第5章 食品中影響微生物生長(zhǎng)的因素

現(xiàn)代食品微生物學(xué)第5章食品中影響微生物生長(zhǎng)的因素主講惠明博士第5章食品中影響微生物生長(zhǎng)的因素對(duì)微生物來(lái)說(shuō)，食品是一個(gè)極端復(fù)雜的體系微生物的活動(dòng)受食品中的各種因素影響微生物的活動(dòng)對(duì)食品也產(chǎn)生一定的影響食品的基本組成及與微生物相關(guān)的環(huán)境因素水蛋白質(zhì)碳水化合物脂肪無(wú)機(jī)鹽維生素水分含量、水分活度、滲透壓pH值溫度氣體輻射壓力防腐劑主要作用因素分類內(nèi)在因素外在因素生物間作用pH溫度微生物間的相互作用水濕度電位氣體營(yíng)養(yǎng)抗菌劑生物結(jié)構(gòu)微生物的類型（按最適生長(zhǎng)pH范圍來(lái)分）嗜酸微生物acidophile

專性嗜酸菌：最適pH＜6；pH＞7時(shí)生長(zhǎng)極差或死亡。兼性嗜酸菌：在低pH下生長(zhǎng)，在中性pH也長(zhǎng)。

嗜堿微生物alkalinophile

專性嗜堿菌：最適pH8~11，pH≤7時(shí)生長(zhǎng)極慢或不生長(zhǎng)嗜中性微生物neutrophile

能在pH4~9范圍內(nèi)生長(zhǎng)，最適生長(zhǎng)在pH6~8，大多數(shù)微生物屬于這一類。一.pH對(duì)微生物的影響一般微生物生長(zhǎng)的pH微生物pH范圍霉菌1.5—11酵母2.5—8大部分細(xì)菌4—10乳酸菌3.2—10.5致病菌5.5—9大多數(shù)微生物生長(zhǎng)的pH在6.6-7.5現(xiàn)代食品微生物P-32pH對(duì)微生物的影響1但微生物生長(zhǎng)的pH范圍并不是嚴(yán)格的界限，真正的pH還取決于其它生長(zhǎng)因素。如：乳桿菌在使用檸檬酸、鹽酸、硫酸、衣康酸要比乳酸、醋酸的生長(zhǎng)pH更低產(chǎn)堿桿菌在有NaCl時(shí)生長(zhǎng)的pH范圍更寬pH對(duì)微生物的影響2溫度的升高會(huì)對(duì)pH有一定的影響，進(jìn)而影響到微生物生長(zhǎng)的pH范圍。微生物在其最適pH生長(zhǎng)時(shí)，會(huì)延長(zhǎng)其對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。生長(zhǎng)基質(zhì)pH的緩沖能力也影響其對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期鹽濃度也會(huì)對(duì)微生物的pH生長(zhǎng)范圍產(chǎn)生影響，一定濃度下會(huì)拓寬其pH，但過(guò)量后會(huì)使pH范圍變窄。機(jī)理pH對(duì)微生物生長(zhǎng)影響的機(jī)理：外界pH值的變化會(huì)影響細(xì)胞膜的電荷性質(zhì)，進(jìn)而改變酶的活性，引起跨膜輸送系統(tǒng)的破壞。pH與食品的保藏通常食品的pH范圍：動(dòng)物性食品：5-7蔬菜：5-6水果：2-5依據(jù)pH對(duì)食品進(jìn)行分類pH>4.5：非酸性食品pH<4.5：酸性食品

