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空气、水、温度对微生物生长繁殖的影响

2020-12-29 16:02 已有人浏览

空气、水、温度对微生物成长繁衍的影响

1. 空气

空气对微生物的成长繁衍有极大的影响。依据微生物对氧的要求,可把微生物分为三类:

专性好气菌:又称专性好氧菌。仅在空气或有氧的条件下才华成长,它们要求空气中的分子态氧作为呼吸过程中毕竟的电子(氢)受体。这类微生物包含悉数霉菌,大部分放线菌及部分细菌。

专性厌气菌:又称专性厌氧菌。仅在没有空气或无氧条件下成长,它们不需求分子态氧,而需求其它物质作为生物氧化过程中的毕竟电子(氢)受体,分子态氧对它们往往有毒害效果。在专性好气菌中存在的超氧化物变位酶、过氧化氢酶或过氧化物酶,都有维护细胞不受氧代谢所发生的超氧化物(O2-)或过氧化氢的毒害效果。而专性厌气菌中都缺少超氧化物变位酶和过氧化氢酶,因而氧对这类微生物有毒害效果。专性厌气菌包含部分细菌、放线菌。例如硫酸盐恢复菌,生活在含有有机质及硫酸盐的厌氧环境中,发生很多H2S,引起土壤中、水中金属构件腐蚀,构成损害。

兼性好气菌或兼性厌气菌:它们即能在有空气或氧气的条件下成长,又能在没有空气或氧气的条件下成长。在有分子态氧的条件下,它们进行正常的有氧呼吸;在缺少分子态氧的条件下,则进行无氧呼吸或发酵,以取得移风易俗所必需的能量。这类微生物包含酵母菌、一些肠道菌和硝酸盐恢复菌等。

从霉腐微生物整体来看,它既能在有氧条件下成长,又能在无氧条件下成长。因而物品、工业制品和食物,不论处于有氧状况或无氧状况,均能被霉腐微生物污染。但制品和物品的霉变首要是由专性好气菌霉菌引起的,因而往往用除氧剂除氧和协作其它有用方法,避免霉菌污染,有用保藏制品和物品。

在实验室中培育少量好气性霉腐微生物时,只要经过棉花塞或绒布的少量空气,就足以满意微生物对无菌空气的要求。假定培育液的体积较大,可将三角瓶放在摇床(往复式或旋转式)上轰动培育。培育厌气性霉腐微生物,在实验室可用抽真空、用焦性没食子酸吸氧、掩盖石蜡油、培育基中加入恢复剂或前进氢分压等方法来结束。

2. 水分

水分是微生物最基本的养分要素。微生物细胞中含有很多的水分,例如细菌含水量平均为80%(73.35~87.7%),酵母含水量为75%(54.0~83%),霉菌含水量为85.79~88.32%,霉菌的孢子含水量为38.87%。微生物的成长繁衍和悉数生命活动都离不开水。需水量的多少随微生物的品种而不同,一般来说水分的需求量是:细菌>酵母>霉菌。基质中的水分,特别是表层部分的含水量,随空气中的湿度而改动。空气相对湿度高,则基质表层的含水量也高;空气相对湿度低,则基质表层的含水量也低。与微生物的发育有接近联络的,不是水分含量,而是水分活性(Water activity,简写成Aw)。基质中所含的水分,不能悉数为微生物所运用,其间一部分得溶解基质的成分。因而,与可溶性物质少的基质比较,可溶性物质多的基质水分活性就低,微生物的繁衍就不简略。可溶性物质一旦溶于水,水的一部分就捕获这种物质,水蒸汽压就下降。假定纯水的水蒸汽压为Po,某种基质的水蒸气压为P,则这种基质的水分活性Aw=P/Po。P/Po也用来标明大气中的相对湿度(RH),这时候用%来标明,即RH=Aw×,亦即环境中的水分联络用相对湿度标明。

微生物的繁衍与培育基或基质中的水分活性有关,水分活性低,繁衍就差,一旦水分活性低于某种水平常,整个繁衍就连续。一般的菌,水分活性在0.995邻近,发育最旺盛。表1-4标明微生物的发育与水分活性的联络。

表1-4 微生物的发育与水分活性的联络

 

微生物

发育的最低Aw

普 通 细 菌

普 通 酵 母

普 通 霉 菌

好 盐 细 菌

耐干性霉菌

耐渗透压酵母

0.90

0.88

0.80

≤0.75

0.65

0.61

 

