《食品微生物学》教案 (第11次课2学时) 一、授课题日 微生物的生长 二、教学日的和要求 掌握微生物群体生长的衡量指标、生长量的测定方法、生长规律，了解微生物连续培 养的特点、方法 三、教学重点和难点 微生物生长量的测定方法、微生物群体的生长规律 四、教学过程 教学内容：微生物的生长及测定方法、微生物的群体生长规律 教学办法：结合实验讨论交流比较、师生互动：针对单细胞微生物典型生长曲线引导 探索各阶段特点及在实际生产中的应用。 辅导手段：采用PPT辅助教学，充分利用图、裴说明。 板书： 第5章微生物的生长 第一节微生物的生长及测定方法 第二节微生物的群体生长规律 一、微生物生长群体生长 一、典型生长出线 二、微生物生长量的测定 延滞期对数期 稳定期衰亡期 学时分配： 导入、回顾(2min) 微生物生长量的测定(35min) 单细胞微生物的典型生长曲线(60min 小结(3min) 五、作业 课后P1753、4 六、主要参考资料 微生物学教程，周德庆，1993，高等教有出版社 食品微生物学，何国庆、货英民，2002，中国农业大学出版社 华中农业大学微生物学、江西农业大学微生物精品课程 七、课后记
第5章微生物的生长 5.1微生物的生长及测定方法 一、微生物生长的概念(5min) 生长是微生物通过新陈代谢把物质转变成细胞物质，增加个体重量的过程。细胞生长 到一定程度进行分裂，产生同亲代相似的子代细胞的过程为繁殖。如细菌个体的生长繁殖： 细菌以简单的二分裂法(binary division)繁殖。细菌每分裂一次叫做一代。细菌在营养物 质充足、其他生长繁殖条件适宜的情况下，具繁殖速度是相当快的。大多数细菌每分裂 次仅需20-30min:少数细菌繁殖较慢，如结核杆菌约24-48h分裂一次。往往细菌的繁殖 与生长几乎同时，故微生物学中提到的生长均指群体生长，在实质上包含了个体生长和繁 殖的交替过程。 微生物生长量的测定(30min） 学生参与讨论 1、稀释平板菌落计数法测活菌数 活菌问接计数法 采用培养平板计数法要求：操作熟练、准确，否则难以得到正确的结果：样品充分混 匀：稀释时每支移液管及涂棒贝能接触一个稀释度的菊液：同一稀释度要三个以上重复， 取平均值：每个平板上的菌落数日合适，一个9cm直径平板上一般以50-500个为宜，便 于准确计数：一个菌落可能是多个细胞一起形成，所以在科研中一般用菌落形成单位 (colony forming units,CFU)来表示，而不是直接表示为细胞数。 2、血球计数板测总菌数 适合个体较大的微生物，细菌用Petroff-Hausser或Helber计数器 缺点：不能区分死菌与活菌：不适于对运动细菌的计数：需要相对高的细菌浓度：个 体小的细菌在显微镜下难以观察 3、离心法和过滤法称干重 4、比浊法测浊度：用分光光度法对无色的微生物悬浮液进行测定或用带有侧的二 角烧瓶作原位测定。 5.2微生物的群体生长规律 一、典型生长曲线(60min) 强调生长曲线在生产中的应用 少量纯种单细胞接种到一定容积的液体培养基中后，在适宜的条件下培养，定时取样 测定细胞数量，发现其群体会有规律生长。若以细胞数日的对数（或生长速度）作纵坐标 以培养时问为横坐标作曲线，即为生长曲线。 根据微生物的生长速率常数将典型的生长出线粗分为：延滞期、对数期、稳定期、衰
