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    空氣、水、溫度對微生物生長繁殖的影響

    2020-12-29

    空氣、水、溫度對微生物成長繁衍的影響 1.空氣 空氣對微生物的成長繁衍有極大的影響。依據微生物對氧的要求,可把微生物分為三類: 專性好氣菌:又稱專性好氧菌。僅在空氣或有

    空氣、水、溫度對微生物成長繁衍的影響

    1. 空氣

    空氣對微生物的成長繁衍有極大的影響。依據微生物對氧的要求,可把微生物分為三類:

    專性好氣菌:又稱專性好氧菌。僅在空氣或有氧的條件下才華成長,它們要求空氣中的分子態氧作為呼吸過程中畢竟的電子(氫)受體。這類微生物包含悉數霉菌,大部分放線菌及部分細菌。

    專性厭氣菌:又稱專性厭氧菌。僅在沒有空氣或無氧條件下成長,它們不需求分子態氧,而需求其它物質作為生物氧化過程中的畢竟電子(氫)受體,分子態氧對它們往往有毒害效果。在專性好氣菌中存在的超氧化物變位酶、過氧化氫酶或過氧化物酶,都有維護細胞不受氧代謝所發生的超氧化物(O2-)或過氧化氫的毒害效果。而專性厭氣菌中都缺少超氧化物變位酶和過氧化氫酶,因而氧對這類微生物有毒害效果。專性厭氣菌包含部分細菌、放線菌。例如硫酸鹽恢復菌,生活在含有有機質及硫酸鹽的厭氧環境中,發生很多H2S,引起土壤中、水中金屬構件腐蝕,構成損害。

    兼性好氣菌或兼性厭氣菌:它們即能在有空氣或氧氣的條件下成長,又能在沒有空氣或氧氣的條件下成長。在有分子態氧的條件下,它們進行正常的有氧呼吸;在缺少分子態氧的條件下,則進行無氧呼吸或發酵,以取得移風易俗所必需的能量。這類微生物包含酵母菌、一些腸道菌和硝酸鹽恢復菌等。

    從霉腐微生物整體來看,它既能在有氧條件下成長,又能在無氧條件下成長。因而物品、工業制品和食物,不論處于有氧狀況或無氧狀況,均能被霉腐微生物污染。但制品和物品的霉變首要是由專性好氣菌霉菌引起的,因而往往用除氧劑除氧和協作其它有用方法,避免霉菌污染,有用保藏制品和物品。

    在實驗室中培育少量好氣性霉腐微生物時,只要經過棉花塞或絨布的少量空氣,就足以滿意微生物對無菌空氣的要求。假定培育液的體積較大,可將三角瓶放在搖床(往復式或旋轉式)上轟動培育。培育厭氣性霉腐微生物,在實驗室可用抽真空、用焦性沒食子酸吸氧、掩蓋石蠟油、培育基中加入恢復劑或前進氫分壓等方法來結束。

    2. 水分

    水分是微生物最基本的養分要素。微生物細胞中含有很多的水分,例如細菌含水量平均為80%(73.35~87.7%),酵母含水量為75%(54.0~83%),霉菌含水量為85.79~88.32%,霉菌的孢子含水量為38.87%。微生物的成長繁衍和悉數生命活動都離不開水。需水量的多少隨微生物的品種而不同,一般來說水分的需求量是:細菌>酵母>霉菌?;|中的水分,特別是表層部分的含水量,隨空氣中的濕度而改動??諝庀鄬穸雀?,則基質表層的含水量也高;空氣相對濕度低,則基質表層的含水量也低。與微生物的發育有接近聯絡的,不是水分含量,而是水分活性(Water activity,簡寫成Aw)?;|中所含的水分,不能悉數為微生物所運用,其間一部分得溶解基質的成分。因而,與可溶性物質少的基質比較,可溶性物質多的基質水分活性就低,微生物的繁衍就不簡略??扇苄晕镔|一旦溶于水,水的一部分就捕獲這種物質,水蒸汽壓就下降。假定純水的水蒸汽壓為Po,某種基質的水蒸氣壓為P,則這種基質的水分活性Aw=P/Po。P/Po也用來標明大氣中的相對濕度(RH),這時候用%來標明,即RH=Aw×,亦即環境中的水分聯絡用相對濕度標明。

    微生物的繁衍與培育基或基質中的水分活性有關,水分活性低,繁衍就差,一旦水分活性低于某種水平常,整個繁衍就連續。一般的菌,水分活性在0.995鄰近,發育最旺盛。表1-4標明微生物的發育與水分活性的聯絡。

