的温度范围内生长。（图６－８） 最低生长温度 : 是指微生物能进行繁殖的最低温度界限。

最适生长温度: 是指某菌分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。但是，同一微生物，不同的生理生化过程有着不同的最适温度，也就是说，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，更不等于累积某一代谢产物量最高时的培养温度。因此，生产上要根据微生物不同生理代谢过程温度的特点，采用分段式变温培养或发酵。例如，嗜热链球菌的最适生长温度为37℃，最适发酵温度为47℃，累积产物的最适温度为37℃。 最高生长温度: 是指微生物生长繁殖的最高温度界限。在此温度下，微生物细胞易于衰老和死亡。微生物所能适应的最高生长温度与其细胞内酶的性质有关。例如细胞色素氧化酶以及各种脱氢酶的最低破坏温度常与该菌的最高生长温度有关。

致死温度: 最高生长温度如进一步升高，便可杀死微生物。这种致死微生物的最低温度界限即为致死温度。在一定的温度下处理时间越长，死亡率越高。严格地说，一般应以10分钟为标准时间。细菌在10分钟被完全杀死的最低温度称为致死温度。

（一）低温型的微生物 又称嗜冷微生物，可在较低的温度下生长。地球表面温度大多数相当低，海洋覆盖了地球表面的一多半，平均温度为5℃，开放海洋的深处，恒定温度在1～3℃。常见的产碱杆菌属、假单胞菌属、黄杆菌属、微球菌属等常使冷藏食品腐败变质。有些肉类上的霉菌在零下10℃仍能生长，如芽枝霉；荧光极毛菌可在零下4℃生长，并造成冷冻食品变质腐败。

对于嗜冷微生物研究要非常小心，这些嗜冷性微生物如果处于室温下很短一段时间可能就会被杀死。因此，在采样、运输以及实验室接种、涂布平板等操作过程中防止温度升高。

耐冷微生物比嗜冷微生物分布广泛得多。可以从温带环境的土壤、水中、肉类、奶类制品及储藏在冰箱中的苹果汁、蔬菜中分离到。耐冷性的微生物在20～40℃之间能很好地生长。

嗜冷的分子机制 嗜冷微生物产生的酶，一般在寒冷条件下酶活最大，在非常温和的温度下，这些酶经常就会变性或失活。嗜冷微生物与嗜温微生物比较，就是在低温下能够进行主动运输，也就意味着嗜冷微生物的原生质膜构造不同于一般的微生物，即使在低温下也不能抑制膜现象发生。对嗜冷微生物细胞质膜组成成分研究表明，它们含有较高含量的不饱和脂肪酸，这些不饱和脂肪酸在低温下也能保持半流动状态。某些嗜冷菌的膜脂类组成中也含有聚不饱和脂肪酸和含有多个双键的碳氢化合物。现在已经从几种生存于南极的细菌脂类组分中鉴别出了含有9个双键的碳氢化合物。

抑制微生物的生长。在0℃以下，菌体内的水分冻结，生化反应无法进行而停止生长。有些微生物在冰点下就会死亡，主要原因是细胞内水分变成了冰晶，造成细胞脱水或细胞膜的物理损伤。因此，生产上常用低温保藏食品，各种食品的保藏温度不同，分为寒冷温度、冷藏温度和冻藏温度。

（二）中温型的微生物 绝大多数微生物属于这一类。最适生长温度在20—40℃之间，最低生长温度10—20℃，最高生长温度40—45℃。它们又可分为嗜室温和嗜体温性微生物。嗜体温性微生物多为人及温血动物的病原菌，它们生长的极限温度范围在10—45℃，最适生长温度与其宿主体温相近，在35—40℃之间，人体寄生菌为37℃左右。引起人和动物疾病的病原微生物、发酵工业应用的微生物菌种以及导致食品原料和成品腐败变质的微生物，都属于这一类群的微生物。因此，它与食品工业的关系密切。

(三) 高温型微生物 它们适于在45—50℃以上的温度中生长，在自然界中的分布仅局限于某些地区，如温泉、日照充足的土壤表层、堆肥、发酵饲料等腐烂有机物中，如堆肥中温度可达60—70℃。能在55—70℃中生长的微生物有芽孢杆菌属、梭状芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌高温放线菌属、甲烷杆菌属等；温泉中的细菌；其次是链球菌属和乳杆菌属。有的可在近于100℃的高温中生长。这类高温型的微生物，给罐头工业、发酵工业等带来了一定难度。

许多热泉温度接近沸点，蒸汽口（热泉喷气孔）温度可达150～500℃。海洋底部热水口温度约达350℃或更高，但主要集中在美国西部、新西兰、冰岛、日本、地中海地区、印度尼西亚和法国等地区。世界上具有最大的热泉集中区域面积就是黄石公园——92～93℃（美国）。

嗜热的分子机制 嗜热微生物和嗜高温微生物为什么能在那么高的温度下生长？也与这些生物中的酶和蛋白质有关，它们具有耐热性及高温下的稳定性。研究嗜热微生物中的酶发现，它们的氨基酸序列与嗜温微生物中催化相同反应的酶的氨基酸序列一般只有很小的差别，很明显，是一个关键的氨基酸代替了存在于此酶中一个或几个氨基酸，导致该酶折叠的方式不同，从而使该酶能耐热性增强。

同时高温型微生物的蛋白质合成机构——核糖体和其他成分对高温抗性也较大，发现tRNA在特定的碱基对区域内含有较多的G≡C对，提供了较多的氢键，增加了热稳定性；细胞膜中饱和脂肪酸含量高，它比不饱和脂肪酸可以形成更强的疏水键，因此可保持在高温下的稳定性并具正常功能。

（1）不同的微生物有不同的最适生长温度；

（2）通常微生物的最适生长温度不一定是最适发酵温度；

（3）同种微生物在不同的发酵温度条件下，发酵产物可能不同；

1 低温对微生物的影响：微生物对低温具有抵抗力，绝大多数微生物所处的环境温度降低到最低生长温度时，微生物的新陈代谢活动减弱到最低程度，最后处于停滞或休眠状态。这时微生物的生命活动几乎停止，但能在较长时间内保持生命，少数要发生死亡。 芽孢、孢子 ＞ 球菌 ＞ G+杆菌

低温用于食品的保藏：

寒冷温度：室温与冷藏温度之间，保藏期短，适于果蔬保藏。14—15℃。

冷藏温度：微生物的生命活动显著降低，但一些嗜冷菌可缓慢生长。适于蔬菜、 果品、鱼、肉、蛋、乳类短期保藏。0-7 ℃。 冻藏温度： 0℃以下的温度，一般冻肉在-18 ℃保藏，可在较长的时间内保藏食品。 -18 ℃几乎可以抑制所有微生物的生长。 Orange 2-9 ℃ banana 10-11 ℃ granpe 0-1 ℃ litchi 4 ℃

Peach –05-1 ℃ longan mango

2 高温对微生物的影响：

敏感，一般超过微生物的最高生长温度，敏感的微生物就会死亡。

高温致死的机理：菌体蛋白变性，同时破坏了酶的结构，酶的活性消失了，代谢也就停止了。

高温灭菌的方法：

(1)热（力致）死时间（Thermal Death Time TDT） 是指在特定的条件和特定的温度下，杀死一定数量微生物所需要的时间，称热力致死时间。

(2)D值（Decimal reduction time） 在一定温度下加热，活菌数减少一个对数周期（即90%的活菌被杀死）时，所需要的时间（分），即为D值。测定D值时的加热温度，即在D的右下角表明。例如：含菌数为105 /毫升的菌悬液，在100℃的水浴温度中，活菌数降低至104/毫升时，所需时间为10分，该菌的D值即为10分，即D100=10分。如果加热的温度为121.1℃（250℉），其D常用Dr表示。

(3)Z值 如果在加热致死曲线中，时间降低一个对数周期（即缩短90%的加热时间）所需要升高的温度（℃），这所需要升高的温度数，即为Z值。

(4)F值 在一定的基质中，其温度为121.1℃，加热杀死一定数量微生物所需要的时间（分），即为F值。

3 高温灭菌的方法：

（1）干热灭菌法：A 火焰灭菌法：特点：速度快、灭菌彻底、效果好。应用范围：废弃物。

B 干燥加热空气灭菌法：150-160 ℃，1-2小时。应用范围：玻璃器皿，金属及其他干燥耐热物品的灭菌。玻璃器皿要烘干。

（2）湿热灭菌

（A）煮沸消毒法 物品在水中100℃煮沸15分钟以上，可杀死细菌的营养细胞和部分芽孢，如在水中加入1%碳酸钠或2~5%石炭酸，则效果更好。这种方法适用于注射器、解剖用具等的消毒。

（B）巴氏灭菌 (pasteurization)灭菌的温度一般在60~85℃处理15~30分钟，可以杀死微生物的营养细胞，但不能达到完全灭菌的目的，用于不适于高温灭菌的食品，如牛乳、酱腌菜类、果汁、啤酒、果酒和蜂蜜等，其主要目的是杀死其中无芽孢的病原菌（如牛奶中的结核杆菌或沙门氏杆菌），而又不影响它们的风味。

（C）超高温瞬时灭菌法 （Ultra high temperature short time,UHT）灭菌的温度在135~137℃3~5秒，可杀死微生物的营养细胞和耐热性强的芽孢细菌，但污染严重的鲜乳在142℃以上杀菌效果才好。超高温瞬时灭菌法现广泛用于各种果汁、牛乳、花生乳、酱油等液态食品的杀菌。

此法的特点是既可杀灭微生物，又可最大限度减少营养成分的破坏。在发酵工业中此法用作培养基的灭菌，主要操作是将培养基在发酵罐外连续地进行加热、维持和冷却，然后才进入发酵罐，培养基一般在135～140℃下处理5～15秒钟。

（D）高压蒸汽灭菌法 (normal autoclaving)高压蒸汽灭菌法是实验室和罐头工业中常用的灭菌方法。高压蒸汽灭菌是在高压蒸汽锅内进行的，锅有立式和卧式两种，原理相同，锅内蒸汽压力升高时，温度升高。一般采用9.8×104Pa的压力，121.1℃处理15~30分钟，也有采用较低温度（115℃）下维持30分钟左右，可达杀菌目的。罐头工业中要根据食品的种类和杀菌的对象、罐装量的多少等决定杀菌式。实验室常用于培养基、各种缓冲液、玻璃器皿及工作服等灭菌。

影响高压蒸汽灭菌效果的因素：

①灭菌物体含菌量的影响 ；②灭菌锅内空气排除程度的影响 ；③灭菌对象的体积 ， 灭菌对象体积的大小直接影响灭菌的效果，体积过大会影响热的传导速率。待灭菌的物体或培养基体积不宜过大，也不不宜在锅内塞得拥挤。

④灭菌对象PH的影响 灭菌物品的PH也影响灭菌的效果。当其PH在6.0～8.0时，微生物的抵抗力较大，不易死亡；PH

（5）间歇灭菌法(fractional sterilization 或tyndallization) 是用流通蒸汽反复灭菌的方法，常常温度不超过100℃，每日一次，加热时间为30分钟，连续三次灭菌，杀死微生物的营养细胞。每次灭菌后，将灭菌的物品在（28~37℃）培养，促使芽孢发育成为繁殖体，以便在连续灭菌中将其杀死。

100℃灭菌 培养 灭菌 培养 灭菌 此外在生产上消除有害微生物的方法还有：

Ⅰ、过滤除菌法：对不耐热的液体可采用过滤除菌法达到―灭菌‖，例如：滤膜过滤装置、烧结玻璃滤板过滤器、石棉板过滤器以及硅藻土过滤器等。过滤除菌的缺点是无法去除其中的病毒和噬菌体。

Ⅱ、采用特殊的加热灭菌法：对易破坏的含糖培养基进行灭菌时，应先将糖液与其他成分分别灭菌后在合并；对含Ca+2或Fe+3的培养基与磷酸盐可先分别灭菌，然后再混合，这样就不易形成磷酸盐沉淀；对含有在高温下易破坏成分的培养基（如含糖组合培养基）可进行低压灭菌（112℃下灭菌15分钟）或间歇灭菌；在大规模发酵工业中，可采用连续加压灭菌法进行培养基的灭菌。 膜过滤除菌法

采用滤孔比细菌还小的滤膜、筛子作成各种过滤器，当液体、空气流经滤膜或筛子时，微生物不能通过滤孔而被阻留在一侧，从而达到除菌的目的。但病毒由于很小不能除去。

在实验室中常常采用的滤器：

滤膜过滤器、蔡氏过滤器、磁土过滤器和玻璃过滤器等。

过滤介质：硝酸纤维素膜、醋酸纤维素膜、聚丙烯膜以及石棉板、烧结陶瓷、烧结玻璃等。

滤器孔径：常用0.22 μm 、0.45 μm 。

应用：对于含酶、糖溶液、血清等热敏物质除菌。

影响微生物对热抵抗力的因素

①菌种 不同微生物由于细胞结构和生物学特性不同，对热的抵抗力也不同。一般的规律是嗜热菌的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，霉菌和酵母的孢子大于其菌丝体。细菌的芽孢和霉菌的菌核抗热力特别大。

②菌龄 同样的条件下，对数生长期的菌体抗热力较差，而稳定期的老龄细胞较大，老龄的细菌芽孢较幼龄的细菌芽孢抗热力强。 ③菌体数量 菌数愈多，抗热力愈强，因加热杀死最后一个微生物所需的时间也长；另外，微生物群集在一起时，受热致死不是时间而是有先有后，同时菌体能分泌一些有保护作用的蛋白质物质，菌多分泌的保护物质也多，抗热性也就强。

④基质的因素 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；基质中的脂肪、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；微生物在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。

⑤加热的温度和时间 加热的温度越高，微生物的抗热力越弱，越容易死亡，加热的时间越长，热致死作用越大。在一定高温范围内，温度越高杀死所需时间越短。另外，其他因素如盐类等，在基质中有降低水分活性作用，从而增强抗热力；而另一类盐类如钙盐、镁盐可减弱微生物对热的抵抗力。

