第一章 绪论_食品微生物学2016

食品微生学内蒙古工业大学食品与生物工程系李彦杰内容第一章绪论第二章微生物主要类群及其形态与构造第三章微生物的营养与代谢第四章微生物的生长及其控制第五章微生物的遗传变异与育种第六章微生物的生态第七章在食品制造中的主要微生物及其应用第八章食品微生物污染及其主要变质微生物第九章食品腐败变质及其控制第十章食物中毒与食品源病原微生物第二版第三版教材主要参考书食品微生物学杨洁彬主编中国农业大学出版新编食品微生物学张文治编著中国轻工业出版社微生物学（武汉大学、复旦大学）合编高教出版社工业微生物生理与遗传育种学陶文沂主编中国轻工业出版社微生物工程工艺原理姚汝华主编华南理工大学出版社现代食品发酵技术王福源主编中国轻工业出版社食品微生物学何国庆主编中国农业大学出版社微生物学教程周德庆主编高等教育出版社现代食品微生物学刘慧主编著中国轻工业出版社食品微生物学贺稚菲主编中国标准出版社教学参考书教学参考杂志勤阅读，学会检索，开拓视野（网络、期刊）；多思考，丰富思维方式；培养专业兴趣；多动手，培养实验能力。学习方法成绩组成部分占比例要求（1）平时成绩１5％平时作业、上课纪律、上课发言等（2）综述5％查阅资料的全面性，思路的条理性（3）期末考试8０％闭卷方式考察学生对知识的掌握程度第一章绪论第一章绪论本章基本理论知识1．掌握微生物的基本概念以及微生物在生物分类学中的地位。2．理解并掌握微生物的生物学特点和作用3．了解微生物学的主要分支学科和发展史。4．明确食品微生物学的研究内容和任务。第一节微生物与微生物学一、什么是微生物？微生物（microorganism，microbe）微生物是所有形体微小的单细胞或个体结构较简单的多细胞，以及没有细胞结构的低等生物的通称。1.定义微生物小－个体微小简－构造简单低－进化地位低肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。微生物家族成员微生物病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）古生菌（Archaea）真细菌（Eubacteria）真菌（酵母、霉菌等）、单细胞藻类、原生动物等非细胞型细胞型原核微生物真核微生物（Eukarya）细菌、放线菌、蓝细菌、衣原体、支原体、螺旋体、立克次氏体等2.种类二、微生物的五大共性（一）体积小，面积大（二）吸收多，转化快（三）生长旺，繁殖快（四）分布广，种类多（五）适应强，易变异测量单位：微米或纳米细胞核动物细胞病毒细菌（一）体积小，面积大杆菌的平均长度和宽度：2μm和0.5μm0.5×2.0m3000个杆菌首尾相连=一粒大米的长度10-100亿个细菌加起来重量=1毫克病毒——﹤0.2m杆状细菌——0.5×2.0m支原体立克次氏体衣原体｝0.2～0.5m放线菌——菌丝直径0.5～1微米霉菌——菌丝直径2-10m酵母——1-5×5-30m针尖上的细菌比面值=表面积／体积=3／r任何物体被分割得越细，其单位体积所占的表面积就越大；Eg.人比面值=1；大肠杆菌比面值=30万。结论这样大的比表面积特别有利于它们和周围环境进行物质、能量、信息的交换。这个小体积大面积系统具有巨大的营养物吸收面、代谢废物排泄面和环境信息的接受面。并由此而产生其余4个共性!（二）吸收多，转化快生物界的普遍规律某一生物的个体越小，其单位体重所消耗的食物就越多。1.胃口大＃3克地鼠每天消耗与体重等重的粮食；＃1克闪绿蜂鸟每天消耗两倍于体重的粮食；＃大肠杆菌每小时消耗2000倍于体重的糖。※发酵乳糖的细菌在1小时内就可以分解相当于其自身重量1,000~10,000倍的乳糖，产生乳酸；※1公斤酵母菌体，在一天内可发酵几千公斤的糖，生成酒精；从单位重量来看，微生物的代谢强度比高等动物的代谢强度大几千倍到几百万倍。2.食谱广微生物获取营养的方式多种多样，其食谱之广是动植物完全无法相比的！纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物均可被微生物作为粮食。