    表1-4 微生物的發育與水分活性的聯絡

     

    微生物

    發育的最低Aw

    普 通 細 菌

    普 通 酵 母

    普 通 霉 菌

    好 鹽 細 菌

    耐干性霉菌

    耐滲透壓酵母

    0.90

    0.88

    0.80

    ≤0.75

    0.65

    0.61

     

    由表1-4可知,細菌最怕單調,一旦Aw在0.90以下時,幾乎一切的細菌都不能成長;其次是酵母,最低Aw是0.88;最本領單調的是霉菌,Aw在0.80也能發育。特別的微生物,例如好鹽性細菌,Aw到0.75時也能成長;耐干性霉菌,Aw到0.65時也能成長;在最低水分活性上能夠發育的是耐滲透壓酵母,Aw為0.61。

     

    即便歸于同一類群的菌種,它們成長發育的最低Aw值也有差異。

    (1)細菌成長的水分活性:細菌成長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、好鹽菌的Aw值為0.75外,其它絕大部分均在0.94以上,表1-5標明一些細菌成長的最低Aw。

    表1-5 某些細菌成長的最低Aw值

     

    覃狀芽孢桿菌

    肉毒梭菌(發芽)

    假單胞菌屬

    蠟狀芽孢桿菌(發芽)

    無色桿菌屬

    大腸桿菌

    枯草芽孢桿菌

    紐彼特沙門氏菌

    肉毒梭菌

    0.99

    0.98

    0.97

    0.97

    0.96

    0.96~0.935

    0.95

    0.945

    0.95

    產氣腸桿菌

    蠟狀芽孢桿菌

    糞鏈球菌

    八疊球菌

    玫瑰色小球菌

    金黃色葡萄球菌(厭氧)

    金黃色葡萄球菌(需氧)

    好鹽菌

    0.945

    0.94

    0.94

    0.950~0.930

    0.905

    0.90

    0.80

    0.75

     

    Aw值的下降,可促進細菌成長的延遲期延長,細胞分裂速度下降。一般引起食物糜爛的細菌,它們的成長最低Aw值,極大大都在0.94~0.99之間。

    (2)酵母成長的水分活性:酵母需求的水分活性比細菌低,但比霉菌高,除耐滲透壓酵母外,其成長的最低Aw值規劃在0.94~0.88,如表1-6所示。

    如面包酵母成長的最低Aw值為0.905,若要抑制這些酵母效果,單靠添加蔗糖的濃度,需加到1400克/升左右才華使Aw值降至0.905以下。食物的含糖量一般不或許太高,因而大都加糖食物都有酵母菌污染的或許。

    表1-6 某些酵母成長的最低Aw值

     

    產朊圓酵母

    產朊假絲酵母

    裂殖酵母屬

    面包酵母

    璞酵母屬

    0.94

    0.94

    0.93

    0.905

    0.90

    啤酒酵母

    紅酵母屬

    內孢霉屬

    異形魏立氏酵母

    魯氏酵母(耐高滲酵母)

    0.895

    0.89

    0.885

    0.88

    0.60~0.01

     

    (3)霉菌成長的水分活性:霉菌與細菌、酵母比較,能在較低的Aw規劃內成長,表1-7標明某些霉菌的最低Aw值。

    表1-7 某些霉菌成長的最低Aw值(孢子發芽)

     

    根霉屬

    葡萄孢屬

    毛霉屬

    乳粉孢霉

    黑曲霉

    青霉屬

    黃曲霉

    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

    灰綠曲霉

    薛氏曲霉

    葡匐曲霉

    紅曲霉

    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長。假定Aw值為0.65時,少量尚能成長的霉菌,就稱之為干性霉菌。霉菌孢子發芽的最低Aw值與霉菌成長所需的Aw值(指發芽后菌絲的伸長的Aw值),兩者比較較,后者比前者要高,例如灰綠曲霉的發芽最低Aw值是0.73~0.75,而其成長所需的Aw值在0.85以上,成長速度的合適Aw值必須在0.93~0.97。

    飽和濕度的大氣,在20℃時,每立方米中含水量達17克,滿意許多微生物,特別是真菌和細菌的成長。因而,當梅雨季節和濕潤氣候時,各種物品,如糧食、紡織品和皮革制品都簡略長霉,每年構成很大的丟失。

