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1、第三章 微生物的营养与生长,1,营养与生长,微生物的营养营养元素营养类型营养物质进入细胞的方式培养基微生物的生长生长量的测定群体生长规律影响生长的因素有害微生物的控制,2,微生物的营养,3,4,微生物的营养,5,6,7,8,9,10,11,12,能源 energy source,13,14,微生物与生长因子的关系,生长因子自养型微生物生长因子异养型微生物生长因子过量合成型微生物,15,生长因子,16,17,无机盐,18,19,20,水,21,第二节 微生物的营养类型,22,23,24,25,第三节 营养物质进入菌体细胞的方式,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,微生物培
2、养基,36,培养基,37,一、选用和设计培养基的原则和方法,1、选择适宜的营养物质培养不同的微生物必须采用不同的培养条件；培养目的不同，原料的选择和配比不同；,38,实验室的常用培养基,细菌：牛肉膏蛋白胨培养基（或简称普通肉汤培养基）；放线菌：高氏1号合成培养基培养；酵母菌：麦芽汁培养基；霉菌：查氏合成培养基；,39,一、选用和设计培养基的原则和方法,2、营养物质浓度及配比合适大多数化能异养菌培养基中各营养物质间的比例： H2O C+能源N源P、S K、Mg生长因子培养基中各营养物质之间的浓度配比直接影响微生物的生长繁殖和(或)代谢产物的形成和积累，其中碳氮比(C/N)的影响较大。,40,C/
3、N比,C/N比：是指微生物培养基中所含的碳源中碳原子的摩尔数与氮源中氮原子的摩尔数之比。,41,C/N比,碳氮比过高和过低都不利于细胞生长和外源蛋白表达和积累，过低导致菌体提早自溶；过高导致细菌代谢不平衡，最终不利于产物的积累。即使碳氮比处在合适水平，碳源和氮源浓度过高和过低也不利于细胞生长和外源蛋白表达和积累，浓度过高，细胞在发酵过程后期生长缓慢，代谢废物产生较多，最终使得菌体代谢异常，影响外源蛋白合成；浓度过低，培养基所能提供的营养物质有限，影响细胞的繁殖。,42,43,44,pH,培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。 通常培养条件：细菌：pH
4、 7.08.0放线菌：pH 7.58.5酵母菌：pH 3.86.0霉菌：pH 4.05.8,45,46,47,二、培养基的类型及应用,（一）按成份不同划分 1.天然培养基(complex medium) ：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。如：麸皮培养基、肉浸汁、牛奶等。 优点：取材方便、营养丰富、种类繁多、配制方便；缺点：确切营养成分不明确、不稳定。,48,合成培养基(synthetic medium),是由化学成份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) 优点：成分已知、精确、重复性好。缺点：价格较贵、配制较
5、烦，培养的微生物生长较慢。培养细菌:葡萄糖铵盐培养基培养放线菌:淀粉硝酸盐培养基培养真菌:蔗糖硝酸盐培养基,49,50,（二）根据物理状态划分,1. 液体培养基（liquid medium）2. 固体培养基 (solid medium)3. 半固体培养基（semi-solid medium）4. 脱水培养基（dehydrated culture medium）,51,（二）根据物理状态划分,1.液体培养基（liquid medium）：是指各营养成分按一定比例配制而成的水溶液或液体状态的培养基。用途广泛，可用于大型生产、科研等。,52,固体培养基(solid medium ),2. 固体培养基
6、(solid medium )：是指液体培养基中加入一定量的凝固剂配制而成的固体状态的培养基。 应用：微生物分离、鉴定、计数、保藏、检验、生物测定及产生大量菌体。,53,半固体培养基,3.半固体培养基（semi-solid medium）：是指琼脂加入量为0.20.5而配制的固体状态的培养基。 用于细菌运动观察、菌种鉴定、噬菌体效价测定等。,54,脱水培养基,4.脱水培养基（dehydrated culturemedium）：预制干燥培养基(pre-fabricated dried culture medium)。,55,（三）根据培养目的划分,1.种子培养基(Seed culture med
