食品微生物学教案

第一章绪论

微生物: 一类个体微小、结构简单、肉眼不可见或看不清楚的微小生物的统称。

微生物的种类: 原核细胞型微生物真核细胞型微生物非细胞型微生物

微生物的特点

1. 个体微小，比表面积大

2．繁殖快，个体长不大

3．物种多，分布广，食谱杂

4．适应性强，易变异

5. 观察和研究的手段特殊

微生物学（microbiology）:

是研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其应用的一门学科。

微生物学的形成和发展:

安东·列文虎克

巴斯德

柯赫

食品微生物学: 是专门研究与食品有关的微生物的种类、特点及其在一定条件下与食品工业关系的一门学科。

食品微生物学的任务:

有益微生物在食品制造中的作用

有害微生物对食品的危害及防止

第二章原核生物的形态、结构和功能

细菌（bacteria）:是一类个体微小、有细胞壁的单细胞原核微生物。

基本形态分为：

球状---球菌

杆状---杆菌

螺旋状---螺旋菌

其中以杆菌最为常见，

球菌次之，螺旋菌较少。

G+ 菌与G- 菌细胞壁的比较

细胞壁革兰阳性菌革兰阴性菌

强度较坚韧较疏松

厚度20-80nm10-15nm

肽聚糖层数可多达60层1-2层

肽聚糖含量占细胞壁干重40%-95%占细胞壁干重5%-20%

磷壁酸有无

脂类几乎无有

外膜层无有

革兰氏染色法

?染色程序：丹麦医生革兰

细菌涂片→草酸铵结晶紫初染→

鲁哥氏碘液媒染→乙醇(或丙酮)脱色

→番红复染

?染色结果：

兰紫色——Ｇ＋菌

红色——Ｇ－菌

革兰氏染色的机理

质粒: 一种自我复制、稳定遗传和表达的染色体外的遗传因子(环状DNA分子)

?糖被: 某些细菌在新陈代谢过程中产生的覆盖在细胞壁外的一层疏松透明的粘液状

物质

?类型：

(1) 微荚膜: ＜0.2um

(2) 荚膜：有明显的边缘。

(3) 粘液层：没有明显的边缘

(4) 菌胶团：菌体连为一体。

?糖被主要功能有：

①保护菌体→→

②贮藏养料。

③表面吸附作用。

④作为透性屏障。

⑤细菌间的信息识别作用。

⑥堆积代谢产物。

糖被与生产实践的关系

鉴定菌种

提取葡聚糖—“代血浆”

胞外多糖：黄原胶用于石油开采

菌胶团用于处理污水

某些细菌生长到一定阶段，在细胞内形成一个圆形、椭圆形或圆柱形，高度折光，厚壁，含水量极低，抗逆性强的休眠体，称为芽孢。又叫内生孢子。

抗逆境能力强的原因

鞭毛

观察方法：

（1）电镜观察；

（2）光镜观察:特殊染色法；

悬滴法及暗视野映光法(具运动情况)；

（3）肉眼观察:半固体穿刺培养法;

平板培养菌落边缘

细菌的繁殖

?单个细胞接种在固体培养基，由于固体培养基限制细胞运动，繁殖的细胞将以母细

胞为中心形成肉眼可见的子细胞群体，称为菌落。

第三章真核微生物的形态与结构

?真核微生物(包括酵母菌和霉菌):是一大类细胞核具有核膜，能进行有丝分裂，细胞

质中存在线粒体或同时存在叶绿体等多种细胞器的微小生物。

?酵母菌的特点

个体一般以单细胞状态存在

多数营出芽繁殖,也有裂殖

能发酵糖类产能

细胞壁常含甘露聚糖

喜在含糖量较高，酸度较大的水生环境中生长

酵母菌的细胞壁其化学组成主要是:

外层为甘露聚糖（mannan）

内层为葡聚糖（glucan），

其间夹有一层蛋白质分子。

蛋白质约占细胞壁干重的10%

酵母菌的繁殖

无性繁殖：无性繁殖是指不经过性细胞，由母细胞直接产生子代的繁殖方式。

第二节霉菌

?它是指可以生长在营养基质上，形成绒毛状、絮状、蜘蛛网状菌丝的真菌。

霉菌的形态

霉菌的菌丝分有隔菌丝和无隔菌丝两种类型

菌丝的变态

菌丝组织：（1）疏松组织（2）拟薄壁组织：

霉菌的繁殖

产生无性孢子是霉菌进行无性繁殖的主要方式，这些孢子主要有孢囊孢子、分生孢子、节孢子、厚垣孢子和芽孢子。

?经过两性细胞结合而形成的孢子称为有性孢子。

?常见的有性孢子有卵孢子、接合孢子、子囊孢子和担孢子。

子囊果主要有三种类型：一种为完全封闭式，称闭囊壳。瓶形有孔口的称子囊壳。开口呈盘状的称子囊盘。

第四章非细胞型微生物的形态与分类

第一节病毒

病毒（virus）是一类比细菌更微小，能通过细菌滤器，只含一种类型的核酸（DNA或RNA），仅能在活细胞内生长繁殖的非细胞形态的微生物。

病毒区别于其他生物的主要特征

1.无细胞结构

2.专性活体寄生

3.个体极小

4.特殊的抵抗力

?病毒的基本化学组成

蛋白质和核酸，而且每种病毒只含RNA或DNA一种核酸。

三类典型形态的病毒

?廿面体对称的结构(球状)

?螺旋对称的结构(杆状)

?复合对称的结构(蝌蚪状)

病毒的增殖又称为病毒的复制，是病毒在活细胞中的繁殖过程。

噬菌体的繁殖一般可分五个阶段，即

?吸附

?侵入

?增殖（复制与生物合成）

?成熟（装配）

?裂解（释放）

凡在短时间（如T系噬菌体，T4、T7、φX174等）内能连续完成以上5个阶段而实现其繁殖的噬菌体称烈性噬菌体.

?有一些噬菌体侵染宿主细胞后，并不立即在侵染的细胞内增殖，而是将侵入的核酸

整合到宿主细胞的基因组中，与其一起同步复制，这种不导致宿主细胞裂解，并使之能正常分裂的噬菌体称为温和噬菌体或溶源性噬菌体。

?温和噬菌体侵染细菌后不裂解它们，与之共存的特性称为溶原性。

凡是在核酸和蛋白两种成分中，只含有其中一种分子的病毒，称亚病毒。

噬菌体的危害

主要是引起发酵中的噬菌体污染

①丙酮、丁醇发酵与噬菌体污染

②抗生素发酵与噬菌体污染

③食品工业上的噬菌体污染

第五章微生物的营养与生长

第一节微生物的营养

营养物质(nutrient):能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质。

营养( nutrition):微生物获得与利用营养物质的过程。

凡是提供微生物营养所需的碳元素（碳架）的营养源，称为碳源。

氮源(nitrogen source) 凡是提供微生物营养所需的氮元素的营养源，称为氮源。

蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用，这种氮源叫迟效氮源。

无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做速效氮源。

生长因子（growth factor）是一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物。

将碳源物质的性质和代谢能量的来源结合起来微生物可分为：

光能自养型微生物

光能异养型微生物

化能自养型微生物

化能异养型微生物

营养物质进入细胞的方式

目前一般认为营养物质主要以单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转位四种方式透过微生物细胞膜。

培养基（medium）是人工配制的,适合不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的混合营养物质。

配制培养基的原则

1. 适宜的营养物质

2. 营养协调

3. 适宜的理化条件

1）pH

①磷酸盐类

②碳酸钙

2）渗透压

3）氧化还原电位

4）水分活度

4.经济原则

培养基的种类

1. 根据营养成分的来源划分

1）天然培养基

(Complex medium; undefined medium)

2）合成培养基

(Synthetic medium; defined medium)

3）半合成培养基

(Semi-defined medium)

