微生物的生存因子

一、温度

微生物都有各自的最低、最适和最高生长温度范围。最适生长温度是某菌分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。最适生长温度并不等于生长得率最高时的培养温度，不同的微生物最适生长温度不同。

最低生长温度：一般-10℃ — -5℃ ，极端-30℃ 

最适生长温度：嗜冷菌： 小于20℃  （15℃ ）

中温菌：  20℃ -45℃  室温菌25℃ 

体温菌37℃ 

嗜热菌：   45℃ （50℃ -60℃ ）

最高生长温度： 一般：     80℃ -90℃ 

极端：    105℃ - 150℃

温度对微生物生长的影响具体表现在：①影响酶活性，微生物生长过程中所发生的一系列化学反应绝大多数是在特定酶催化下完成的，每种酶都有最适的酶促反应温度，温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞物质合成；②影响细胞质膜的流动性，温度高流动性大，有利于物质的运输，温度低流动性降低，不利于物质运输，因此温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌；③影响物质的溶解度，物质只有溶于水才能被机体吸收或分泌，除气体物质以外，温度上升物质的溶解度增加，温度降低物质的溶解度降低，最终影响微生物的生长。

二、pH

微生物生长过程中机体内发生的绝大多数的反应是酶促反应，而酶促反应都有一个最适pH范围，在此范围内只要条件适合，酶促反应速率最高，微生物生长速率最大，因此微生物生长也有一个最适生长的pH范围。此外微生物生长还有一个最低与最高的pH范围，低于或高出这个范围，微生物的生长就被抑制，生物的生长pH范围为2-10，大多数在pH5-9。同种微生物在不同的生长阶段、不同的生理、生化过程有不同的p要求 ，如黑曲霉（Aspergillus niger）细菌生长pH2.5-6.5，合成柠檬酸pH2.0-2.5，合成草酸 pH7。不同微生物的pH也存在最低、最适、最高。

三、氧化还原电位

用Eh表示，单位为V或mV。

1.好氧微生物：大于+100 mV才能生活, +300～+400 mV  。

2.兼性菌：大于+100 mV时进行好氧呼吸，小于时进行无氧呼吸。

3.厌氧菌：－200～－250 mV。

二、溶解氧

根据氧与微生物生长的关系可将微生物分为好氧、微好氧、耐氧型、兼性厌氧和专性厌氧五种类型。

１）专性好氧菌:高浓度氧（０.２巴），完整呼吸链，分子氧为最终氢受体，含超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）和过氧化氢酶。

２）兼性厌氧菌：有氧时呼吸产能，无氧时发酵或无氧呼吸产能，细胞含ＳＯＤ和过氧化氢。

３）微好氧菌：较低的氧分压（0.01-0.03）下才生长，通过呼吸链，以氧为最终氢受体。

４）耐氧菌：可在分子氧存在下进行厌氧生活，无呼吸链，专性发酵和底物水平磷酸化获得能量

５）厌氧菌：一般厌氧与严格厌氧。分子氧对它们有毒，生命活动能量通过发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸化或甲烷发酵提供，细胞内缺ＳＯＤ和细胞色素氧化酶，大多数缺过氧化氢酶。

厌氧菌的氧毒害机制－ＳＯＤ学说：

好氧菌含超氧化物歧化酶ＳＯＤ和过氧化氢酶，可催化超氧化物自由基分解，最终分解成水。而厌氧菌细胞内缺ＳＯＤ和细胞色素氧化酶，大多数缺过氧化氢酶。

•过氧化氢酶（好氧生物） H2O+1/2O2

2H2O  +2Ｏ2 . -    SOD Ｏ2＋Ｈ2Ｏ2

•过氧化物酶 （耐氧菌）２H2O

培养不同类型的微生物要采用相应的措施:

好氧微生物：需震荡或通气，保证充足的氧气。

专性厌氧微生物：需排除环境中的氧气，同时在培养基中添加还原剂，降低培养基中的氧化还原电位势。

兼性厌氧或耐氧微生物：可深层静止培养。

氧气与微生物的关系

五.水活度

环境中水的有效性用水的活度αw表示。

αw指在一定温度和压力下，溶质蒸气压与纯水蒸气压之比。

环境中的αw介于0～1之间，溶液浓度越大，αw越小。

微生物一般在αw为0.65～0.99的条件下生长, αw过低时,大多数微生物将停止生长。不同微生物的αw也不同。

六、渗透压

a.等渗溶液，细胞形态与大小不变。

b.低渗溶液，溶液中水分进入细胞内部，细胞膨胀。

c.高渗溶液，细胞内水分流出，细胞发生质壁分离。

第三节 不利因子对于微生物的影响

一、辐射作用    辐射灭菌(radiation Sterilization)是利用电磁辐射产生的电磁波杀死大多数物质上的微生物的一种有效力法。

紫外线(UV)使DNA分子中相邻的嘧啶形成嘧啶二聚体，抑制DNA复制与转录等功能，杀死微生物；X射线和y射线能使其他物质氧化或产生自由基(OH^·、H^·)再作用于生物分子，或者直接作用于少物分子，打断氢键、使双键氧化、破坏环状结构或使某些分子聚合等方式，破坏和改变生物大分子的结构，以抑制或杀死微生物。