由表1-4可知,细菌最怕单调,一旦Aw在0.90以下时,几乎一切的细菌都不能成长;其次是酵母,最低Aw是0.88;最本领单调的是霉菌,Aw在0.80也能发育。特别的微生物,例如好盐性细菌,Aw到0.75时也能成长;耐干性霉菌,Aw到0.65时也能成长;在最低水分活性上能够发育的是耐渗透压酵母,Aw为0.61。

 

即便归于同一类群的菌种,它们成长发育的最低Aw值也有差异。

(1)细菌成长的水分活性:细菌成长所需的水分活性比酵母、霉菌要高,除一部分球菌的最低Aw值在0.9以下、好盐菌的Aw值为0.75外,其它绝大部分均在0.94以上,表1-5标明一些细菌成长的最低Aw。

表1-5 某些细菌成长的最低Aw值

 

覃状芽孢杆菌

肉毒梭菌(发芽)

假单胞菌属

蜡状芽孢杆菌(发芽)

无色杆菌属

大肠杆菌

枯草芽孢杆菌

纽彼特沙门氏菌

肉毒梭菌

0.99

0.98

0.97

0.97

0.96

0.96~0.935

0.95

0.945

0.95

产气肠杆菌

蜡状芽孢杆菌

粪链球菌

八叠球菌

玫瑰色小球菌

金黄色葡萄球菌(厌氧)

金黄色葡萄球菌(需氧)

好盐菌

0.945

0.94

0.94

0.950~0.930

0.905

0.90

0.80

0.75

 

Aw值的下降,可促进细菌成长的延迟期延长,细胞分裂速度下降。一般引起食物糜烂的细菌,它们的成长最低Aw值,极大大都在0.94~0.99之间。

(2)酵母成长的水分活性:酵母需求的水分活性比细菌低,但比霉菌高,除耐渗透压酵母外,其成长的最低Aw值规划在0.94~0.88,如表1-6所示。

如面包酵母成长的最低Aw值为0.905,若要抑制这些酵母效果,单靠添加蔗糖的浓度,需加到1400克/升左右才华使Aw值降至0.905以下。食物的含糖量一般不或许太高,因而大都加糖食物都有酵母菌污染的或许。

表1-6 某些酵母成长的最低Aw值

 

产朊圆酵母

产朊假丝酵母

裂殖酵母属

面包酵母

璞酵母属

0.94

0.94

0.93

0.905

0.90

啤酒酵母

红酵母属

内孢霉属

异形魏立氏酵母

鲁氏酵母(耐高渗酵母)

0.895

0.89

0.885

0.88

0.60~0.01

 

(3)霉菌成长的水分活性:霉菌与细菌、酵母比较,能在较低的Aw规划内成长,表1-7标明某些霉菌的最低Aw值。

表1-7 某些霉菌成长的最低Aw值(孢子发芽)

 

根霉属

葡萄孢属

毛霉属

乳粉孢霉

黑曲霉

青霉属

黄曲霉

0.94~0.92

0.93

0.93~0.92

0.895

0.80~0.88

0.80~0.83

0.80

白曲霉

灰绿曲霉

薛氏曲霉

葡匐曲霉

红曲霉

安氏曲霉

0.75

0.75~0.73

0.65

0.65

0.65

0.65

 

Aw在0.64以下任何霉菌均不能成长。假定Aw值为0.65时,少量尚能成长的霉菌,就称之为干性霉菌。霉菌孢子发芽的最低Aw值与霉菌成长所需的Aw值(指发芽后菌丝的伸长的Aw值),两者比较较,后者比前者要高,例如灰绿曲霉的发芽最低Aw值是0.73~0.75,而其成长所需的Aw值在0.85以上,成长速度的合适Aw值必须在0.93~0.97。

饱和湿度的大气,在20℃时,每立方米中含水量达17克,满意许多微生物,特别是真菌和细菌的成长。因而,当梅雨季节和湿润气候时,各种物品,如粮食、纺织品和皮革制品都简略长霉,每年构成很大的丢失。

单调是不利于微生物成长繁衍的一个条件。一般微生物在单调状况下会逐渐逝世。单调会引起菌体细胞失水,细胞内盐分浓度增高或蛋白质变性,然后导致生命活动下降或逝世。

各种微生物关于单调的反抗力不同。如淋球菌、醋酸菌失水后很快就逝世,而酵母菌失水后可保存数月。发生荚膜的细菌对单调的反抗力比不发生荚膜的细菌要强。结核分枝杆菌特别耐单调。细菌的芽孢、霉菌的孢子对单调的反抗力就更大了,可经数年乃至数十年不逝世,一旦遇到合适的条件仍可发芽繁衍。

