1、河北北方学院 食品微生物学讲稿1第三节 微生物的生命活动与化学因素一、pH 值微生物生长的 pH 值范围极广, 一般在 pH28 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，酵母菌适应的范围较小，细菌最小。霉菌和酵母菌生长最适 pH 值都在 56，而细菌的生长最适 pH 值在7 左右。一些最适生长 pH 值偏于碱性
2、范围内微生物，有的是嗜碱性，称嗜碱性微生物（basophile） ，如硝化菌、尿素分解菌、根瘤菌和放线菌等；有的不一定要在碱性条件下生活，但能耐较碱的条件，称耐碱微生物（basotolerant microorganism） ，如若干链霉菌等。生长 pH 值偏于酸性范围内的微生物也有两类，一类是嗜酸微生物（acidophile ） ，如硫杆菌属等，另一类是耐酸微生物（acidotolerant microorganism） ，如乳酸杆菌、醋酸杆菌、许多肠杆菌和假单胞菌等。不同的微生物有其最适的生长 pH 值范围，同一微生物在其不同的生长阶段和不同的生理、生化过程中，也要求不同的最适 pH 值，
3、这对发酵工业中 pH 值的控制、积累代谢产物特别重要。例如，黑曲霉最适生长 pH 值为 5.06.0，在 pH2.0 2.5 范围有利于产拧檬酸，在 pH7.0 左右时，则以合成草酸为主。又如丙酮丁醇梭菌的最适生长繁殖的 pH 值为5.57.0 范围内，在 pH 值 4.35.3 范围内发酵生产丙酮丁醇，抗生素生产菌也是最适生长的 pH 值与最适发酵的 pH 值不一致。不同微生物生长的 pH 范围微生物 PH 最低 最适 最高乳杆菌 4.8 6.2 7.0 嗜酸乳杆菌 4.04.6 5.86.6 6.8 金黄色葡萄球菌 4.2 7.07.5 9.3大肠杆菌 4.3 6.08.0 9.5 伤寒沙
4、门氏菌 4.0 6.87.2 9.6 放线菌 5.0 7.08.0 1.0一般酵母菌 3.0 5.06.0 8.0 黑曲霉 1.5 5.06.0 9.0 大豆根瘤菌 4.2 6.87.0 11.0微生物在其代谢过程中，细胞内的 pH 值相当稳定，一般都接近中性，保护了核酸不被破坏和酶的活性；但微生物会改变环境的酸碱度，即是使培养基的原始 pH 值变化，发生的原因 1）糖类和脂肪代谢产酸， 2）蛋白质代谢产碱，以及其他物质代谢产生酸碱。一般随着培养时间的延长，培养基会变得较酸，当碳氮比例高的培养基，如培养真菌的培养基，经河北北方学院 食品微生物学讲稿2培养后其 pH 值常会明显下降，而碳氮比例低
5、的培养基，如培养一般细菌的培养基，经培养后，其 pH 值常会明显上升。在发酵工业中，及时地调整发酵液的 pH 值，有利于积累代谢产物是生产中一项重要措施，方法如下：加适当氮源：如尿素、硝酸钠、NH 4OH 或蛋白质“治本” 加适当碳源：糖、乳酸、油脂等 pH 调节措施过酸时：加氢氧化钠、碳酸钠等碱中和；过碱时：加硫酸、盐酸等酸中和。“治标”强酸强碱都具有杀菌力。1）强酸如硫酸、盐酸杀菌力强，但腐蚀性大，因此，生产上不宜作消毒剂。食品中应用的酸类防腐剂常常是有机酸或有机酸盐类，要求对人体是无毒，并且不影响食品应有的风味，加入的量应严格按国标执行。2）强碱浓度越高杀菌力越强，食品工业中常用石灰水、
6、氢氧化钠、碳酸钠等作为环境、加工设备、冷藏库以及包装材料如啤酒玻瓶等的灭菌。食品工业中常用的酸类防腐剂有苯甲酸或苯甲酸钠、山梨酸或山梨酸钾盐（山梨酸钠盐） 、丙酸及其钙盐或钠盐、脱氢醋酸及其钠盐和乳酸等。二、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。三、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
7、白质变性，是常用的杀菌剂。 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。 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
8、子进一步渗入。河北北方学院 食品微生物学讲稿3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。 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。四、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
9、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。 臭氧 （O 3）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。 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：Cl2H 2O HClHOCl 2HClO氯气常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。 漂白粉（CaOCl 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。 过氧乙酸（CH 3COOOH）