亡期。 1、延滞期(lag phase)片 特点： 细跑数不增加，其至成少。生长速率常数为零 细胞体积增大，如巨大芽孢菌在缓慢期末期，细胞平均长度比刚接种时可大六倍 细胞合成代谢旺盛 对外界不良反应敏感。 出现的原因： ()接种新培养液上，需重新调整代谢，合成一些新环境下代谢所需要的酶，需时问： (2)缺乏充足的中问代谢产物。 各种菌该时期长短不同，短的几min,长的达儿h。延滞期长短与茵种、菌龄、培养 条件密切相关。 菌种：一般细菌、酵母的最短，霉菌次之，放线菌最长： 菌龄：以对数期菌做种子，子代延滞期短： 接种量：量大，延滞期短 培养基成分：接种到营养丰富天然培养基上，延滞期短：而接种到单调的合成培养基 上长 在发酵工业上为缩短缓慢期，常采用措施： ①用对数期健壮菌体做菌种：②适当增大接种量：③种子培养基中加入生产培养基中 某些成分。 2、对数期(logarithmic phase): 特占， 生长速率常数最大，分裂快，菌数以几何级数增加，代时短： 菌体长的较标准，群体形态与生理特征一致，菌种健壮，菌体成分均匀，且单个存在 的细胞占多数：（该时期的细胞可用于研究细菌代谢、遗传性能的最佳材料，也是增殖噬 菌体的最适宿主菌龄) 酶系活跃，代谢旺盛，营养消耗多，代谢产物不足以影响其生长 影响微生物对数期代时的因素： 菊种 营养成分及浓度 浓度低时能响生长速度，随浓度逐步提高生长速度不受影响，只影响最终菌体产量： 如果浓度再提高，则生长速率、菌体产量均不受影响 在较低浓度下，影响生长速率、菌体产量的营养物，叫做生长限制因子。 培养温度 3、稳定期(stationary phase): 特点： 3
新生数与死亡数基本相同，活菌数维持一个稳定数，生长速率常数为零： 细胞分裂速度降低，细胞质内贮藏物如糖原、脂肪粒等增多，大多芽孢菌形成芽孢： 代谢活动继续，并保持相当水平，但总体活力逐渐减弱，积紫许多不利于微生物活动 的代谢产物，营养物质失调。 有大量代谢物积紫→狄得代谢产物一乳酸：又因为活茵数达最高水平一收狄活菌→单 细胞蛋白。 4、衰亡期(decline phase): 特点： 生长繁殖的菌体减少，死亡速度加大，即死亡速度>新生速度，整个群体呈负增大： 细胞内颗粒更明显，出现液泡，菌体常出现多种形态，包括时形或衰退型： 细胞死亡并伴有自溶现象，茵体活力下降， 此期茵种不宜作种子。应用连续发酵，延长稳定期。 丝状真菌细胞间有分化，但若采用摇床培养使菌丝处于分布均匀的状态，茵丝分化少 也会出现类似规律，但由于其不是单细胞，生长曲线是以细胞质量为纵坐标，且没有对数 生长期，只有迅速生长阶段，重量迅速增长。 丝状真菌生长规律学生查阅资料后讨论 4
《食品微生物学》教案 （第12次课2学时) 一、授课题日 环境因素对微生物生长的影响 二、教学日的和要求 了解微生物的同步培养、连续培养方式，掌握环境因素对微生物生长的影响机理、影 响因素，并能应用于实际生产中 一、数学重点和难点 环境因素对微生物生长的影响 四、教学过程 教学内容：微生物的连续培养、同步培养、环境因素对微生物生长的影响 教学办法：结合实际引导探究，并进行交流讨论 辅导手段：采用PPT辅助教学，充分利用数据比较说明 板书： 二、微生物的连续培养 第二节环境因素对微生物生长的影响 1、恒浊法 、温度 2、恒化法 二、环境气体成分 三、微生物的同步培养 三、pH 学时分配： 号入()min) 微生物的连续培养(26min) 环境因素对微生物生长的影响(70min) 小结(2min) 五、作业课后7、10 六、主要参考资料 微生物学教程，周德庆，1993，高等教育出版社 食品微生物学，杨洁彬等，1989，北京农业大学出版社 食品微生物学，何国庆、贾英民，2002，中国农业大学出版社 七、课后记 5