4

A 烘烤、油炸法：如面包、方便面。

B 沸水杀菌法：用于水果类罐头的杀菌。

C 巴氏杀菌：用于啤酒工业、蔬菜加工制品的杀菌。

D 高压杀菌方法：用于蛋白质含量高的罐头食品的杀菌。

F UHT灭菌：主要用于牛奶、果汁和酱油的灭菌。

5 杀菌式的制定：

确定杀菌的指标菌，再指定杀菌式。

二、 干燥和水的利用率

水分对维持微生物的正常生命活动是必不可少的。干燥会造成微生物失水代谢停止以至死亡。不同的微生物对干燥的抵抗力是不一样的。

芽孢 ＞ 霉菌和酵母菌的孢子 ＞ 有荚膜的细菌 ＞ 革兰氏阳性球菌和酵母的营养细胞 ＞ 霉菌的菌丝。

影响微生物对干燥抵抗力的因素：

①干燥时温度升高，微生物容易死亡，微生物在低温下干燥时，抵抗力强，所以，干燥后存活的微生物若处于低温下，可用于保藏菌种；

②干燥的速度快，微生物抵抗力强，缓慢干燥时，微生物死亡多；微生物在真空干燥时，在加保护剂（血清、血浆、肉汤、蛋白胨、脱脂牛乳）于菌悬液中，分装在安瓿内，低温下可保持长达数年甚至10年的生命力。食品工业中常用干燥方法保藏食品。 水的利用率 ：微生物必须在水分活度较高的环境中才能生长繁殖，水是微生

物营养物质的溶剂，自然环境中含水量的多少确定微生物的种类和数量。许多

微生物不能适应水活度极低的环境，因此在那些环境条件下微生物死亡或长期

休眠。

干燥在食品加工中应用：食品工业中利用自然干燥和机械干燥方法保藏食品。

三、渗透压

（1）等渗溶液：大多数微生物适于在等渗的环境生长。

（2）高渗溶液：若置于高渗溶液（如20%NaCl）中，水将通过细胞膜到细胞周围的溶液中，造成细胞脱水而引起质壁分离，使细胞不能生长甚至死亡；

（3）低渗溶液：若将微生物置于低渗溶液（如0.01%NaCl）或水中，外环境中的水从溶液进入细胞内引起细胞膨胀，甚至破裂致死。 一般微生物不能耐受高渗透压，因此，食品工业中利用高浓度的盐或糖保存食品，如腌渍蔬菜、肉类及果脯蜜饯等，糖的浓度通常在50~70%，盐的浓度为5~15%，由于盐的分子量小，并能电离，在二者百分浓度相等的情况下，盐的保存效果优于糖。

有些微生物耐高渗透压的能力较强，如发酵工业中鲁氏酵母，另外嗜盐微生物（如生活在含盐量高的海水、死海中）可在15~30%的盐溶液中生长。

嗜盐微生物——有的微生物必须在3-5%的氯化钠溶液中才能良好地生长，这类微生物叫嗜盐微生物。

耐盐微生物——能在2%左右氯化钠溶液中生长良好的微生物叫耐盐微生物。

渗透压与食品加工的关系：A 利用氯化钠提高渗透压保藏食品：B 利用糖提高渗透压保藏食品：

四 、辐射： 电磁辐射包括可见光、红外线、紫外线、X射线和γ射线等均具有杀菌作用。在辐射能中无线电波最长，对生物效应最弱；红外辐射波长在800~1000纳米，可被光合细菌作为能源；可见光部分的波长为380~760纳米，是蓝细菌等藻类进行光合作用的主要能源；紫外辐射的波长为136~400纳米，有杀菌作用。

（1）紫外线杀菌机理：紫外线波长以265~266纳米的杀菌力最强，其杀菌机理是复杂的，细胞原生质中的核酸及其碱基对紫外线吸收能力强，当这些辐射能作用于核酸时，便能引起核酸的变化，破坏分子结构，主要是对DNA的作用，最明显的是形成胸腺嘧啶二聚体，妨碍蛋白质和酶的合成，引起细胞死亡。多倍体和二倍体细胞抗紫外线的能力比单倍体强，芽孢和孢子比营养细胞抗紫外线的能力强。

紫外线的杀菌效果，因菌种及生理状态而异，照射时间、距离和剂量的大小也有影响，由于紫外线的穿透能力差，不易透过不透明的物质，即使一薄层玻璃也会被滤掉大部分，在食品工业中适于厂房内空气及物体表面消毒，也有用于饮用水消毒的。

（2）紫外线的诱变作用：适量的紫外线照射，可引起微生物的核酸物质DNA结构发生变化，培育新性状的菌种。因此，紫外线常常作为诱变剂用于育种工作中。

波长在100 — 400nm的电磁辐射为紫外线。其中波长在260 — 280nm的紫外线杀菌力最强的原因是：核酸（DNA、RNA）的吸收峰为260nm，蛋白质的吸收峰为280nm。

（3）超声波

超声波（频率在20000赫兹以上）具有强烈的生物学作用。超声波使微生物致死的机理是引起微生物细胞破裂，内含物溢出而死。超声波作用的效果与频率、处理时间、微生物种类、细胞大小、形状及数量等有关系，一般频率高比频率低杀菌效果好，病毒和细菌芽孢具有较强的抗性，特别是芽孢。

2 化学因素对微生物生长的影响

一、pH

微生物生长的pH值范围极广，一般在pH2~8之间，有少数种类还可超出这一范围，事实上，绝大多数种类都生长在pH5 ~9之间。 不同的微生物都有其最适生长pH值和一定的pH范围，即最高、最适与最低三个数值，在最适pH范围内微生物生长繁殖速度快，在最低或最高pH值的环境中，微生物虽然能生存和生长，但生长非常缓慢而且容易死亡。一般霉菌能适应pH值范围最大，酵母菌适应的范围次之，细菌最小。霉菌和酵母菌生长最适pH值都在5~6，而细菌的生长最适pH值在7左右。

PH通过影响细胞质膜的通透性、膜结构的稳定性和物质的溶解性或电离性来影响营养物质的吸收，从而影响微生物的生长速率。尽管特定的微生物生长需要一定的pH，最适生长pH只代表了外环境的pH，而内环境pH必须接近中性，以防止那些对酸碱易变性的大分子受到破坏。在极端的嗜酸或嗜碱菌中，它们内部的pH可以从中性改变1～1.5，但是大多数微生物用于生长的最适pH6～8之间（指中性微生物），其细胞质膜保持中性或极接近中性。

PH不仅影响微生物的生长，还影响到微生物代谢产物的能力，同一种微生物在不同的pH条件下，常常代谢产物的种类发生变化，因此生产中要注意检测和调节发酵液中pH的变化。

(1)不同的微生物有不同最适生长PH ；

（2）通常最适生长PH不一定是最适发酵PH ；

（3）同种微生物不同发酵PH条件下发酵产物可能不同；如柠檬酸的发酵，在PH值为2-3时发酵产物是主要是柠檬酸； PH值接近中性时，发酵产物主要为草酸，少数的柠檬酸。酵母菌PH值为4.5-5时进行乙醇发酵， PH值高于8时，发酵产物除乙醇外，还有甘油、醋酸。

1、同一种微生物由于发酵液pH值不同，积累的的代谢产物不同。如黑曲霉：

pH值为2—3时，发酵产物主要是柠檬酸为主，少量的草酸。

pH值为7左右时，发酵产物主要以草酸为主，少量的柠檬酸。

2、同一种微生物在不同的生长阶段和不同生理生化过程中，对环境pH值要求不同。

如：丙酮丁醇梭菌

pH值=5.5—7.0时，是以菌体生长为主；

pH值=4.3—5.3时，进行丙酮丁醇的发酵

调节pH值的方法：（1）在培养基中加入磷酸盐类或加入碳酸盐；

（2）采用加入碳源或氮源方法调节酸碱变化；

（3）直接用酸碱调节pH值变化； 食品工业中常用防腐保鲜的方法

低温：利用10℃以下的各种低温以保藏不同食物。

缺氧：利用4℃以下的各种低温以肉食品、油脂含量高的食品。

干燥：

采用晒干或机械干燥保藏粮食、坚果类食品，小食品或在密封条件下用吸湿剂也可达到防霉作用。

高渗和高酸：通过盐渍或糖渍达到高渗，如泡菜、酸菜、果酱、果汁等。

防腐剂：苯甲酸、山梨酸、脱氢醋酸等。

二、氧气：氧气对微生物的生命活动有着重要影响。按照微生物与氧气的关系，可把它们分成好氧菌（aerobe）和厌氧菌（anaerobe）两大类。好氧菌中又分为专性好氧、兼性厌氧和微好氧菌；厌氧菌分为专性厌氧菌、耐氧菌。

（1）专性好氧菌（strict aerobe） 要求必须在有分子氧的条件下才能生长，有完整的呼吸链，以分子氧作为最终氢受体，细胞有超氧化物歧化酶（SOD，superoxide dismutase）和过氧化氢酶，绝大多数真菌和许多细菌都是专性好氧菌，如米曲霉、醋酸杆菌、荧光假单胞菌、枯草芽孢杆菌和蕈状芽孢杆菌等。

（2）兼性厌氧菌（facultative aerobe） 在有氧或无氧条件下都能生长，但有氧的情况下生长得更好；有氧时进行呼吸产能，无氧时进行发酵或无氧呼吸产能；细胞含SOD和过氧化氢酶。许多酵母菌和许多细菌都是兼性厌氧菌。例如酿酒酵母、大肠杆菌和普通变形杆菌等。

（3）微好氧菌（microaerophilic bacteria） 只能在较低的氧分压（0.01~0.03巴，正常大气压为0.2巴）下才能正常生长的微生物。也通过呼吸链以氧为最终氢受体而产能。例如霍乱弧菌、

（4）耐氧菌（aerotolerant anaerobe） 一类可在分子氧存在时进行厌氧呼吸的厌氧菌，即它们的生长不需要氧，但分子氧存在对它也无毒害，但它却不能利用氧。它们不具有呼吸链，仅依靠专性发酵获得能量。细胞内存在SOD和过氧化物酶，但没有过氧化氢酶。一般乳酸菌多数是耐氧菌，如乳链球菌、乳酸乳杆菌、肠膜明串珠菌和粪链球菌等，乳酸菌以外的耐氧菌如雷氏丁酸杆菌。

（5）厌氧菌（anaerobe） ：分子氧存在对它们有毒，即使是短期接触空气，也会抑制其生长甚至死亡；在空气或含10%CO2的空气中，它们在固体或半固体培养基的表面上不能生长，只能在深层无氧或低氧化还原势的环境下才能生长；其生命活动所需能量是通过发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸化或甲烷发酵等提供；细胞内缺乏SOD和细胞色素氧化酶，大多数还缺乏过氧化氢酶。但目前为止所知道的专性厌氧微生物在三种类型的微生物中都存在：大多数的原核微生物、少数真菌和原生动物。众所周知的专性厌氧细菌属于梭菌属，是一类产棒状孢子的革兰氏阳性菌株。食品工业中常见的厌氧菌有罐头工业的腐败菌如肉毒梭状芽孢杆菌、嗜热梭状芽孢杆菌、拟杆菌属、双歧杆菌属以及各种光和细菌和产甲烷菌等。

厌氧微生物在有氧环境中死亡机理

专性厌氧微生物并不是被气态的氧所杀死，而是由于不能解除某些氧代谢产物的毒性而死亡。

在氧还原为水的过程中，形成某些有毒的中间产物，如，过氧化氢（H2O2）、超氧阴离子（ O2· ）等。超氧阴离子为活性氧，兼有分子和离子的性质，反应力强，非常不稳定，可损坏细胞膜和重要生物大分子，对微生物造成毒害或致死。

专性厌氧菌缺乏SOD，故易被生物体内极易产生的超氧阴离子自由基毒害致死。

各种微生物具有的氧解毒酶

专性好氧菌 具有SOD酶，过氧化氢酶

兼性厌氧菌 具有SOD酶， 过氧化氢酶

专性厌氧菌 两种酶均无

微好氧菌 具有少量SOD 酶

耐氧菌 具有SOD酶和过氧化物酶

三、氧化剂

氧化剂杀菌的效果与作用的时间和浓度成正比关系，杀菌的机理是氧化剂放出游离氧作用于微生物蛋白质的活性基团（氨基、羟基和其它化学基团），造成代谢障碍而死亡。

（1）臭氧 （O3） 三氧灭菌技术近年在纯净水生产中应用较广，灭菌的效果与浓度有一定的关系，但浓度大了使水产生异味。

（2）氯 氯具有较强的杀菌作用，其机理是使蛋白质变性。氯在水中能产生新生态的氧，如下式：

Cl2＋H2O HCl＋HOCl 2HCl＋[O]

氯气常用于城市生活用水的消毒，饮料工业用于水处理工艺中杀菌。

（3）漂白粉 Ca（OCl）2 漂白粉中有效氯为28~35%。当浓度为0.5~1%时，5分钟可杀死大多数细菌，5%的浓度时在1小时可杀死细菌芽孢。漂白粉常用于饮水消毒，也可用于蔬菜和水果的消毒。Ca（OCl）2+ H2O 2HOCl +Ca（OH）2

（4）过氧乙酸（CH3COOOH） 过氧乙酸是一种高效广谱杀菌剂，它能快速地杀死细菌、酵母、霉菌和病毒。据报道，0.001%的过氧乙酸水溶液能在10分钟内杀死大肠杆菌，0.005%的过氧乙酸水溶液只需5分钟，如杀金黄色葡萄球菌需要60分钟，但提高浓度为0.01%只需2分钟，0.5%浓度的过氧乙酸可在1分钟内杀死枯草杆菌，0.04%浓度的过氧乙酸水溶液，在1分钟内杀死99.99%的蜡状芽孢杆菌。能够杀死细菌繁殖体过氧乙酸的浓度，足以杀死霉菌和酵母菌；过氧乙酸对病毒效果也好，是高效、广谱和速效的杀菌剂，并且几乎无毒，使用后即使不去除，也无残余毒，其分解产物是醋酸、过氧化氢、水和氧。适用于一些食品包装材料（如超高温灭菌乳、饮料的利乐包等）的灭菌；也适于食品表面的消毒（如水果、蔬菜和鸡蛋）；食品加工厂工人的手、地面和墙壁的消毒以及各种塑料、玻璃制品和棉布的消毒。用于手消毒时，只能用低浓度0.5%以下的溶液。