10、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（
11、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，才不会使皮肤有刺激性和腐蚀性。河北北方学院 食品微生物学讲稿4第四节 微生物的生命活动与生物因素一、共生、互生、寄生与拮抗自然群落中常常含有多种微生物，为了简明起见，这里只以两种微生物之间相互作用为例来讨论它们的关系，概括为互生、共生(狭义的)和对抗三类情况，可再细分出多种类型。1 互生关系 1）偏利关系：一种微生物的生命活动对另一种微生物产生有利影响，而本身不受害，也不得利。如在微环境中需
12、氧性微生物生长消耗了氧气，使厌氧性微生物得以生长。2）协同共栖(synergism)：表现为两种微生物在群落中尽管独自生活，但它们各自的生命活动对其伙伴产生有利影响，主要表现为相互提供营养物质或消除有害因素。例如，有的微生物分解纤维素时产生较简单的有机物，可以作为固氮细菌的碳源；后者进行固氮作用时，可能有少量氮化物供纤维分解菌利用。亚硝酸细菌氧化氨为硝酸细菌提供了代谢基质；亚硝酸被硝酸细菌利用避免了亚硝酸在环境中积累，消除了对亚硝酸细菌的有害因素。自然界中这类关系是相当普遍的。 2 共生关系：两种微生物在一起时形成特殊的结构和功能，两者高度协调和彼此得利。 1）藻类和蓝细菌同真菌共生所形成的地
13、衣：在生理上，共生真菌从基质中吸收水分和无机养料供藻类利用；共生藻进行光合作用，合成有机物质，既满足本身的需要，也为真菌提供了养料。所以地衣能够在贫瘠的岩石上和树皮等生境中生存和生长。2）原生动物草履虫和藻类的共生：藻类为草履虫提供有机养料和氧气，使其能在缺氧环境中生活；草履虫成为藻细胞的住所，得到保护，并可获得 C02和一些生长因子。3 对抗关系 微生物间对抗关系表现为竞争 (competition)、拮抗(antagonism)、寄生和捕食(predation)。1）竞争关系：两种微生物之间的竞争可以是因为争夺养料或双方均需要的其它生活条件。土壤中的各种需氧性微生物进行呼吸作用会争夺分子态
14、氧。由于微生物生活所需的环境因素很多，所以竞争现象在自然界是很普遍的。2）拮抗关系：指一种微生物通过产生特殊代谢产物或改变环境条件来抑制或杀死另一种微生物的现象，也称偏害共栖(amensalism)，可以区分为特异性和非特异性两种类型。A、非特异性的拮抗作用：没有选择性，如硫化细菌产生硫酸降低环境的 pH，抑制不耐酸的各种细菌生长。B、特异性拮抗作用：是微生物产生的特殊的次生代谢产物特异性地抑制或杀死一种或少数几种微生物，即这些产物的作用具有选择性，它们包括抗生素(antibiotics)和细菌素(baeterioein)两大类。产生抗生素的微生物称为抗生菌，主要种类为放线菌，尤其是其中的链霉
15、菌属。医疗中使用的许多抗生素已为人们所熟知。细菌素是一些细菌产生的能抑制或杀死同种细菌不同菌株的蛋白类物质，具有高度特异性。3）寄生关系：指一种微生物寄生在另一种微生物细胞中或表面，从后者取得养料，引起河北北方学院 食品微生物学讲稿5病害或死亡。受害的一方称为寄主，得利的一方称为寄生物。如噬菌体(细菌病毒)对细菌和其它微生物的寄生。4）捕食关系：是一种微生物直接吞食另一种微生物的现象。微生物间的捕食现象：原生动物吞食细菌和藻类；粘细菌吞食细菌和其他微生物；真菌捕食线虫和其他原生动物。二、抗菌素在食品工业上的应用抗菌素是由各种微生物天然产生的一大组抗菌剂组成的。它们具有选择性的抗菌活性。抗菌素在
16、控制动物致病微生物方面的成功使它们有可能应用于食品防腐方面。可是，由于担心经常使用抗菌素会产生微生物抗药性，有的国家已禁止在食品中使用。但是，有的国家却允许限制性地使用少量的抗菌素。它们包括乳酸链球菌肽、氯四环素和氧四环素。食品中抗菌素的大多数实际应用都涉及将它们作为食品保藏的辅助物。这包括推迟冷冻易腐食物和降低加热过程的剧烈程度。对于新鲜肉类、鱼和家禽这一类易腐食物，广谱抗菌素具有较好的作用。事实上，近几年来，有的国家的食品和药物管理局允许将宰杀家禽整体浸入氯四环素或氧四环素溶液中。这样就可延长它们的货架期，残留抗菌素可用一般烹煮方法破坏。 乳酸链球菌肽应用于食品防腐已进行过广泛地探索。发现
17、这个多肽抗菌素对革兰氏阳性微生物是有效的，特别是阻止孢子的增生。目前医药上尚未使用此种抗菌素。 乳酸链球菌肽是由乳酸链球菌产生的，世界上有些地区用它来阻止乳制品腐敗，例如用于加工奶酪和炼乳，乳酸链球菌肽对革兰氏阴性腐败菌无效，并且有些梭状芽孢杆菌株有抗药性。然而，它对人体基本无毒，不会导致对医药抗菌素有交叉抗药性，并且能在肠道中无害地降解。食品中应用抗菌素必须慎重。1958 年，塞特彻氏曾归纳了食品中应用抗菌素的几个要求：在商业条件和贮藏方法上必须有效；在食品中必须具有光谱的抗菌作用，并能保持一定时间的稳定性；在安全量范围内必须是无毒的，必须无致癌作用，必须无过敏性。尽管说抗菌素对食品的保藏起一定的作用。但是抗菌素的使用有可能造成人体内正常菌群的失调，导致一些消化道疾病；抗菌素的过量使用还可以导致人体对抗菌素的耐药性，降低人体免疫力等都是不利的。
