南京农业大学食品微生物课件1.pdf

1、食食 品品微生物学 食品科技学院本课程的学习参考资料 1、参考书 （ 1）微生物学教程，周德庆，高等教育出版社 （ 2）微生物学，沈萍，高等教育出版社 （ 3）食品微生物学，杨洁彬，农业出版社 （ 4）食品微生物学，殷蔚申，中国财政经济出版社 （ 5） “ Modern Food Microbiology ” , JameM.Jay （ 6） “ Brocks Biology of Microorganism 9TH”， Michael T. Madigan John M. MartinkoJack Parker， Prentice Hall （ 7） “ Microbiology”， Lan

2、sing M. Prescott,Donald Klein, John Harley McGraw-Hill Higher Education （ 8） “ Case Studies in Food Microbiology for Food Safety and Quality” , Rosa K Pawsey （ 9） “ Fundamental Food Microbiology” , BibekRay, Ray Ray本课程的学习参考资料 2、参考杂志 “ 微生物学通报 ” 、 “ 微生物学杂志 ” 、 “ 食品科学 ” 、 “ 生命的科学 ” 、 “ 工业微生物 ” 、 “ 微生物学

3、进展 ” “ INTERNATIONAL JOURNAL OF FOOD MICROBIOLOGY”、 “ Journal of Food Safety”、 “ Food Microbiology”、 “ Current Microbiology”、 “ Microbiology and Molecular Biology Reviews”、 “ Trends in Microbiology”、 “ Annual Review of Microbiology”、 “ Journal of Bacteriology”、 “ Applied Microbiology and Biotechnolo

4、gy” 、 “ International Microbiology ”、 “ Journal of Applied Microbiology ”第一章绪论 一微生物与你和我 二微生物学的研究对象 三微生物的特点 四微生物学的发展简史 五食品微生物学 六食品微生物与未来t人体体表及体内存在大量的微生物： 皮肤表面：平均 10万个细菌 /平方厘米； 口腔 ：细菌 种类超过 500种 ； 肠道 ：微生物 总 量 达 100万 亿 ， 粪便干重 的 1/3是 细菌， 每克粪便 的细菌 总数为 ： 1000亿 个； 一、微生物与你和我 微生物 无处不 在，我 们无时不 生 活 在 “微生物的 海洋 ”

5、中 。 细菌 数亿 /g土壤 ， 土壤 中的细菌 总重 量 估计为 ： 10034 10 12 吨 ； t t每张纸币带 细菌： 900万个； t每 个 喷嚏 的 飞沫含 4500-150000个细菌， 重感冒患者为 8500万；时时刻刻与微生物 “共舞 ” 微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！ 微生物是一把十分锋利的双刃剑t微生物是自然界物质循环的关键环节； 微生物是人类的朋友！ t体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证； 帮助消化 、 提供必需 的 营养 物 质 、 组成 生 理屏障 t微生物可以为我们提供很多有用的物质； 有机酸 、 酶 、 各种药 物、 疫苗 、面 包 、 奶酪 、

6、啤酒 、 酱油 等等 t基因工程为代表的现代生物技术；少数微生物也是人类的敌人 ！ 鼠疫 （ plague）； 天花 （ variolavirus ） (smallpox)； 艾滋病 (AIDS ， acquired immunodeficiency syndrome) （ human immunodeficiency virus ）； 疯牛病 (mad cow disease)(bovine spongiform encephalopathy, BSE) 埃博拉病毒 （ Ebola virus）； SARS（ SARS 冠状病毒 ）； 禽流感 （ Avian Influenza ）1990年

7、 和 20世纪 90年代美 国人 口 死因位于前 10位 的 死亡率比较二、微生物学的研究对象 1 什 么 是微生物 ？ 微生物 (microorganism,microbe)是 指 需借助显 微 镜才能观察到 的一群微 小 生 物的 总称微生物 包括： 原核 微生物的 类 群 ： 细菌（ bacteria）（ 真 细菌 eubacteria和 古 细菌 archaea）， 放线 菌（ actinomycetes）， 支原 体 （ mycoplasma）， 立 克 次氏 体（ rickettsia）， 衣原 体（ chlamydia），和 蓝 细菌（ cyanobacteria） 。 真核 微

8、生物 包 括 ： 真 菌（ fungi）， 原 生 动 物 （ protozoan）， 显 微 藻 类 （ micro-algae） 。 非 细 胞 微生物 包 括 ： 病毒 （ virus）， 类病毒 （ viroid）， 拟 病毒 （ virusoid， viroid like） 朊 病毒 （ prion,virino） 。2 微生物在生物 界 中的 地位 Whittaker的五 界系统 P.H.Raven等的六 界系统 Woese的三 域系统Woese三原 界分类 系统3 研究内 容 及 分 科 微生物学是研究微生物 在 一 定条件下 的 形态 结构 、生 理 生 化 、 遗传变异 以及