(5) 过氧化氢：对细菌、病毒的杀菌效果好，常用于食品表面及包装材料的灭菌。01%60分钟杀大肠杆菌、金色葡萄球菌等；1%要H2O2 H2O +[O] 几小时才能杀死芽孢，3%几分钟杀死一般细菌。

（6）二氧化氯:是新一代的高效、广谱、安全的杀菌、保鲜、漂白剂，是氯制剂的替代品，在世界上发达国家已经得到广泛的应用。美国、加拿大、日本、澳大利亚、西欧等发达国家的有关组织如美国的环保局、FDA、美国农业部批准和推荐二氧化氯用于食品、食品加工厂、制药、医院和公共环境卫生的消毒防霉等。国家卫生部批准的二氧化氯作为消毒剂和新型食品添加剂（GB2760-1996）。 ①二氧化氯的物质性质：ClO2是水溶性的强氧化剂，在常温常压下是绿色的气体，在更低的温度下是液体，分子量是67.45，沸点是11℃，密度是1.64，其氧化性是氯气的2.6倍，次氯酸钠的2.0倍，双氧水的1.3倍。

②二氧化氯安全性问题：是安全无毒的消毒剂，无“三致”效应。国际上公认的绿色消毒剂。常使用浓度一般小于100ml/m3。 ③二氧化氯在食品工业中的应用

A 食品原料的消毒：400mg/L，可将原料上的微生物杀死96%左右。

B 食品车间的灭菌：

用于饮水的灭菌0.1mg/L在5分钟内可杀死一般肠道致病菌；在pH8.5的水中，二氧化氯杀菌速度比氯快20多倍，对CIP管道系统的杀菌具有良好的效果，完全能达到如品生产企业的管道消毒要求，200mg/Kg的二氧化氯同时对包装机、操作台、传送带、周转筐、模具、加料斗和储料桶等都有很好的消毒效果。一般用量100-150g/cm2的200mg/Kg浓度的二氧化氯，用于用具的表面灭菌，然后用无菌水冲洗即可使用。

四、重金属盐类

重金属盐类对微生物都有毒害作用，其机理是金属离子容易和微生物的蛋白质结合而发生变性或沉淀。汞、银、砷的离子对微生物的亲和力较大，能与微生物酶蛋白的-SH基结合，影响其正常代谢。汞化合物是常用的杀菌剂，杀菌效果好，用于医药业中。重金属盐类虽然杀菌效果好，但对人有毒害作用，所以严禁用于食品工业中防腐或消毒。

五、有机化合物

对微生物有杀菌作用的有机化合物种类很多，其中酚、醇、醛等能使蛋白质变性，是常用的杀菌剂。

（1）酚及其衍生物 酚又称石炭酸，杀菌作用是使微生物蛋白质变性，并具有表面活性剂作用，破坏细胞膜的通透性，使细胞内含物外溢致死。酚浓度低时有抑菌作用，浓度高时有杀菌作用，2~5%酚溶液能在短时间内杀死细菌的繁殖体，杀死芽孢则需要数小时或更长的时间。许多病毒和真菌孢子对酚有抵抗力。适用于医院的环境消毒，不适于食品加工用具以及食品生产场所的消毒。

（2）醇类 是脱水剂、蛋白质变性剂，也是脂溶剂，可使蛋白质脱水、变性，损害细胞膜而具杀菌能力。70%的乙醇杀菌效果最好，超过70%浓度的乙醇杀菌效果较差，其原因是高浓度的乙醇与菌体接触后迅速脱水，表面蛋白质凝固，形成了保护膜，阻止了乙醇分子进一步渗入。

乙醇常常用于皮肤表面消毒，实验室用于玻棒、玻片等用具的消毒。

醇类物质的杀菌力是随着分子量的增大而增强，但分子量大的醇类水溶性比乙醇差，因此，醇类中常常用乙醇作消毒剂。

（3）甲醛 甲醛是一种常用的杀细菌与杀真菌剂，杀菌机理是与蛋白质的氨基结合而使蛋白质变性致死。市售的福尔马林溶液就是37~40%的甲醛水溶液。0.1~0.2%的甲醛溶液可杀死细菌的繁殖体，5%的浓度可杀死细菌的芽孢。甲醛溶液可作为熏蒸消毒剂，对空气和物体表面有消毒效果，但不适宜于食品生产场所的消毒。

六、抗生素类

抗生素是一类最重要的化学治疗剂，自从本世纪40年代初青霉素问世以来，至今已寻找到9000多种新的抗生素和合成过70000多种半合成抗生素，但其中只有50~60种是临床上常用的抗生素。链霉素的发现者S.A.Waksman(1942)曾对抗生素下过这样的定义：―抗生素是微生物在新陈代谢过程中产生的具有抑制它种微生物生长活动、甚至杀灭它种微生物的性能的低浓度的化学物质。‖青霉素是一种较为理想的抗生素，它具有毒性低、抗菌活力高等优点，但也存在着易过敏、不稳定、不耐酸、不能口服和易产生耐药菌株等缺点。青霉素的种类很多，但有一个共同的结构为6－氨基青霉烷酸（6－APA）。6－APA是一切半合成青霉素的母核，它的抑菌效应微弱，在自然的发酵液中产量也低，为了获得大量6－APA，可用E. coli的青霉素酰化酶裂解常用的苄青霉素来制造，然后将6－APA和各种不同的化学合成侧链进行酶法催化，来合成各种不同的半合成青霉素，如氨苄青霉素、羧苄青霉素和羟氨苄青霉素等。

第六章微生物的遗传变异与育种

遗传（）和变异（variation）是一切生物体最基本的属性之一。从遗传学的角度看，微生物有许多重要的生物学特性：如个体简单、生长繁殖快、营养体一般为单倍体、易于人工培养、易于积累发酵产物等，因此现代生物学中研究中微生物是研究的热点。

（1）遗传——是指生物的亲代的遗传信息传递给子代的特性，包括亲代的形态结构和生理生化特性在子代中重现出来。

（2）变异——指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变，导致性状的改变。且变化后的新性状是稳定的、可遗传的。

（3）表型——是指某一生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和，是遗传型在合适环境条件下通过代谢和发育而得到的具有体现。所以它于遗传型不同，是一种现实性（具体性状）。

（4）遗传与变异的关系：是生物体基本的属性，二者相互依存。没有遗传物种就不能延续下去；没有变异生物就不能进化，正因为生物有遗传变异这种属性，为育种工作提供了理论依据，通过遗传保持了物种的稳定性，通过变异促使产生新性状。

第一节 遗传变异的物质基础

一、3个经典的实验：证明DNA才是一切生物遗传变异的真正物质基础。

1 经典的转化实验：英国医生1928年首次发现，F.Griffith作了以下3组实验：

（1）动物实验：S型菌落属致病菌；R型菌落是非致病菌。

加入活R菌或死S菌 小白鼠（活）

小白鼠（活） 加入活S菌 小白鼠（死） 加入活R菌和热死S菌 小白鼠（死） 活的S菌

（2）细菌培养实验：

热死S菌 培养皿培养 不生长

肺炎链球菌 活R菌 培养皿培养 长出R菌

热死S菌+活R菌 培养皿培养 长出大量R菌+10-6S菌

（3）S型菌的无细胞抽提液实验：

活R菌+S菌的无细胞抽提液 培养 长出大量R菌和少量S菌

以上实验证明了加热杀死的S型细菌，在细胞内可能存在一种具有遗传转化能力的物质，它能通过某种方式进入R型细菌，并使R型细菌获得表达S型荚膜性状的遗传特性。

提取证明转化因子（1）从活的S型细菌中抽提各种细胞成分（DNA、蛋白质、荚膜多糖）（2）对各种生化组分进行转化实验 加S型菌的DNA 长出S型菌

加S型菌的DNA和DNA酶以外的酶

活R菌 加S型菌的DNA和DNA酶

加S型菌的RNA

加S型菌的蛋白质 只长R型菌

加S型菌的荚膜多糖

实验证明RNA、蛋白质、荚膜多糖均不能引起转化，而DNA

二、噬菌体的感染实验：

1952年 A . D.Hershey和M.Chase发表了证实DNA是噬菌体的遗传物质基础的著名实验——噬菌体感染实验。

离心 吸附

沉淀细胞进一步培养后 上清液含15%放射性

可产生大量完整的子代噬菌体 沉淀中含85%放射性

用噬菌体的DNA标记上放射性元素32P

大肠杆菌、噬菌体的DNA标记上放射性元素32P、噬菌体的蛋白质衣壳标记上放射性元素35S

用含35S-蛋白质外壳的噬菌体作感染实验：

离心

沉淀细胞进一步培养后， 上清液中含75%放射性

可产生大量完整的子代噬菌体 沉淀中含25%放射性

实验证明了在DNA中，存在着包括合成蛋白质外壳在内的整套遗传信息。

噬菌体的感染实验

三、植物病毒的重组实验：核酸才是遗传物质

以上三个实验证明了只有核酸才是遗传物质的基础。

四、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式：

（1）细胞水平：一些霉菌、放线菌的菌丝是多核，孢子为单核。原核生物的细胞中含有质粒，具有独立复制能力的小型共价闭合环状的双链DNA分子。（2）细胞核：真核生物细胞核DNA+组蛋白形成染色体；原核生物的细胞核的DNA是环状双链结构，不与组蛋白结合。3）染色体水平：不同生物的染色体数目差异较大。（4）核酸水平：大多数生物的遗传物质是DNA，只有少数病毒如多数的植物病毒是RNA，真核生物中DNA总是与组蛋白结合的；原核生物的DNA是单独存在的。（5）基因水平：基因是生物体内一切具有自主复制能力的最小遗传功能单位。众多的基因构成了染色体。（6）密码子水平：4个核苷酸可有64种组合，编码20个氨基酸，UAA、UAG和UGA为终止密码。（7）核苷酸水平：A、T、G、C。

五、DNA的结构和复制：

1 DNA 的结构：

2 DNA的复制：半保留、半不连续复制。

质粒:一种独立于染色体外,能进行自主复制的细胞质遗传因子主要存在于各种微生物细胞

第二节 基因突变和诱变育种

1 突变的类型：

一 按突变涉及的范围，可分为基因突变和染色体畸变。

(1)基因突变：指细胞内遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化，可自发或诱导产生。

（2）染色体畸变：广义的突变包括基因突变和染色体畸变。染色体畸变一般指染色体的数目不变化，但染色体上有较大范围结构改变，如DNA（RNA）的片段缺失、重复、易位等。发生在染色体畸变的微生物往往易致死，因此微生物中突变类型的研究主要在基因突变方面。

二 按突变所致的表型改变，突变划分为：

（1） 形态突变型：突变后导致菌体的形态发生变化，如细胞形态、菌落形态、孢子的颜色等的变化，鞭毛、荚膜的有无，菌落的R型或S型的变化。（2）致死突变型：指由于基因突变导致个体死亡的突变类型。如导致个体生活力下降称为半致死突变型。（3）条件致死突变型：指微生物基因突变后，在某种条件下可正常地生长、繁殖并表现其固有的表型，而在另一种条件下无法生长繁殖，这种突变类型称为条件致死突变型。（4）营养缺陷突变型：某些野生型菌株发生基因突变而丧失合成一种或几种生长因子、碱基或氨基酸的能力，因而无法再在基本培养基上正常生长繁殖的变异类型，称为营养缺陷型。（5）抗性突变型：某些野生型菌株发生基因突变，而产生的对某种化学药物或致死物理因子的抗性变异类型。它们可在加有相应药物或用相应物理因子处理的培养基平板上选出。抗性突变型普遍存在，例如对一些抗生素具有抗药性的菌株等。抗性突变型的菌株在遗传学、分子生物学、遗传育种和遗传工程等研究中，极其重要。（6）抗原突变型：指由于基因突变引起的细胞抗原结构发生的变异类型，包括细胞壁缺陷变异（L型细菌等）、荚膜或鞭毛成分变异等，一般也属非选择性突变。（7）产量突变型：通过基因的突变导致代谢产物产量上与原始菌株有明显的差异，称产量突变型。如果产量高于原始菌株，称正变菌株，相反，称负变菌株。

三 按突变的条件和原因分，突变分为自发突变和诱变。

（1）自发突变：由于自然界中存在的辐射因素和环境诱变剂所致。

A 微生物的代谢产物具有诱变作用：如H2O2、咖啡碱、硫氰化合物、二硫化二丙烯、重氮丝氨酸等等。 H2O2对脉孢菌有诱变作用，如果同时加入H2O2酶抑制剂，则可提高诱变效果，说明H2O2有可能是引起自发突变的一种内源诱变剂。

B 互变异构效应：由于DNA分子中的四种核苷酸分子内部稀醇式（T、G）和酮式互变；胞嘧啶和腺嘌呤（C、A）分子中氨基式和亚氨基式互变；导致复制时错配，是引起自发突变的原因。自发突变的频率是很低的，一般在10-6-10-10。

（2）诱变的机制：

①诱变的机理：诱变剂引起DNA分子的结构发生碱基对的置换、移码突变、染色体畸变等变化。A碱基对的置换：指DNA分子中一对碱基被另一对碱基所置换；或发生了颠换。一般由化学诱变剂引起。B移码突变：由于DNA分子中一对或几对核苷酸的增加或缺失而造成的基因突变。导致翻译出的蛋白质发生变化。C 染色体畸变：DNA分子出现较大损伤的诱变，出现染色体的结构的异位、倒位、缺失、重复等。物理和化学因素均可导致此变化。

②诱变剂的种类：分为物理性的诱变剂和化学性的诱变剂。

A 物理性的诱变剂：有紫外线、X射线、γ射线等射线。在诱变育种工作中最常用的是紫外线。紫外线杀菌的机理是形成DNA双链间形成嘌呤嘧啶二聚体， DNA双链的二聚体妨碍双链的解开，影响复制和转录，使细胞死亡。如果是形成同链间嘧啶二聚体无双链的氢键作用，只引起DNA双链的扭曲变形，阻碍碱基正常的配对，从而引起突变或死亡。

