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食品微生物学foodmicrobiology浙江大学ZheJiangUniversity章节一、绪论二、食品微生物形态与分类（一）三、食品微生物形态与结构（二）四、食品微生物形态与结构（三）五、微生物的营养与代谢六、微生物在食品环境中的生长七、微生物的遗传与育种八、微生物的污染及腐败变质九、微生物在食品制造中的应用十、食品微生物学检验十一、食品微生物质量控制第一节微生物学的特点及食品微生物学的研究对象一.微生物的概念微生物（microorganism）是指一类形体微小（小于0.1mm）、结构简单、肉眼看不见它们的个体，必须借助光学显微镜或电子显微镜才能看清它们的个体的一类微小生物的统称。从进化的角度看，微生物是比较原始的生物。分类：生物非细胞生物细胞生物原核生物真核生物高等动植物低等动植物藻类真菌类原生动物高等藻类低等藻类细菌、放线菌、蓝细菌病毒、噬菌体二.微生物的特点（一）个体小，结构简单通常以μm（1μm=10-3mm）或nm（1nm=10-3μm）表示，比表面积（面积/体积）非常大。与外界环境进行物质、能量和信息的交流迅速。结构简单：原核生物都是单细胞。真菌有些是单细胞，有些是简单的多细胞。病毒和噬菌体由核酸和蛋白质外壳组成，无细胞结构。（二）分布广，种类多微生物分布广泛，但分布的密度不一样，随着外界环境的变化而变化。一般有机质含量多的地方，微生物种类和数量就多，而营养缺乏、条件恶劣的地方就少。微生物种类非常多，表现在微生物的代谢类型多、代谢产物多、微生物总数多等方面。大肠杆菌（Esherichiacoli）能产生2000—3000种不同的蛋白质；到1984年为止，找到的抗生素有9000种，其中微生物产生的抗生素占97%。（三）适应力强，易变异适应力很强，几乎是无孔不入，无“微”不至。微生物最擅长的本领：能及时形成休眠细胞，然后长期进入休眠状态。在生产实践中，利用易变异的特点，来诱变育种，使之适应于人们提供的条件，满足人们提高产量或简化工艺的需要。1943年分离得到的青霉素产生菌，发酵单位只有20单位/mL，通过30多年的不断育种，已超过10000单位/mL；酱油生产用的米曲霉，用紫外线处理后，制曲由原来的两天，缩短为1天。（四）生长快，培养容易微生物生长繁殖速度快，一般细菌在最适合的条件下，每隔20—30min，就可繁殖一代。微生物巨大的繁殖能力为我们利用微生物进行科学研究和工业化生产提供了有利条件。微生物对营养要求不高，原料来源广泛：麸皮、豆饼粉、酒糟等均可。容易培养，培养条件温和，不需要复杂、昂贵的设备。微生物在自然界的物质循环过程中起到了重要的作用，同时也被广泛地应用到生产实践中。特别是在当前的新技术革命的浪潮中，微生物工程已经作为生物工程的突破口而得到迅速发展。第二节微生物学的发展史一.微生物学的启蒙时代——形态学期16世纪，列文虎克首次制成了放大200—300倍的显微镜，观察了不同物质，包括雨水、酒、牙垢、有机物质浸出液，并在其中看到了各种微小物体——微生物。200年后，巴斯德和柯赫进行了深入的研究，从此奠定了微生物学的基础。•初创期（16世纪）：观察到了细菌和原生动物二.微生物学的奠基时代——生理学期微生物学的建立和发展是19世纪50年代开始的。伟大的微生物学科学家巴斯德（Pasteur,1822—1895年），不仅在理论方面作出了贡献，而且在实用方面也造福于人类。（一）在农业方面解决了蚕的息粒子病，挽救了法国的养蚕业，他的理论在俄国学者施列辛格、维诺格拉斯基的著作中得到了发展，后者发现了微生物中的新的营养类型——自养微生物。（二）在工业方面他解决了酒的变质的问题。把含有杂菌的酒溶液经适当加温处理（60℃），杀死其中不耐热的微生物，后来称为“巴氏杀菌法”。（三）在医学方面研究了几种对人和牲畜危害很大的疾病，如鸡霍乱、牛和羊的炭疽病、人的狂犬病，并发现了引起这些病害的病原体，创造了免疫学原理和预防接种的方法。