回顾：单细胞微生物典型生长规律，强调稳定期出现的原因。导入：如何延长稳定期，积 累菌体物质或代谢产物？ 二、微生物的连续培养(16min) 连续培养():又称开放培养，是相对单批培养(batch cure)or封 闭培养(closed culture心)而言的。它是指在微生物的整个培养期问，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。 连续培养需在培养过程中不断补充营养物质和以同样的速率移出培养物才能实现微 生物连续培养。 为什么说连续培养的恒定状态与细胞生长周期中的稳定期有本质的不同？ 1、恒浊连续培养 通过测定所培养微生物的光密度值来自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室 的流速，并使培养物维持在某一恒定浊度。当培养室中的浊度超过预期数值时，流速加快 使浊度降低：当培养室中的浊度低于预期数值时，流速减慢，使浊度升高：恒浊培养器的 工作精度是由光电控制系统的灵敏度来决定的：如果所用培养基中有过量的必需营养物 就可以使菌体维持最高的生长速率。 流速变化，浊度基本不变。 恒浊连续培养一般用于菌体以及与菌体生长平行的代谢产物生产的发酵工业。 连续发酵与单批发酵相比的优点：①缩短发酵周期。②提高设各利用率。③使于自动 控制。④降低动力消耗及体力劳动强度。⑤产品质量较稳定 缺点：①营养物利用率低。②染菌率高。③菌种易退化。 2、恒化连续培养 使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率下进行生长繁殖。 恒化连续培养中，必需将某种必需的营养物质控制在较低的浓度，以作为限制性因子， 而其他营养物均过量（细菌的生长速率取决于限制性因子的浓度，并低于最高生长速率）： 限制性因子必须是机体生长所必需的营养物质，如氨基酸和氨等氨源，或是简萄糖、麦芽 糖等碳源或者是无机盐，因而可在一定浓度范围内能决定该机体生长速率 恒化连续培养是通过控制流速来得到生长速率不同但密度基本恒定的培养物。多用于 科研，如遗传学：突变株分离：生理学：不同条件下的代谢变化：生态学：模拟自然营养 条件建立实验模型等。 三、微生物的同步培养(10min) 同步培养(Synchronous culture):使群体中的细胞处于比较一致的，生长发育均处于同 一阶段上，即大多数细胞能同时进行生长或分裂的培养方法。 同步生长：以同步培养方法使群体细胞能处于同一生长阶段，并同时进行分裂的生长 通过同步培养方法狄得的细胞被称为同步细胞或同步培养物。同步培养物常被用来研究在 单个细胞上难以研究的生理与遗传特性和作为工业发酵的种子，它是一种理想的材料。由
于细胞的个体养异，同步生长往往只能维持2-3个世代，随后又逐渐转变为随机生长。 获得同步培养物的方法有：(1)机械方法：离心方法、过滤分离法和硝酸纤维素滤膜 法等。(2)环境条件控制技术：温度、培养基成份控制和其他条件（如光照和黑暗交替培 养等)。其中硝酸纤维素滤膜法是最经典的狄得同步生长的方法。 53环境因素对微生物生长的影响 研究个体发育、生理性能必须与外界环境条件影响联系起来，才能得出正确结论。 人们调节、控制微生物所处环境，日的是促进某些有益微生物生长发挥有益作用：抑 制杀死那些不利于人类微生物，消除有害作用，防止食品腐质。 学生分析表格、数据得出结论，详讲一种影响因素，其余以学生过论为主 5.3.1温度(30min) 微生物生长的适应温度 微生物体内一系列生化反应受温度影响明显。 