    單調是不利于微生物成長繁衍的一個條件。一般微生物在單調狀況下會逐漸逝世。單調會引起菌體細胞失水,細胞內鹽分濃度增高或蛋白質變性,然后導致生命活動下降或逝世。

    各種微生物關于單調的反抗力不同。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數月。發生莢膜的細菌對單調的反抗力比不發生莢膜的細菌要強。結核分枝桿菌特別耐單調。細菌的芽孢、霉菌的孢子對單調的反抗力就更大了,可經數年乃至數十年不逝世,一旦遇到合適的條件仍可發芽繁衍。

    微生物關于單調的反抗力還與所在的環境條件及單調的程度有關。例如,細菌在玻璃上很快逝世,但在徹底單調后的肉湯、牛奶和其它含蛋白質的培育基中存活率仍較高;在單調的土壤中可長期生計。這是由于養分物質或土壤起著維護劑的效果。

    在真空或惰性氣體中微生物的抗單調才干比有氧存在時大。細菌能夠在徹底沒有氧氣的環境中逝世,但很緩慢。

    此外,單調時溫度越高,微生物逝世就越快。緩慢單調逝世較多,而快速失水可使菌體長期保存?;|中的菌數越多、密度越大,對單調的反抗力也越強。

    由于在單調的環境中,微生物或處于休眠狀況,生命活動遭到抑制,或逐漸逝世,因而常用晾干、烘干、熏干等單調方法來抑制霉腐微生物的成長,保存食物、各種工業原料、產品。物品和食物的單調程度同微生物污染有接近的聯絡。如干制食物的Aw值在0.80~0.85之間,在1~2周內,可被霉菌等微生物污染而蛻變損壞;Aw值在0.70時,能夠較長期避免微生物污染;Aw值為0.65的食物,僅少量微生物有成長或許,即便成長也是緩慢的,乃至能夠連續兩年還不易引起食物損壞。因而,要使食物保藏期抵達3個月,Aw值應操控在0.72以下;要求保藏期為2~3年,則Aw值必須在0.65以下。

    3. 溫度

    在影響微生物成長繁衍的外界要素中,溫度的影響最為接近。溫度的影響表現在兩方面:一方面跟著溫度的上升,細胞中生物化學反應速率加速;另一方面,組成細胞的物質如蛋白質、核酸等都對溫度較活絡,跟著溫度的升高,這些物質的立體結構遭到破壞,然后引起微生物成長的抑制,乃至逝世。因而只在必定的溫度規劃內,微生物的代謝活動和成長繁衍才跟著溫度的上升而添加。溫度上升到必定程度,開始對微生物發生不良影響,假定溫度持續升高,微生物細胞功用急驟下降以致逝世。

    各種微生物成長所需求的溫度規劃是不同的。從微生物的整體來看,成長溫度規劃很廣,已知的微生物在-10℃~95℃均可成長,但每一種微生物只在必定的溫度規劃內成長。各種微生物按其成長速度可分為三個溫度鴻溝,即最低成長溫度、最適成長溫度和成長溫度??缭阶畹秃统砷L溫度的規劃,微生物的生命活動就要遭到抑制或連續。因而,在實踐作業中,能夠經過對溫度的操控,來促進有益微生物的成長,抑制或消除有害微生物的成長繁衍。

    最低成長溫度是指微生物成長和繁衍的最低溫度。在此溫度時,微生物成長最慢,低于這一溫度,微生物成長就連續。

    最適成長溫度是指微生物成長最合適的溫度。在這一溫度時,假定其它條件合適,微生物成長繁衍最快。

    成長溫度就是在其它環境因子堅持不變的狀況下,微生物能夠成長繁衍的溫度??缭竭@一溫度,微生物成長繁衍就連續,乃至逝世。

    各種微生物的最低、最適和成長溫度,還因環境條件的不同而有所改動。依據微生物的最適成長溫度,能夠將微生物分為三大類:

    低溫微生物:凡成長最適溫度在20℃以下的微生物。例如,海洋、深湖、冷泉中都有低溫微生物的存在。冷藏食物的糜爛,大都由這類微生物引起,也是構成冷藏血漿污染的原因。

    中溫微生物:最適成長溫度為20~40℃規劃的微生物,自然界中極大大都微生物都歸于這一類。其間又可分為寄生中溫菌和腐生中溫菌。寄生中溫菌的最適成長溫度為37℃左右,腐生中溫菌的最適成長溫度為20~25℃。酒精酵母的最適成長溫度為28℃,啤酒酵母為25℃,蘋果青霉為25℃~27℃,放線菌為28℃。引起人和動植物疾病的病原菌,構成農副產品、工業器件、生活用品霉腐的微生物,往往都歸于這一類菌。