巴斯德的主要贡献•否定了自生说•免疫学---提出了预防接种措施（制备了狂犬疫苗）•证实发酵由微生物引起（酒精发酵）•其他：消毒法、家蚕软化（病原学说）三.微生物学发展的新阶段——分子生物学阶段20世纪以来，由于生物化学和化学分析技术等学科的发展，促进了微生物学从细胞水平、亚细胞水平进入分子水平。尤其是70年代遗传工程学的发展，这将为人类控制自然、改造自然、创造新物种、提高工农业生产水平，打下了理论基础。第三节食品微生物学的研究对象、范围及发展一.食品微生物学的研究对象食品微生物学（foodmicrobiology）是专门研究微生物与食品之间的关系的一门学科。它是一门综合性的学科，融合了普通微生物学、工业微生物学、医学微生物学、农业微生物学和食品有关的部分，同时又渗透了生物化学、机械学和化学工程的有关内容。食品微生物学的研究内容：1.研究与食品有关的微生物的活动规律。2.研究如何控制有害微生物，防止食品发生腐败变质。3.研究有益微生物，为人类制造食品。4.研究检测食品中微生物的方法，制定食品中微生物指标，从而为判断食品中的卫生质量提供科学依据。二.食品微生物学的发展公元前6000年左右，人类已经掌握了酿酒和食物保藏的技术；公元前3000年，埃及人就会使用牛奶、白脱油和乳酪；公元前1000年，罗马人创造了用雪保藏食品的方法，并发明了一种新的食品保藏方式——烟熏肉技术；1795年，罐头问世；1837年，巴斯德证明了牛奶变酸是由微生物所引起的，并在1860年首次利用加热杀死酒中的致病微生物。由于人类生活的发展，食品微生物学作为一门学科不断得到发展和深入。（原核核微生物的形态和结构）第一节概论一原核微生物与真核微生物二、微生物的分类原核微生物真核微生物核膜—+核仁—+DNA1条，不与RNA和组蛋白结合1条至数条，与RNA和组蛋白结合核糖体70S，在细胞质中80S，细胞质中70S，某些细胞器中细胞器—线粒体，叶绿体，高尔基体，内质网中间体+—一、原核微生物与真核微生物的区别原核微生物真核微生物细胞膜甾醇－（除支原体外）+呼吸链位置细胞膜中间体线粒体细胞壁组成肽聚糖或脂多糖几丁质，多聚糖或寡糖基因重组接合、转导、转化有性过程细胞分裂二分裂有丝分裂、减数分裂运动器官较细的鞭毛（中空管）较粗的鞭毛（9+2结构）或纤毛真核微生物细胞模式图原核微生物细胞模式图二、微生物的分类微生物分类学是一门按微生物类群的亲缘关系把它们安排成条理清楚的各种分类单元或分类群（Taxon）的科学。分类学的任务分类（Classification）：是指根据相似性或亲缘关系，将一个有机体放在一个单元中。命名（Nomenclature）：是按照国际命名法规给予有机体一个科学的名称。鉴定（Identification）：是指确定一个新分离物是否归属于某个已命名的分类单元的过程。(一)微生物的分类单位及命名1.微生物的分类单位界（Kingdom）门（PhylumorDivision）纲（Class）目（Order）科（Family）属（Genus）种（Species）•种是最基本的分类单位。•但分类单元之间可加入亚门、亚纲、亚目、亚科等次要分类单位。种以下又可分为亚种、变种、型、菌株等微生物种的概念：•种(Species)•凡是与典型培养菌紧密相同的其他培养菌统一起来，区分为细菌的一个种，即是以某个“典型菌株”为代表、十分类似的菌株的总称。1987年，国际细菌分类委员会颁布，DNA同源≧70%，而且其Tm≦5oC的菌群为一个种•亚种（Subspecies)•在种内，有些菌株在遗传学上关系密切，而且在表型上仅存在较小的某些差异，在种内分成2个或2个以上的分类单位，即为亚种•亚种以下•生物变型——表示特殊的生化或生理特征。•血清变型——表示抗原结构不同。•致病变型——表示某些寄主的专一致病性。•噬菌变型——表示对噬菌体的特异性反应。•形态变型——表示特殊的形态特征。2微生物命名法•微生物的命名按国际命名法命名，即所创立的“双名法”•每一种微生物都用属与种命名，由2个拉丁词或希腊词或拉丁化了的其他文字组成。