前面绪言，微生物适应范围广最低-10℃（一30℃极瑞），最高80-95℃，(105-300 ℃)：不同微生物生长温度范围不同，有宽有窄，但总的米说都有最低生长温度、最适生 长温度、最低生长温度三重要指标，即生长温度二基点。 最适生长温度即最适合微生物生长繁殖的温度，也即是某菌分裂代时最短或生长速率 最高时的培养温度。 强调：不同微生物，在其最适温度下，代时不同： 国一徵生物，其不回生理生化过程有指不回的最适温度。即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，更不等于紫积一代谢产物量最高时的培养温度。 实践意义：运用不同生理代谢物过程所需温度特点，对微生物采用变温分段培养，提 高出品率及生产效率 二、低温对微生物的影响 对低温敏感性养，绝大多数在最低温度，代谢减弱到极低，呈休眠状态，生命活动几 乎停止，低于此温答易死亡 1、水陈对激牛物的影响 新鲜微生物细胞含水70%以上，自由水占3/4，约56%，一日遭受冰冻，微生物受抑 制或致死。 原因：)游离水→冰晶体→机械损伤。 (②)游离水一冰晶体一生理干燥一→细胞质浓缩，粘度增大，电解质浓度增高，细胞质的
p值，胶体状态发生改变一蛋白质部分变性，且使有机质的形成与分解不能正常进行。 (3)所处基质发生改变 2、影响低温对微生物作用的有关因素 ()微生物本身因素：微生物种类不同，抗冰冻能力不同，一股球菌比G杆菌强… (②)与低温有关的因素 温度影响：贮存时问相等，温度相对较高的，死亡菌多，活菌少，伤菌少，实验证明， 微生物存放于一2℃时，菌数下降较多，再低，菌数下降较少，一般低达-20℃以下时，茵 数下降非常缓慢 时问：不论采用哪个温度，贮存时问越长，死亡菌数越多，活菌越少。 降温速度影响： 定温度范围内，降温对某些微生物的死亡率有明显影响， (3)基质及环境因素： 干燥，真空：冻真空干燥保存菌种，注意冰冻，解冻交替，菌体易亡。 基质：糖、盐、蛋白质等存在时，对微生物有保护作用：基质中酸高、水多会加速微 生物死亡。 3、低温用于食品保意 速冻、级冻 三、高温对微生物的影响 耐热微生物：61.6℃，30min尚能生存。超过最高生长温度 一芽孢杆两属，梭状芽孢杆菌属。 与食品有关的有 链球茵属，乳杆菌属。 保加利亚乳杆菌：22℃，40-43℃，52.5℃，有的菌株75℃，20-30min加热有耐性。 嗜热链球菌：20℃，40-45℃，50℃，有的菌经85℃，20-30min还可存活 一耐热微 生物。 炭疽芽孢杆菌，芽孢体140℃干热，3h杀死，水煮，15min 肉毒梭状芽孢杆菌(A型)：芽孢体 一100℃需6h杀死，菌体生长温度10-48℃，最 适生长温度35℃， 嗜热微生物：45℃以上进行代谢，如发酵工业中使用的德氏乳酸杆菌，最适生长温度 45-50℃，嗜热糖化芽孢杆常为65℃。 1、嗜热微生物的耐热机理 (I)具有对热稳定的酶及蛋白质，蛋白质合成机构一核糖体及其他成分抗高温。如α -淀粉酶，70℃处理24h还有活性，90-100℃仍能液化。可高温处理 (2)细胞中脂肪组成不同。饱和脂肪酸多，不饱和脂肪酸少。需高温 (3)鞭毛具抗热性，70℃不破坏，耐高温 (④)生长速率快，能迅速合成生物大分子，弥补高温对大分子的破坏 2、嗜热微生物的生长特性 (1缓慢期非常短：