物种/500kg重量原料生产的蛋白质/24h（kg）食用公牛草料5×10－1大豆N2、CO2和H2O5×101酵母菌质量较次的糖液和氨水5×104转化快产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比食用公牛强10万倍比大豆强100倍（三）生长旺，繁殖快微生物以惊人的速度24小时后：4722366500万亿个后代，重量达到：4722吨48小时后：2.2×1043个后代，重量达到2.2×1025吨相当于4000个地球的重量!!!大肠杆菌一个细胞重约10–12克，平均20分钟繁殖一代大肠杆菌惊人的增殖速度微生物的代时和每日增殖率微生物名称代时每日分裂次数温度（℃）每日增殖率细菌乳酸菌38分38252.7×1011大肠杆菌18分80371.2×1024根瘤菌110分13258.2×103枯草杆菌31分46307.0×1013光合细菌144分10301.0×103酿酒酵母120分12304.1×103藻类小球藻7小时3.42510.6念球藻23小时1.04252.1硅藻17小时1.4202.64草履虫10.4小时2.3264.92为微生物学基本理论研究带来了极大的便利：使科研周期大大缩短，效率提高在生产实践中有重要的意义：生产效率高，发酵周期短（四）适应强，易变异微生物具有极其灵活的适应性或代谢调节机制。Eg.高温、高酸、高盐、高辐射、高压、高碱、高毒、低温等微生物对恶劣的环境有惊人的适应力。个体小、结构简单、且多是单细胞，繁殖快、数量多，与外界环境直接接触等特点，使微生物易发生变异。突变率：10-5–10-10易变异青霉素的生产：20单位/ml（1943）50000单位/ml青霉素的用量：最高：10万单位/天（40年代）数百万-千万单位/次青霉素：（五）种类多，分布广我们认识的动物约有150万种，植物约有50万种，微生物约有10万种。由于微生物的发现和研究比动、植物晚得多，加上鉴定种的工作以及划分种的标准较为困难，所以首先着重研究的是与人类关系最密切的那些种。目前比较肯定的微生物种数约为10万种（1972年），随着分离、培养方法的改进和研究工作的深入微生物的新种、新属、新科乃至新目、新纲屡见不鲜。即使是发现最早的较大型的微生物——真菌，现在还以每年约1,500个新种的速度递增。–微生物的生理代谢类型之多是动、植物所不能比拟的：分解天然气、石油、纤维素、木质素等物质的能力是微生物所特有的；微生物的产能代谢方式多种多样，细菌光合作用、嗜盐菌紫膜的光合作用、自养细菌的化能合成作用、各种厌氧产能途径；生物固氮作用；合成各种复杂有机物的能力；对复杂有机物分子的生物转化能力；分解氰、酚、多氯联苯等有毒物质的能力；抵抗热、冷、酸、碱、高渗、高压、高辐射剂量等极端环境的能力；独特的繁殖方式——病毒、类病毒、朊病毒的复制增殖等。种类多除了指微生物种数多外，更主要表现在微生物的生理代谢类型多和代谢产物种类多。微生物能产生多种代谢产物如抗生素，色素，毒素以及各种细胞内外的酶类等蛋白质。据报道，到1978年为止已找到5,128种抗生素，其中由微生物产生的就占4,973种，占97%；据1984年的报道，人类已找到9,000种抗生素。微生物所产生的酶的种类也极其丰富，仅“工具酶”中的Ⅱ型限制性内切酶，在各种微生物中就已发现了1,443种(1990年初)。物种的多样性生理代谢类型的多样性代谢产物的多样性遗传基因的多样性生态类型的多样性微生物的分布可谓是分布广高等生物的分布区域常有明显的地理限制，要扩大分布范围往往要靠人类或其它生物的散播。而微生物因其体积小、重量轻，故可以到处传播。–极端环境：冰川、温泉、火山口等极端环境；地层下128米和427米沉积岩中的细菌。–土壤：土壤是微生物的大本营，一克沃土中含菌量高达几亿甚至几十亿；–空气：空气中也含有大量微生物，越是人员聚集的公共场所，微生物含量越高；几万米高空中的细菌和真菌；–水：水中以江、湖、河、海中含量高，井水次之；万米深海中的硫细菌；–动植物体表及某些内部器官：如皮肤及消化道等。课后小实验：我们生活在“微生物的海洋”里吗？从你的周围环境中采集各种样品接种到培养基中作好标记培养、观察微生物生长？？？