课程名称：微生物学 班级：生物工程1101 (第十九讲) 章节标题：第五节有害微生物的控制 目的要求：掌握控制微生物生长的物理方法 教学重点：控制微生物生长的物理方法 教学难点：控制微生物生长的物理方法 教学方法：多媒体讲授及讨论法 内容提要及课时分配： 1.生产实践中培养微生物的装置 40分钟 2.控制微生物生长的物理方法 55分钟 3.小结 5分钟 主讲教师：赵萌萌 授课日期：2013年4月30日 兰州交通大学化学与生物工程学院
第五节有害微生物的控制 其实，影响微生物生长的因索都可以控制微生物的生长，包括加热、低温、 干燥、辐射、过滤等物理方法和消毒剂、防腐剂、化学治疗剂等化学方法。 在学习各种控制方法以前我们先来了解一些基本概念 几个基本概念 抑制：在亚致死计量因子作用下导致微生物生长停止，但在移去这种因子后 生长仍可恢复的生物学现象。 死亡：在致死计量因子或在亚致死计量因子长时间作用下，导致微生物生长 能力不可逆的丧失，即使这种因子移去后生长仍不能恢复的生物学现象。 防腐：在某些化学物质和物理因子的作用下，能防止微生物生长的一种措施， 它能防止食物腐败或防止其他物质霉变。例如：日常生活中以干燥、低温、盐腌 或糖渍等防腐方法是保藏食物的主要方法。具有防腐作用的化学物质称为防腐 剂。 消毒：利用某种方法杀死或灭活物质或物体中所有病原微生物的一种措施，。 它可以起到防止感染或传播的作用。具有消毒作用的化学物质称为消毒剂，一般 消毒剂在常用浓度下只能杀死微生物的营养体，对芽孢则无杀灭作用。 灭菌：用物理或化学的方法杀死物体上包括芽孢在内的全部微生物的过程： 灭菌后的物体不再有可行活的微生物。 化疗：利用具有选择毒性的化学物质如磺胺、抗生素等对生物体内部被微生 物感染的组织后病变细胞进行治疗，以杀死组织内的病原微生物或病变细胞，但 对机体本身无毒害作用的治疗措施 一、控制微生物生长的物理方法 (一)高温灭南 当温度超过微生物的最高生长温度时就会引起死亡。 高温杀菌原理：高温的致死作用，主要是由于它使微生物的蛋白质和核酸等重 要生物高分子发生变性、破坏，例如它可使核酸发生脱氨、脱嘌吟或降解，以及 破坏细胞膜上的类脂质成分等。 致死温度：通常将能在10min内杀死微生物的温度称为致死温度。 致死时间：在一定温度条件下杀死微生物所需的最短时间称为致死时间
高温灭菌分为干热灭菌和湿热灭菌 1、千热灭菌 通过灼烧或烘烤等方法杀死微生物。 (1)烘箱热空气法：一般微生物的营养体在100℃保持1小时即可死亡：芽 孢需在160~170℃保持2h才能杀死。因此，干热灭菌必须在160℃~170℃， 保持2~3小时。 (2)火焰焚烧法：在火焰上直接将微生物烧死。接种针、金属小工具、试管 口、三角瓶口及实验动物尸体等可用此法灭菌 2、涩热灭菌 就是利用热蒸汽进行灭菌。在相同温度条件下，湿热灭菌效率比干热灭菌高， 原因： ①在湿热条件下，茵体蛋白易凝固产生变性： ②热蒸汽的穿透力强，杀菌效果好： ③热蒸汽在菌体表面凝结为水时放出潜热，从而可提高灭菌温度。 这也就是为什么同样温度的蒸汽比水的烫伤更加严重。 (1)水煮沸法：在沸水中处理约15分钟以上，欲杀死芽孢需处理2~3小时， 它适用于一般食品、衣物、瓶子、器材（皿）等的消毒。 (2)间歇灭菌法：将待灭菌物品置于蒸锅（蒸笼）内常压下蒸30~60分钟 以杀死其中微生物营养细胞。冷后置于一定温度(28~37℃)下培养过夜，促使 第一次蒸煮中未被杀死的芽孢或孢子萌发成营养细胞，再用同样的方法处理。如 此反复进行3次，可杀灭所有的营养细胞和芽孢、孢子，达到灭菌的目的。此方 法既麻烦又费时，一般适用于有些不宜用高压蒸汽灭菌的物品，如某些糖、明胶 及牛奶培养基等。 (3)高压蒸汽锅法：是湿热灭菌中效果最好的一种方法。用本方法灭菌必须 使用合乎规格的高压蒸汽灭菌器，灭菌对象为金属、纤维、玻璃、陶瓷、木材等 制品。生理盐水、耐高温的培养基、药品及其它物品，高压蒸气灭菌条件为：1kg /cm蒸汽压下，对应温度为121℃，维持20~30mi,即可达到灭菌目的。对体 积大、热传导性差的物品，处理时间可相对长些。 高压蒸汽灭菌不是靠压力，而是靠蒸汽的高温
影响加压蒸汽灭菌效果的因素： ①灭菌物体含菌量的影响 ②灭菌锅内空气排除程度的毖响 ③灭菌对象pl的影响p60~8.0时，微生物较不易死亡：pll<6.0时，最 易引起死亡。 ④灭菌对象的体积 ⑤加热与散热速度 (4)连续加压蒸汽灭菌法：这是在大型发酵厂的大批培养基灭菌的方法。由 于是工厂化生产，就要注重实效性。要节约时间并且提高效率。培养基在流入发 酵罐的过程当中就被迅速的加温、维持并冷却，可以瞬时杀死培养基中的微生物， 而且节约时间，不占用发酵罐的空间，利于自动化操作。 3.巴斯德消毒法：为巴斯德所创。即将待消毒的液体食品在62℃~65℃加 热30分钟或70℃处理15秒后迅速冷却，以杀死其中可能存在的病原菊和一些 微生物的营养细胞，而且可保持食品的营养与风味。啤酒、黄酒、酱油、醋、牛 奶等均用此法消毒。但是经过此法消毒的食品，例如牛奶，是不能长时间保存的， 因为只杀死了营养细胞，芽孢等休眠体仍然存在。（二）低温抑菌 低温能抑制微生物的生长。0℃以下时，菌体内水分冻结，生化反应无法进 行，因而停止生长。0℃以上时，中温和高温型微生物因细胞膜内饱和脂肪酸含 量较高而被冻结，致使营养物质无法进入细胞而停止生长。因此，低温保藏食品 和菌种是最常用的方法。 利用4℃以下的各种低温(0℃、-20℃、-70℃、-196℃等) 冷藏法 将新鲜食物放在4℃保存，防止腐败。然而贮藏只能维持几天，因为低温下 耐冷微生物仍能生长。利用低温下微生物生长缓慢的特点，可将微生物斜面菌种 放置在冰箱中保藏数月。 冷冻法 家庭或食品工业中采用零下20度左右的冷冻温度，使食品冷冻成固态加以 保存，在此条件下，微生物基本上不生长，保存时间比冷藏法更长。如零下20 度低温冰箱、零下70度超低温冰箱、零下195度的液氮
(三)辐射 1、紫外光：紫外线的主要作用：使细胞核酸和原生质发生光化学反应，导 致相邻的胸腺嘧啶(T)形成二聚体，形成嘧啶水合物和使DNA发生断裂和交联， 从而干扰核酸的复制。进而导致微生物的变异和死亡。 2、电离辐射：包括X射线、Y射线、α射线和B射线等。它们的共同特点 是波长短、能量大，能使被照射的物质分子发生电离作用产生自由基，自由基能 与细胞内的大分子化合物作用使之变性失活。 3、强可见光：强烈的可见光可引起微生物的死亡。