B 化学性的诱变剂：烷化剂、亚硝酸和羟胺。烷化剂是诱变工作中重要的一类诱变剂，如硫酸二乙酯（DES）、甲基磺酸乙酯（EMS）、N-甲基-N’-硝基-N-亚硝基胍（NG）、 N-亚硝基- N-甲基-氨基甲酸乙酯（NMU）、环氧乙酸（EO）、氮芥（NM）等，这些物质的烷化磷酸基、烷化嘌呤和烷化嘧啶与DNA作用，导致DNA突变，烷化剂还能引起染色体畸变。

2 微生物对紫外线损伤后的DNA的修复：

（1）光复活作用：紫外线照射后的DNA暴露于可见光下，可明显降低其死亡率的现象称为光复活作用。（2）切除修复作用：也称暗修复作用，这种修复作用与光无关，

是在4种酶的协同作用下进行的将核酸损伤处切开形成单链缺口，去除二聚体，合成新的链，在连接成完整的链。（3）重组修复作用：即是复制后修复。

解链 复制后经过染色体交换，使子链上的空隙部位不再面对二聚体，而是面对正常的链，这时DNA聚合酶和连接酶便能起作用，把空隙部分进行修复。

（4）SOS修复：这是在DNA分子受到较大范围的重大损伤时诱导产生的一种应急反应。 SOS修复需要修复基因：recA、lexA、uvrA、 uvrB和uvrC。

3 微生物的突变与育种：

（1）诱变育种的基本环节：

（2）诱变育种的几个原则：艾姆氏实验检测食品中―三致‖物质的

美国加利福尼亚大学的Bruce Ames教授于1966年发明，因此称为Ames试验

菌种：鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhmurium)组氨酸营养缺陷型菌株(his-)的回复突变率。

的方法和原理：菌种-鼠伤寒沙门氏菌，是组氨酸营养缺陷型，在基本培养基平板上不生长，如果发生回复突变成原养型后则能生长。该方法用于检测食品中的黄曲霉毒素、二甲氨基偶氮苯（奶油黄）、二恶英，加入鼠肝匀浆液，保温一段时间，吸入纸片中将纸片在平板培养基中培养。

[-]+S.t.his-

待检测食品

鼠肝匀浆液 保温 吸入滤纸片

[-]+S.t.his+

阳性 阴性

实验广泛用于食品、饮料、药物、饮水和环境等样品中致癌物的检测，此法的特点：快速、准确、节约，一般3天出结果，符合率在85%左右。

第三节 微生物基因重组

基因重组是在核酸分子水平上的一个概念，是遗传物质在分子水平上的杂交，因此与一般细胞水平上进行的杂交有明显区别；细胞水平上的杂交，必然包含了分子水平上的重组，例如真核微生物中的有性杂交、准性杂交、原生质体融合以及原核生物中的转化、转导、结合和原生质体融合等。

一、原核生物的基因重组：原核生物的基因重组形式很多，机制较原始，特点为：①片段性，仅一小段DNA序列参与重组；②单向性，即从供体菌向受体菌作单方向转移；③转移机制独特而多样，如结合、转化、转导和溶源性转变等。

1 转化：是指受体菌直接吸收供体菌的DNA片段而获得后者部分遗传性状的现象，称为转化或转化作用。转化后的受体菌叫转化子，供体菌的DNA片段称为转化因子，通常呈质粒状态的转化因子转化频率最高，受体菌只有在感受态的情况下才能吸收转化因子。

供体菌 受体菌(转化子) DNA片段(转化因子)

通常呈质粒状态的转化因子转化频率最高，

受体菌只有在感受态的情况下才能吸收转化因子。

原核微生物的基因转移和重组

细菌的三种水平基因转移形式：1 接合2 转导3 自然转化

转化过程：供体菌基因组（模板），PCR扩增目的基因dsDNA → 受体菌 → 制成感受态细胞 → 与质粒连接

单链进入另一条链降解 → 同源区配对重组 → 杂合子复制

原核生物中转化是一种比较普遍的现象，许多细菌、放线菌和蓝细菌均可发生转化现象。

微生物的自然遗传转化-简称自然转化

目前已有二十多个种细菌具有自然转化的能力

进行自然转化，需要以下必要的条件：

1 建立感受态的受体细胞2 外源游离DNA分子

2 转导：是以噬菌体为媒介，把一个菌株的遗传物质（小片段DNA）导入另一个菌株，并使这个菌株获得另一个菌株的遗传性状。转导由分为普遍性转导和特异性转导。

普遍性转导：指转导型噬菌体能传递供体菌株任何基因。

特异性转导：指噬菌体只能转导供体染色体上某些特定的基因。

3 接合： 是通过供体菌和受体菌的直接接触传递遗传物质。接合有时称为杂交。接合不仅存在于大肠杆菌中，其它细菌中也存在。例如大肠杆菌的接合与细菌表面的性纤毛有关，F因子是接合的关键， F因子又叫致育因子，是一种质粒。根据F质粒在细胞内的存在方式的不同，大肠杆菌有3种不同接合型菌株：

（1）F+ X F-：

F+雄性菌株，细胞内存在质粒 F-雌性菌株，细胞内无质粒

F+质粒进入转入F-菌株中

两者都成为F+菌，转性别频率近100%

局限性的转导

溶源菌因诱导而发生裂解时，在前噬菌体二侧的少数宿主基因因偶尔发生的不正常切割而连在噬菌体DNA上；把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中

普遍性的转导 形成转导颗粒的噬菌体可是温和的；也可是烈性的，但必须具有能偶尔识别宿主DNA的装配机理，并在宿主基因组完全降解以前进行装配。

（2）F’ × F-：

F’游离的、但携带整合位点邻近小段核染色体基因的特殊F质粒

也成为F’菌株，以F’质粒来传递供体基因的方式，称为F质粒转导

（3）Hfr菌株(高频重组菌株high freguency recombination strain) Hfr菌株，F质粒整合在核染色体特定部位，接合时断裂成线状片段DNA通过性菌毛转移到F-细菌的结合是通过细胞与细胞的直接接触产生的遗传信息的转移和重组过程；

在1946年，Joshua Lederberg 和Edward L.Taturm

细菌的多重营养缺陷型杂交实验证实

4 溶源性转变：温和噬菌体感染其宿主发生溶源化时，因噬菌体基因整合到宿主的核基因组上，而使宿主获得了除免疫外的新遗传

性状的现象，称溶源转变。表面上与转导相似，但是与转导有本质的不同。 溶源性转变的特点：

①这是一种不携带任何外源基因的普通噬菌体；②由噬菌体的基因而不是供体菌的基因提供的宿主新性状；③新性状是宿主细胞溶源化时的表型，而不是经遗传重组形成的稳定转导子；

④获得的性状可随噬菌体的消失而同时消失；

噬菌体的基因重组：温和性噬菌体——烈性噬菌体——

总结：自然遗传转化(natural genetic transformation)——需要游离DNA分子片段 + 感受态细胞；

转导(——由噬菌体介导；接合)——细胞与细胞的直接接触（由F因子介导）；

二、真核基因的重组：真核基因的重组的方式很多，有性杂交、准性杂交、原生质体融合和遗传转化。

1 有性杂交：指不同遗传型的两性细胞间发生的接合和随之进行的染色体重组，产生新遗传型后代的一种育种技术。理论上看凡是能产生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌，原则上都可与高等的动植物杂交育种。

2 准性杂交：类似于有性生殖，但是更为原始的两性生殖方式，这是一种在同种但不同菌株的体细胞间发生的融合，它可不借减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子。因此，可认为准性生殖是在自然的条件下，真核微生物体细胞间的一种自发性的原生质融合现象。某些真菌发现不具典型有性生殖的常常进行准性杂交，尤其是构巢曲霉中最多。

具体过程有4步：略 微生物的菌种选育、诱变育种：在食品生物技术中讲授。

酵母菌的有性杂交 酵母菌的生活史既包括二倍体、单倍体世代，又包括有性和无性世代。

霉菌的繁殖

 霉菌的基因重组可通过有性生殖或准性生殖过程来完成。

 准性生殖是指不经过减数分裂就能导致基因重组的生殖过程

 异核体的形成、二倍体的形成以及体细胞交换和单倍体化

真核微生物的有性杂交

霉菌的有性繁殖——有性孢子繁殖

1、质配：两个性细胞发生结合，细胞质融合，成为双核细胞，每个核均含单倍染色体（n+n）。

2、核配：两个核融合，成为二倍体接合子核，此时核的染色体数是二倍（2n）。

3、减数分裂：具有双倍体的细胞核经过减数分裂，核中的染色体数目又恢复到单倍体状态。

霉菌的准性杂交

准性杂交与有性杂交的对比

第四节 菌种的保藏及衰退与复壮

要选育一株合乎生产上要求的菌株并非容易，而要使菌种在生产上长期保持优良性状更难，为此，要做许多工作使菌种不死、不衰、不污染。但要使菌种永远不变是不可能的，由于菌种存在着自发性的低频率变异，以及各种诱变因素的作用，菌种退化是一种潜在的威胁，为了延缓菌种的变异，人类研究保藏菌种的方法，许多国家设立了菌种保藏机构。

菌种保藏的目的：①延续物种，不丢失，不污染 ②防止优良性状退化 ③为生产、科学研究提供优良性状菌种,菌种保藏的机理：无论哪种保藏方法，主要是使微生物处于不活泼的休眠状态，因此要求低温、干燥、缺氧条件，在这样环境中菌种很少发生突变达到纯种的目的。

2 微生物菌种保藏的方法

（1）斜面保藏法：（2）半固体保藏法：（3）矿物油保藏法：（4）干燥载体保藏法（沙土管保藏法）：5）真空冷冻保藏法：6）冷冻保藏法：（7）国外菌种保藏机构：菌种保藏的方法

菌 连续在培养基上 （内）移种

种 生活态 传代培养保藏法 连续在活宿主上（内）移种

保 固体斜面

藏 湿法 半固体琼脂柱

方 休眠态 液体介质（蒸馏水、糖液、其它溶液

干法 藏在玻璃管内

吸附在合适的载体上

半固体穿刺接种方法

沙土管保藏法

选中等细度沙 清洗 酸洗 中性 烘干 灭菌 加微生物孢子 干燥 封瓶口

真空冻干保藏法

高密度 细胞培养 离心洗涤 加保护剂 真空冷冻干燥 包装 封口

超低温冷冻保藏法

超低温（-70℃~-80 ℃ ）20%甘油、10%的二甲基亚砜

高密度 细胞培养 离心洗涤 加保护剂 分装封口

真空超低温冷冻

冷冻保藏的关键技术：快速冷冻，使用冷冻保藏的菌种时要快速融解；在35-40℃的温水中进行。剩余的菌种不可再次冷冻。 生产上的其他保藏方法

 曲料干燥保藏法：取麸皮或米糠加水灭菌后，接种菌种，培养干燥后保藏。

 冻结保藏法：生长在斜面上的菌株或液体培养液，加入保护剂后直接冷冻，保藏温度越低越好。该法用于放线菌的保藏较好。

菌种传代过程中应注意的关键问题:菌种的遗传变异；发生菌种的编号、菌名称等事故；产酸菌种传代时培养基中加入碳酸钙可取得良好的保藏效果；防止菌种污染；

棉塞的处理方法:斜面培养基的斜面不能太高；微生物在培养基中生长时：用10滴40%的甲醛溶液滴加在棉塞上端，微生物完全生长好后，用液体石蜡封口，可防止污染；将消毒剂对二氯苯或杀虫剂加在棉塞的底部

国内外菌种保藏方法

国外的保藏方法：真空冷冻保藏法（5-15年）和液氮保藏法（20年）。

2 菌种的衰退与复壮：

在生物进化的长河中，遗传性的变异是绝对的，而它的稳定性则是相对的；退化性的变异是大量的，而进化性的变异是个别的。在自然的条件下，个别的适应性变异通过自然选择就可保存和发展，最后成为进化的方向；在人为条件下，人们也可通过人工选择法有意识地筛选出个别的正变体，并用于生产中。如果不进行人工选择，不进行纯化、复壮和育种，大量的自发突变菌株就会随之泛滥，导致菌种的优良性状衰退，生产上出现生长慢、代谢产物产量低等。

（1）衰退的表现：

①生长缓慢：生长的速度下降，达到对数期在平板上看不到菌落，或菌落小，液体培养浑浊度低；②原有的形态发生变化，不典型；③代谢产物的能力下降；④抗不良环境的能力下降：如高温、低温、噬菌体；⑤侵染力下降：

（2）防止衰退的有效措施：①控制传代的次数：尽量减少传代次数，将必要的传代次数降低到最低限度，以减少发生突变的几率；同时采用良好的菌种保藏方法也是防止衰退的有效措施；

②创造良好的培养条件：提供菌种营养丰富的培养基，就能在一定程度上防止衰退；如在赤霉菌生长的培养基中加入糖蜜、天冬酰胺、谷氨酰胺、5′-核苷酸有防止衰退的效果；

③利用不同类型的细胞进行传代接种：在放线菌和霉菌中，菌丝细胞常含几个细胞核，甚至是由异核体组成，如果用菌丝接种就会出现衰退，而孢子一般是单核，因此用孢子接种衰退的几率小得多；④采用有效的菌种保藏方法：发酵工业中用的菌种，重要的性状大多属于数量性状，而这类性状是最易衰退的，因此要采用科学的菌种保藏方法。

（3）菌种的复壮： ①纯种分离方法：通过该方法可把退化菌种的细胞群体中仍然保持原有典型性状的个体挑选出来，达到复壮的目的。方法如图解： 平板表面涂布法

菌落纯 平板划线分离法

纯种分离法 琼脂培养基混菌法

用―分离小室‖进行单细胞分离

细胞纯 用显微操纵器进行单细胞分离

用菌丝尖刀切割法进行进行单细胞分离 ②通过宿主体复壮： ③淘汰已衰退的个体：采用不良的条件处理微生物，如低温、高温等5-7天，使微生物80%发生死亡，然后挑选出没有死亡而保持优良性状的个体达到复壮。