2.电离辐射

为高能电磁波，具有较强的穿透力。常用于罐头消毒。

二、超声波与微波

1.超声波

       频率在20000Hz以上的人耳听不到的声波。

作用机理

a. 超声波作用下，内含物剧烈振荡，失去活性；

b.溶液受超声波作用产生空腔，巨大压力导致细菌死亡

c.溶液产生大量微小气泡，对微生物进行猛烈冲击，细菌破裂。

三、重金属离子：

    汞、银、铜、铅及其化合物

杀菌机理：

       1.与酶的－SH基结合，导致酶失去活性；

       2.与蛋白质结合，发生变性或沉淀。

四、极端温度

常用高温消毒或灭菌。

消毒：杀死所有营养细胞和一些芽孢。

灭菌：利用高温、物理、化学方法将所有微生物营养细胞和所有芽孢或孢子全部杀死。

1、干热灭菌法

对于一些玻璃器皿、金属用具等耐热物品还可以用干热灭菌法进行灭菌，但干热灭菌所需时间比湿热灭菌温度高和时间长。160℃需2h。灼烧火焰。

2、湿热灭菌法

湿热比干热灭菌更好：更易于传递热量；穿透力强，气化热；更易破坏保持蛋白质稳定性的氢键等结构。

湿热对一般营养体和孢子的杀灭条件：多数细菌和真菌的营养细胞：在60℃左右处理5-10分钟；

酵母菌和真菌的孢子：用80℃以上温度处理5-10分钟；细菌的芽孢：121℃处理15分钟以上；

1）巴氏消毒法

对于牛奶及其热敏感物质不适宜，因为高热破坏了食品的营养与风味。将待消毒的液体食品在63℃加热30分钟或72℃处理15秒钟后迅速冷却，以杀死其中可能存在的病原菌和一些微生物的营养细胞，而且可保持食品的营养与风味。现在，牛奶或其他液态食品一般都采用超高温灭菌，即135—150℃，灭菌2—6秒，既可达杀菌和保质，缩短了时间，又提高了经济效益。

2）煮沸消毒     即将待消毒物品如注射器、金属用具、解剖用具等在水中煮沸15-30 min或更长时间，以杀死细菌或其他微生物的营养体和少部分的芽孢或孢子。如果在水中适当加1％碳酸钠或2％一5％的石炭酸则杀菌效果更好。

3）间隙灭菌法

对于某些培养基，由于高压蒸汽灭菌会破坏某些营养成分，可用间隙灭菌法灭菌，即流通蒸汽(或蒸煮)反复灭菌几次，例如第一次80-100 ℃15-60分钟后杀死微生物营养体，冷却，37 ℃培养过夜，孢子萌发，又第二次蒸煮，杀死营养体。这样反复3次就可以完全杀死营养体和芽孢，也可保持某些营养物质不被破坏。4）常规高压灭菌法

高压蒸汽灭菌的温度越高，微生物死亡越快。通常情况下温度为121℃(压力15磅/cm2), 15-20分钟；115℃ (压力10磅/cm2) ，30分钟。

5)连续加压灭菌蒸汽灭菌

135-150℃，5-15秒，工业上发酵培养基；135-150℃，2-6秒，牛奶或其它液态食品。

影响加压蒸汽灭菌效果的因素：含菌量、排气程度、pH、加热速度与散热速度。

五、极端pH对微生物的影响

（1）影响蛋白质解离，从而影响细胞表面的电荷，影响营养物质的吸收；

（2）影响营养物质的离子化，影响其进入细胞；

（3）影响酶的活性；

（4）降低抗热性。

六、干燥

七、醇、醛、酚等对微生物的影响

八、抗代谢药物

有些化合物在结构上与细菌所必需的代谢物很相似，以至可以和特定的酶结合，从而阻碍了酶的功能，干扰了代谢的正常进行，这些物质称为抗代谢物

磺胺药物：最早发现，最常见的化学疗剂，抗菌谱广，能治疗多种传染性疾病。

作用机理：很多细菌需要自己合成叶酸而生长, 磺胺是叶酸组成部分对氨基苯甲酸的结构类似物，可竟争性的和二氢喋酸合成酶结合，阻止叶酸的合成。

九、抗生素对微生物的影响

1）抑制细胞壁的合成：例如青霉素、先锋霉素、万古霉素、杆菌肽、环丝氨酸和多氧霉素等。其中青霉素b-内酰胺环结构与D-丙氨酸末端结构相似，从而能占据D-丙氨酸的位置与转肽酶结合，并将酶灭活，肽链之间无法彼此连接，抑制了细胞壁的合成。多氧霉素能阻止细胞壁成分中几丁质的合成而成为有效的杀真菌剂。

2）损伤细胞质膜，例如属于多肽链(包括多粘菌素、短杆菌素等)和多烯族( 包括两性霉素、制霉菌素和曲古霉素等)的抗生素。多粘菌素通过与细胞质膜中磷脂、脂蛋白和脂多糖的结合而破坏膜结构，造成细胞内物质的流失；多烯族抗生素则通过与膜中固醇的结合来破坏膜结构，是抗真菌药剂。

3）干扰病原菌的蛋白质合成，不同类型的抗生素作用于蛋白质合成途径的不同阶段：有的作用于核糖体30S小亚基(如四环素，链霉素、卡那霉素等)；有的作用于50S大亚基(如氯霉素、红霉素、林可霉素等)。它们作用的最终结果均是通过干扰蛋白质合成来抑制和杀死病原微生物。

4）阻碍核酸的合成，如灰黄霉素、利福霉素及抗肿瘤的抗生素(如放线菌素D 、丝裂霉素C等)，它们能以不同的方式干扰病原菌DNA的复制或使DNA链断裂，从而使病原微生物死亡和癌细胞停止生长。