在發(fā)酵過(guò)程中，影響菌體生長(zhǎng)（注意是生長(zhǎng)，不是產(chǎn)酸，關(guān)于產(chǎn)酸以后在整理發(fā)上來(lái)）因素不外乎溫度、滲透壓、PH值，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（主要是糖液質(zhì)量，本篇尚未論述），通氧量，準(zhǔn)確的說(shuō)是溶氧（ＤＯ）及無(wú)機(jī)鹽。實(shí)際上找到的這篇文章不僅僅是從發(fā)酵角度來(lái)講的，而是從整個(gè)微生物生長(zhǎng)的角度來(lái)講的，所以這個(gè)文章名字起的有點(diǎn)大哈，嘿嘿，不過(guò)干發(fā)酵的，了解一下還是不錯(cuò)的。先申明一下，不是我原創(chuàng)的。

    關(guān)鍵詞：發(fā)酵過(guò)程,環(huán)境因素,菌體生長(zhǎng)影響,微生物生長(zhǎng)條件論文
 

    影響微生物生長(zhǎng)的外界因素很多，其一是前面討論過(guò)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其二是許多物理、化學(xué)因素。當(dāng)環(huán)境條件的改變，在一定限度內(nèi)，可引起微生物形態(tài)、生理、生長(zhǎng)、繁殖等特征的改變；當(dāng)環(huán)境條件的變化超過(guò)一定極限時(shí)，則導(dǎo)致微生物的死亡。研究環(huán)境條件與微生物之間的相互關(guān)系，有助于了解微生物在自然界的分布與作用，也可指導(dǎo)人們?cè)谑称芳庸ぶ杏行У乜刂莆⑸锏纳顒?dòng)，保證食品的安全性，延長(zhǎng)食品的貨架期。

    本節(jié)將涉及各種物理、化學(xué)因素對(duì)微生物生長(zhǎng)的抑制和致死的影響，以及在食品工業(yè)中的應(yīng)用。下面將介紹幾個(gè)有關(guān)的術(shù)語(yǔ)。

    防腐(Antisepsis)：是一種抑菌措施。利用一些理化因素使物體內(nèi)外的微生物暫時(shí)處于不生長(zhǎng)繁殖但又未死亡的狀態(tài)。食品工業(yè)中常利用防腐劑防止食品變質(zhì)，如面包、蛋糕和月餅的防霉劑，酸性食品用苯甲酸鈉、山梨酸鉀、山梨酸鈉防腐、或利用低溫、干燥、鹽腌和糖漬、高酸度等。

    消毒（Disinfection）：是指殺死所有病原微生物的措施，可達(dá)到防止傳染病的目的。例如將物體在100℃煮沸10分鐘或60-70℃加熱30分鐘，就可達(dá)到殺死病原菌的營(yíng)養(yǎng)體，但芽孢殺不死。食品加工廠的廠房和加工工具都要進(jìn)行定期的消毒，嚴(yán)格的操作人員的手也要進(jìn)行消毒。具有消毒作用的物質(zhì)稱為消毒劑。

    滅菌（Sterilization）：是指用物理或化學(xué)因子，使存在于物體中的所有生活微生物，永久性地喪失其生活力，包括耐熱的細(xì)菌芽孢。這是一種徹底的殺菌方法。

    商業(yè)滅菌（Commercialsterilization）：這是從商品角度對(duì)某些食品所提出的滅菌方法。就是指食品經(jīng)過(guò)殺菌處理后，按照所規(guī)定的微生物檢驗(yàn)方法，在所檢食品中無(wú)活的微生物檢出，或者僅能檢出極少數(shù)的非病原微生物，并且它們?cè)谑称繁２剡^(guò)程中，是不可能進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖的，這種滅菌方法，就叫做商業(yè)滅菌。

    在食品工業(yè)中，常用“殺菌”這個(gè)名詞，它包括上述所稱的滅菌和消毒，如牛奶的殺菌是指消毒；罐藏食品的殺菌，是指商業(yè)滅菌。

    無(wú)菌（Asepsis：即沒(méi)有活的微生物存在的意思。例如，發(fā)酵工業(yè)中菌種制備的無(wú)菌操作技術(shù)、食品加工中的無(wú)菌罐裝技術(shù)等。