2．按照物理状态来划分

1）液体培养基

2）固体培养基:含琼脂1.5~2%

3）半固体培养基:含琼脂0.2~0.7%

4) 脱水培养基

3．按照功能划分

1）基础培养基(Minimum medium)

2）增殖培养基(Enrichment medium)

3）鉴别培养基(Differential medium)

4）选择培养基(Selective medium)

第二节微生物的生长

微生物生长(Growth)：是指细胞物质有规律地、不可逆增加的生物过程。

微生物繁殖(Reproduction)：是微生物生长到一定阶段由于细胞内各种细胞结构的复杂和重建导致产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的整个生物学过程。

把一定微生物接种到一定的液体培养基中后，在一定条件下培养，定时取样测量活菌数，以活菌数的对数值为纵坐标，以培养时间为横坐标，就可以画出一条有规律的曲线，即微生物的典型生长曲线（growth curve）。

代表单细胞微生物从生长开始到衰老死亡的一般规律。

据微生物的生长速率常数，即每小时的分裂代数的不同，一般把典型的生长曲线粗分为延滞期、对数期、稳定期和衰亡期四个时期。

1、延滞期

特点：

1）生长的速率常数为零。

2）细胞的体积增大，DNA含量增多为分裂作准备。

3）合成代谢旺盛，核糖体、酶类和A TP的合成加快，易产生诱导酶。

4）对不良环境敏感，例如pH、NaCl溶液浓度、温度和抗生素等化学物质。

2、对数期

特点:

①菌体细胞生长的速率常数R最大，分裂快，代时短，

②细胞进行平衡生长，

③菌体内酶系活跃，代谢旺盛，

④菌体数目以几何级数增加，

⑤群体的形态与生理特征最一致，

⑥抗不良环境的能力强。

3、稳定期

特点：

1）生长速度为零，新生=死亡，达到动态平衡；

2）活菌数的总量达到最大值；

3）胞内的储藏物开始形成（如肝糖粒、脂肪粒等）；

4）某些芽孢菌的芽孢开始形成；

5）某些细菌过量积累次级代谢产物，如抗生素、维生素等。

4、衰亡期

特点：

细胞形态多样，例如产生很多膨大、不规则的退化形态；

有的细胞内多液泡，革兰氏染色反应为阳性的变成阴性；

有的微生物因蛋白水解酶活力的增强发生自溶；

有的微生物在这时产生抗生素等次生代谢产物；

对于芽孢杆菌，芽孢释放往往也发生在这一时期。

连续发酵

优点：①自控性②高效③产品质量较稳定④节约了大量动力、人力、水和蒸汽，使水、汽、电的负荷减少

不足：①主要是菌种易于退化②容易污染③营养物的利用率低于分批培养

分批培养：指将微生物置于一定容积的培养基中，经过培养生长，最后一次收获的培养方式。

影响微生物生长的因素

生长温度的三个基本点:

最低生长温度、最适生长温度和最高生长温度

按其生长温度范围分

低温微生物中温微生物高温微生物

根据微生物生长和氧的关系分为

好氧微生物兼性好氧微生物厌氧微生物

五、有害微生物的控制

防腐(Antisepsis) ：是一种抑菌措施。利用一些理化因素使物体内外的微生物暂时处于不生长繁殖但又未死亡的状态。(几种措施)

消毒（Disinfection）：是指杀死所有病原微生物的措施，可达到防止传染病的目的。

灭菌（Sterilization）：是指用物理或化学因子，使存在于物体中的所有生活微生物，永久性地丧失其生活力，包括耐热的细菌芽孢。这是一种彻底的杀菌方法。

商业灭菌（Commercial sterilization）：这是从商品角度对某些食品所提出的灭菌方法。

就是指食品经过杀菌处理后，按照所规定的微生物检验方法，在所检食品中无活的微生物检出，或者仅能检出极少数的非病原微生物，并且它们在食品保藏过程中，是不可能进行生长繁殖的，这种灭菌方法，就叫做商业灭菌。