微生物关于单调的反抗力还与所在的环境条件及单调的程度有关。例如,细菌在玻璃上很快逝世,但在彻底单调后的肉汤、牛奶和其它含蛋白质的培育基中存活率仍较高;在单调的土壤中可长期生计。这是由于养分物质或土壤起着维护剂的效果。

在真空或惰性气体中微生物的抗单调才干比有氧存在时大。细菌能够在彻底没有氧气的环境中逝世,但很缓慢。

此外,单调时温度越高,微生物逝世就越快。缓慢单调逝世较多,而快速失水可使菌体长期保存。基质中的菌数越多、密度越大,对单调的反抗力也越强。

由于在单调的环境中,微生物或处于休眠状况,生命活动遭到抑制,或逐渐逝世,因而常用晾干、烘干、熏干等单调方法来抑制霉腐微生物的成长,保存食物、各种工业原料、产品。物品和食物的单调程度同微生物污染有接近的联络。如干制食物的Aw值在0.80~0.85之间,在1~2周内,可被霉菌等微生物污染而蜕变损坏;Aw值在0.70时,能够较长期避免微生物污染;Aw值为0.65的食物,仅少量微生物有成长或许,即便成长也是缓慢的,乃至能够连续两年还不易引起食物损坏。因而,要使食物保藏期抵达3个月,Aw值应操控在0.72以下;要求保藏期为2~3年,则Aw值必须在0.65以下。

3. 温度

在影响微生物成长繁衍的外界要素中,温度的影响最为接近。温度的影响表现在两方面:一方面跟着温度的上升,细胞中生物化学反应速率加速;另一方面,组成细胞的物质如蛋白质、核酸等都对温度较活络,跟着温度的升高,这些物质的立体结构遭到破坏,然后引起微生物成长的抑制,乃至逝世。因而只在必定的温度规划内,微生物的代谢活动和成长繁衍才跟着温度的上升而添加。温度上升到必定程度,开始对微生物发生不良影响,假定温度持续升高,微生物细胞功用急骤下降以致逝世。

各种微生物成长所需求的温度规划是不同的。从微生物的整体来看,成长温度规划很广,已知的微生物在-10℃~95℃均可成长,但每一种微生物只在必定的温度规划内成长。各种微生物按其成长速度可分为三个温度鸿沟,即最低成长温度、最适成长温度和成长温度。跨越最低和成长温度的规划,微生物的生命活动就要遭到抑制或连续。因而,在实践作业中,能够经过对温度的操控,来促进有益微生物的成长,抑制或消除有害微生物的成长繁衍。

最低成长温度是指微生物成长和繁衍的最低温度。在此温度时,微生物成长最慢,低于这一温度,微生物成长就连续。

最适成长温度是指微生物成长最合适的温度。在这一温度时,假定其它条件合适,微生物成长繁衍最快。

成长温度就是在其它环境因子坚持不变的状况下,微生物能够成长繁衍的温度。跨越这一温度,微生物成长繁衍就连续,乃至逝世。

各种微生物的最低、最适和成长温度,还因环境条件的不同而有所改动。依据微生物的最适成长温度,能够将微生物分为三大类:

低温微生物:凡成长最适温度在20℃以下的微生物。例如,海洋、深湖、冷泉中都有低温微生物的存在。冷藏食物的糜烂,大都由这类微生物引起,也是构成冷藏血浆污染的原因。

中温微生物:最适成长温度为20~40℃规划的微生物,自然界中极大大都微生物都归于这一类。其间又可分为寄生中温菌和腐生中温菌。寄生中温菌的最适成长温度为37℃左右,腐生中温菌的最适成长温度为20~25℃。酒精酵母的最适成长温度为28℃,啤酒酵母为25℃,苹果青霉为25℃~27℃,放线菌为28℃。引起人和动植物疾病的病原菌,构成农副产品、工业器件、生活用品霉腐的微生物,往往都归于这一类菌。