    死亡（dead）：是指微生物不可逆的喪失了生長(zhǎng)繁殖的能力，即使再放到合適的環(huán)境中也不再繁殖。

    由于不同微生物的生物學(xué)特性不同，因此，對(duì)各種理化因子的敏感性不同；同一因素不同劑量對(duì)微生物的效應(yīng)也不同，或者起滅菌作用，或者起防腐作用。在了解和應(yīng)用任何一種理化因素對(duì)微生物的抑制或致死作用時(shí)，還應(yīng)考慮多種因素的綜合效應(yīng)。

    1、溫度

    溫度是影響微生物生長(zhǎng)繁殖最重要的因素之一。在一定溫度范圍內(nèi)，機(jī)體的代謝活動(dòng)與生長(zhǎng)繁殖隨著溫度的上升而增加，當(dāng)溫度上升到一定程度，開始對(duì)機(jī)體產(chǎn)生不利的影響，如再繼續(xù)升高，則細(xì)胞功能急劇下降以至死亡。

    與其他生物一樣，任何微生物的生長(zhǎng)溫度盡管有高有低，但總有最低生長(zhǎng)溫度、最適生長(zhǎng)溫度和最高生長(zhǎng)溫度這三個(gè)重要指標(biāo)，這就是生長(zhǎng)溫度的三個(gè)基本點(diǎn)。如果將微生物作為一個(gè)整體來(lái)看，它的溫度三基點(diǎn)是極其寬的，由以下可看出：

    最低生長(zhǎng)溫度（一般為–5~–10℃，極端為–30℃）

    嗜冷菌

    生長(zhǎng)溫度三基點(diǎn)最適生長(zhǎng)溫度中溫菌

    嗜熱菌

    最高生長(zhǎng)溫度（一般為80~95℃，極端為105~300℃）

    就總體而言，微生物生長(zhǎng)的溫度范圍較廣，已知的微生物在零下12~100℃均可生長(zhǎng)。而每一種微生物只能在一定的溫度范圍內(nèi)生長(zhǎng)。

    最低生長(zhǎng)溫度是指微生物能進(jìn)行繁殖的最低溫度界限。處于這種溫度條件下的微生物生長(zhǎng)速率很低，如果低于此溫度則生長(zhǎng)完全停止。不同微生物的最低生長(zhǎng)溫度不一樣，這與它們的原生質(zhì)物理狀態(tài)和化學(xué)組成有關(guān)系，也可隨環(huán)境條件而變化。

    最適生長(zhǎng)溫度是指某菌分裂代時(shí)最短或生長(zhǎng)速率最高時(shí)的培養(yǎng)溫度。但是，同一微生物，不同的生理生化過(guò)程有著不同的最適溫度，也就是說(shuō)，最適生長(zhǎng)溫度并不等于生長(zhǎng)量最高時(shí)的培養(yǎng)溫度，也不等于發(fā)酵速度最高時(shí)的培養(yǎng)溫度或累積代謝產(chǎn)物量最高時(shí)的培養(yǎng)溫度，更不等于累積某一代謝產(chǎn)物量最高時(shí)的培養(yǎng)溫度。因此，生產(chǎn)上要根據(jù)微生物不同生理代謝過(guò)程溫度的特點(diǎn)，采用分段式變溫培養(yǎng)或發(fā)酵。例如，嗜熱鏈球菌的最適生長(zhǎng)溫度為37℃，最適發(fā)酵溫度為47℃，累積產(chǎn)物的最適溫度為37℃。

    最高生長(zhǎng)溫度是指微生物生長(zhǎng)繁殖的最高溫度界限。在此溫度下，微生物細(xì)胞易于衰老和死亡。微生物所能適應(yīng)的最高生長(zhǎng)溫度與其細(xì)胞內(nèi)酶的性質(zhì)有關(guān)。例如細(xì)胞色素氧化酶以及各種脫氫酶的最低破壞溫度常與該菌的最高生長(zhǎng)溫度有關(guān)。見表4-3