pH對(duì)代謝產(chǎn)物的影響產(chǎn)氣克雷伯氏菌酸性環(huán)境：生成乙醇、2，3-丁二醇pH7.0：生成丁二醇、乙醇、乳酸pH8.0：乙酸、丁二醇、甲酸、乳酸、乙醇黑曲霉：pH低于3.0時(shí)積累檸檬酸，在pH接近中性時(shí)積累草酸。氧化亞鐵硫細(xì)菌在pH<2.0時(shí)會(huì)生成硫酸谷氨酸棒桿菌：中性生成谷氨酸，堿性條件生成谷氨酰胺不同類群微生物對(duì)pH的適應(yīng)能力不同pH范圍下微生物的生長(zhǎng)趨勢(shì)pH<4.5pH>4.5霉菌酵母細(xì)菌pH對(duì)微生物生長(zhǎng)影響的機(jī)理：外界pH值的變化會(huì)影響細(xì)胞膜的電荷性質(zhì)，進(jìn)而改變酶的活性，引起跨膜輸送系統(tǒng)的破壞。微生物的生長(zhǎng)pH范圍微生物名稱最低最適最高氧化硫硫桿菌0.52.0~3.56.0大豆根瘤菌4.26.8~7.011.0枯草芽孢桿菌4.56.0~7.58.5大腸埃希氏菌4.36.0~8.09.5金黃色葡萄球菌4.27.0~7.59.3一般放線菌5.07.0~8.010.0一般酵母菌2.54.0~5.88.0一般霉菌1.53.8~6.07.0~11.0微生物生長(zhǎng)引起食品pH的改變1有時(shí)pH的改變是食品加工的需要：發(fā)酵食品：泡菜的加工——由乳酸菌的生長(zhǎng)引起pH的改變，這樣的改變有利于食品的保藏。而且還賦予了它特有的風(fēng)味。酸乳的發(fā)酵——利用乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)酸，并利用pH的快速降低抑制其它微生物的生長(zhǎng)。食醋——淀粉類原料，液化，酵母酒精發(fā)酵，醋酸桿菌產(chǎn)酸。酸漬食品：酸黃瓜、糖醋大蒜等——外源酸，保存和增加食品的風(fēng)味。微生物生長(zhǎng)引起食品pH的改變2食品的組成與pH變化的關(guān)系在糖和蛋白質(zhì)同時(shí)存在時(shí)，微生物首先利用糖，pH下降，對(duì)蛋白質(zhì)的分解明顯減少；當(dāng)糖不足時(shí)，開(kāi)始利用蛋白質(zhì)，引起pH上升。一般而言，細(xì)菌首先生長(zhǎng)，pH下降，酸的積累抑制了腐敗菌的生長(zhǎng)，能耐較低pH的酵母或霉菌開(kāi)始生長(zhǎng)，引起pH的上升，這時(shí)，細(xì)菌的生長(zhǎng)又開(kāi)始了。當(dāng)糖被利用到一定程度后，才開(kāi)始利用蛋白質(zhì)。微生物的代謝對(duì)環(huán)境pH影響

環(huán)境pH的控制直接加酸或堿進(jìn)行調(diào)節(jié)；加入酸性或堿性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)和補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)加入緩沖性物質(zhì)微生物細(xì)胞內(nèi)的pH細(xì)胞內(nèi)部的pH值一般都接近中性（包括極端嗜酸和嗜堿菌）胞內(nèi)酶的最適pH多接近中性細(xì)胞內(nèi)的DNA、ATP等對(duì)低pH敏感RNA和磷脂類等對(duì)高pH敏感。細(xì)胞膜上酶及胞外酶最適pH多接近微生物最適生長(zhǎng)pH