9、微生物的 进 化 、分类、生 态等 生 命活 动 规律 及 其应 用的 一 门 学 科。微生物 病毒 (Viruses) 原核 生物： (Procaryotes) 真核 生物： (Eucaryotes) 真 细菌、 古 生菌 真 菌（ 酵母 、 霉 菌、 蕈 菌等）、 单 细 胞藻 类 、 原 生 动 物等 三、微生物的特点微生物的 共性 1 体 积小 、面 积 大 2 吸收多 、 转 化 快 3 生 长旺 、 繁殖快 4 适应强 、 易变异 5 分 布广 、 种 类多1 体 积小 、面 积 大 测 量 单位 ：微米 或纳 米 t 杆 菌的 平均长度： 2 微 米 ； t 1500个 杆 菌

10、首尾相连 = 一 粒芝麻 的 长度 ； t 10-100亿 个 细 菌 加起来重量 = 1毫克 t面积 /体 积比： 人 = 1， 大肠杆 菌 = 30万 ；胃口大： 消耗 自 身重量 2000倍 食物的时 间： 大 肠 杆 菌： 1小 时 人： 500年 （ 按 400斤 /年 计 算 ） 2 吸收多 、 转 化 快食 谱广： 纤维素 、 木 质 素 、 几丁 质 、 角蛋白 、 石 油 、 甲 醇 、 甲烷 、 天 然气 、 塑料 、 酚 类 、 氰 化 物、 各 种有机 物均 可被 微生物 作 为 粮 食24小 时 后 ： 4722366500万 亿 个 后代 ， 重 量 达 到 ： 4

11、722吨 48小 时 后 ： 2.2 10 43 个 后代 ， 重 量 达 到 2.2 10 25 吨 相当于 4000个 地 球 的 重量 ！ 大肠杆 菌一个 细 胞 重 约 10 12 克 ， 平均 20分 钟 繁殖 一代 3 生 长旺 、 繁殖快抗（逆）性 强： 抗热 ： 有 的细菌 能 在 265个大 气压 ， 250 的 条件下 生 长 ； 自 然界 中细菌生 长 的 最 高 温度 可 以 达 到 113 ； 有 些 细菌的 芽孢 ， 需 加 热 煮沸 8小 时 才 被 杀 死 ； 抗 寒 ： 有 些 微生物 可 以 在 12 30 的 低温 生 长 ； 抗 酸 碱 ： 细菌 能 耐

12、受并 生 长 的 pH范围 ： pH 0.5 13； 耐渗透 压 ： 蜜饯 、 腌制 品， 饱 和 盐水 （ NaCl, 32%)中 都 有 微生物生 长 ； 抗压 力 ： 有 些 细菌 可 在 1400个大 气压 下 生 长 ； 4 适应强 、 易变异变异易： 个体 小 、 结构 简、 且 多 与 外 界 环境直接接触 繁殖 快 、 数 量 多 短 时 间 内 产 生 大量 的 变异 后 代 突变 率 ： 10 -5 10 -10人 迹 可到 之 处 ，微生物的 分 布 必 然 很 多 ， 而 人 迹 不 到 的 地 方， 也 有 大量的微生物存在 ！ t强 酸 、 强碱 、高 热 的 极端

13、环境 ； t数 十公里 的高 空 （ 最 高 为 离 地 85公里 ， 须用火箭采样 ）； t几 千 米的 地 下 ； t常 年 封冻 的 冰川 ； 5 分 布广 、 种 类多 目 前 已定 种 的微生物 只 有 大 约 20万 种 ， 但 一 般认 为 目 前 为 人 类 所 发 现 的微生物 还 不 到 自 然界 中微生物 总数 的 2%， 真 正利用 的 不 到 1% 。四、微生物学的发展简史 发展 时 期 经历 时 间 特点和标记 代表人物 史 前 期 8000前 公元 1676 人类 已 在应 用微生物， 如发酵 、 酿 造 等 ， 但未发 现微生物的 存 在 各国劳 动人 民 初