7、ium)：是适合微生物菌体生长的培养基。 2.发酵培养基(Fermentation medium) 用于生产预定发酵产物的培养基。 3.繁殖和保藏培养基(Reproducible medium),56,(四)按用途划分,1.基础培养基(minimum medium)2.完全培养基(complete medium)3.加富培养基和富集培养基(enrichment medium)4.选择培养基(selective medium)5.鉴别培养基(differential medium),57,1.基础培养基(minimum medium),在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基
8、，也称为基本培养基。,58,2.完全培养基(complete medium),在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的所有营养物质的培养基.,59,3.加富培养基和富集培养基(enrichment medium),在普通培养基（如肉汤蛋白胨培养基）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。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。,60,4.选择培养基(selective medium)用于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
9、养基,61,选择性培养的方法主要有两种：一是根据根据某些微生物的特殊营养要求；二是根据某些微生物的物理和化学抗性。,62,63,64,5.鉴别培养基(differential medium),指含有某种代谢产物指示剂的培养基，可使不同微生物经培养后出现显著差别。如：伊红美兰培养基；糖发酵培养基等。用于快速鉴别微生物。,65,66,微生物的生长,67,生长和繁殖,生长：生物个体物质有规律地、不可逆增加，导致个体体积扩大的生物学过程。繁殖：生物个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。,68,生长和繁殖,生长是一个逐步发生的量变过程，繁殖是一个产生新的生
10、命个体的质变过程。个体生长个体繁殖群体生长群体生长= 个体生长+ 个体繁殖,69,微生物的生长,条件适宜营养吸收新陈代谢同化作用大于异化作用原生质总量增加,70,微生物繁殖,细菌霉菌酵母菌放线菌病毒,71,微生物生长的测定,72,直接法,1 测体积2 称干重 离心-洗涤-干燥-(真空干燥),73,间接法生理指标法,74,比浊法,75,计数法,76,计数法,77,78,间接计数法,79,80,81,3.2.2 微生物的群体生长规律,单细胞微生物多细胞微生物液体摇床培养,82,微生物生长曲线,83,一、单细胞微生物的典型生长曲线,84,一、单细胞微生物的典型生长曲线,根据微生物生长速率常数（每小时
11、的分裂代数）的不同，一条典型的生长曲线至少可以分为：延滞期(适应期、缓慢期、调整期)，对数期，稳定期和衰亡期四个生长时期,85,一、单细胞微生物的典型生长曲线,86,1 Lag phase,将少量菌种接入新鲜培养基后，在开始一段时间内菌数不立即增加，或增加很少，甚至减少，生长速度接近于零。也称延迟期、适应期。,87,延滞期特点,生长速率常数为零细胞体积增大，例如巨大芽孢杆菌，在迟缓期末，细胞的平均长度比刚接种时长6倍。一般来说处于迟缓期的细菌细胞体积最大细胞内RNA，尤其是rRNA含量增高，合成代谢活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加快，易产生诱导酶。对外界不良条件反应敏感。,88,延滞期,延滞