    表4-3細(xì)胞色素氧化酶以及各種脫氫酶的最低破壞溫度與該菌最高生長(zhǎng)溫度的關(guān)系

    細(xì)菌最高生長(zhǎng)溫度（℃）最低破壞溫度（℃）

    細(xì)胞色素氧化酶過(guò)氧化氫酶琥酸珀脫氫酶

    蕈狀芽孢桿菌40414140

    單純芽孢桿菌

    43555240

    蠟狀芽孢桿菌

    45484650

    巨大芽孢桿菌

    46485047

    枯草芽孢桿菌

    54605651

    嗜熱芽孢桿菌

    67656759

    致死溫度最高生長(zhǎng)溫度如進(jìn)一步升高，便可殺死微生物。這種致死微生物的最低溫度界限即為致死溫度。致死溫度與處理時(shí)間有關(guān)。在一定的溫度下處理時(shí)間越長(zhǎng)，死亡率越高。嚴(yán)格地說(shuō)，一般應(yīng)以10分鐘為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。細(xì)菌在10分鐘被完全殺死的最低溫度稱為致死溫度。測(cè)定微生物的致死溫度一般在生理鹽水中進(jìn)行，以減少有機(jī)物質(zhì)的干擾。

    微生物按其生長(zhǎng)溫度范圍可分為低溫微生物、中溫微生物和高溫微生物三類（表4-4）

    表4-4不同溫型微生物的生長(zhǎng)溫度范圍

    微生物類型生長(zhǎng)溫度范圍（℃）分布的主要處所

    最低最適最高

    低溫型專性嗜冷–125—1515—20兩極地區(qū)

    兼性嗜冷–5—010—2025—30海水及冷藏食品上

    中溫型室溫10—2020—3535—4040—45腐生菌

    體溫寄生菌

    高溫型25—4550—6070—95溫泉、堆肥、土壤表層等

    1.1、低溫型的微生物

    又稱嗜冷微生物，可在較低的溫度下生長(zhǎng)。它們常分布在地球兩極地區(qū)的水域和土壤中，即使在其微小的液態(tài)水間歇中也有微生物的存在。常見的產(chǎn)堿桿菌屬、假單胞菌屬、黃桿菌屬、微球菌屬等常使冷藏食品腐敗變質(zhì)。有些肉類上的霉菌在零下10℃仍能生長(zhǎng)，如芽枝霉；熒光極毛菌可在零下4℃生長(zhǎng)，并造成冷凍食品變質(zhì)腐敗。

    低溫也能抑制微生物的生長(zhǎng)。在0℃以下，菌體內(nèi)的水分凍結(jié)，生化反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行而停止生長(zhǎng)。有些微生物在冰點(diǎn)下就會(huì)死亡，主要原因是細(xì)胞內(nèi)水分變成了冰晶，造成細(xì)胞脫水或細(xì)胞膜的物理?yè)p傷。因此，生產(chǎn)上常用低溫保藏食品，各種食品的保藏溫度不同，分為寒冷溫度、冷藏溫度和凍藏溫度。

    1.2、中溫型的微生物

    絕大多數(shù)微生物屬于這一類。最適生長(zhǎng)溫度在20~40℃之間，最低生長(zhǎng)溫度10~20℃，最高生長(zhǎng)溫度40~45℃。它們又可分為嗜室溫和嗜體溫性微生物。嗜體溫性微生物多為人及溫血?jiǎng)游锏牟≡�，它們生長(zhǎng)的極限溫度范圍在10~45℃，最適生長(zhǎng)溫度與其宿主體溫相近，在35~40℃之間，人體寄生菌為37℃左右。引起人和動(dòng)物疾病的病原微生物、發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用的微生物菌種以及導(dǎo)致食品原料和成品腐敗變質(zhì)的微生物，都屬于這一類群的微生物。因此，它與食品工業(yè)的關(guān)系密切。