第七章 微生物的生态

微生物生态学（ microorganism ecology ）：是研究微生物群体―微生物区系（microflora）或菌群（normal flora）对其周围的生物和非生物环境条件相互作用关系的科学。

各种环境中的微生物的种类、分布；微生物和其它生物的关系；微生物与物质循环；

微生物与污染的治理

研究生态学的意义

生态学研究范围：生物圈（biosphere）、生态系统（ecosystem）、群落（community）、种群

研究意义：

1、在理论方面的意义：研究微生物与生物圈的关系2、在实践方面的意义：为生态环境中的菌种资源开发、有害微生物的防治、微生物农药的开发、菌肥的开发提高土壤肥力、食品工业中的混菌发酵、生态农业，工业中探矿、冶金、环保、以及开发生物能等。

 生物圈：是指地球上的所有生物的总称。

 生态系统：生物群落与其环境相互结合、相互作用、相调控而成的动态系统叫生态系统。

 群落：相同生长环境中两个以上种群的生物由于生活繁殖上的连锁而构成相互依赖、相互制约的生态学功能单位叫群落。  种群：相同生长环境中的同种个体组成的能繁殖的同种个体群，是组成群落的基本组分，与同种其他地方的种群有隔离、有界限。

微生物生态学—是生态学的一个分支，它的研究对象是微生物群体与其周围生物和非生物环境条件间相互作用规律的科学

第一节 微生物在自然界中的分布与菌种资源的开发

 土壤中的微生物,水中的微生物,空气中的微生物,生物体带的微生物,极端环境中的微生物,工农业产品中的微生物,目前未能培养的微生物

微生物的特点 个体微小 代谢营养类型多样 适应能力强---》微生物在自然界中分布广泛

微生物的分布是生态环境各种物理、化学、生物因素对微生物的限制、选择的结果。

一、土壤中的微生物

碱度、渗透压和温度等条件，所以成了微生物生活的良好环境。土壤是微生物的“大本营”，是丰富的菌种资源库。土壤中微生物的数量和种类较多，每克土壤含菌量有一个大致的规律：

土壤中微生物的数量：按种类递减

 细菌——放线菌——霉菌——酵母菌——藻类——原生动物

 ~108 ~107 ~106 ~105 ~104 ~103个/g

细菌（~108）>放线菌（~107孢子）>霉菌（~106孢子）>酵母菌（~105）>藻类（~104） >原生动物（~103）

耕作土壤中，细菌湿重约90 ~225kg；以土壤有机质含量为2%计算，则所含细菌干重约为土壤有机质的1%左右。土壤微生物的代谢活动，可改变土壤的理化性质，进行物质转化，因此，土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。若按生物量计算则各种微生物的生物量基本相当。

规律：土壤中微生物的含量与土壤有机质含量有直接关系。

1. 表层耕作土中含量最高，耕作层厚度20~30cm，地表土受阳光直接照射，其中微生物含量较低。2. 采取土样时一般要刮开表土2~5cm后采样。1. 肉毒梭状芽孢杆菌A型和B型的天然生存环境是土壤，导致罐头腐败变质的平酸菌嗜热脂肪芽孢杆菌和凝结芽孢杆菌在土壤中也存在。2. 土壤中的微生物对食品原料的污染：

土壤中的各种细菌、酵母菌、霉菌是随着种植业收获期污染原料带入食品加工企业的。食品安全全程控制：原料 - 餐桌

二、水体中的微生物

地面水 清洁度低; 地下水 清洁度高; 特殊水 极不清洁

（1）地面水：地面水的含菌量与土壤密切相关，含菌量比地下水多，有细菌、病毒、真菌、藻类、钩端螺旋体、原虫。细菌的种类几乎涉及所有的纲目。清水中化能自养微生物为主，如硫细菌、铁细菌和含光合色素的蓝细菌、绿硫细菌和紫细菌等，如水体中含有生活污水，以腐生型的微生物较多，如变形杆菌属、产气肠杆菌、产碱杆菌属、芽孢杆菌属、弧菌属、螺菌属等，同时有致病菌如志贺氏菌属、大肠埃希菌、沙门氏菌、霍乱弧菌、副溶血性弧菌、结核杆菌、空肠弯曲杆菌、钩端螺旋体等。（2）地下水：地下水由于土壤的过滤作用，营养成分相对较少，细菌比地面水少，主要是G-的无芽孢杆菌，特别是无色杆菌和黄杆菌属，少数G+杆菌、微球菌、棒状杆菌、分枝杆菌等。（3）高温的温泉：泉水中含有铁细菌，高温的温泉分布有耐热的微生物。（4）特殊水体中：如医院污水、实验室污水，尤其是没有污水处理的小的医院，在污水中分离到伤寒、副伤寒、其他沙门氏菌、霍乱弧菌、痢疾杆菌等。

（5）海水：含盐量：3.5%，密度大、渗透压高、冰点低

微生物种类：多数为革兰氏阴性菌、多嗜盐、河口处有耐盐菌，嗜盐菌：低嗜盐菌，适于生活在盐浓度2～5 %；中等嗜盐菌，适于生活在盐浓度5～20%；高嗜盐菌：适于生活在盐浓度20～30%形态：多有鞭毛，常见多形性、可变为球形、弧形、丝状及螺旋状，个体小；生理：多嗜冷，兼性厌氧，生长慢，能在低营养下生活，常产色素，分解蛋白质能力强，对糖的分解能力低，多嗜冷，对热敏感；分布：不均匀，与水深成反比，0~10米——少10~50米——呈上升变化50米以下数量减少

常见菌种：假单孢菌、弧菌、螺菌、无色杆菌、黄杆菌

6）生活饮用水的卫生学指标：

（A）细菌总数：100000的为极不清洁水。

(B)大肠菌群：

水对食品的污染：水污染食品原料；污染食品加工的机械设备；

水的卫生程度直接关系到食品的安全性。水体的富营养化作用和“水花”、“赤潮”

水的富营养化--藻类等过量生长，产生大量的有机物--异养微生物氧化这些有机物，耗尽水中的氧，使厌氧菌开始大量生长和代谢--分解含硫化合物，产生H2S，从而导致水有难闻的气味，--鱼和好氧微生物大量死亡，水体出现大量沉淀物和异常颜色上述过程又称富营养化作用，它是水体受到污染并使水体自身的正常生态失去平衡的结果。藻类（主要是微藻）的大量繁殖使水体出现颜色，并变得浑浊，许多藻类团块漂浮在水面上形成。

赤潮或红潮（red tides）

 在海洋中，某些甲藻类大量繁殖也可也可以形成水花，从而使海水出现红色或褐色。

 引起水体富营养化的藻类除通过消耗水中的氧气危害养殖业外，很多藻类还能产生各种毒素，使动物得病或死亡，因此由于富营养化作用致死的鱼等水产品不能食用

三、空气中的微生物

空气的自然条件：无营养和水分、紫外线直射

1 微生物存在方式：漂浮，短暂停留，吸附在尘埃微粒上。空气中的尘埃颗粒数量与微生物数量呈正相关。2 分布：接近越地面空气中含菌量越高，目前能够检测到微生物存在最高处为85km的空间高度。3 种类：细菌、真菌孢子、微球菌、产芽孢和不产芽孢的G+杆菌、 G+球菌和G-杆菌；真菌中主要是芽枝霉菌、交链孢霉属、出芽茁霉属、青霉属、曲霉属、葡萄孢霉属等，同时含有病毒。4 空气中微生物数量的测定方法：培养皿沉降法、液体阻留法5 空气中的微生物除去方法：紫外线照射、甲醛熏蒸、药物喷雾、过滤除菌等，常用的过滤介质有棉花、纱布、石棉滤板、活性炭或超细玻璃纤维过滤纸等。

1）在森林、高山、高空、海洋和终年积雪地带的上空：微生物的数量少；（2）在城市中心、医院、车站、码头等人口流动大的地方上空：微生物的数量多。（3）空气中微生物的检测方法：沉降平板法。食品加工厂建厂原则：要远离闹市区，垃圾处理场、化工厂、厕所。

四、 食品工业的原料上的微生物

粮食、水果、蔬菜：各种农产品上存在着大量的微生物，由此引起霉腐，严重的致病（真菌毒素）黄曲霉素、伏马菌素等。每年全球粮食因霉腐烂的达总产量的2%。

鲜乳原料：有细菌、酵母和霉菌，以细菌，如乳酸菌、丁酸菌、丙酸杆菌、大肠杆菌、甚至致病菌等。鲜肉：也带有微生物，如假单胞菌、产碱杆菌、黄杆菌、无色杆菌等。

五、生物体内外的微生物

鼠类、蟑螂、昆虫：带有大量的微生物，甚至带有致病菌、腐败菌；

人体内外均有各种微生物：皮肤、口腔、鼻腔、消化道等存在大量的微生物，因此要注意在食品加工环节防止污染；健康牛的乳房存在的微生物很少，疾病期间带菌多；如葡萄球菌和大肠杆菌等。

六、 极端环境中的微生物

1、嗜热微生物2、嗜冷微生物3、嗜酸微生物4、嗜碱微生物5、嗜盐微生物6嗜压微生物

未能培养微生物研究的目的意义了解生物基因多态性和系统发生的多样性；寻找新的有益微生物；从不可培养微生物中寻找新的基因

据报道，美国recombianant biocatalysis Inc公司目前已从不可培养微生物中获得了约300个与工业生产相关的新蛋白

研究方法：1 从环境中直接取样并克隆rRNA并分析其序列和在分子进化树上的位置等方法而发现的的目前尚不能在人工条件下获得培养的微生物。2 利用特异性rRNA探针进行

荧光原位杂交（Fluorescence in situ hybridization, FISH），或进行原位PCR后再进行荧光原位杂交的技术对环境中的这些不可培养微生物进行定位、计数和进行形态观察。

第二节 微生物与生物环境的关系

一 互生—两种可单独生活的生物，当他们在一起时，各自的代谢活动有利于对方，或偏利于一方的生活方式，称为互生（metabiosis）。 1

（1）保加利亚乳杆菌和嗜热乳链球菌二者为良好的互生关系：

保加利亚乳杆菌

乳蛋白 缬氨酸、甘氨酸、组氨酸 嗜热乳

链球菌生长 甲酸（保加利亚乳杆菌）

土壤中好氧性自生固氮菌与纤维素分解菌生活在一起时，纤维素分解菌降解纤维素产生有机酸，可为自生固氮菌提供营养，自生固氮菌为纤维素分解菌提供氮素营养。

（2）需氧菌和厌氧菌的互生关系：

（3）互生现象与发酵工业中的混菌发酵：

2 微生物与人体的互生关系：微生态制剂——含有益菌的活菌制剂，功能是维持宿主的微生态平衡、调整宿主的微生态失调，并有保健功能，又叫益生菌剂。

固体：乳酶生、妈米爱、菲尔康等。

液体：含嗜酸乳酸菌、双歧杆菌、短乳杆菌、罗伊氏乳杆菌等。

金黄色葡萄球菌的生长为本来在平板上不能生长的嗜血 流感菌提供生长因子，后者在其菌苔周围形成卫星菌落。

二 共生（symbiosis）：是指两种生物共居在一起，相互分工合作，互相依赖、互相有利，单独难以生存，有生理整体的形成，这种方式称为共生。

1 微生物间的共生关系：

菌藻共生——子囊菌与绿藻共生形成的地衣。菌菌共生——真菌与蓝细菌共生。

真菌产生有机酸分解岩石，为藻类或蓝细菌提供矿质元素。

2 微生物与植物间的共生关系：

（1）根瘤菌与植物的共生：如根瘤菌与豆科植物、非豆科植物（杨梅属、美洲茶属等）和与放线菌共生等。（2）菌根菌与植物的共生：

3 微生物与动物的共生：在白蚁、蟑螂等昆虫肠道中有大量的微生物的共生关系

形成有固定形态的叶状结构：真菌无规则地缠绕藻类细胞，或二者组成一定的层次排列。

和真菌菌丝，粉芽脱离母体散布到适宜的环境中，发育成新的地衣共生菌从基质中吸收水分和无机养料；共生藻进行光合作用，合成有机物；

微生物与植物的共生关系:豆科植物根部的分泌物能刺激根瘤菌的生长，同时，还为根瘤菌提供营养条件。根瘤菌固定空气中的分子态氮为植物提供

氮素营养；的细菌和原生动物共生，白蚁中至少有100种细菌与其共生，他们在厌氧的条件下分解纤维素供白蚁营养，而微生物则可获得稳定的生活条件。

瘤胃微生物与反刍动物的共生关系：牛、羊、骆驼、鹿等反刍动物，它们的胃都由4部分组成（瘤胃、网胃、瓣胃和皱胃），通过与微生物共生它们才能消化纤维素，反刍动物为微生物提供纤维素和无机盐等养料、水分、合适的温度和酸碱度和厌氧环境，而微生物则协助消化纤维素成有机酸供瘤胃吸收。

三 拮抗：指某种微生物在生命活动的过程中，产生的代谢产物可抑制他种生物的生长发育甚至杀死它们的一种相互关系叫拮抗。 根据拮抗有无选择性分： 特异性拮抗：

拮抗 非特异性拮抗：

在研究微生物是否具有拮抗关系的方法——将该两种或几种微生物在平板上培养，或在液体培养基上培养，观察菌落生长情况，可计数，测定单独生长的生长曲线和混合生长的生长曲线，比较可得出结论