14、创 期 1676 1861 世 界 上 第一 次发 现 了 微生物的 存 在 ( 当 时 称 为 “ 微动体 ” ) Anthony Van Leeuwenhoek(1632 1723) (自 制 了世 界 上 第一 台 显 徽 镜 ，为 世 界 上 第一个 看 到细 菌的人 ) 奠 基 期 1861年 1897年 开创了寻找病 原 微生物的 “ 黄金 时 期 ”， 并从 形态 描述 进到 生 理 学研究的 新水 平 Louis Pasteur (1822 1895) (微生 物学的 奠 基人 )， Robert Koch（ 1843 1910)(细 菌学的 奠 基人 ) 发 展 期 1897

15、年 1953年 用 无 细 胞酵母汁发酵酒精成功 ， 开创了 微生物生 化 研究的 新 时 期 “ 普通 微生物学 ”作 为一 门 学 科 开 始 形 成 E Buchner M Doudoroff 成 熟 期 1953 年 以 后 DNA结构 的双 螺旋模型建立 。 微生 物 成 为分 子 生物学 中 的 重 要 研究对 象 。 20世纪 70年 代 后 微生物 成 为生 物工程学 科 的 主角 J D Watson和 H F.C.Crick(DNA双 螺旋 结构 模型 的 创立 )t我国 8000年前 就开始 出 现了曲蘖酿 酒 ； t4000年前 埃 及人 已 学 会 烘 制 面 包 和

16、 酿制 果 酒 ； t2500年前 发 明 酿 酱 、 醋 ， 用曲 治 消化道 疾 病 ； t公 元 六 世纪 (北魏 时 期 )贾思勰 的 巨著 “齐民要 术 ”； t公 元 2世纪 ， 张 仲景 ： 禁 食 病 死 兽 类 的 肉 和 不 清 洁食物； t公 元 前 141年 -208年 间 ， 华佗 ： “ 割腐肉 以 防传染 ” ； t公 元九 世纪 痘浆法 、 痘 衣 法预防 天花 ； t1346年 ， 克 里 米 亚半岛上 的 法卡城 之 战 (靼坦 人 -罗马 人 )； t16世纪 ， 古 罗巴医 生 G.Fracastoro： 疾 病是 由肉眼看 不 见 的生物 (livin

17、g creatures)引起 的； t1641年 ， 明末医 生 吴又 可 也 提 出 “戾 气 ”学 说 ； 四、微生物学的发展简史 （一）发 现 和 认 识 微生物 以 前 的 历 史1676年 ，微生物学的 先驱 荷兰 人 列文虎 克 （ Antony van leeuwenhoek） 首 次 观察 到 了 细菌 。 （二） 初创期 （ 1676 1861） 对 形态 的 观察期（三） 奠基期 （ 1861-1897） 生 理 学 阶段 主要 代 表人物 有 ： 法 国的 巴斯 德 (Louis Pasteur 1822-1895 ) 德国的科 赫 （ Robert Koch1843-1

18、910）巴斯 德的 主要贡献 (2) 发 现并 证实 发 酵 是 由 微生物 引起 的； (1) 彻底否 定了 “自 然 发生 ” (spontaneous generation)学 说 ； 化 学 家 出生的 巴斯 德 涉足 微生物学 是为 了 治疗 “酒病 ”和 “蚕 病 ” 著名 的 曲 颈瓶试验 无 可 辩驳 地 证实 ， 空 气 内 确 实 含有 微生物， 是 它 们 引起 有机质 的 腐 败 。 (3) 免 疫 学 预防 接 种 首 次 制 成 狂犬 疫苗 (4)其他 贡献 巴斯 德 消毒 法 ： 60 65作 短 时 间 加 热 处理 ， 杀 死 有 害 微生物柯 赫 的 主要贡

19、献 a）细菌 纯培 养 方 法 的 建 立 （ 1）微生物学 基 本操 作 技术 方面的 贡献 b） 设 计 了 各种 培 养 基 ， 实 现了 在 实 验室 内对 各种 微生物 的 培 养 c） 染 色 观察 和 显 微 摄影（ 2）对 病 原 细菌的研究 作 出 了突 出的 贡献 ： a） 具 体 证实 了 炭疽 杆 菌（ Bacillus anthracis） 是 炭疽 病 的 病 原 菌； c ）发 现了 肺 结 核 病 的 病 原 菌； （ 1905年获诺贝尔奖） b ） 提 出 了 柯 赫法 则 （ 图 ） Koch s postulates 1The organism shoul

20、d be constantly present in animals suffering from the disease and should not be present in healthy individuals. 2The organism must be cultivated in a pure culture away from theanimal body. 3Such a culture, when inoculated into susceptible animals, should initiate the characteristic disease symptoms.