    1.3、高溫型微生物

    它們適于在45~50℃以上的溫度中生長(zhǎng)，在自然界中的分布僅局限于某些地區(qū)，如溫泉、日照充足的土壤表層、堆肥、發(fā)酵飼料等腐爛有機(jī)物中，如堆肥中溫度可達(dá)60~70℃。能在55~70℃中生長(zhǎng)的微生物有芽孢桿菌屬（Bacillus）、梭狀芽孢桿菌（Clostridium）、嗜熱脂肪芽孢桿菌（Bac.stearothermophilus）高溫放線菌屬（Thermoactinomyces）、甲烷桿菌屬（Methanobacterium）等；溫泉中的細(xì)菌；其次是鏈球菌屬和乳桿菌屬。有的可在近于100℃的高溫中生長(zhǎng)。這類高溫型的微生物，給罐頭工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)等帶來(lái)了一定難度。

    高溫型的微生物耐熱機(jī)理可能是菌體內(nèi)的蛋白質(zhì)和酶比中溫型的微生物更能抗熱，尤其蛋白質(zhì)對(duì)熱更穩(wěn)定；同時(shí)高溫型微生物的蛋白質(zhì)合成機(jī)構(gòu)——核糖體和其他成分對(duì)高溫抗性也較大；細(xì)胞膜中飽和脂肪酸含量高，它比不飽和脂肪酸可以形成更強(qiáng)的疏水鍵，因此可保持在高溫下的穩(wěn)定性并具正常功能。

    1.4、熱對(duì)微生物的致死作用

    如果超過(guò)了最高生長(zhǎng)溫度導(dǎo)致微生物死亡。高溫致死的機(jī)理是微生物蛋白質(zhì)和核酸不可逆的變性，或者破壞了細(xì)胞的其他成分，如細(xì)胞膜被熱溶解形成了極小的孔，使細(xì)胞內(nèi)含物泄漏引起死亡。高溫致死微生物的作用，廣泛用于醫(yī)藥衛(wèi)生、食品工業(yè)及日常生活中。在食品工業(yè)中微生物耐熱性常用以下幾個(gè)數(shù)值表示：

    (1)熱（力致）死時(shí)間（ThermalDeathTimeTDT）是指在特定的條件和特定的溫度下，殺死一定數(shù)量微生物所需要的時(shí)間，稱熱力致死時(shí)間。

    (2)D值（Decimalreductiontime）在一定溫度下加熱，活菌數(shù)減少一個(gè)對(duì)數(shù)周期（即90%的活菌被殺死）時(shí)，所需要的時(shí)間（分），即為D值。測(cè)定D值時(shí)的加熱溫度，即在D的右下角表明。例如：含菌數(shù)為105/毫升的菌懸液，在100℃的水浴溫度中，活菌數(shù)降低至104/毫升時(shí)，所需時(shí)間為10分，該菌的D值即為10分，即D100=10分。如果加熱的溫度為121.1℃（250℉），其D常用Dr表示。見圖4-4。

    （3）Z值如果在加熱致死曲線中，時(shí)間降低一個(gè)對(duì)數(shù)周期（即縮短90%的加熱時(shí)間）

    所需要升高的溫度（℃），這所需要升高的溫度數(shù)，即為Z值。見圖4-5。

    （4）F值在一定的基質(zhì)中，其溫度為121.1℃，加熱殺死一定數(shù)量微生物所需要的時(shí)間（分），即為F值。

    1.5、影響微生物對(duì)熱抵抗力的因素

    ⑴菌種不同微生物由于細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特性不同，對(duì)熱的抵抗力也不同。一般的規(guī)律是嗜熱菌的抗熱力大于嗜溫菌和嗜冷菌，芽孢大于非芽孢菌，球菌大于非芽孢桿菌，革蘭氏陽(yáng)性菌大于革蘭氏陰性菌，霉菌大于酵母菌，霉菌和酵母的孢子大于其菌絲體。細(xì)菌的芽孢和霉菌的菌核抗熱力特別大。

    ⑵菌齡同樣的條件下，對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的菌體抗熱力較差，而穩(wěn)定期的老齡細(xì)胞較大，老齡的細(xì)菌芽孢較幼齡的細(xì)菌芽孢抗熱力強(qiáng)。