属名和种名用斜体表示。•属名在前，用拉丁名词表示微生物的构造、形态、某科学家名字等，描述微生物的主要特征。第一字母大写。•种名在后，第一字母小写。用拉丁形容词表示，描述微生物的色素、形状、来源、病名、地名、某科学家的名字等等。•在种名后，附上命名者的姓和命名年份。•如命名对象是新种，需在种名后加n.sp(即novospecies)•如仅泛指某一属的微生物，或某属微生物内的某些种，则在属名后用sp.（单数时）或spp.（复数时）•如需表示变种，则在变种学名前加var.,变种学名命名原则与种名的命名同(二)生物分类学的发展概况1753年，林奈两界系统1866年，Haeckel三界系统1938年，Copeland四界系统1969年，Whittakder五界系统近年来，陈世骧六界系统(三)微生物的分类方法细胞组分水平蛋白质水平分子生物学水平数值分类法经典分类方法现代分类方法1经典分类鉴定法营养要求（碳源，氮源，生长因子）；代谢产物（种类，产量，显色反应等）；酶（产酶种类，反应特性等）形态特征：个体；群体生理生化特征：生态学特征：生长温度，对养需要，酸碱要求，宿主种类生活史特点血清学反应噬菌体的敏感性其他2现代分类鉴定方法DNA碱基比例的测定细菌含量变化范围在25%－75%，放线菌在37%－51%。2种之间差异超过10%，肯定不是同一个种。核酸分子杂交测定杂合的百分数，如同一种，应为100%。DNA-rRNA杂交和16SrRNA寡核苷酸的序列分析。分析后作出相似性图，关系近的集中到一起，关系远的在图上占据不同的位置。（1）分子生物学分类方法（2）化学分类法（Chemotaxonomy）根据微生物细胞的特征性化学组成分对微生物进行的分类方法。细菌细胞化学组分在分类上的应用（3）数值法分类法•数值分类法又称阿得逊氏法（Adansonianclassification)•以两两菌株的形态、生理生化特征，对环境的反应和忍受性及生态特征为依据。•由计算机计算两者之间的总近似值，列出相似值矩阵，将相似度高的菌株列在一起，然后将矩阵图转换成树状谱（Dendrogram)(见下一张）。第二节细菌（Bacteria)一、菌体形态二、菌体大小三、细菌细胞的构造四、细菌的繁殖和菌落的形成五、细菌的分类六、食品中常见的细菌1球形菌一、菌体形态(Bacterialform)自上而下：双球菌、链球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌肺炎球菌链球菌2杆形菌（bacillus）蜡状芽孢杆菌梭状芽孢杆菌伤风梭菌3螺旋菌（spirilla）弧菌（vibrio)：螺旋周数不足一圈细菌螺菌（spirillum)：2～6圈小型、坚硬的螺旋状细螺旋体（spirochaeta)：螺旋周数超6周，体长柔软弧菌鞭毛偏端生，螺菌鞭毛两端生梅毒密螺旋体霍乱弧菌迂回螺菌细菌的特殊形态E.Coli长2μm，宽0.5μm1500个相当一粒芝麻长Streptococcuslactis0.5~1Staphylococcusaureus0.8~1Escherichiacoli0.5x(1~3)Proteusvulgaris(0.5~1)x(1~3)Bacillussubtilis(0.8~1.2)x(1.2~3)Vibriocholerae(0.3~0.6)x(1~3)Spirillumvolutans(1.5~2)x(10~20)二、菌体大小（宽x长，常用单位μm）影响测量因素：个体差异干燥、固定使菌缩短染色方法不同大小不同菌龄不同环境条件，如：渗透压细菌测量方法：显微镜测微尺显微照相后根据放大倍数进行测算测量方法：测微尺长度单位：微米表示方法：球菌：直径杆菌：长*宽螺菌：长、宽三、细菌细胞构造•夹膜(Capsule)•鞭毛(Flagella)•纤毛(Pili)•芽孢(Spore)•胞囊(Cyst)基本构造特殊构造细菌细胞构造模式图•细胞壁(Cellwall)•细胞膜(Cellmembrane)•细胞核(Cellnu