(2)对数期也非常短，一定范围因温度越高，菌数增长速率越大。菌数增长速度随温升 高而越快，即高时代时短。 进入稳定期后，迅速死亡。生理代谢快，代时短 应用：利用反应代谢快，加快生产：对于有害菌，灭菌速度要快。 3、影响微生物对热抵抗力的因素 )菌体本身 菌种茵龄菌体数量 (2)基质因素 水分脂肪、糖、蛋白质等物质盐类及浓度pH值抑制性物质 (3)加热温度与时间 随着温度升高，微生物的抗热力愈弱，愈容易死亡：加热时间愈长，热致死作用愈大。 在一定高温范围内，温度愈高，杀菌所需的时问愈短。 5.3.2环境气体成分（20min) 一、氧气 根据微生物对氧气的需要，将其分为两大类型 好氧菌、厌氧菌 专性好氧菌：在正常大气压下进行好氧呼吸产能 以呼吸为主，兼营发酵产能 好氧菌 兼性厌氧菌 以呼吸为主，兼营厌氧呼败产能 微生物 微好氧茵 耐氧茵：只能以发酵产能，分子氧无毒 厌氧菌 专性状氧菌：只在无到下生活，氧气对其有毒 1、专性好氧菌(strict aerobe):具有较完善的呼吸酶系统，需要分子氧作为受氢体 只能在有氧的情况下生长繁殖，大多数细菌，所有放线菌、霉菌，如米曲霉、醋酸杆菌、 结核杆菌等。 2、兼性厌氧菌(facultative anaerobe):此类细菌具有完善的酶系统，在有氧或无氧环 境中都能生长。如酿酒酵母、大肠杆菌、大多数病原菌属于此类。 3、做好氧菌 4、耐氧菌 5、厌氧菌(anaerobe):缺乏完善的呼吸德系统，贝能在无氧条件下生长繁殖。如肉 毒梭状芽孢杆菌、双歧杆菌属等 不能在有氧环境下生存在原因是： ①缺乏氧化还原电势较高的南，不能狄得足够能量，也，就不能生长繁殖： ②厌氧菌缺乏超氧化物歧化酶。过氧化氢酶（触酶）。 厌氧菌的氧毒害机制： 9
厌氧茵缺乏SOD,易被生物体内的超氧物阴离子自由基O而毒害致死。 02带负电荷可破坏生物高分子和膜。反应力极强，性质不稳定 S0D可将02歧化成H,02,在过氧化氢酶的作用下变成，0排毒 二、C0n 【、抑菌机理 2、影响抑茵效果的因素 5.3.3酸碱类(20min) 一、酸类对微生物的作用 1、机理 、氢离子作用：酸碱度大小一般用pH值表示，即某溶液中H+浓度的负对数值，纯 水旧门=10mol/L,即p=7,每养一级，门荣10倍。 H门影向细胞质膜上的电荷性质，影响养料吸收： 影响微生物的酶活性： 影响细胞质性质：高浓度门引起菌体表面蛋白质、核酸水解，并破坏酶活性。胶体 溶液有一定等电点 改变代谢途径。比如黑曲霉生产柠檬酸，p=2-2.5时主产物柠檬酸，p=7时主产物 草酸。 pH值除对细胞发生直接影响外，还对其产生不同的间接影响。如影响培养基中营养 物质的离子化程度、影响代谢反应中各种酶的活性等，从而影响微生物对营养物质的吸收， 影响环境中有害物质对微生物的毒性 b、酸类作用于微生物，不仅取绝于旧门，且与酸游离的阴离子和未电离的分子本身 有关。苯甲酸在中性或碱性环境中可以电离，在酸性时电离被抑制，该酸在酸性环境中虽 不电离，但杀菌能力比中性时大100倍。 2、微生物对H值的活应性 做生物总体来说，生长的pH值范围极广(2-8)，绝大多数生长在pH5-9之间。对不 同生物的生长pH来说，也存在最高、最低、最适三个数值。 ()不同种类的微生物各有其适应的生长p值。 (②)同一做生物在不同的生长阶段，不同的生理，生化过程中，有不同的最适p川值要 求。这对发酵生产中pH控制尤其为重要，如：Ap.igr(黑曲霉)在pH2-2.5,有利于产柠 檬酸，贝产少量草酸，在pH2.5-6.5范围内，以菌体生长为主，而在pH7右左，以合成草 酸为主，柠檬酸量极少 (3)微生物自身代谢对基质p州值有影响，如糖发酵氧化成有机酸pH值：蛋白质脱羧 成胺类呈碱性