    ⑶菌體數(shù)量菌數(shù)愈多，抗熱力愈強(qiáng)，因加熱殺死最后一個(gè)微生物所需的時(shí)間也長(zhǎng)；另外，微生物群集在一起時(shí)，受熱致死不是時(shí)間而是有先有后，同時(shí)菌體能分泌一些有保護(hù)作用的蛋白質(zhì)物質(zhì)，菌多分泌的保護(hù)物質(zhì)也多，抗熱性也就強(qiáng)。

    ⑷基質(zhì)的因素微生物的抗熱力隨含水量減少而增大，同一種微生物在干熱環(huán)境中比在濕熱環(huán)境中抗熱力大；基質(zhì)中的脂肪、糖、蛋白質(zhì)等物質(zhì)對(duì)微生物有保護(hù)作用，微生物的抗熱力隨這類物質(zhì)的增多而增大；微生物在pH值范圍是7左右，抗熱力最強(qiáng)，pH值升高或下降都可以減少微生物的抗熱力。特別是酸性環(huán)境微生物的抗熱力減弱更明顯。

    ⑸加熱的溫度和時(shí)間加熱的溫度越高，微生物的抗熱力越弱，越容易死亡，加熱的時(shí)間越長(zhǎng)，熱致死作用越大。在一定高溫范圍內(nèi)，溫度越高殺死所需時(shí)間越短。另外，其他因素如鹽類等，在基質(zhì)中有降低水分活性作用，從而增強(qiáng)抗熱力；而另一類鹽類如鈣鹽、鎂鹽可減弱微生物對(duì)熱的抵抗力。

    食品工業(yè)中常用的滅菌方法較多，大的分類為干熱滅菌法和濕熱滅菌法，濕熱滅菌法主要是通過(guò)熱蒸汽殺死微生物，由于熱蒸汽的穿透力較熱空氣強(qiáng)，故無(wú)論是對(duì)芽孢桿菌或無(wú)芽孢桿菌在同一溫度下效果都比干熱法好。

    1.6、熱滅菌法

    ⑴干熱滅菌法

    ①火焰滅菌法其特點(diǎn)是滅菌快速、徹底。常用于接種工具和污染物品，如微生物接種時(shí)使用的接種環(huán)，就是用火焰滅菌法。使用范圍受限。

    ②干熱滅菌法(dryheatsterilization)主要在干燥箱中利用熱空氣進(jìn)行滅菌。通常160℃處理1~2小時(shí)可達(dá)到滅菌的目的。適用于玻璃器皿、金屬用具等耐熱物品的滅菌。

    ⑵濕熱滅菌(moistheatsterilization)

    ①煮沸消毒法物品在水中100℃煮沸15分鐘以上，可殺死細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和部分芽孢，如在水中加入1%碳酸鈉或2%~5%石炭酸，則效果更好。這種方法適用于注射器、解剖用具等的消毒。

    ②巴氏滅菌(pasteurization)滅菌的溫度一般在60~85℃處理15~30分鐘，可以殺死微生物的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，但不能達(dá)到完全滅菌的目的，用于不適于高溫滅菌的食品，如牛乳、醬腌菜類、果汁、啤酒、果酒和蜂蜜等，其主要目的是殺死其中無(wú)芽孢的病原菌（如牛奶中的結(jié)核桿菌或沙門氏桿菌），而又不影響它們的風(fēng)味。

    ③超高溫瞬時(shí)滅菌法Ultrahightemperatureshorttime,UHT）滅菌的溫度在135~137℃3~5秒，可殺死微生物的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和耐熱性強(qiáng)的芽孢細(xì)菌，但污染嚴(yán)重的鮮乳在142℃以上殺菌效果才好。超高溫瞬時(shí)滅菌法現(xiàn)廣泛用于各種果汁、牛乳、花生乳、醬油等液態(tài)食品的殺菌。