这是由于光氧化作用所 致。当光线被细胞内的色素吸收，在有氧时，引起一些酶或其它光敏感成分失去 活性。 (四)干燥和渗透压 水是一切生物进行正常生命活动的必要条件。缺水的干燥环境不适于微生物 生活，长期失水将导致死亡。渗透压主要影响溶液中水的可给性，若环境溶液中 的溶质含量过高，渗透压过大，也将抑制微生物的生长繁殖。 1、干燥 微生物的营养细胞一般不耐干燥，在干燥条件下，几小时便会死亡。若在微 生物营养细胞中加入少量保护剂（如脱脂牛奶、血清、蔗糖等）于低温冷冻的条件 下真空干燥，用此法冻干的微生物不仅可以长期保持其活力，而且能保持原有的 遗传特性，是一种较理想的菌种保藏方法。 2、渗透压 高渗环境会使细胞原生质脱水而发生质壁分离，因而能抑制大多数微生物的 生长。通过盐腌和糖渍等高渗措施来保存各种食物，是在民间流传已久的防腐方 法 3、高酸度 用高酸度也可达到防腐的目的。泡菜就是利用乳酸菌的厌氧发酵使新鲜蔬菜 产生大量乳酸，借以达到抑制杂菌和长期保藏的目的。 4、高温可以抑制有害微生物的生长，但是它对于培养基的成分有没有损害 呢？当然是有的，所以我们要对它加以防止。 高温对培养基成分的影响见书上177页，那么要防止这些影响，还需要采用
些特殊的灭菌方法。如分开灭菌，灭菌后再混合，或低压灭菌、间歇灭菌。 (五)过滤除菌 将液体通过某种多孔的材料，使微生物与液体分离：通常使用硝酸纤维素膜 大于滤膜孔径的微生物可以被除去，但有些病毒及支源体仍然可以通过。过滤除 菌可用于对热敏感液体的灭菌，如含有酶或维生素的溶液、血清等。 (六)超声波 超声波具有强烈的生物学作用，它致死微生物主要是通过探头的高须震动引 起周围水溶液的高颊震动，但是这种振动是不同步的，正因为这一点使溶液内产 生真空区，如果菌体接近真空区，细胞内外压力差会导致细胞破裂。 二、控制微生物生长的化学方法 许多化学药剂可以抑制或杀灭微生物。 (一)消毒剂和防腐剂 消毒剂：可抑制或杀灭微生物，对人体也能产生有害作用的化学药剂，主要 用于抑制或杀灭非生物体表、器械、排泄物和环境中的微生物。 防腐剂：可抑制微生物但对人和动物毒性较低的化学药剂。 为什么说它们的界限已经不严格了呢？如高浓度的石炭酸用于器皿表血消 毒，而低浓度的则用于生物制品的防腐。 有机化学类药剂-一主要有酚、醇、醛、酸及其它几种新型有机杀菌剂。 1.酚及其衍生物：酚类化合物是医学上普遍使用的一种消毒剂。其作用主要 是损伤微生物的细胞质膜，钝化酶和使蛋白质变性。 2醇类：能溶解细胞质膜中的类脂，破坏膜结构并使蛋白质变性，但对芽孢 和无包膜病毒的杀菌效果较差。目前应用最为广泛的是乙醇，浓度70%时灭菌力 最强，效果最好。 3.醛类：能与蛋白质氨基酸中的多种基团（如一NH2、一OH、一C0OH和一SH等） 共价结合而使其变性。福尔马林是37~40%的甲醛水溶液。 4.酸类：有机酸能抑制微生物（尤其是霉菌）酶和代谢的活性，常加在食品、 饮料或化妆品中以防止霉菌等微生物的生长。山梨酸及其钾盐常用于酸性食品 (如乳酪)的保存，苯甲酸及其钠盐常用于其它酸性食品和饮料中，苯甲酸的同系 物帕拉宾可用于液体化妆品和肥皂的抑菌物，丙酸钙用于防止毒菌在血包中生