為什么?討論微生物維持胞內(nèi)pH值中性的機(jī)制細(xì)胞內(nèi)外pH的差值靠消耗代謝能來(lái)維持（自動(dòng)調(diào)節(jié)到一個(gè)狹窄的pH范圍內(nèi)）例如：嗜酸菌（胞內(nèi)pH6.3~6.8，而胞外可能pH2.0~6.0）Thermioplasmaacidophila是靠H+的直接泵出來(lái)維持胞內(nèi)外的氫離子梯度，其他嗜酸菌也有依賴消耗代謝能排放蛋白質(zhì)將胞內(nèi)pH維持在一個(gè)恒定值。嗜堿芽孢桿菌（在pH10~11.5范圍內(nèi)生長(zhǎng)，胞內(nèi)維持中性）：借助于依賴代謝能的Na+/H+反向輸送載體，回收呼吸過(guò)程中泵出的質(zhì)子。二.水對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響食品中的水存在的方式：結(jié)合水、游離水微生物的生長(zhǎng)需要水：正常的代謝物質(zhì)需要水作為載體——吸收營(yíng)養(yǎng)、排泄廢物，這些功能都需要游離水。大部分食品的水分活度在0.99水分活度表示同溫度下食品的蒸汽壓比純水的蒸汽壓。不同微生物生長(zhǎng)對(duì)Aw的要求微生物種類Aw要求細(xì)菌部分球菌在0.9以下，嗜鹽菌為0.75以外，絕大部分在0.94-0.99酵母嗜滲透壓酵母0.60，大部分為0.88-0.94霉菌干性霉菌為0.65，大部分為0.73-0.94微生物生長(zhǎng)Aw的變化規(guī)律在任何溫度下，隨著Aw的下降，微生物的生長(zhǎng)能力逐漸降低。在最適溫度下，微生物的Aw范圍最廣。營(yíng)養(yǎng)物能拓寬微生物生存的Aw范圍。利用Aw加工保藏食品脫水（干制）食品：脫水蔬菜、奶粉、脫水肉類、肉松、肉脯等半干食品：蜜餞、果脯、腌制食品：火腿三.Eh和O2對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響Eh的概念：在氧化還原反應(yīng)中，電子從一種物質(zhì)轉(zhuǎn)移到另一種物質(zhì)，于是在這兩種物質(zhì)間產(chǎn)生了電位差，稱為氧化還原電勢(shì)，常用mV來(lái)表示。食品中能降低Eh的物質(zhì)主要是SH基團(tuán)、Vc、還原糖等不同微生物對(duì)Eh的要求不同，好氧微生物需要的Eh較高，厭氧微生物較低，兼性厭氧微生物比好氧微生物低。好氧微生物的生長(zhǎng)會(huì)使Eh降低，厭氧微生物不會(huì)改變Eh。在微生物培養(yǎng)中，改變Eh的方法一般是通氧氣，提高Eh，添加還原劑，降低Eh。Eh的生長(zhǎng)范圍O2對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響依據(jù)微生物生長(zhǎng)對(duì)氧的要求，可以分五類：需氧微生物：沒(méi)有氧氣不能生長(zhǎng)，但過(guò)高濃度的氧也會(huì)產(chǎn)生毒害。兼性厭氧微生物：在有氧或無(wú)氧的條件下都能生長(zhǎng)，但代謝途徑不同。微需氧微生物：只有在0.2的大氣壓下能良好生長(zhǎng)，過(guò)高或過(guò)低都不好。耐氧微生物：生長(zhǎng)不需要氧氣，但氧氣的存在不影響生長(zhǎng)。厭氧微生物：氧氣的存在對(duì)生長(zhǎng)有害，這些微生物往往缺少過(guò)氧化氫酶。厭氧微生物的培養(yǎng)方法氣體置換法化學(xué)吸氧法——厭氧袋法厭氧罐培養(yǎng)法厭氧培養(yǎng)箱法Hungate滾管法氣體置換法化學(xué)吸氧法厭氧手套箱厭氧培養(yǎng)箱Pink,OxygenWhite,NoOxygen,-40mv吸氧的發(fā)生添加刃天青后的培養(yǎng)基放置3天后四.營(yíng)養(yǎng)物對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響微生物能夠生長(zhǎng)所需的一般條件水能源氮源維生素及生長(zhǎng)因子礦物質(zhì)這些營(yíng)養(yǎng)食品中基本都具備發(fā)酵食品的種類面包奶酪酸奶酒醬油醋泡菜可可豆咖啡茶葉咸肉發(fā)酵香腸腐乳豆豉魚露食用藻類微生物食用膠體食用真菌單細(xì)胞蛋白青貯飼料某物質(zhì)對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響五.抗菌劑有些食品對(duì)微生物的侵染有一定的抗性，一般在這些食品中存在具有抗菌特性的物質(zhì)。在食品的加工過(guò)程中，可以人為的添加一些抗菌物質(zhì)，以延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期?；瘜W(xué)的如防腐劑，生物的如乳酸鏈球菌素、納它霉素等。食品中的抗菌物質(zhì)牛奶：新鮮牛乳中往往含有乳鐵蛋白、共凝集素、乳過(guò)氧化酶系統(tǒng)，在擠奶的最初36hr（13-14℃）內(nèi)可保證不變質(zhì)乳中過(guò)氧化酶系統(tǒng)：一種天然的抑菌系統(tǒng)，主要有乳過(guò)氧化酶、硫氰酸、過(guò)氧化氫三部分組成。添加硫氰酸和過(guò)氧化氫0.25mmol/L的牛乳，可以激活過(guò)氧化酶系統(tǒng)，貯藏期可以達(dá)到5天。食品中的抗菌物質(zhì)雞蛋中的抗菌物質(zhì)：溶菌酶、卵類粘蛋白大蒜中的抗菌物質(zhì)：大蒜素芥末中的抗菌物質(zhì)：異硫氰酸烯丙酯十字花科（大白菜、甘藍(lán)等）：細(xì)胞液中的硫代葡萄糖苷在機(jī)械損傷部位可以產(chǎn)生異硫氰酸鹽，具有抗菌作用。茶葉：茶多酚已批準(zhǔn)可以使用的生物抗菌物質(zhì)Nisin，乳酸鏈球菌素，由乳酸鏈球菌產(chǎn)生，對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌有抑制作用。納他霉素，對(duì)真菌有抑制作用，例如：酵母，霉菌等溶菌酶，革蘭氏陽(yáng)性菌抑菌測(cè)試結(jié)果六.生物結(jié)構(gòu)有些食品的外層結(jié)構(gòu)能賦予食品具有對(duì)付外來(lái)微生物感染的機(jī)會(huì)。這些結(jié)構(gòu)主要包括：種子的外皮水果外皮堅(jiān)果的殼雞蛋的殼動(dòng)物皮毛堅(jiān)果的殼雞蛋殼七.溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響影響微生物生長(zhǎng)的外界因素中，溫度起著最重要的作用每種微生物都有其適宜的生長(zhǎng)溫度范圍依據(jù)微生物對(duì)生長(zhǎng)溫度的要求不同，可將微生物分三類：嗜冷微生物：-10～30℃，最適10～20℃嗜溫微生物：10～45℃，最適25～40℃嗜熱微生物：25～80℃，最適50～55℃

