第八章微生物生态

第八章微生物生态与食品酿造第八章微生物生态与食品酿造第八章微生物生态与食品酿造●微生物生态学的基本概念●食品是特殊的微生物生态系●食品中的极端微生物●微生物与食品酿造●微生物生态学方法●酿造食品可能发生的微生物毒害第八章微生物生态与食品酿造8.1微生物生态学的基本概念生态学（ecology）：研究生物与环境之间相互关系的科学。微生物生态学（Microbialecology）：也叫环境微生物学，是研究微生物与环境之间相互关系的科学。环境：生物赖以生存的空间。生物环境非生物环境生态学的研究内容:第八章微生物生态与食品酿造生态系统的特点:能够自己维持下去,相对稳定,并具有一定的独立性生物圈(biosphere):范围最大的生态系统。生态系统（ecosystem）：在一定区域内生活的生物与其非生物环境之间相互结合而形成的系统。生产者(producer)消费者(consumer)分解者(decomposer)第八章微生物生态与食品酿造生态学上,把一个种群生活的环境称之为该种群的栖息地,也叫生境。种群(population):在自然环境中,同种微生物的许多个体(individual)常生活在同一环境中,以群体方式存在。这样,同一时间里、生活在同一个生境的、由同一个体细胞生长繁殖形成的微生物群体就称为微生物的种群。群落(community)：一定区域内或一定生境中各种微生物种群相互松散结合的一种结构和功能单位,是种群与种群相互联系,构成的一个在生理上相互弥补的种群复合体。第八章微生物生态与食品酿造Ⅴ.种群关系和群落演替在自然环境中,微生物种群总是和其他生物混合杂居的。同一生境中的两种生物必定存在着相互关系。食品的酿造和腐败通常是多种微生物相互作用的结果,其中最常见的类型是偏利关系、互利关系和偏害(颉颃)关系。8.2食品是特殊的微生物生态系第八章微生物生态与食品酿造无影响中性（neutralism）AB无影响有利偏利（commensalisms）AB无影响有利⊙互利（mutualism）AB有利有利⊙共生（synergism）AB有利有害偏害(颉颃)（smensalism）AB有害竞争（competition）AB有害有害寄生（parasitism）AB有利有害捕食（predation）AB无影响第八章微生物生态与食品酿造群落演替(communitysuccession):在一个生态区域中,微生物群落经过一段发展时期后,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微生物群落所取代,这种现象称之为群落演替或生态演替。群落中优势种群演替是逐步进行的,而且通常是按一定的方向和一定的顺序变化,因此其发展趋势往往是可以预知的,有时也可以控制。环境条件虽然可以影响演替,但演替过程是微生物本身的行为特性造成的。第八章微生物生态与食品酿造腌制泡菜过程中微生物类群消长变化分为三个阶段:①微酸阶段:乳酸细菌和腐败微生物.(链球菌,肠膜明串珠菌,假单胞菌,产气肠杆,阴沟肠杆菌,短小芽孢杆菌,巨大芽孢杆菌,多黏芽孢杆菌,粪链球菌等)②酸化成熟阶段:乳酸细菌.(肠膜明串珠菌,植物乳杆菌,短乳杆菌,发酵乳杆菌,戊己酸乳杆菌)③过酸阶段:微生物的活动几乎全部停止,蔬菜可以保持不坏.第八章微生物生态与食品酿造酱油酿造过程中微生物类群消长变化:①米曲霉:有发达的酶系(α-淀粉酶,糖化酶,蛋白酶,谷氨酰胺酶,果胶酶,纤维素酶,半纤维素酶,脂肪酶及氧化还原酶等等)这些酶的活力高低与酱油的品质和原料的利用率密切相关。②乳酸菌:酱醅发酵阶段,加入高浓度的盐水(18%)厌氧发酵,耐盐的同型发酵乳酸菌成为优势种群。（嗜盐片球菌、酱油微球菌、酱油四链球菌、植物乳杆菌等等）③酵母菌:低的PH环境（PH4.0—5.0）可以刺激耐盐的酵母菌(鲁氏酵母和球拟酵母)生长。(酯香型酵母)糠醇第八章微生物生态与食品酿造微环境(microenvironment):微生物的生活环境。不均一性。