    ④高壓蒸汽滅菌法(normalautoclaving)高壓蒸汽滅菌法是實(shí)驗(yàn)室和罐頭工業(yè)中常用的滅菌方法。高壓蒸汽滅菌是在高壓蒸汽鍋內(nèi)進(jìn)行的，鍋有立式和臥式兩種，原理相同，鍋內(nèi)蒸汽壓力升高時(shí)，溫度升高。一般采用9.8×104Pa的壓力，121.1℃處理15~30分鐘，也有采用較低溫度（115℃）下維持30分鐘左右，可達(dá)殺菌目的。罐頭工業(yè)中要根據(jù)食品的種類和殺菌的對(duì)象、罐裝量的多少等決定殺菌式。實(shí)驗(yàn)室常用于培養(yǎng)基、各種緩沖液、玻璃器皿及工作服等滅菌。

    ⑤間歇滅菌法(fractionalsterilization或tyndallization)是用流通蒸汽反復(fù)滅菌的方法，常常溫度不超過(guò)100℃，每日一次，加熱時(shí)間為30分鐘，連續(xù)三次滅菌，殺死微生物的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞。每次滅菌后，將滅菌的物品在（28~37℃）培養(yǎng)，促使芽孢發(fā)育成為繁殖體，以便在連續(xù)滅菌中將其殺死。

    2、干燥

    水分對(duì)維持微生物的正常生命活動(dòng)是必不可少的。干燥會(huì)造成微生物失水代謝停止以至死亡。不同的微生物對(duì)干燥的抵抗力是不一樣的，以細(xì)菌的芽孢抵抗力最強(qiáng)，霉菌和酵母菌的孢子也具較強(qiáng)的抵抗力，依次為革蘭氏陽(yáng)性球菌、酵母的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞、霉菌的菌絲。影響微生物對(duì)干燥抵抗力的因素較多，干燥時(shí)溫度升高，微生物容易死亡，微生物在低溫下干燥時(shí)，抵抗力強(qiáng)，所以，干燥后存活的微生物若處于低溫下，可用于保藏菌種；干燥的速度快，微生物抵抗力強(qiáng)，緩慢干燥時(shí)，微生物死亡多；微生物在真空干燥時(shí)，在加保護(hù)劑（血清、血漿、肉湯、蛋白胨、脫脂牛乳）于菌懸液中，分裝在安瓿內(nèi)，低溫下可保持長(zhǎng)達(dá)數(shù)年甚至10年的生命力。食品工業(yè)中常用干燥方法保藏食品。

    3、滲透壓

    大多數(shù)微生物適于在等滲的環(huán)境生長(zhǎng)，若置于高滲溶液（如20%NaCl）中，水將通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞周圍的溶液中，造成細(xì)胞脫水而引起質(zhì)壁分離，使細(xì)胞不能生長(zhǎng)甚至死亡；若將微生物置于低滲溶液（如0.01%NaCl）或水中，外環(huán)境中的水從溶液進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)引起細(xì)胞膨脹，甚至破裂致死。

    一般微生物不能耐受高滲透壓，因此，食品工業(yè)中利用高濃度的鹽或糖保存食品，如腌漬蔬菜、肉類及果脯蜜餞等，糖的濃度通常在50%~70%，鹽的濃度為5%~15%，由于鹽的分子量小，并能電離，在二者百分濃度相等的情況下，鹽的保存效果優(yōu)于糖。

    有些微生物耐高滲透壓的能力較強(qiáng)，如發(fā)酵工業(yè)中魯氏酵母，另外嗜鹽微生物（如生活在含鹽量高的海水、死海中）可在15%~30%的鹽溶液中生長(zhǎng)。

    4、輻射

    電磁輻射包括可見光、紅外線、紫外線、X射線和γ射線等均具有殺菌作用。在輻射能中無(wú)線電波最長(zhǎng)，對(duì)生物效應(yīng)最弱；紅外輻射波長(zhǎng)在800~1000納米，可被光合細(xì)菌作為能源；可見光部分的波長(zhǎng)為380~760納米，是藍(lán)細(xì)菌等藻類進(jìn)行光合作用的主要能源；紫外輻射的波長(zhǎng)為136~400納米，有殺菌作用。可見光、紅外輻射和紫外輻射的最強(qiáng)來(lái)源是太陽(yáng)，由于大氣層的吸收，紫外輻射與紅外輻射不能全部達(dá)到地面；而波長(zhǎng)更短的X射線、γ射線、β射線和α射線（由放射性物質(zhì)產(chǎn)生），往往引起水與其他物質(zhì)的電離，對(duì)微生物起有害作用，故被作為一種滅菌措施。