溫度通過(guò)影響膜的液晶結(jié)構(gòu)、酶和蛋白質(zhì)的合成及活性、RNA的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄等影響微生物的生命活動(dòng)。不同溫度下的菌例溫度對(duì)食品品質(zhì)的影響選擇合適的貯藏溫度時(shí)必需考慮食品的質(zhì)量一般情況下，溫度低有利于品質(zhì)的保證但也有例外：香蕉在13-17℃下貯藏好于5-7℃下貯藏考慮貯藏溫度時(shí)還要考慮濕度、氣體組成等外界因素八.環(huán)境的相對(duì)濕度同樣水分含量下，溫度越高，相對(duì)濕度越小低Aw的產(chǎn)品會(huì)吸收環(huán)境中的水分，而引起產(chǎn)品Aw上升，造成適宜微生物生長(zhǎng)的環(huán)境，加速變質(zhì)。對(duì)干制食品的包裝提出了一定要求，必需要隔絕水的進(jìn)出。但有時(shí)食品所處的濕度過(guò)小，造成食品表面干燥，食用性下降。濃縮蘋果汁的變質(zhì)由于溫度和相對(duì)濕度有一定關(guān)系，因此在貯藏食品時(shí)應(yīng)避免溫度的波動(dòng)，例如濃縮蘋果汁的變質(zhì)：濃度達(dá)到70Brix，高滲環(huán)境，微生物不能生長(zhǎng)，溫度的波動(dòng)在包裝頂部區(qū)域造成水汽凝結(jié)，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)造成局部濃度降低，引發(fā)微生物的休眠體生長(zhǎng)。處理方法：保持恒溫，定期翻動(dòng)包裝。九.環(huán)境氣體及濃度1917年，認(rèn)識(shí)到氣調(diào)作用1928年，氣調(diào)進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用CO2的濃度通常不超過(guò)10％，可以提高水果抑制真菌的能力、可能是乙烯的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。O2可以延長(zhǎng)貨架，但不能用于高脂食品。CO2在保鮮上的應(yīng)用CO2的抑制作用隨溫度降低而增強(qiáng)，原因是CO2的溶解性增加的緣故革蘭氏陰性菌比陽(yáng)性菌對(duì)CO2敏感一般使用混合氣體來(lái)保存食品研究表明，對(duì)鮮肉較好的保存氣體條件是使用10％CO2、5％O2、85%N2組成的混合氣體。CO2對(duì)魚的保鮮也十分有效，CO2的使用比例也較鮮肉高十.輻射輻射是能量通過(guò)空間傳播或傳遞的一種物理現(xiàn)象。輻射的種類：電磁輻射和微粒輻射