高温微生物:最适成长温度在45℃以上的微生物称为高温微生物,常见于温泉、堆肥、厩肥及其它腐烂有机物中。参加堆肥、厩肥制造过程中后阶段有机物质的分化效果,以芽孢杆菌和放线菌较多。这些高温微生物常给罐头工业上的灭菌带来困难。一些霉菌成长与温度的联络如表1-闪现。

表1-8 霉菌成长与温度的联络

 

微生物称谓

成长温度

最低

最适

 

黑曲霉

葡萄曲霉

刺孢曲霉

灰绿曲霉

青霉

黄萎轮枝孢

分枝毛霉

尖镰孢

深蓝镰孢

立枯丝核菌

圆小丛壳

亮光卷钩丝壳

篱边革裥霉

多孢霉

拟茎点霉

14

-6

1

10

4

5

5

2

5

5

0

8.7

30~35

30

20

25~27

17~19

22.5

20~25

30

25

23

27~29

32

32~35

27~32

26.5

40

31~36

30

30

31

35

34.5

37.5

43

45

40

31.9

 

温度对微生物的成长繁衍影响很大。一般来讲,微生物对低温的反抗才干较之对高温反抗才干强。大部分微生物,不论低温、中温或高温微生物,在低温条件下处于休眠状况,代谢活动几乎悉数连续,成长繁衍遭到抑制,但仍能存活,一旦遇到合适的环境就能够成长繁衍。但有少量微生物在低于最低温度成长时会灵敏逝世。还有少量微生物能在必定的低温规划内缓慢成长。赤色酵母在-34℃时仍能成长发育,细菌中有的在-18℃可发育,霉菌中最低发育温度为-12℃。

可用低温抑制微生物的成长来抵达保藏食物的意图。但在稍低于冰点以下的温度,某些食物如浓缩果汁、烟熏腊肉、冰淇淋等中仍能发现存在有微生物。低温首要是抑制微生物的成长,假定冷藏食物中也污染了病原菌,仍有传布疾病的或许。

当环境温度跨越微生物的成长温度时,引起细菌内核酸、蛋白质等物质的变性,酶的失活,毕竟引起微生物的逝世。温度越高,微生物逝世越快。不同的微生物对高温的反抗力不同。大大都细菌、酵母菌、真菌的养分细胞在50~65℃加热10分钟就可致死。放线菌和霉菌的孢子比养分细胞抗热性强,在76~80℃加热10分钟才致死。细菌的芽孢抗热性最强,要在100℃高温下处理适当长期才致死。例如肉毒梭菌可在肉类罐头中繁衍,并发生极毒的肉毒毒素。它的芽孢在pH7.0时,要在100℃的高温下煮8小时才被杀死;如用115℃加压蒸汽灭菌,需经10~40分钟,在121℃下需经10分钟才被杀死。所以一般非酸性罐头食物,需用121℃灭菌20~70分钟。表1-9标明各种芽孢的抗热性。

表1-9 各种芽孢的抗热性

 

品种

湿热灭菌温度(℃)

灭菌所需时间(分钟)

炭疽芽孢杆菌

蜡状芽孢杆菌

枯草芽孢杆菌

嗜热脂肪芽孢杆菌

肉毒梭状芽孢杆菌

105

100

100

120~121

120~121

5~10

6

 6~17

12

10

 

微生物的抗热性还取决于菌龄、基质成分及微生物的数量。一般老龄菌比幼龄菌抗热性强。基质成分对微生物的抗热性也有影响,基质中的脂肪、糖、蛋白质对微生物有维护效果,然后增强了微生物的抗热性。基质pH值违背7时,特别是倾向酸性时,微生物的抗热性显着下降。微生物的数量越多,抗热性越强,这是由于菌体细胞能分泌对菌体有维护效果的蛋白质类物质。菌体多,这种维护性物质的量也多。食物和物品的物理状况与灭菌效果也有很大联络,一般固体食物和物品,灭菌时间要长或灭菌温度要高,这是由于固体物品仅有热的传导效果,而无对流效果;而液体物品灭菌时间可短一些或灭菌温度可低一些,这是由于液体物品的穿透除传导效果外,还有对流效果。

由于跨越成长温度会引起微生物的逝世,所以高温常常用来灭菌,以抵达有用保存物品和食物的意图。例如,牛奶、啤酒、黄酒、酱油、醋等食物往往经过62℃加热30分钟或70℃加热15分钟的灭菌处理(巴斯德灭菌法),这样既杀死了其间的病原菌和一部分微生物的养分体,又不损害食物的养分价值和色香味。

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