    紫外線波長(zhǎng)以265~266納米的殺菌力最強(qiáng)，其殺菌機(jī)理是復(fù)雜的，細(xì)胞原生質(zhì)中的核酸及其堿基對(duì)紫外線吸收能力強(qiáng)，吸收峰為260納米，而蛋白質(zhì)的吸收峰為280納米，當(dāng)這些輻射能作用于核酸時(shí)，便能引起核酸的變化，破壞分子結(jié)構(gòu)，主要是對(duì)DNA的作用，最明顯的是形成胸腺嘧啶二聚體，妨礙蛋白質(zhì)和酶的合成，引起細(xì)胞死亡。

    紫外線的殺菌效果，因菌種及生理狀態(tài)而異，照射時(shí)間、距離和劑量的大小也有影響，由于紫外線的穿透能力差，不易透過(guò)不透明的物質(zhì)，即使一薄層玻璃也會(huì)被濾掉大部分，在食品工業(yè)中適于廠房?jī)?nèi)空氣及物體表面消毒，也有用于飲用水消毒的。

    適量的紫外線照射，可引起微生物的核酸物質(zhì)DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，培育新性狀的菌種。因此，紫外線常常作為誘變劑用于育種工作中。

    5、pH

    微生物生長(zhǎng)的pH值范圍極廣,一般在pH2~8之間，有少數(shù)種類還可超出這一范圍，事實(shí)上，絕大多數(shù)種類都生長(zhǎng)在pH5~9之間。

    不同的微生物都有其最適生長(zhǎng)pH值和一定的pH范圍，即最高、最適與最低三個(gè)數(shù)值，在最適pH范圍內(nèi)微生物生長(zhǎng)繁殖速度快，在最低或最高pH值的環(huán)境中，微生物雖然能生存和生長(zhǎng)，但生長(zhǎng)非常緩慢而且容易死亡。一般霉菌能適應(yīng)pH值范圍最大，酵母菌適應(yīng)的范圍較小，細(xì)菌最小。霉菌和酵母菌生長(zhǎng)最適pH值都在5~6，而細(xì)菌的生長(zhǎng)最適pH值在7左右。一些最適生長(zhǎng)pH值偏于堿性范圍內(nèi)微生物，有的是嗜堿性，稱嗜堿性微生物（basophile），如硝化菌、尿素分解菌、根瘤菌和放線菌等；有的不一定要在堿性條件下生活，但能耐較堿的條件，稱耐堿微生物（basotolerantmicroorganism），如若干鏈霉菌等。生長(zhǎng)pH值偏于酸性范圍內(nèi)的微生物也有兩類，一類是嗜酸微生物（acidophile），如硫桿菌屬等，另一類是耐酸微生物（acidotolerantmicroorganism），如乳酸桿菌、醋酸桿菌、許多腸桿菌和假單胞菌等。見表4—5：

    不同的微生物有其最適的生長(zhǎng)pH值范圍，同一微生物在其不同的生長(zhǎng)階段和不同的生理、生化過(guò)程中，也要求不同的最適pH值，這對(duì)發(fā)酵工業(yè)中pH值的控制、積累代謝產(chǎn)物特別重要。例如，黑曲霉最適生長(zhǎng)pH值為5.0~6.0，在pH2.0~2.5范圍有利于產(chǎn)擰檬酸，在pH7.0左右時(shí)，則以合成草酸為主。又如丙酮丁醇梭菌的最適生長(zhǎng)繁殖的pH值為5.5~7.0范圍內(nèi)，在pH值4.3~5.3范圍內(nèi)發(fā)酵生產(chǎn)丙酮丁醇，抗生素生產(chǎn)菌也是最適生長(zhǎng)的pH值與最適發(fā)酵的pH值不一致。