长，水杨酸可用于治疗脚癣和防腐剂。 5.新型气态有机杀菌剂：氧化乙烯是目前广泛应用的一种新型空气及器械表 面消毒剂，能在4~18h内杀死微生物细胞与芽孢，是一种不需加热的有效杀菌 方式，尤其适用于不能经受高温灭菌的物品（如塑料培养皿、注射器、医用缝合 线、纺织品、光学器材，人工心脏瓣膜及宇宙飞船等)的灭菌。 无机化学药剂主要包括卤化物、重金属、氧化剂、无机酸和碱等。 1,卤化物：按杀菌力排列的顺序是：F>CL>B>I。其中以碘和氯最常用。 碘酒在医疗上广泛用作皮肤、伤口和粘膜的表面消毒剂。碘可能通过与细胞中酶 和蛋白质中的酪氨酸的结合而发挥作用，它对细菌、真菌、病毒和芽孢均有较好 的杀菌效果。氯主要包括氯气和氯化物。氯气广泛用于饮水、游泳池和垃圾场的 消毒。氯气和氯化物的杀南效应在于产生次氯酸和原子氧，其反应式为C12十H20 →HC1+H0C1+[o] 初生态的原子氧是强氧化剂，再加上次氯酸根离子的作用，能破坏细胞膜结 构并杀死微生物。重金属及其化合物-一重金属离子具有很强的杀菌效力，其中尤 以Hg十、Ag十和Cu2+最强。汞化合物包括氯化汞(HgC12)、氯化亚汞(Hg2C12) 氧化汞(Hg0)和有机汞。银化合物以硝酸银应用较多。铜化合物中应用最多的是 硫酸钥。 2.氧化剂：通过对细胞成分的氧化作用达到杀菌目的。高锰酸钾(0.1%)和 过氧化氢常用作卫生和实验室消毒剂。 3.染色剂：许多生物染色剂，尤其是碱性染料（如结晶紫、亚甲蓝、孔雀绿、 吖啶黄等)在低浓度下具有明显的抑菌效果并表现出一定的特异性。 4.表面活性剂：是能降低液体分子表面张力的化学物质。如肥皂、洗衣粉和 新洁尔灭等。表面活性剂能影响细胞质膜的稳定性和透性，使细胞的某些必要 成分（如K十）流失，导致微生物生长停滞死亡。 (二)化学治疗剂(Chemotherapeutic agents) 1,抗代谢药物：是一类与生物体内的必需代谢物结构相似，并能以竞争方式 取代它以阻断病原菌正常代谢过程的化学药物。 磺胺是在青霉素应用前治疗许多细菌性传染病的最有效化学治疗剂，尤其在治疗 溶血链球菌、肺炎链球菌，痢疾志贺氏菌以及金黄色葡萄球菌等引起的各种传染
病中，效果更为显著。 磺胺的作用机制： 磺胺的结构与细菌的生长因子一对氨基苯甲酸(PABA)高度相似)，因而两 者发生了竞争性拮抗作用，而PABA是叶酸的一个组分，不少细菌要求外养提供 PABA作为生长因子以合成其代谢中所必不可少的重要辅酶一二氢蝶酸合成酶等 酶，由于它与磺胺的竞争作用使得二氢蝶酸合成醇错把黄胺当成底物，合成了 没有功能的假二氢叶酸。人类因为没有二氢蝶酸合成酶等酶，故必须在营养物中 直接提供四氢叶酸，因而对二氢蝶酸合成酶的竞争性抑制剂一磺胺不敏感。 2、抗生素 (1)定义：是一类由微生物或其他生物生命活动过程中合成的次生代谢或其 人工衍生物，在很低浓度时就能抑制或干扰它种生物的生命活动。 (2)抗生素的作用机制： ①抑制细胞壁的合成：引起细胞壁降解： ②干扰细胞膜合成，破坏细胞壁功能： ③抑制RA转录，抑制蛋白质合成： ④抑制核酸的合成。 (三)微生物的抗药性 随者这种化学治疗剂的广泛应用，葡萄球菌、大肠杆菌、痢疾志贺氏菌、结 核分支杆菌等致病菌表现出越来越强的抗药性，给医疗带来了困难