无菌（Asepsis）：即没有活的微生物存在的意思。

死亡（dead）：是指微生物不可逆的丧失了生长繁殖的能力，即使再放到合适的环境中也不再繁殖

影响微生物对热抵抗力的因素

1、菌种

2、菌龄

3、菌体数量

4、基质的因素

5、加热的温度和时间

物理灭菌的代表——高温

⑴干热灭菌法

①火焰灭菌法

②干热灭菌法

⑵湿热灭菌

①煮沸消毒法

②巴氏灭菌

③超高温瞬时灭菌法

④高压蒸汽灭菌法

⑤间歇灭菌法

影响高压蒸汽灭菌效果的因素

灭菌物体含菌量的影响

灭菌锅内空气排除程度的影响

灭菌对象的体积

灭菌对象pH的影响

加热与散热速度

六、微生物的接种和培养

纯培养(pure culture)：微生物学中把从一个细胞或一群相同的细胞经过培养繁殖而得到的后代，称纯培养.

第六章微生物的代谢

生物氧化：生物体内一切通过氧化作用释放能量的反应。（发生在细胞内的一切产能性氧化反应的总称）。这是一个产能代谢过程。

整个生物氧化反应共分为三个环节：脱氢、递氢和受氢。

根据递氢特别是受氢过程中氢受体性质的不同,把微生物能量代谢分为呼吸作用和发酵作用两大类。

发酵是指微生物细胞在无氧条件下，将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量，并产生各种不同的代谢产物。

生物体内葡萄糖被降解主要分为四种途径：EMP途径、HMP途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。

有氧呼吸是以分子氧作为最终电子(或氢)受体的氧化过程；是最普遍、最重要的生物氧化方式。

无氧呼吸以无机氧化物中的氧作为最终电子（和氢）受体的氧化作用。

微生物的初级代谢

指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。

这一过程的产物即为初级代谢产物。

微生物的次级代谢

指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体物质，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程。

这一过程的产物即为次级代谢产物。

第七章微生物遗传与育种

DNA是遗传变异的物质基础的证明：1944年以后，利用微生物为实验对象进行的三个著名实验（肺炎球菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与重建试验） 基因突变

概念:简称突变，指细胞内（活病毒粒内）遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化，可自发或诱导产生。突变率常在10-8~10-9范围内。

突变的类型(表型的改变)

1）选择性突变株

营养缺陷型、抗性突变株、条件致死突变型

2）非选择性突变株

形态突变株、抗原突变株、产量突变株

突变率: 某一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。

微生物诱变育种的原则

1）简便有效的诱变剂；

（2）优良的出发菌种；

（3）处理单孢子悬液；

（4）选用最适剂量；

（5）利用协同作用；

（6）利用生理产量间的相关指标

在实际工作中，一般认为应采用把筛选工程分为初筛与复筛两个阶段的筛选方案为好。

第二节菌种的衰退、复壮和保藏

衰退（degeneration）：在微生物的生长过程中，由于变异的存在，使原有的优良性状发生负

变，即菌种的衰退。

1、菌种退化的现象及原因

现象:菌落形态、细胞形态和生理等多方面的改变

主要原因:基因的负突变

2. 菌种退化的预防

（1）控制传代次数

（2）创造良好的培养条件

（3）利用不同类型的细胞进行移种传代

（4）采用有效的菌种保藏方法

第八章微生物生态与生态工程

微生物生态学

研究微生物群体（微生物区系或正常菌群）与其周围环境的生物和非生物因素的相互关系的科学。

?生态系统（ecosytem)：

在一定区域内生活的生物与其非生物环境之间相互紧密结合而成的系统。

?种群（population):在一定时间里生活在同一生境的同一个体细胞生长形成的生物群体。

?群落：在自然界中，一个种群的细胞很少是单独存在的，他们总是与其他种群细胞相联系，构成一个在生理上相互弥补的种群复合体。

微生物与其他生物的关系

１）共生关系

２）互生关系

３）偏利关系

４）中性关系

５）偏害关系

６）竞争关系

７）寄生关系

８）捕食关系

群落演替

在一个生态区域中，原有的微生物群落经过一般的发展时期后，由于某种内外环境因素的改变，原有的微生物群落被另一种新的生物群落所取代的现象。也称生态演替（ecological succession)。