12、期出现的原因：调整代谢在生产实践中缩短延滞期的常用手段：(1)利用对数生长期的细胞作为种子；(2)适当扩大接种量(3)尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；(4)通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短；,89,对数生长期,90,91,3. 稳定生长期(Stationary phase),由于营养物质消耗，代谢产物积累和pH等环境变化，逐步不适宜于细菌生长，导致生长速率降低直至零。 稳定生长期又称恒定期或最高生长期，此时培养液中活细菌数最高并维持稳定。,92,温度生长的原因,营养物质耗尽有毒代谢产物积累环境条件,93,94,二、连续培养(Continous culture）,在微生物
13、的整个培养期间，通过一定的方式使微生物能以恒定的比生长速率生长并能持续生长下去的一种培养方法。 培养过程中不断的补充营养物质和以同样的速率移出培养物是实现微生物连续培养的基本原则。,95,连续培养,96,二、连续培养(Continous culture),恒浊连续培养不断调节流速而使细菌培养液浊度保持恒定控制连续培养的方法恒化连续培养 保持恒定的流速,使营养物质浓度保持恒定,97,98,(一) 恒化连续培养,概念：以恒定流速使营养物质浓度恒定而保持细菌生长速率恒定的方法。微生物始终在低于其最高生长速率下进行生长繁殖。原理：恒化器中动态平衡的稳定性，是以某种生长限制因子（如碳、氮源；生长因子；无
14、机盐等）的浓度来控制菌的生长速度。 特点：维持营养成分的低浓度，控制微生物生长速率。,99,100,（二）恒浊连续培养,概念：在恒浊器内，调节培养基流速，使细菌培养液浊度保持恒定的连续培养方法。 原理：维持菌浓度不变。 特点：基质过量，菌以最高速率生长；但工艺复杂，烦琐。 在恒浊连续培养中装有浊度计，借光电池检测培养室中的浊度(即菌液浓度)，并根据光电效应产生的电信号的强弱变化，自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流速。,101,连续培养的优点 1、缩短发酵周期，提高设备的利用率；2、便于自控。降低动力消耗及劳动强度；3、产品均一。 连续培养的缺点：易杂菌污染；菌种易退化,102,103
15、,三、同步培养,同步生长：运用同步培养技术，控制微生物生长，使之处于同一生长阶段并同时分裂。 同步培养法：能获得处于同一生长阶段的群体细胞的培养方法。 同步培养（物）：用同步培养法所得到的培养物。,104,105,106,微生物的培养方法,微生物培养技术的发展的特点：1.少量培养大规模培养2. 浅盘培养厚层固体或深层（液体）培养3. 以固体培养为主以液体培养为主4. 静止式液体培养通气搅拌式液体培养5. 分批培养连续培养多级连续培养6.游离的微生物细胞培养利用固定化细胞培养7. 野生菌种变异菌株、“工程菌”,107,微生物培养法,一、固体培养二、液体培养三、连续培养四、补料分批培养五、混菌培养
16、,108,109,克氏扁瓶,110,二、液体培养(Liquid-state culture),液体培养提高溶氧速率的措施：1.浅层培养(Shallow liquid culture)2.摇床：振荡培养(Shaking flask culture)3.深层培养(Submerged culture) 4.机械搅拌5.提高罐压,111,（一）实验室常见的液体培养,112,摇瓶培养,113,114,实验室用台式发酵罐,115,中试用发酵罐,116,工业用发酵罐,117,影响食品中微生物生长的因素,118,二、温度对微生物生长的影响,119,120,121,微生物抗干燥能力与食品保存,水分对生命活动的作
17、用?失水对微生物的影响：代谢停止以致死亡不同微生物种类、芽孢及孢子对干燥的抗性干燥与温度的协同作用干燥与食品保存,122,渗透压对食品中微生物生长的影响,（1）高度嗜盐细菌（最适宜在2030%食盐浓度的食品中生长） （2）中度嗜盐细菌（最适宜在518%食盐浓度的食品中生长）（3）低等嗜盐细菌（最适宜在25%食盐浓度的食品中生长）（4）耐盐细菌（能在10%以下的食盐浓度的食品中生长）（5）耐糖微生物（能在高度的含糖的食品中生长）,123,渗透压对食品中微生物生长的影响,1 不同类群微生物对渗透压适应性的比较2 引起食品变质的嗜盐微生物、耐盐微生物和耐糖微生物.,124,三、pH对食品中微生物生长