21、 4 The organism should be reisolatedfrom these experimental animals and cultured again in the laboratory, after which it should still bethe same as the original organism. 图 柯 赫 法 则（ 四 ）发展期 (1897-1953) 生 化 研究 阶段 (1)微生物研究进 入 生 化 水 平： 1897年 德国科学 家 布 赫 纳 （ E. Buchner）对 磨碎 了 的 酵母 菌的发 酵作 用 ， 用 酵母 菌 压 出 液

22、中的 “酒化酶 zymase”将葡萄糖 发 酵 成酒 精 ， 这 一 结 果首 次 将 微生物的生命 活 动 与 酶 的 化 学 紧密 结 合 起 来， 从 而开 创 了 微生物生 化 研究的 新 时 代 。 (2) 出 现了 新 的 应 用 微生物 分支 学科， 如 抗 生 素 。 (3) 出 现了 寻找 微生物 有 益 代 谢产 物的 热 潮 。 维 生 素 、 酶 、 抗 生 素 等 。 (4) 普 通微生物学的 形 成 ：研究微生物的 基 本 生物学 规 律 。（ 五 ）成熟期（ 1953-） -分 子 生物学 阶段 DNA是 生命 遗 传 物 质 ， 但 作 为 生命 遗 传 信息

23、和 传 递 物 质 的 DNA最 早 是 由 埃 弗 里 、 马 克 洛 埃 德和 马 克 卡 提 （ O. T. Avery, C. M. Macleod & M. Mc Carty1944）在细菌中发 现而 提 出的 。 他 们 将光滑 型肺炎链球 菌的 DNA提 取 出来， 加 到 粗糙型肺炎链 球 菌 培 养 物中，发 现 粗糙型肺炎链球 菌 产 生 了 光滑 型 变 株 。 到 1953年 ， 由华 特生和 克 里 克 （ J. D. Watson& F. H. Crick）发 现了 细菌 染 色 体的 双螺 旋 结构 （发表在 自 然 杂志 上 ）， 标 志 着 微生物 学发展的

24、成 熟 。具 体表现 1.微生物学 从 一 门 在生命科学中 较 为 孤 立 的 以 应 用 为 主 的学科， 迅速 成为 一 门 十 分热 门 的 前 沿 基 础 学科 。 2.在 基 础 理 论 研究方面， 逐步 进 入 到分 子 水 平研究 领 域 ，微生物 迅速 成为 分 子 生物学研究的 最 主要 对象 。 例如 人 类 基 因 组计 划 （ 30亿 美 元 ）， 模式 生物细菌和 酵母 。 3.在 应 用 研究方面， 至 70年代 初 ， 有 关 发 酵 工程的 研究与 遗 传 工程、细 胞 工程和 酶 工程等 密 切 结 合 ，微生物 已 成为 新 的生物工程中的 主 角 。微生

25、物学发展 过 程中的 重 大 事 件 时 间 重大 事 件 1857 巴斯德 证 明乳酸 发酵 是 由 微生物 引 起 的 1861 巴斯德 用 曲颈瓶实验 证 明 微生物 非 自然 发 生， 推翻 了 争 论 已 久 的 “ 自 生 说 ” 1864 巴斯德 建立 巴氏 消 毒法 1867 Lister创立了 消 毒外 科 ， 并 首 次成功 地进 行 了 石炭酸 消 毒试验 1867- 1877 柯赫 证 明炭疽 病 由炭疽 杆 菌 引 起 1881 柯赫 等首 创 用 明胶固 体 培养 基分 离 细 菌， 巴斯德 制 备 了 炭疽 菌 苗 1882 柯赫 *发 现 结 核 杆 菌 188

26、4 柯赫法则 首 次发 表； Metchnikoff*阐 述 吞噬 作 用； 建立 高压蒸汽灭 菌 和 革兰氏染色法 1885 巴斯德 研究 狂犬疫苗 成功 ， 开创了 免疫 学 1887 RichardPetri发 明 了 双 层培养皿 1888 Beijerinck首 次 分 离根瘤 菌 1890 von Behring*制 备 抗 毒素治疗白喉 和 破伤风微生物学发展 过 程中的 重 大 事 件 1891 Steinberg与 巴斯德同 时 发 现 了 肺炎 球 菌 1892 Ivanowsky提供 烟草花叶 病 毒 是 由 病 毒引 起 的证 据 ； Winogradsky发 现 硫