第九章微生物与发酵食品

?发酵食品(Fermentation Foods):是指经过微生物(细菌、酵母和霉菌等）或酶的作用

使加工原料发生许多理想的十分重要的生物化学及物理变化后制成的食品。

发酵食品的特点、意义

?原材料的质地得到了改善(丹贝)

?风味特殊且多样化

?营养价值大为提高

?产品稳定性提高且便于保存

?经济价值大大升高

乳酸细菌：一类能使可发酵性碳水化合物转化成乳酸的细菌的通称。

在乳酸菌的作用下将可发酵性糖转化为乳酸的过程称为乳酸发酵。

?发酵类型：同型乳酸发酵和异型乳酸发酵及双歧途径

细菌在食品制造中的作用

酵母菌在食品制造中的作用

霉菌在食品制造中的应用

微生物生产酶制剂的特点

优点:种类多,便于工业化生产,产量大可保证供应.

缺点:一种微生物可同时产生多种酶,因此工序较复杂.

第十章微生物与食品安全性

第一节食品的微生物污染

食品污染的种类：

生物污染：微生物、寄生虫及虫卵、昆虫

化学污染：农药、工业三废、添加剂、包装材料

物理污染：放射性污染

1．微生物污染食品的途径

（1）内源性污染

凡是作为食品原料的动植物体在生活过程中，由于本身带有的微生物而造成食品的污染称为内源性污染，也称第一次污染。

（2）外源性污染

食品在生产加工、运输、贮藏、销售、食用过程中，通过水、空气、人、动物、机械设备及用具等而使食品发生微生物污染称外源性污染，也称第二次污染。

2. 污染食品的微生物来源

（1）土壤

（2）空气

（3）水

（4）人及动物体

（5）加工机械与设备

（6）包装材料及原辅材料

食品腐败变质:

是指食品受到各种内外因素的影响，造成其原有化学性质或物理性质发

生变化，降低或失去其营养价值和商品价值的过程。

第二节微生物与食物中毒

2、食物中毒的特点

食物中毒潜伏期短，来势急剧，常集体性暴发，短时间内有很多人同时发病

有大致相同的临床表现

发病和吃某种有毒食品有关

发病率高，一般人和人之间不直接传染

3、食物中毒的分类

按食物中毒的病因分为：

微生物性食物中毒

动、植物性毒素中毒

化学性食物中毒

第三节食品卫生的微生物指标

目前，食品卫生标准中的微生物指标一般分为细菌总数、大肠菌群和致病菌等。

细菌总数：指在牛肉膏蛋白胨琼脂培养基上长出的菌落数，平皿菌落计数法测定食品中的活菌数，一般以1g或lml食品所含的细菌数来表示。

细菌总数的食品卫生意义：

一方面作为食品被污染，即清洁状态的标志；

另一方面可以用来预测食品可能存放的期限。食品中细菌数较多，将加速食品的腐败变质，甚至可引起食用者的不良反应。

大肠菌群系指一群在37℃，经24h能发酵乳糖，并产酸产气，需氧或兼性厌氧生长的革兰氏阴性的无芽孢杆菌．其中包括有大肠杆菌，产气杆菌和一些中间类型的细菌。这群细菌能在含有胆盐的培养基上生长。

大肠菌群作为食品卫生标准的意义

它是较为理想的粪便污染的指示菌群

另一重要食品卫生意义是作为肠道致病菌污染食品的指示菌．

致病菌系指肠道致病菌、致病性球菌、沙门氏菌等。

食品中不允许有致病菌存在，这是食品卫生质量指标中必不可少的标准之一。