四 寄生：指一种生物必须从另一种生物中获得营养物质，并对后者有毒害作用，称为寄生。

1 微生物间的寄生：典型的寄生关系是噬菌体，也有细菌寄生在真菌引起菌丝溶解的。

2 微生物与植物间的寄生：寄生在植物中微生物以真菌和病毒居多，细菌相对较少。

3 微生物与动物间的寄生：微生物杀虫剂（苏云金杆菌）、生物农药的开发。

虫草属[ Cordyceps ( Fr. ) Link ]真菌是一大类昆虫病原真菌，迄今记载的已有300 多种，在我国分布有70 多种。我国主要的虫草有冬虫夏草[ C. sinen-sis ( Berk.) Sacc ]、蛹虫草[ C. militaris ( L.ex Fr)Link ] 、蝉蛹草[ C. sobolifera ( Hill.) Berk . et Br. ] 、珊瑚虫草[ C. militaris speg ] 、古尼虫草[ C. gunnii ] 、亚香棒虫草[ C. hawkesii ] 等。冬虫夏草( Cordyceps sinensis) 是一种名贵的中药材，其药性温和，具益肺肾、补精髓、止血化痰、强壮等功效。

第三节 微生物在生态系统中的作用

生态系统： 生物群落----------------生活的非生物环境 生产者：从无机物合成有机物,消费者：利用有机物进行生活,分解者：分解有机物成无机物

1、 微生物是有机物的主要分解者:微生物最大的作用在于其分解功能。它们分解生物圈内的动物和植物残体等复杂有机物质，将其

转化成简单的无机物，再供初级生产者使用。

2、 微生物扮演了物质循环中的重要角色:微生物参与所有的物质循环，大部分元素及其化合物都受到微生物的作用。在一些物质的

循环中，有的微生物是起主要作用；有的是在循环中起关键作用；有的过程只有微生物才能起作用。

3、微生物是生态系统中的初级生产者:光能自养和化能自养微生物是生态系统的初级生产者，它们具有初级生产者所具有的二个明显特征，即可直接利用太阳能、无机物的化学能作为能量来源，这些能量可以用来合成有机物质。

4、微生物是物质和能量的贮存者:微生物的细胞和动物、植物细胞一样由水分、有机物质和无机物组成，由能量维持的生命代谢。在土壤、水体中有大量的微生物生物量，贮存着大量的物质和能量。

5、微生物在地球生物演化中的作用:微生物是地球上最早出现生命现象的生物体，并进化成后来的动物、植物。藻类的产氧作用，改变大气圈中的化学组成，为后来动物、植物出现打下基础。

第四节 微生物与环境保护

一 、水体污染：水体富营养化——是指水体中的氮、磷等元素含量过高而引起水体表层的蓝细菌和藻类过度生长繁殖的现象。结果导致下层水体缺光、缺氧，大量的死藻因细菌的分解而进一步造成厌氧和有毒的环境。水华——发生在淡水水体的富营养化称水华。赤潮——发生在海水水体的富营养化称赤潮。

二 、用微生物治理污染：

1. 污水的微生物处理 生活污水：农牧业污水：屠宰、发酵工厂、淀粉加工等

工业污水：石油、化工、电镀、制革及工业有毒污水如农药、炸药、多氯联苯、酚、氰、丙烯腈和重金属等有毒污染物。

BOD（biochemical oxygen demand）——生化需氧量或生化耗氧量，又称生物需氧量。指在一升污水或待测水样中所含的一部分易氧化的有机物，当微生物对其氧化分解时所消耗的水中溶解氧毫克数（单位 mg /L）（

COD(chemical oxygen demand)——化学需氧量，是表示水体中有机物含量的一个简便的间接指标，指一升污水中所含的有机物在用强氧化剂氧化后，所消耗氧的毫克数（ mg /L ）。

量。

TOD(total oxygen demand)——总需氧量，指污水中能被氧化的物质（主要是有机物）在高温下燃烧变成稳定氧化物时所需的氧，TOD是评价水质的综合指标之一，与BOD和COD相比，具有快速、重现性好等优点，但需用灵敏的检测仪器。

2. 用于污水处理的微生物：

各种微生物如光合菌等，利用生长分解有机物净化水体。

①分解氰：产生氰水解酶的诺卡氏菌(Nocardia spp. )，Pseudomonas spp.，Trichoderma lignorum (木素木霉)等菌种；②分解多氯联苯：Rhodotorula spp.（一些红酵母）Achromobacter spp.（一些无色杆菌），Pseudomonas spp.等菌种；③分解多环芳烃类物质（蒽、菲等）：Alcaligenes spp. （一些产碱杆菌）、Pseudomonas spp.、Corynebacterium spp.(一些棒杆菌)等。

第八章 微生物在食品加工中的应用

第一节 细菌在食品工业中的应用乳酸菌在食品工业中的应用

发酵乳制品、香肠、火腿、调味品酱油、豆瓣酱等

乳酸菌——凡是代谢过程中主要产物为乳酸的细菌叫乳酸菌。

酸乳的发酵：

1 （1）改善食品风味：酯化反应、双乙酰、乙酰甲基原醇、丁二酮、3-羟基-2-丁酮、丙酮和丁酮等芳香成分，同时还有脱臭作用。

（2） 保健作用：pH值下降、H2O2、乳链球菌素、双歧杆菌的抗癌作用。

乳酸菌糖代谢的特点

对葡萄糖代谢：同型发酵： C6H12O6 2CH3CHOHCOOH + 2ATP

异型发酵：C6H12O6 1CH3CHOHCOOH +1CH3CH2OH +CO2 + 1ATP

双歧杆菌： C6H12O6 2CH3CHOHCOOH + 3CH3COOH + 2.5ATP

乳糖发酵：乳糖 C6H12 O6 + 半乳糖 异构化成葡萄糖

（3）提高食品的保藏性能：pH下降、 H2O2、 Nisin等。

（4）提高营养价值：经过乳酸发酵的食品维生素有一定量的提高；同时含有乳酸和醋酸等有机酸、氨基酸，容易消化吸收。 Bergey的细菌分类法，乳酸菌分为7个属——链球菌属、乳杆菌属、明串珠菌属、片球菌属、芽孢杆菌属、双歧杆菌属和乳球菌属。

3 G+的细菌，一般为球状或杆状，成单个或成对、成链状排列，大多数不运动，少数以周鞭毛运动，不产生色素。菌落特征：乳酸菌即使生长在含有丰富营养的培养基上，形成的菌落也总是很微弱。多数菌落只有几毫米的大小，呈灰白色，适宜于微氧或厌氧的环境中生存。耐酸性较强。培养特征：在牛乳中生长良好，人工合成培养基中要求有糖、酵母膏、氨基酸和B簇维生素才能生长良好。

4

5 酸乳的工艺：

酸乳 凝固型： 先罐装后发酵。中国80%为凝固型酸乳。

搅拌型：发酵后再罐装，加入10~30%的果酱。如瑞士、丹麦、意大利、芬兰等。

6 酸乳凝固的机理：分解乳糖产生乳酸，形成均匀细腻的凝快和良好的风味

酸乳发酵的新技术：1. 高活性干发酵剂应用——直投式发酵剂应用，国家“十一五”科技重大攻关项目，研究乳品直投式发酵剂；

2. 国际上丹麦的汉森公司从80年代致力于酸奶发酵剂的研究，开发了许多发酵剂，目前国内的酸奶直投式发酵剂（Directed Vat Set）是进口。

乳酸菌发酵酸奶的关键技术：

1 原料乳要符合要求，优质新鲜的乳原料，不含抗生素。2. 均质：使大分子断裂成小分子，使产品口感细腻。3. 发酵的温度44-45℃，3.5-4.0小时，要立即冷却-2 ℃ 。

开菲尔（Kefir）发酵奶

 在中亚和中东欧地区，人们利用一种含有乳酸菌、酵母菌以及其他有益菌的特殊颗粒状发酵剂—开菲尔粒(Kefir grain)来制作发酵乳。

 传统的开菲尔是以牛奶、羊奶为原料，由开菲尔粒(Kefir grains)或由开菲尔粒中必需菌相作发酵剂，发酵而制得的一种含酸、乙醇及少量CO2的发酵乳，又称牛奶酒。

 由于在发酵过程中产生少量的乙醇和CO2使制品具有轻微的起泡性和酒味，故开菲尔有“发酵乳制品中的香槟”之美称。 目前用于益生菌产品的菌株

乳杆菌属

嗜酸乳杆菌

植物乳杆菌

干酪乳杆菌

短乳杆菌

保加利亚乳杆菌 双歧杆菌属 其他 两双歧 长双歧 婴儿双歧 短双歧 青春双歧

嗜热链球菌 乳油链球菌 屎链球菌 肠膜明串珠球菌葡萄糖亚种 费氏丙酸杆菌 乳酸片球菌 啤酒酵母 发酵乳杆菌 瑞士乳杆菌 由日本天野公司研发的ABF活性三益菌（A菌 嗜酸乳杆菌；B菌 双歧乳杆菌；F菌 粪链球菌

醋酸菌在食品加工中的应用

一 、食醋生产中的细菌——醋酸菌

1食醋生产中的主要微生物：

（1）液化、糖化淀粉的微生物：甘薯曲霉3.324、宇佐美曲霉3.758、黑曲霉3.4309。此外黄曲霉3.800，米曲霉3.042等也可用于糖化。 淀粉 C6H12O6

（2）酒精发酵的微生物：酵母菌，种类很多，北方地区用1300，上海香醋用黄酒酵母工农501，普通醋用K字酵母，AS 2.109、 AS

2.399 适用于淀粉原料，AS 2.1189、 AS 2.1190适用于糖蜜原料。 C6H12O6 CH3CH2OH

（3）醋酸发酵的微生物：醋酸菌——凡是能使乙醇不完全氧化而产生醋酸的细菌称为醋酸菌。常用的菌种有醋酸醋杆菌、许氏醋杆菌，产酸量高达11%、恶臭醋杆菌产酸达6~8%，奥尔兰醋杆菌为法国用葡萄酒生产醋的菌种，但产酸能力差，可产少量的酯。 CH3CH2OH CH3CHO CH3COOH

A 1.41 ：是中科院的菌种，菌体为短杆状，成链状排列，无芽孢。

B 沪酿1.01：菌体细胞呈椭圆形，产酸量高。

2 醋酸菌的生理特征：G-菌，无运动，是严格的需氧菌，

最适生长温度：30~32℃，

最适生长的pH：在3.5~6.3，不同的菌种有一定的差异，

耐酒精的能力较强，6~8%的酒精可生长。恶臭醋杆菌液体培养时产生菌膜，菌落特征为灰白色，菌落隆起，最高产酸7~9%；沪酿1.01液体培养时形成淡青灰色薄层菌膜。两种菌在不良的环境下菌体细胞伸长成线状或棒状，或成膨大状、分枝状。 3 30~32℃培养48小时，4 ℃冰箱保藏。传代的时间要短一些。

二、 食醋生产的工艺流程：

碎米 →粉碎 →加水糖化→麸皮、谷糠混合润水→蒸煮→冷却→接种发酵→淋醋→陈酿→罐装灭菌 →成品酵母菌和醋酸菌

三、食醋发酵的关键技术:

1. 提供给微生物（酵母菌、醋酸菌）生长充足的水分，因此工艺中要注意加适当的水分。

2. 提供给微生物（酵母菌、醋酸菌）充足的可发酵糖，因此要注意原料的糖化。

3通氧气: 食醋发酵是好氧发酵，工艺过程中要通氧气。

4. 发酵的温度控制要分段变温度发酵℃

关于醋酸生产的学术争论：江南大学的前校长朱宝镛教授认为“醋应以酸为主，要千方百计把酸度搞上去”；

酿造界老前辈陶声认为：“醋是调味品，主要应讲风味，酸而不香的醋是没人吃的”。

四 、醋酸生产的新技术

① 生料制醋：希望出醋率高，如北京的龙门醋厂；② 酶法糖化原料：省去制曲工艺，用液化酶和糖化酶；③ 原池通气和原池回淋醋：省去了倒缸，减少了污染、保证质量

五、醋酸生产的发展前景

1. 品种趋向多样化、专业化、品牌化、营养保健化，调味醋、保健醋、醋饮料、风味醋等多个食醋新产品上市。2. 产品规格趋向方便、多层次、人性化。3. 产品的外观包装发展为美观、多样、精致、高品位，突出品牌与个性，竞相展现我国醋文化的内涵。

第二节 酵母菌在食品加工中的应用

酵母菌在食品工业中广泛地应用于酒类、面包、单细胞蛋白和维生素的生产，还参与发酵调味品。

一 酵母菌发酵生产酒：果酒15~20%、啤酒3~4.3%、葡萄酒10~15%、白酒20-40-60%，无论哪种酒都是用酵母菌生产出来的，要求酵母菌①增殖力强，繁殖速度快；②酒化酶的活性高；能产生12-16°的酒，发酵完全，残留的糖少；③耐酒精的能力强，在高浓度的酒精发酵醪中能继续发酵，一般的耐5%的酒精，生产上常用的菌种（Rassi 12）耐13%酒精，我国选育的1300、1308耐酒精能力在11%能进行发酵；④耐温性强，酵母的生长温度25-28℃，发酵不超过30 ℃ ，如能耐高温发酵的速度加快；⑤抗逆性强，抗重金属的能力强；⑥抗酸性强，为了防止杂菌生长，常常将pH值降至4- 4.5，酵母菌可生长发酵，细菌受到抑制，但pH值不能低于3，否则抑制酵母菌生长。

食品工业上常用的酵母菌

 1、酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae)

 酿造果酒和发酵生产面包、酒精发酵；

酿造葡萄酒，也可用于酿造啤酒、蒸馏酒；

台湾396号酵母为代表。我国南方常常用于以糖蜜原料生产酒精。它的特点是耐高渗透压，可忍受高浓度的盐

2、卡尔斯伯酵母（S.carlsbergensis）

卡尔斯伯（Carsberg)是丹麦的一个啤酒厂的名字，卡尔斯伯酵母是该厂分离的，细胞形态为圆形或卵圆形，部分细胞的细胞壁有一平端 ；

 啤酒酿造中是典型的下面酵母

 高温时，酿酒酵母比卡氏酵母生长得更快；低温下，卡氏酵母生长得较快

3、异常汉逊氏酵母异常变种（H ansenula anomala)

细胞呈圆形，椭圆形或腊肠形，甚至有长达30m，繁殖方式是多边芽殖

作用：异常汉逊氏酵母能产生乙酸乙酯，因此它在发酵生产食品中赋予食品特殊的风味。

也可用于生产单细胞蛋白——利用烃类、甲醇、乙醇和甘油作为碳源

4、假丝酵母 (Candida Berkhout)