其中電磁輻射又包括：非電離輻射：紅外線、可見(jiàn)光、紫外線等電離輻射：x-射線、γ-射線等。輻射光

可見(jiàn)光波長(zhǎng)400-800nm的電磁輻射。光能型微生物的能源長(zhǎng)時(shí)間照射有殺菌作用紅外線波長(zhǎng)大于800nm的電磁輻射。紅外線可以發(fā)熱，產(chǎn)生的高溫具有殺菌作用。紫外線UV波長(zhǎng)為150~390nm的電磁輻射。最佳作用波長(zhǎng)為265~266nm。紫外線的作用機(jī)理誘發(fā)DNA形成T=T、阻礙DNA復(fù)制而使微生物發(fā)生變易或死亡。使空氣中的O2變?yōu)镺3，后者分解放出的[O]具有殺菌作用。應(yīng)用：消毒和誘變紫外線照射后形成T-T二聚體細(xì)胞對(duì)紫外損傷的修復(fù)作用光復(fù)活作用

細(xì)胞中的光復(fù)活酶吸收可見(jiàn)光的能量而被激活后，將T=T中的共價(jià)鍵解開(kāi)，使DNA分子恢復(fù)正常狀態(tài)。光復(fù)活過(guò)程

暗修復(fù)作用

細(xì)胞中的一些修復(fù)酶在無(wú)光的情況下，也能進(jìn)行有效的DNA修復(fù)作用。作用的酶：DNA內(nèi)切酶、DNA外切酶、DNA聚合酶和DNA連接酶。電離輻射x射線λ1-10nm，

γ射線λ0.1-1nm作用機(jī)理：

引起環(huán)境中或細(xì)胞中水的電離而產(chǎn)生的自由基作用于細(xì)胞中的敏感大分子，使之電離而失活。H2OH2O++e-

OH+H+H2O+e-H2O-

H+OH+

作用于氧氣分子，產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性基團(tuán)，氧化細(xì)胞中的蛋白質(zhì)和酶分子的巰基，而使細(xì)胞受到損傷或死亡。O2+eO2-O2+2eO2=紫外線（UV）與γ射線對(duì)PGA的

輻照效應(yīng)(a)(b)(c)(a)(b)(c)1234561234UVγ射線十一.生物間的作用生物間作用的分類：中性關(guān)系偏利作用協(xié)同作用（互生）共生競(jìng)爭(zhēng)拮抗寄生乳酸的拮抗作用已經(jīng)發(fā)現(xiàn)混合培養(yǎng)中乳酸菌能夠殺死或抑制引起食物中毒和腐敗菌已有70年的歷史乳酸菌的