27、循环 1897 Btlchner用 无 细 胞存 在 的 酵母 菌 抽 提 液 对 葡萄糖 进 行 酒精发酵成功 1899 Ross*证 实疟疾 病 原 菌 由蚊 子 传 播 1909- 1910 Ricketts发 现 立 克 次 氏 体； Ehrlich*首 次 合 成了 治疗梅毒 的 化 学 治疗剂 1928 Griffith发 现 细 菌 转 化 1929 Fleming*发 现 青 霉 素 1935 Stanley*首 次 提 纯 了 烟草花叶 病 毒 ， 并获 得 了 它 的 “ 蛋 白 质 结 晶 ” 1943 hnia*和 Delbruck*用 波 动 试验 证 明 细 菌 噬

28、 菌体的 抗性 是基因自 发 突 变 所致 ； Chain*和 Florey*形 成 青 霉 素 工 业 化 生 产 的工 艺 1944 Avery等 证 实转 化 过 程 中 DNA是 遗传 信息 的 载 体； Waksman*发 现 链霉 素微生物学发展 过 程中的 重 大 事 件 1946- 1947 Lederberg*和 Tatum发 现 细 菌的 接 合 现象、基因 连 锁 现象 1949 Enders*、 Robbins*和 Weller*在 非 神 经 的 组织 培养 中 ， 培养 脊髓灰 质 炎 病 毒 成功 1952 Hershey*和 Chase发 现 噬 菌体 将 DN

29、A注入宿 主 细 胞 ； Lederberg*发 明 了 影印 培养法 ； Zinder和 Lederberg发 现 普 遍 性 转 导 1953 Watson*和 Crick*提 出 DNA双 螺旋 结构 1956 Umbarger发 现 反馈阻遏 现象 1961 Jacob*和 Monod*提 出 基因 调 节的 操纵 子模型 1961- 1966 Holley*、 Khorana*、 Nirenberg*等 阐明 遗传 密码 1969 Edelman*测 定 了抗 体 蛋 白 分 子 的一 级 结构 1970- 1972 Alber*、 Nathans*和 Smith*发 现 并 提 纯

30、 了 限 制性 内 切酶 ； Ternin和 Baltimore发 现 反 转 录酶 1973 Ames建立 细 菌 测 定 法 检测致癌 物； Cohen等首 次 将 重 组 质 粒 转 入 大肠杆 菌 成功微生物学发展 过 程中的 重 大 事 件 1975 Kohler和 Milstein*建立 生 产 单 克 隆 抗 体技术 1977 Woese提 出古 生菌是 不 同 于细 苗 和 真 核 生物的 特 殊 类群； Sanger*首 次 对 X174噬 菌体 DNA进 行 了 全序列 分 析 1982- 1983 Cech*和 Altman*发 现 具 催 化活 性 的 RNA(ribo

31、zyme)； McClintock*发 现的 转 座 因 子获 得 公 认 ； Prusiner*发 现 朊 病 毒 (prion) 1983 1984 Gallo和 Montagnier分 离 和 鉴 定 人 免疫 缺陷 病 毒 ； Mullis*建立 PCR技术 1988 Deisenhofer等 发 现 并 研究 细 菌的 光 合色素 1989 Bishop*和 Varmus*发 现 癌 基因 1995 第一个 独 立 生 活 的生物 (流感嗜血 杆 菌 )全 基因 组序列测 定 完 成 1996 第一个自 养 生 活 的 古 生菌基因 组测 定 完 成 1997 第一个 真 核 生物

32、(啤 酒酵母 )基因 组测序完 成 *为 诺贝尔 生 理 学 和 医 学 奖获 得者五、食品微生物学及 其 研究内 容 （一）食品微生物学 是 微生物学的一个 分支 学科 （二）食品微生物学与微生物学的 侧 重 点 不 同 微生物学： 探讨 微生物的一 般 规律 食品微生物学： 探讨 食品与微生物 之 间 的 关 系 （三）食品微生物学 也 是 一 门 涉 及 多 学科 领 域 的科学 （四）食品微生物学研究内 容（四）食品微生物学研究内 容 1. 普 通微生物学的 主要 内 容 2. 微生物在食品工业中的 应 用 3. 微生物与食品的 腐 败 变 质 食品微生物学是研究食品的 原 料、 产 品及 其加 工、 贮 存中 有关微生物的 种 类、 性 状 及 其 作 用的 科 学， 进 而 ， 在 食品 制造和 保 藏过 程 中 充 分利用有 益 微生 物的 作 用， 抑 制 有 害 微生物的生 长繁殖 ， 防止 食品 腐败 变 质 和 疾 病 的 传 播 。六、食品微生物与未来 1 微生物 资源 的 开 发和 利用 2 菌 种 改良 和 基 因 工程 3 微生物在农 副 产 品 加 工中的 利用 4 微生物 性 不 安全 因素 的 控 制 和 消 除