在液体培养基中生长，细胞为球形、椭圆形或圆柱形。

 在马铃薯或玉米琼脂培养基上生长容易形成丰富的假菌丝，多极出芽。

热带假丝酵母氧化烃类的能力很强，可以利用煤油形成大量的菌丝体。

5、产阮假丝酵母

 研究较多的微生物单细胞蛋白之一就是产阮假丝酵母；

 产朊假丝酵母的蛋白质和维生素B含量均比啤酒酵母高。

6、球拟酵母 细胞球形、卵形或稍带长形 无假菌丝。多边芽殖，不生子囊孢子及其它孢子。作用：生产甘油等多元醇。

7、解脂假丝酵母 石油发酵生产单细胞蛋白的优良菌种

8、红酵母

红酵母的细胞形态圆形、卵形或长形，多边芽殖，多数不形成假菌丝，不生子囊孢子 ；

细胞产生色素，红色或橙红色色素

作用：生产β-胡萝卜素。

（1）啤酒的发酵工艺（2）葡萄酒的发酵工艺：(3) 酵母菌发酵生产面包：有一次发酵法和二次发酵法，近年来有的厂家用快速发酵法。

A 菌种： 活性干酵母及压榨酵母。

B 生产工艺：二次发酵法。CO2被面筋蛋白包围，因而面团膨大。

烘烤使CO2受热膨大为多孔海绵结构，同时熟化、杀菌作用。

乙醇合成的机理

酵母菌合成甘油的机理

加入亚硫酸氢钠，与乙醛起加成作用 生成难溶的乙醛亚硫酸氢钠加成物

第三节 霉菌在食品工业中的应用

霉菌在食品工业中应用十分广泛，发酵生产有机酸、酶制剂如糖化酶、酸性蛋白酶，同时发酵生产豆腐乳、豆豉、酱油、甜面酱等。 1 霉菌生产豆腐乳：

（1）菌种：根霉、毛霉。

根霉：耐高温，37℃可生长繁殖，在25~28 ℃40~48小时生长较好，夏天用。如米根霉、溶胶根霉等。

毛霉：20 ℃为最适生长温度，冬天用。如总状毛霉、腐乳毛霉、高大毛霉、五通桥毛霉、鲁氏毛霉等。霉菌有丰富的蛋白酶以及脂肪酶和肽酶，使蛋白质降解为具有鲜味的氨基酸，形成有特殊风味的发酵食品。

（2）生产工艺流程：

毛霉米根霉（R.oryzae)产生蛋白酶能力强，具有很强的蛋白质分解能力

食品工业中重要的霉菌： 霉菌-米根霉和黑根霉

黑曲霉和米曲霉在食品工业中的应用

黑曲霉：产生酸性蛋白酶 产生糖化酶 发酵生产柠檬酸 发酵产生果胶酶

米曲霉：产生各种蛋白酶 发酵生产酱油、豆瓣、豆豉等

青霉和霉菌的菌落—青霉是多细胞霉菌，菌丝有横隔，有分枝，与曲霉相似，大多无足细胞。

青霉的代表菌种：代表种： 桔青霉（Pen.citrinum) 展青霉(Pen.patulum) 产黄青霉

在工业上的应用：生产抗生素的重要菌种，例如产黄青霉和点青霉都能生产青霉素。 还生产有机酸，例如葡萄糖酸、柠檬酸

 危害：引起农副产品原料和食品的霉变、疾病 。

根霉的细胞形态

2 霉菌制豆瓣：菌种米曲霉3.042，前发酵厚层通风制曲，后发酵豆胚加上酒、盐、花椒等要晒露，成熟后加入海椒出售。

3 霉菌制酱油：

（1）酱油发酵的微生物：①米曲霉，中科院菌种米曲霉3.951，沪酿米曲霉 3.042，在18%的盐中不生长，含糖化酶、蛋白酶丰富。 酸性蛋白酶 pH3.5 对酱油的鲜味也起了重要作用

A 蛋白酶 中性蛋白酶 pH7.2 对酱油的鲜味起主要作用

碱性蛋白酶 pH9.5

B 淀粉酶：使原料糖化，供给米曲霉的碳源，还供给酵母菌、乳酸菌的糖原产生乳酸乙酯、乙酸乙酯等特殊香味物质。

C 肽酶、谷氨酰胺酶：米曲霉中可分离到三种氨基肽酶，四种酸性羧基肽酶，与酱油鲜味有密切的关系。

蛋白质 蛋白酶 肽 氨基肽酶、羧基肽酶 氨基酸 谷胺酰胺 谷氨酰胺酶 谷氨酸 维持酱油鲜味

其它还有果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶降解原料中的多糖，使酱渣少、酱油的粘度低、澄清度好，过滤速度快。

② 酵母菌：主要是耐盐力强的鲁氏酵母、球拟酵母在18%的食盐中可生长，低盐固态发酵的酱油盐分在12~15%。 鲁氏酵母：可分解脂肪、蛋白质是发酵型的。

酵母菌 球拟酵母：产生酯香型风味，如烷基苯酚、4-乙基苯酚、4-乙基愈创苯酚

结合酵母：乙醇发酵，赋予酱油的醇香味。

③ 乳酸菌：作用是使酱醪pH值降在5以下，适于鲁氏酵母生长，同时可提高酱油的颜色、香气。

（2）酱油发酵的工艺流程：

原料 加水蒸煮 冷却 接种米曲霉

通风制曲 曲料拌盐水糖浆 入池（保温）发酵

酱醅淋油 调配 包装杀菌 成品

第四节 微生物酶制剂及在食品加工中的应用

1 微生物酶制剂的种类

2 微生物酶制剂的发酵生产

3 微生物酶制剂在食品加工中的应用

（1）面包加工中的应用

（2） 啤酒加工中的应用

（3） 饮料加工中的应用

（4） 调味品发酵中的应用

（5）淀粉深加工中的应用

《食品生物技术概论》中介绍

第九章 微生物污染食品的来源及引起食品变质的主要微生物

第一节 微生物污染食品的来源

一 通过土壤污染食品：土壤中的微生物的种类、分布，对原料的污染及加工的污染。

二 通过空气污染食品：空气中微生物的种类及分布，对加工的污染。三 通过水污染食品：地面水和地下水，微生物的种类分布，加工过程中用水的污染，水有时是直接添加在食品中。四 通过人和动物、昆虫污染食品：通过人的手、毛发污染食品，老鼠、苍蝇和蟑螂污染食品。五 通过加工用具污染食品：CIP自动清洗系统定期检测。六 通过包装材料污染食品：包装材料要灭菌处理。

第二节 食品的细菌污染

一 食品中常见的细菌：1 G-需氧或微需氧、运动的螺旋形或弯曲细菌： 弯曲杆菌致病菌。

2 G-需氧的杆菌和球菌：假单胞菌属，嗜冷的肉品腐败菌，如荧光假单胞菌、生黑色腐败假单胞菌、菠萝软腐病假单胞菌；盐杆菌属和盐球菌属，耐盐菌在盐肉、盐渍食品上生长，引起食品腐败。3 醋酸杆菌属： 幼龄菌为G-杆菌，老龄菌为G+。无芽孢能运动或不运动，需氧。对酒类饮料有害，在发酵的粮食和腐败的水果蔬菜常常由本属菌引起。4 无色杆菌属： G-杆菌，能运动，使肉类食品变质发粘。5 产碱杆菌属：G-杆菌，能在培养基上产碱，使肉类食品变质发粘。6 黄杆菌属： G-杆菌，能运动，嗜冷菌，能产生色素使肉类7 G-兼性厌氧杆菌：包括埃希氏菌属、志贺氏菌属、沙门氏菌属、变形杆菌属，为重要的肠道病原菌，可引起食物中毒。柠檬酸细菌属，引起食品腐败变质，尤其部分为低温菌株，引起冷藏食品变质。耶尔森氏菌属也污染食品引起食品中毒。8 G+的球菌：（1）微球菌属：是重要的食品腐败菌，引起肉类、鱼类、水产品和豆类制品腐败变质。（2）葡萄球菌属：污染食品引起食物中毒，产生毒素。（3）链球菌属、明串株菌属、片球菌属（啤酒片球菌、乳酸片球菌、戊糖片球菌、嗜盐片球菌），一些是食品发酵的菌种，一些也引起食品腐败变质。

9 G+的芽孢杆菌：包括芽孢杆菌属（蜡状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌和凝结芽孢杆菌）和梭状芽孢杆菌属（肉毒梭状芽孢杆菌、解糖嗜热梭状芽孢杆菌），是罐头工业的杀菌对象。10 G+的无芽孢杆菌：乳杆菌属。11 G+不规则无芽孢杆菌：

棒杆菌属、节杆菌属、短杆菌属、微杆菌属、丙酸杆菌属、双歧杆菌属，均可引起食品腐败变质。

二 食品中细菌总数和大肠菌群的食品卫生学意义：

1

① 检验方法：GB4789.2-2003②食品卫生学意义：A 作为食品被污染程度的标志-清洁度；B 预测食品耐存放程度或期限； 2 大肠菌群——为好氧和兼性厌氧，不形成芽孢，35-37℃下能发酵乳糖产酸产气的G—杆菌。这属菌中的细菌，大多来自于人与温

血动物肠道，包括埃希氏菌属、柠檬酸细菌属、肠杆菌属、克雷伯氏菌属。

①大肠菌群的检验方法： GB4789.3-2003

糖发酵试验产气情况

液体培养情况： A。培养前的情况； B、C。培养后产酸产气

半固体培养情况：D.培养前的情况； E。培养后产酸产气

② 卫生学意义：A 大肠菌群是食品被粪便污染程度的指示菌，其中有典型的大肠菌群说明是粪便近期污染食品。B 作为肠道致病菌污染食品的指示菌，因肠道致病菌如沙门氏菌、致贺氏菌与大肠菌群来源相同，但食品中检出大肠菌群说明有肠道致病菌存在的可能，两者并非一定平行存在。

第三节 霉菌及毒素对食品的污染

1 霉菌产毒的特点：①霉菌中只有部分产生毒素；②产生毒素的霉菌产毒能力有可变性和易变性；③一种菌种或菌株可以产生几种不同的毒素；④霉菌产生毒素需要一定的条件；⑤霉菌毒素可引起慢性中毒和急性中毒，甚至致癌。

2 主要的产毒霉菌：

（1）曲霉属（Aspergillus）:黄曲霉、赫曲霉、构巢曲霉、烟曲霉、杂色曲霉和寄生曲霉等。

（2）青霉属（Penicillium）:展开青霉、扩展青霉、红色青霉、桔青霉和黄绿青霉等。（3）镰刀菌属（Fusarium）：如玉米赤霉、禾谷镰刀菌、雪腐 镰刀菌、无孢镰刀菌、串株镰刀菌等。4）交链孢霉属（Alternaria）:是水果蔬菜原料的腐败霉菌，产生毒素。其它粉红单端孢霉、木霉属、漆斑菌属和黑色葡萄穗等也产生毒素。

3 主要的霉菌毒素：

（1）黄曲霉毒素：十几种毒素，以B1的毒素毒性和致癌性最强，耐热，分解温度280℃，是脂溶性的。33 ℃是最佳产毒条件。（2）

黄绿青霉毒素：有黄绿青霉产生的毒素，导致大米黄变，米粒上有淡黄色病班。毒素分解温度270℃，导致中枢神经麻痹中毒。（3）橘青霉毒素：橘青霉产生的毒素，导致米粒黄绿色变，引起肾中毒。（4）展青霉毒素：有扩展青霉产生的毒素，常常污染苹果，导致果汁含毒素，引起严重的水肿。（5）镰刀菌毒素：由禾谷镰刀菌、雪腐镰刀菌、梨孢镰刀菌、镰刀菌等多种镰刀菌产生的毒素，导致恶心、呕吐和腹痛。

霉菌及其毒素的食品卫生学意义：（1）霉菌污染食品引起食品的腐败变质：霉味、变色、失去食用价值。（2）霉菌毒素引起食物中毒：诱发癌、肿瘤。

第十章 食品腐败变质及其控制

第一节 食品的腐败变质

一 微生物引起食品腐败变质的基本条件

1 概念：食品变质——食品受到内外因素的作用导致食品的物理性质和化学性质以及感官品质的变化过程叫食品变质。 食品腐败——指食品中的蛋白质被微生物分解破坏产生有毒物质和不愉快的气味物质的过程叫腐败。

2 主要引起食品腐败变质的微生物

（1 ）分解蛋白质能力强的微生物

① Bac. A 产生胞外蛋白酶的细菌：如芽孢杆菌、假单 胞杆菌属、变形杆菌、黄杆菌属、梭状芽孢杆菌属等。B 产生胞内蛋白酶的细菌：如大肠杆菌属、葡萄球菌属无色杆菌、产碱杆菌属和一部分黄杆菌属，分解蛋白质的能力次之。蛋白质食品腐败变质后产生腐胺、三甲胺、甲硫醇和硫化氢等有臭味。 ②Mold :许多霉菌分解蛋白质的能力比细菌强，尤其是天然蛋白，霉菌分解天然蛋白的能力比细菌强。③酵母菌： 分解蛋白质的能力弱，只能使凝固的蛋白缓慢分解。

（2）分解碳水化合物的优势微生物

A 少数微生物可以利用淀粉、单糖、双糖，如枯草芽孢 杆菌、马铃薯芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌等细菌 B 大多数细菌只利用单糖、双糖。

霉菌： 大多数霉菌都可以分解淀粉、黑曲霉、米曲霉等，包括分解果胶、纤维素和半纤维素。

酵母菌 ： 只能利用单糖、双糖，少数酵母菌可利用淀粉如拟内孢霉属、彭贝裂殖酵母。

（3）分解脂肪的优势微生物

A 细菌 ： 大多数细菌具有分解脂肪的能力，主要是蛋白质腐败的 优势微生物。

B 霉菌 ： 霉菌分解脂肪的能力强，食品常见的有黄曲霉、烟曲霉、灰绿青霉、白地霉、娄地青霉、芽枝霉，但米曲霉差。 C 酵母菌：分解脂肪的能力差，酵母菌分解脂肪的不多，但解脂假丝酵母可分解脂肪和蛋白质，不发酵糖，在乳制品、肉制品的脂肪酸败是，常常有此酵母菌引起。脂肪发生腐败变质后有明显的“哈喇”味，肉、鱼类食品脂肪变黄。检测过氧化值升高，酸度上升。 3 微生物引起食品腐败变质的基本条件

（1）食品的基质特性：

①食品的营养成分：水分含量高、营养丰富的食品容易腐败变质，引起变质的微生物种类取决于食品的主要营养成分等多种因素。 ②食品的氢离子浓度：根据食品的pH值不同将食品划分为：高酸性食品、酸性食品、中酸性食品和低酸性食品，不同的pH值条件

③食品的水分：食品有液体、固体和半固体，均含有水分。

化学结合水 ：结合稳定，干制时不易除去。

食品中的水分 物理结合水：吸附结合水和渗透结合水

游 离 水 ：机械结合水，干制时除去。

Aw—是食品在密闭的容器中形成的水蒸汽压与相同温度下纯水蒸汽压之比值。Aw = P / P0

Aw的实质是对介质内能参与化学反应水分的估量，是用以衡量微生物忍受干燥程度的能力。

微生物最适生长繁殖的Aw值： 0.98~0.99

Bac.