环境梯度(environmentgradients)耐受限度(limitsoftolerance):生物对生态因子（温度、PH、O2、水分活度、渗透压、辐射等等）所能耐受的最大量和最少量之间的范围。第八章微生物生态与食品酿造2.2食品是特殊的微生物生态系自然加工的食物中总是存在多种微生物,它们与食品环境相互作用构成了具有特定功能的生态系。Ⅰ.食品这一特殊的生境具有不均一的特点。这种不均一性直接影响微生物种群的分布。Ⅱ.表面环境和生物膜:表面环境:在液体环境中,表面微环境的营养水平要比溶液中的营养水平高许多,这将影响微生物的生长代谢速度。由于吸附效应,加之营养水平较高,表面的微生物数量和活动强度通常比水中要大很多。第八章微生物生态与食品酿造生物膜:是由各种微生物种群构成的特殊的微生物系统。结构复杂、组成复杂、形成复杂齿斑，活性污泥Ⅲ.营养物的供给状况生态学把营养物称之为资源。营养物通常是以间歇的方式进入生态系统的。食品中含有丰富的微生物所需营养,但是微生物在这种高营养的食品环境中生长迅速会导致环境状况发生改变,结果反过来又会影响微生物生长,最终导致食品种微生物种群生长起伏。这种变化往往比水中、空气中更为激烈和迅速。第八章微生物生态与食品酿造Ⅳ.生物量和生长速度生物量的计算方法往往是以细胞数量为基础的。生长速度:微生物在自然环境(包括食品)中的生长速度一般都低于实验室中测得的最大生长速度。微生物为了适应环境的营养供给问题,形成了各种储藏颗粒:聚β-羟基丁酸,淀粉粒,肝糖,硫滴,多肽粒,还有贮藏P的异染颗粒等等。食品生态系统的两大特点:不均一性变化迅速激烈。第八章微生物生态与食品酿造8.3食品环境中的极端微生物在极端恶劣的环境中生活的微生物就被称为极端环境微生物,简称极端微生物。Ⅰ.嗜盐微生物嗜盐菌:在一定浓度的盐溶液里生长得最好.耐盐菌:在无盐的环境里生长得最好.轻度嗜盐菌:最适盐浓度0.2～0.5mol/L中度嗜盐菌:最适盐浓度0.5～2.0mol/L极端嗜盐菌:最适盐浓度＞3.0mol/L(全是原核的)第八章微生物生态与食品酿造嗜盐机制:细胞蛋白呈酸性。细胞壁的稳定性靠Na+来维持,细胞内的稳定性靠K+来维持。这种细胞外高Na+,而细胞内高K+的现象是依靠紫膜来完成的。紫膜是细胞膜上形成的一种特殊的紫色物质,是由细菌类视紫蛋白和脂质组成的一个巧妙的光能转换器。可以将吸收的光能以质子梯度的形式储存,并用于合成ATP。紫膜具有光能转换器的功能,具有排Na+的作用,但它最引人注意的是可以通过改变构型来改变存储信息,是制造生物计算机芯片的理想材料。第八章微生物生态与食品酿造Ⅱ.嗜热微生物Ⅲ.嗜冷微生物第八章微生物生态与食品酿造Ⅳ.耐辐射微生物芽孢菌的耐辐射能力远大于无芽孢菌。第八章微生物生态与食品酿造8.4微生物与食品酿造酿造:通常是多菌种混合形成的较为复杂的生态系统,共同作用于固体或半固体原料,经过长时间作用形成特定产品的过程。发酵:通常是单一特定微生物在特定容器内,经工业化生产控制,使培养基质转化为特定产物的过程。它们都是通过对环境因子的控制,利用有益微生物改变原料的特性,从而获得产品的过程。发酵食品(fermentedfood)是指经过微生物或酶的作用使加工原料发生许多理想的十分重要的生化及物理变化制成的食品。第八章微生物生态与食品酿造Ⅰ.细菌与食品酿造乳酸菌:不是微生物分类学上的名词,而是一类能使可发酵性碳水化合物转化成乳酸的细菌的通称。同型乳酸发酵※乳酸发酵异型乳酸发酵※双歧途径※第八章微生物生态与食品酿造同型乳酸发酵(homofermentationoflacticacidpatheay):是指发酵终产物中90%以上为乳酸的乳酸发酵过程。异型乳酸发酵(heterofermentationoflacticacidpatheay):是指发酵终产物中除乳酸外还有乙醇、CO2等成分的乳酸发酵过程。←双歧乳酸发酵(bifidumpatheay):是双歧杆菌的产能模式。它们在葡萄糖发酵中，2葡萄糖3乙酸＋2乳酸。