18、的影响,通常培养条件：细菌：pH7.08.0放线菌：pH7.58.5酵母菌：pH3.86.0霉菌：pH4.05.8,125,不同微生物对环境pH的适应,嗜碱微生物（basophile）耐碱微生物（basotolerant microorganism）嗜酸微生物（acidophile）耐酸微生物（acidotolerant microorganism）,126,（三）pH值与食品酸化保存,食品的酸化保存1.人工加入无机酸2.人工加入有机酸3.人工接种微生物发酵,127,氧气对微生物生命活动的影响,128,129,氧气与微生物的关系,130,食品中微生物控制的原理和方法,一、几个基本概念1. 消毒
19、(Disinfection)：杀死或灭活病原微生物（营养体细胞）； 2. 灭菌(Sterilization)：杀死包括芽孢在内的所有微生物；,131,防 腐,抑菌措施使用理化因素是微生物暂时处于不生长繁殖但又未死亡的状态防腐剂的使用防腐的方法,132,3.商业灭菌（Commercial sterilization）,指食品经过杀菌处理后，按照所规定的微生物检验方法，在所检食品中无活的微生物检出，或者仅能检出极少数的非病原微生物，并且它们在食品保藏过程中不可能进行生长繁殖。这种灭菌方法，就叫做商业灭菌。,133,基本概念,5. 无菌（Asepsis）:没有活的微生物存在。6. 死亡(Death)
20、：生长繁殖能力不可逆丧失。7. 化疗(Chemotherapy)：化学治疗。利用化学物质杀死或抑制宿主体内的病原微生物，借以达到治疗该传染病的一种措施。,134,135,136,热对微生物的致死作用,微生物蛋白质和核酸变性破坏细胞其他成分细胞膜热溶解内容物泄露,137,微生物耐热性的数值表示,热力致死时间D值Z值F值,138,139,(三)影响微生物对热抵抗力的因素,1.菌种 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。 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
21、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。,140,(三)影响微生物对热抵抗力的因素,4.基质的因素 微生物的抗热力随含水量减少而增大；微生物的抗热力随基质中的脂肪、糖、蛋白质等物质的增多而增大；微生物在pH值范围是7左右，抗热力最强。 5.加热的温度和时间 温度越高，微生物的抗热力越弱，加热的时间越长，热致死作用越大。,141,超高温瞬时灭菌,高压蒸汽灭菌法,142,湿热灭菌法,煮沸灭菌巴氏灭菌超高温瞬时灭菌高压蒸汽灭菌间歇灭菌,143,影响高压蒸汽灭菌效果的因素,菌物含量灭菌锅内空气排除程度灭菌对象体积灭菌对象pH值加热与散热速度,144,干热灭菌法,
22、火焰灭菌：火焰灼烧干热灭菌：干燥箱热空气灭菌。160-170,1-2 h。,145,其他方法,膜过滤法特殊的加热灭菌法,146,四、食品的冷藏抑菌,（一）低温对微生物的影响1.低温可降低和停止微生物的繁殖 2.致死作用：机械损伤生理干燥 3.冷休克（cold shock）：由于温度快速下降，使微生物菌体尤其是处于对数生长期的菌体大量死亡的现象。,147,（二）低温贮藏的方法,1.寒冷温度介于室温和冷藏温度之间2.冷藏温度介于07之间 3.冻藏温度0,148,五、控制食品中微生物的其它物理方法,149,辐 射,电磁辐射的杀菌作用紫外杀菌的波长及杀菌机理紫外杀菌的作用范围影响紫外杀菌效果的因素,150,超声波杀菌,超声波超声波杀菌机理影响因素,151,化学杀菌剂,氧化剂重金属盐类有机化合物抗生素,152,153,154,155,156,六、控制食品中微生物的化学物质,防腐剂和消毒剂 特点：对一切活细胞都有毒性，不能用于人或动物体内的化学治疗。消毒剂：可杀死微生物，通常用于非生物材料的灭菌或消毒。防腐剂：能杀死微生物或抑制其生长，但对人及动物的体表组织无毒性或毒性低，可作为外用抗微生物药物。,157,