Yeast

Mold

干制食品： Aw值： 0.80~0.85 可短期保存1~2周

④食品的渗透压：绝大多数细菌不耐高的渗透压。细菌中乳酸菌属、盐杆菌属能耐高的渗透压，酵母菌和霉菌一般能耐受较高的渗透压，如鲁氏酵母、异常汉逊氏酵母、膜毕赤酵母等耐受高糖，常常引起果酱、糖浆、果汁等高糖食品的变质，霉菌中比较突出的代表是灰绿曲霉、青霉属、芽枝霉属等；常常渗透压高的食品Aw值就越小。

20~30%食盐食品：极少数微生物可生长，如盐杆菌属。15~20%食盐食品：少数微生物可生长，如乳酸菌属、盐杆菌属。6~14%食盐

食品： 假单胞菌属等较多的微生物能生长。

2~5%食盐食品：许多微生物均能生长。

⑤气体：O2： 需氧菌要生长致腐败；同时脂肪要氧化腐败。

缺O2：厌氧菌要生长致腐败；但脂肪不会氧化腐败。

CO2：食品中充CO2防止需氧菌引起变质，10%的可防霉变，但酵母菌耐受力强，可引起变质。

⑥食品的环境条件——温度：

0~10℃：许多微生物不能生长，只有嗜冷菌可缓慢生长。如假单胞菌属、黄杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属、变形杆菌属、色杆菌属等。低温中出现的酵母和霉菌有假丝酵母属、圆酵母属、隐酵母属和酵母属、青霉属、芽枝霉属、念珠霉属、毛霉属、葡萄孢霉属等，因此只能短期保存食品，低温杀菌的食品一般30~60天的保质期。

20~37 ℃：嗜温菌可生长，这类微生物较多，许多的细菌、酵母菌和霉菌可生长，因此在这种环境中食品很容易腐败变质，保质期短。

>37 ℃：主要是嗜热菌、嗜温菌生长很快，尤其是嗜热性的细菌、芽孢菌属生长快，但霉菌酵母生长慢，在这种环境中食品变质过程快。

二 腐败变质的化学过程

1 蛋白质的分解：食品中的蛋白质 多肽 氨基酸 NH3、H2S和

2 食品中脂肪的分解：

食品中的脂肪 脂肪酸 + 甘油 + 其他产物

3 食品中碳水化合物的分解：

碳水化合物 有机酸 + 酒精 + 气体等

三 食品腐败变质的鉴定：

1 色泽：天然色泽退色，如肉色变暗、蘑菇失去白色，产生一些微生物生长代谢的色素。

2 气味： 食品本身固有的香气消失，出现异味甚至臭味如酸臭味、腐败臭味等。

3 组织形态：发生软化、变形，弹性丧失，严重的发生表面粘稠，析出液体等。

4 化学测定：常常过氧化值升高、pH值变化、挥发性盐基氮总氮升高（鱼肉30mg/100g判定为变质）、三甲胺（新鲜的肉类中没有，初期腐败时其量可达4-6mg/ 100g）。

四 腐败变质的处理原则：销毁这类食品。

五 各类食品的腐败变质特征：

1 乳品：鲜乳和乳制品发生变质后，初期出现酸度增加，蛋白质变性出现凝快，严重的出现腐败臭味。2 肉类：肉类的表面发粘、变色，严重出现发臭、产生色斑。3 鱼肉：鱼肉很容易腐败变质，表面发粘、发臭。鱼眼是一个重要的标志。4 鲜蛋：蛋壳出现黑点，蛋白变稀，严重的产气振动爆炸，有H2S恶臭味。5 罐头食品：

（1）平酸腐败：肉类食品口感变酸，香味下降。

平酸菌——常常引起罐头食品变质，产酸不产气，罐头外观正常，平盖（不胖听、胖袋），但内部产酸， pH值下降0.1~0.3，这类微生物叫平酸菌。

2）罐头食品的腐败变质：污染了厌氧性芽孢菌导致的腐败变质。如肉毒梭状芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、魏氏梭状芽孢杆菌、嗜热解糖梭状芽孢杆菌及其非芽孢菌导致的腐败，大多数要发生胀罐现象，并有严重的腐败臭味。

6 果蔬及其制品的变质特征：由于该类食品蛋白质含量不多，因此变质后以出现酸味、酒味的多，组织软腐烂。

果汁：变质后常常由酵母、霉菌引起，出现酸臭、沉淀或长膜。

7 糕点的变质特征：水分含量较高的面包变质主要由霉菌引起，出现长霉现象，但包装不当污染严重的可致许多微生物生长导致腐败变质发臭，甚至食物中毒。但是蛋糕类特别注意比面包容易发生食物中毒，特别是环境温度高时。

第二节 腐败变质的控制

一 食品的防腐保藏技术：

1 低温保藏：抑制微生物酶活性达到抑制微生物生长。2 气调保藏：抑制微生物呼吸代谢。3 热杀菌保藏：高温破坏微生物蛋白质致死。4 辐照灭菌保藏：辐照及超声波等射线杀灭微生物。5 脱水保藏：降低水分活度，抑制微生物生长。6 提高渗透压保藏：使微生物细胞失水致死。7 使用防腐剂保藏：化学物质抑制或杀死微生物。

食品的防腐是一项综合性的保藏技术，任何单一的方法均难以取得满意的效果。

二 防止食品腐败变质加工过程中的控制方法：

由于引起食品的腐败变质有许多的因素和途径，原料的污染、加工过程中的污染、包装以及杀菌技术，产品的特性要求等原因，因此防止食品腐败变质是一项综合的技术，任何单一的因素都难以保障食品的安全性，难以降低或杜绝食物中毒。控制食品污染是食品微生物学的重要目的，采取的措施如下：

1 污染的控制：从原料到餐桌过程中要减少微生物污染，保证原料在贮藏和加工时是优质的原料。

（1）防止原料的污染：原料的微生物数量少，品质好，抑制其生长或商业灭菌也易达到，食品的保质期和货架期就有保证。如肉类原料、乳类原料均有要求。

降低原料的带菌率是保障质量的关键环节

 加工前：食品原料在加工前带菌率比加工后在微生物的种类和数量上都多；加工中：微生物种类和数量的变化受到多种因素的影响；加工后：如果没有二次污染，微生物的数量降低到很低程度，在保藏期内也不会繁殖，如果有二次污染，那么微生物的数量在一定时期内大量增加，然后稳定在一定数量，之后有下降，引起食品变质

（2）食品的生产车间内要进行定期消毒，一些重要的包装车间空气要求净化处理，食品厂建厂时要求远离繁华地区，空气要清洁。

（3）防止水的污染：食品加工用水要根据加工要求进行处理。

（4）加工机械设备要定期清洗杀菌：自动化全封闭式生产线必须有CIP清洗杀菌系统，防止加工过程中污染，有脂肪的物质用热水清洗，而蛋白类食品污物用冷水冲洗。

CIP清洗杀菌系统 （Cleaning In Place ）——工业化的生产设备、管道、装置无须进行拆卸和安装下就能进行周期清洗和消毒系统。CIP包括： ① 清洗剂站：（清洗剂、消毒剂的调配等）② 循环调节体系：高压泵、输送管道、回流泵等 ③ 执行装备：在设备装置中安装好的清洗器、清洗球、喷嘴等。

物理清洁度：不允许存在感官可见的污物。

CIP清洗杀菌系统 化学清洁度： 清除一切化学污染物，不允许残留清洗剂、消毒剂，pH值在6.8~7.2。 细菌学清洁度： 经过清洗消毒后，达到工艺控 制要求，如发酵罐、种子罐等要求达到残余洗 涤水中细菌总数

（5）对包装材料的处理：包装材料的污染引起食品变质不容忽视，对UHT的牛奶、绿茶等PVC聚脂瓶要进行杀菌处理，采用紫外线等照射、过氧乙酸喷雾等。

（6）防止人、动物和昆虫的污染：加工过程中防止鼠、蟑螂和苍蝇污染食品；操作工人上岗要体检无病毒性的肝炎、结核、痢疾、伤寒等传染病，并定期复查，进入工厂要着装并消毒处理，防止头皮、头发掉如食品，手要消毒。

（7）杀菌要彻底，防止二次污染：包装产品封口要严密，杀菌彻底，要严格按照工艺进行杀菌。 （8）使用化学防腐剂：按照GB2760-1996执行。

2 加强食品企业的卫生管理，应用先进的食品质量管理方式：

（1 ）食品的GMP（良好制造规范）：二战以后，人们经历了多次药物灾难后，逐渐认识到成品抽样分析检验结果为依据的质量控制方法有一定缺陷，不能保证生产的药品都做到安全并符合质量要求。美国FDA在1963年制定了医药的GMP，并于次年开始实施。其目的是要从医药的原料接收，到最终产品的制造阶段，一直到产品出厂进行充分的质量管理，以防止劣质药品的出现，确保医药品的高质量。这种想法被国际上所接受，WHO于1969年劝告各成员国制定“医药品的GMP”。同年美国公布了“食品的制造、加工、包装，保管的一般适用标准规范”，即食品的FMP基本规范，以后逐渐应用在肉品、乳品、饮料、糕点等食品中。 主要的内容：食品厂房的选址、设计和建筑、设备、工艺过程、检测手段、人员组成、个人卫生、管理职责、卫生监督程序等。 实施GMP的意义：

A 确保食品的质量：GMP对原料进厂到成品出厂、运输和销售链的各个环节，都提出了具体控制措施、技术要求和相应的检测方法及程序，实施GMP管理制度是确保每件终产品合格的有效途径。

B 促进食品企业质量管理的科学化和规范化，推动食品加工行业整体质量管理水平的提高： 我国的食品企业GMP以标准形式颁布，具有强制性和普遍适用性，建立和完善自身质量管理系统，规范生产行为，保证产品质量。

C 有利于食品进入国际市场：GMP是衡量食品企业质量管理优劣的重要依据，实施了GMP，将会在国际市场中提高竟争力。 国内外食品GMP的现况：我国是80年代中期开始重视的，开始实施。1988年还先后颁布了17个食品企业卫生规范，国际食品法典委员会（CAC）制定了《食品卫生通则》（CAC/ PCP1-1981）及30多种 “食品卫生实施法则”，基本内容包括：适用范围、定义、原料要求、工厂设备及操作、成品规格。CAC将这些关于食品企业的生产规范推荐给各会员过政府，供各国制定相应食品法典时参考，同时也将这些规范作为国际食品贸易的准则，用于消除各国食品进口的非关税壁垒，促进国际间食品流通。

HACCP意义：HACCP是70年代发展起来 的现代食品卫生质量控制方法，历经20多年的研究与应用，它的概念和方法得到了不断的发展。FAO和WHO的每个有关国际组织一直鼓励各国应加强对HACCP的应用，近年来，国际食品法典委员会（CAC）已将其作为国际食品贸易过程中贸易双方均应遵守的质量保证准则。但是由于各国情况的差异，无论在危害分析过程中所用的分析方法，还是在“关键控制点”所采用的监测方法，都会因为各国企业、食品监督管理部门的条件不同而有所不同。我国应用HACCP方法时，应结合我国实际情况，科学地运用，建立切实可行的HACCP系统。

（3）风险性分析在食品中的应用

 风险性分析

 风险性管理

 风险性交流

（4） ISO9000系列标准：执行食品质量认证标准。

（5） 加强食品企业的卫生管理：

食品加工厂要完善全方位的卫生管理制度，原料到产品管理严格，制度要保证执行，要有检验室，严格检验工作。垃圾的卫生管理、污水的卫生管理、厂区的卫生管理包括灭鼠灭蝇和定期消毒。

(6)QS认证:对食品进行质量安全认证制。

（7）食品储存过程中的卫生管理：全球每年有2%的粮食因霉变而不能食用。我国由于储存的条件等因素，导致粮食、水果和蔬菜的腐烂、食品的腐败变质损失也不小。不同的食品要求不同的温度储存，库房要符合卫生要求。

（8）食品运输的卫生管理：应与化学物品分开运输，该冷藏运输的要达到冷藏条件，注意运输过程中防鼠、蟑螂。

（9）食品销售的卫生管理：因进货积压超过保质期发生胀袋变质、霉变、生虫、感官异常的食品严禁销售；包装不严密的食品严禁销售；生产不符合标准的食品不准销售；乱用添加剂和农药残留的食品不准销售。

总结食品腐败变质的控制

 应用食品的防腐保藏新技术；

 控制原料、生产、包装、水、机械设备、昆虫、操作人员等的污染；

 先进的生产管理技术应用（GAP、GVP、GMP、HACCP 、Risk Analysis）；

 ISO9000系列标准：执行食品质量认证标准；

 食品运输的卫生管理；

 销售过程中的科学管理；

 国家政府建立食品安全战略，建立监控机构；