灭菌培养基是一门在细胞、分子或群体水平上研究微生物的形态构造、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动基本规律，并将其应用于工、农、以及环境保护等实践领域的科学。微生物学（Microbiology）三、微生物学微生物无处不在，我们无时不生活在微生物的海洋中。四、微生物与人类1.疾病1843—1847年，欧洲人主要粮食马铃薯得病，饿死了100万人，164万人逃往北美。（一）微生物对人类的危害1347年，鼠疫杆菌(Yersiniapestis)引起的瘟疫几乎摧毁了整个欧洲，有1/3的人(约2500万人)死于这场灾难。许多已被人类征服的传染病又有卷土重来之势。如肺结核、虐疾、霍乱等目前全世界有18.6亿人患结核病，相当于全球人口的32%。环境污染的日益严重，一些新的疾病又给人类带来新的威胁。军团病埃博拉病毒病霍乱新菌型0139埃希氏大肠杆菌O157疯牛病例如：艾滋病(AIDS)正在全球蔓延。2003年，非典性肺炎------SARS病毒席卷了中国。2003-2004年，禽流感在亚洲肆虐。2.霉腐粮食、木材、纸张、衣物、光学器材和电子元件等3.堵塞管道，破坏地下建筑1.工农业生产例如：面包、酱油、醋、味精、奶酪、酒和泡菜蘑菇、木耳和灵芝氨基酸、有机酸、酶制剂、农药和有机溶剂2.生产医药产品各种抗生素、维生素、生长激素和疫苗等（二）微生物对人类的贡献3.环境保护肥沃土壤，净化污水，再生资源生产生物能源4.理论研究的对象(1)理想材料(2)遗传工程的研究(3)高等动植物的研究(4)生物工程的主角重组菌株（工程菌）基因重组微生物诱变突变株发酵罐产物固定化酶固定化细胞反应器产物细胞融合融合菌株基因工程酶工程发酵工程细胞工程从永冻冰层分离微生物南极Vostok湖冰芯样品中的微生物教皇祈求上帝解除黑死病灾难。引自中世纪历书TresRichesHeuresoftheDucdeBerry。鼠疫杆菌呈卵圆形SequenceofYersiniapestisCO92：4,653,728bpParkhilletal.,Nature,413,523-527(2001)人类并不处在鼠疫杆菌的主要生活路途上，只是它偶尔绕到界外时的牺牲品罢了。传播媒介—跳蚤研究发现鼠疫杆菌的基因组表现出很强的“流动性”冤啊！SARS病毒艾滋病病毒(HIV)羊肚菌灵芝姬松茸木耳猴头1997年香港禽流感Ｈ５Ｎ１病毒模式图2003年12月22日，在韩国忠清南道天安市，工作人员在掩埋感染禽流感的鸭子。第二节微生物学的发展史(一）微生物学的史前时期盲目应用时期。人类已经在很多方面利用了微生物，世界各国人民在自己的生产实践中都积累了很多利用有益微生物和防治有害微生物的经验。北魏的贾思勰《齐民要术》一书中，就详细记载了制醋的方法。我国古代劳动人民就利用了盐腌、糖渍、烟熏、风干等。1、初创时期（形态学时期）1674～1695年，荷兰人列文虎克制造分辨率大的单式显微镜；于1676年首次观察到了细菌1664年，英国人虎克用原始的显微镜观察微生物；因其显微镜的分辨率低，无法仔细观察。(二）微生物学的形成时期2、奠基时期（生理学时期）巴斯德微生物学之父(1)发现并证实发酵是由微生物引起的；化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病”和“蚕病”(2)彻底否定了“自然发生”学说；著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，是它们引起有机质的腐败。(3)免疫学——预防接种首次制成狂犬疫苗(4)其他贡献巴斯德消毒法：60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物柯赫细菌学的奠基人（1）微生物学基本操作技术方面的贡献a）细菌纯培养方法的建立（纯种分育技术）土豆切面→营养明胶→营养琼脂（平皿）b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养（悬浮培养法）c）流动蒸汽灭菌d）染色观察（细菌细胞染色技术）和显微摄影（2）对病原细菌的研究作出了突