第八章微生物生态与食品酿造8.5微生物生态学方法Ⅰ.富集和分离方法:创造与生境尽可能一样的资源和条件来培养某一小生境中的微生物,扩大它们的数量。采用微生物分离纯化的技术,对它们进行纯培养。Ⅱ.鉴定和定量方法:在纯培养中设计的对微生物进行计数的方法同样适用于自然界中的样本(稀释平板法);对于那些不可培养的微生物,我们可以采用染色法(吖啶橙)。荧光抗体法用于追踪鉴定生境中单一微生物种群。核酸探针是一段可以与基因杂交的DNA或RNA序列,对它进行放射性同位素或荧光染料标记就可以检验自然界中的样本。这是鉴定和定量自然界中微生物最有效地方法。第八章微生物生态与食品酿造8.6酿造食品中可能发生的微生物毒害Ⅰ.酿造食品中的霉菌毒素:在酿造食品中出现的霉菌毒素大多数是由曲霉属、青霉属、镰刀菌属、交链孢属和麦角菌属产生的。Ⅱ.酿造食品中的细菌毒素:例如：肉毒梭菌，产气荚膜梭菌，副溶血性弧菌，肠炎沙门氏菌，志贺氏菌等等。第八章微生物生态与食品酿造第二章微生物生态与食品酿造←微生物在生态系统中的作用1.微生物在生态系统中的角色:①微生物是地球生物演化的先锋种类;微生物是最早出现的生物体,并进化成后来的动、植物。②微生物是生态系统中的初级生产者;它们可以直接利用太阳能和无机物的化学能作为能量来源,而且其积累下来的能量有可以在食物链中流动。③微生物是有机物的主要分解者;微生物最大的价值在于其分解功能。④微生物是物质和能量的贮存者;⑤微生物是物质循环中的重要成员。微生物参与了所有的物质循环。→第二章微生物生态与食品酿造2.微生物与生物地球化学循环:→第二章微生物生态与食品酿造→第二章微生物生态与食品酿造→第二章微生物生态与食品酿造磷循环:磷的生物地球化学循环包括三种基本过程：①有机磷转化成溶解性无机磷(有机磷矿化);②不溶性无机磷变成溶解性无机磷(磷的有效化);③溶解性无机磷变成有机磷(磷的同化)。微生物参与磷循环的所有过程，但在这些过程中，微生物不改变磷的价态，因此微生物所推动的磷循环可看成是一种转化。第二章微生物生态与食品酿造铁循环:铁循环的基本过程是氧化和还原。微生物对铁作用的三个方面：①铁的氧化和沉积在铁氧化菌作用下亚铁化合物被氧化高铁化合物而沉积下来；②铁的还原和溶解铁还原菌可以使高价铁化合物还原成亚铁化合物而溶解；③铁的吸收微生物可以产生非专一性和专一性的铁螯合体作为结合铁和转运铁的化合物。通过铁螯合化合物使铁活跃以保持它的溶解性和可利用性。←第二章微生物生态与食品酿造微生物与人及动物间的互生关系:人体肠道中的微生物可以帮助人吸收维生素。牛羊等反刍动物，草是主要饲料，但它们本身分解纤维素的能力很弱，主要是靠瘤胃微生物帮助分解，使纤维素变成能被牛羊吸收的糖类。微生物间的互利关系:固氮菌纤维素分解菌固氮←氨基酸(缬氨酸﹑亮氨酸)甲酸保加利亚乳杆菌嗜热链球菌第二章微生物生态与食品酿造两种微生物紧密生活在一起，彼此依赖，相互为对方创造有利条件，有的达到了难以分离的程度。生理上相互分工，组织上形成了新的结构，彼此分离各自就不能很好地生活。←地衣——真菌(子囊菌，担子菌)和单细胞藻类(绿藻，蓝藻)共生组成一种生物体。有些种地衣真菌无规律地缠绕藻类细胞，另一些种地衣真菌与藻类形成一定层排列。当地衣繁殖时，表面生出珠状粉芽。其中含有少量藻细胞和真菌丝，粉芽脱离母体。地衣中的真菌和藻类在生理上相互依存，真菌异养生活，藻类制造养料，真菌提供水分、无机盐供藻类光合作用。共生第二章微生物生态与食品酿造偏害(颉颃)一种微生物的生长过程中会向环境中释放某种物质来抑制其它的微生物生长,甚至会杀死其它的微生物的现象。例如:放线菌产抗生素,乳酸菌产酸。←生活在一起的微生物，为了生长争夺有限的营养或空间，结果使两种微生物的生长均受到抑制。竞争在自然界普遍存在，是推动微生物发展和进化的动力。竞争第二章微生物生态与食品酿造一种生物A生活在另一种生物B的体表或体内，从B的细胞、组织或体液中取得营养或者能量，前者称为寄生物，后者称为寄主，寄生物A一