    高溫微生物:最適成長溫度在45℃以上的微生物稱為高溫微生物,常見于溫泉、堆肥、廄肥及其它腐爛有機物中。參加堆肥、廄肥制造過程中后階段有機物質的分化效果,以芽孢桿菌和放線菌較多。這些高溫微生物常給罐頭工業上的滅菌帶來困難。一些霉菌成長與溫度的聯絡如表1-閃現。

    表1-8 霉菌成長與溫度的聯絡

     

    微生物稱謂

    成長溫度

    最低

    最適

     

    黑曲霉

    葡萄曲霉

    刺孢曲霉

    灰綠曲霉

    青霉

    黃萎輪枝孢

    分枝毛霉

    尖鐮孢

    深藍鐮孢

    立枯絲核菌

    圓小叢殼

    亮光卷鉤絲殼

    籬邊革裥霉

    多孢霉

    擬莖點霉

    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

     

    溫度對微生物的成長繁衍影響很大。一般來講,微生物對低溫的反抗才干較之對高溫反抗才干強。大部分微生物,不論低溫、中溫或高溫微生物,在低溫條件下處于休眠狀況,代謝活動幾乎悉數連續,成長繁衍遭到抑制,但仍能存活,一旦遇到合適的環境就能夠成長繁衍。但有少量微生物在低于最低溫度成長時會靈敏逝世。還有少量微生物能在必定的低溫規劃內緩慢成長。赤色酵母在-34℃時仍能成長發育,細菌中有的在-18℃可發育,霉菌中最低發育溫度為-12℃。

    可用低溫抑制微生物的成長來抵達保藏食物的意圖。但在稍低于冰點以下的溫度,某些食物如濃縮果汁、煙熏臘肉、冰淇淋等中仍能發現存在有微生物。低溫首要是抑制微生物的成長,假定冷藏食物中也污染了病原菌,仍有傳布疾病的或許。

    當環境溫度跨越微生物的成長溫度時,引起細菌內核酸、蛋白質等物質的變性,酶的失活,畢竟引起微生物的逝世。溫度越高,微生物逝世越快。不同的微生物對高溫的反抗力不同。大大都細菌、酵母菌、真菌的養分細胞在50~65℃加熱10分鐘就可致死。放線菌和霉菌的孢子比養分細胞抗熱性強,在76~80℃加熱10分鐘才致死。細菌的芽孢抗熱性最強,要在100℃高溫下處理適當長期才致死。例如肉毒梭菌可在肉類罐頭中繁衍,并發生極毒的肉毒毒素。它的芽孢在pH7.0時,要在100℃的高溫下煮8小時才被殺死;如用115℃加壓蒸汽滅菌,需經10~40分鐘,在121℃下需經10分鐘才被殺死。所以一般非酸性罐頭食物,需用121℃滅菌20~70分鐘。表1-9標明各種芽孢的抗熱性。

    表1-9 各種芽孢的抗熱性

     

    品種

    濕熱滅菌溫度(℃)

    滅菌所需時間(分鐘)

    炭疽芽孢桿菌

    蠟狀芽孢桿菌

    枯草芽孢桿菌

    嗜熱脂肪芽孢桿菌

    肉毒梭狀芽孢桿菌

    105

    100

    100

    120~121

    120~121

    5~10

    6

     6~17

    12

    10

     

    微生物的抗熱性還取決于菌齡、基質成分及微生物的數量。一般老齡菌比幼齡菌抗熱性強?;|成分對微生物的抗熱性也有影響,基質中的脂肪、糖、蛋白質對微生物有維護效果,然后增強了微生物的抗熱性?;|pH值違背7時,特別是傾向酸性時,微生物的抗熱性顯著下降。微生物的數量越多,抗熱性越強,這是由于菌體細胞能分泌對菌體有維護效果的蛋白質類物質。菌體多,這種維護性物質的量也多。食物和物品的物理狀況與滅菌效果也有很大聯絡,一般固體食物和物品,滅菌時間要長或滅菌溫度要高,這是由于固體物品僅有熱的傳導效果,而無對流效果;而液體物品滅菌時間可短一些或滅菌溫度可低一些,這是由于液體物品的穿透除傳導效果外,還有對流效果。

    由于跨越成長溫度會引起微生物的逝世,所以高溫常常用來滅菌,以抵達有用保存物品和食物的意圖。例如,牛奶、啤酒、黃酒、醬油、醋等食物往往經過62℃加熱30分鐘或70℃加熱15分鐘的滅菌處理(巴斯德滅菌法),這樣既殺死了其間的病原菌和一部分微生物的養分體,又不損害食物的養分價值和色香味。

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