2019年第2节环境因素对微生物生长的影响 doc

来源:互联网 编辑:李元芳 手机版

第2节 环境因素对微生物生长的影响

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。

本节将涉及各种物理、化学因素对微生物生长的抑制和致死的影响,以及在食品工业中的应用。下面将介绍几个有关的术语。 防腐(Antisepsis) :是一种抑菌措施。利用一些理化因素使物体内外的微生物暂时处于不生长繁殖但又未死亡的状态。食品工业中常利用防腐剂防止食品变质,如面包、蛋糕和月饼的防霉剂,酸性食品用苯甲酸钠、山梨酸钾、山梨酸钠防腐、或利用低温、干燥、盐腌和糖渍、高酸度等。

消毒(Disinfection):是指杀死所有病原微生物的措施,可达到防止传染病的目的。例如将物体在100℃煮沸10分钟或60-70℃加热30分钟,就可达到杀死病原菌的营养体,但芽孢杀不死。食品加工厂的厂房和加工工具都要进行定期的消毒,严格的操作人员的手也要进行消毒。具有消毒作用的物质称为消毒剂。

灭菌(Sterilization):是指用物理或化学因子,使存在于物体中的所有生活微生物,永久性地丧失其生活力,包括耐热的细菌芽孢。这是一种彻底的杀菌方法。

商业灭菌(Commercial sterilization):这是从商品角度对某些食品所提出的灭菌方法。就是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,是不可能进行生长繁殖的,这种灭菌方法,就叫做商业灭菌。

在食品工业中,常用“杀菌”这个名词,它包括上述所称的灭菌和消毒,如牛奶的杀菌是指消毒;罐藏食品的杀菌,是指商业灭菌。

无菌(Asepsis:即没有活的微生物存在的意思。例如,发酵工业中菌种制备的无菌操作技术、食品加工中的无菌罐装技术等。

死亡(dead):是指微生物不可逆的丧失了生长繁殖的能力,即使再放到合适的环境中也不再繁殖。

由于不同微生物的生物学特性不同,因此,对各种理化因子的敏感性不同;同一因素不同剂量对微生物的效应也不同,或者起灭菌作用,或者起防腐作用。在了解和应用任何一种理化因素对微生物的抑制或致死作用时,还应考虑多种因素的综合效应。

2.1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

生长温度三基点 最适生长温度 中温菌

嗜热菌

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。

最低生长温度

是指微生物能进行繁殖的最低温度界限。处于这种温度条件下的微生物生长速率很低,如果低于此温度则生长完全停止。不同微生物的最低生长温度不一样,这与它们的原生质物理状态和化学组成有关系,也可随环境条件而变化。

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。见表4-3

表4-3 细胞色素氧化酶以及各种脱氢酶的最低破坏温度与该菌最高生长温度的关系

细菌 最高生长温度(℃) 最低破坏温度(℃)

细胞色素氧化酶 过氧化氢酶 琥酸珀脱氢酶

蕈状芽孢杆菌 40 41 41 40

单纯芽孢杆菌

43 55 52 40

蜡状芽孢杆菌

45 48 46 50

巨大芽孢杆菌

46 48 50 47

枯草芽孢杆菌

54 60 56 51

嗜热芽孢杆菌

67 65 67 59

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。致死温度与处理时间有关。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。测定微生物的致死温度一般在生理盐水中进行,以减少有机物质的干扰。

微生物按其生长温度范围可分为低温微生物、中温微生物和高温微生物三类(表4-4)

表4-4 不同温型微生物的生长温度范围

微生物类型 生长温度范围(℃) 分布的主要处所

最低 最适 最高

低温型 专性嗜冷 –12 5—15 15—20 两极地区

兼性嗜冷 –5—0 10—20 25—30 海水及冷藏食品上

中温型 室温 10—20 20—3535—40 40—45 腐生菌

体温 寄生菌

高温型 25—45 50—60 70—95 温泉、堆肥、土壤表层等

2.1.1 低温型的微生物

又称嗜冷微生物,可在较低的温度下生长。它们常分布在地球两极地区的水域和土壤中,即使在其微小的液态水间歇中也有微生物的存在。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。

低温也能抑制微生物的生长。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。

2.1.2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。

2.1.3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(Bacillus)、梭状芽孢杆菌(Clostridium)、嗜热脂肪芽孢杆菌(Bac. stearothermophilus)高温放线菌属(Thermoactinomyces)、甲烷杆菌属(Methanobacterium)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。 高温型的微生物耐热机理可能是菌体内的蛋白质和酶比中温型的微生物更能抗热,尤其蛋白质对热更稳定;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;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。

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