    表4—5不同微生物生長(zhǎng)的pH范圍

    微生物PH

    最低最適最高

    乳桿菌4.86.27.0

    嗜酸乳桿菌4.0~4.65.8~6.66.8

    金黃色葡萄球菌4.27.0~7.59.3

    大腸桿菌4.36.0~8.09.5

    傷寒沙門氏菌4.06.8~7.29.6

    放線菌5.07.0~8.01.0

    一般酵母菌3.05.0~6.08.0

    黑曲霉1.55.0~6.09.0

    大豆根瘤菌4.26.8~7.011.0

    微生物在其代謝過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)的pH值相當(dāng)穩(wěn)定，一般都接近中性，保護(hù)了核酸不被破壞和酶的活性；但微生物會(huì)改變環(huán)境的酸堿度，即是使培養(yǎng)基的原始pH值變化，發(fā)生的原因1）糖類和脂肪代謝產(chǎn)酸，2）蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)堿，以及其他物質(zhì)代謝產(chǎn)生酸堿。一般隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，培養(yǎng)基會(huì)變得較酸，當(dāng)碳氮比例高的培養(yǎng)基，如培養(yǎng)真菌的培養(yǎng)基，經(jīng)培養(yǎng)后其pH值常會(huì)明顯下降，而碳氮比例低的培養(yǎng)基，如培養(yǎng)一般細(xì)菌的培養(yǎng)基，經(jīng)培養(yǎng)后，其pH值常會(huì)明顯上升。

    在發(fā)酵工業(yè)中，及時(shí)地調(diào)整發(fā)酵液的pH值，有利于積累代謝產(chǎn)物是生產(chǎn)中一項(xiàng)重要措施，方法如下：

    加適當(dāng)?shù)矗喝缒蛩�、硝酸鈉、NH4OH或蛋白質(zhì)

    “治本”加適當(dāng)碳源：糖、乳酸、油脂等

    pH調(diào)節(jié)措施

    過(guò)酸時(shí)：加氫氧化鈉、碳酸鈉等堿中和

    “治標(biāo)”

    過(guò)堿時(shí)：加硫酸、鹽酸等酸中和

    強(qiáng)酸強(qiáng)堿都具有殺菌力。1）強(qiáng)酸如硫酸、鹽酸殺菌力強(qiáng)，但腐蝕性大，因此，生產(chǎn)上不宜作消毒劑。食品中應(yīng)用的酸類防腐劑常常是有機(jī)酸或有機(jī)酸鹽類，要求對(duì)人體是無(wú)毒，并且不影響食品應(yīng)有的風(fēng)味，加入的量應(yīng)嚴(yán)格按國(guó)標(biāo)執(zhí)行。2）強(qiáng)堿濃度越高殺菌力越強(qiáng)，食品工業(yè)中常用石灰水、氫氧化鈉、碳酸鈉等作為環(huán)境、加工設(shè)備、冷藏庫(kù)以及包裝材料如啤酒玻瓶等的滅菌。

    食品工業(yè)中常用的酸類防腐劑有苯甲酸或苯甲酸鈉、山梨酸或山梨酸鉀鹽（山梨酸鈉鹽）、丙酸及其鈣鹽或鈉鹽、脫氫醋酸及其鈉鹽和乳酸等。

    6、氧氣

    氧氣對(duì)微生物的生命活動(dòng)有著重要影響。按照微生物與氧氣的關(guān)系，可把它們分成好氧菌（aerobe）和厭氧菌（anaerobe）兩大類。好氧菌中又分為專性好氧、兼性厭氧和微好氧菌；厭氧菌分為專性厭氧菌、耐氧菌。

    6.1專性好氧菌（strictaerobe）

    要求必須在有分子氧的條件下才能生長(zhǎng)，有完整的呼吸鏈，以分子氧作為最終氫受體，細(xì)胞有超氧化物歧化酶（SOD,superoxidedismutase）和過(guò)氧化氫酶，絕大多數(shù)真菌和許多細(xì)菌都是專性好氧菌，如米曲霉、醋酸桿菌、熒光假單胞菌、枯草芽孢桿菌和蕈狀芽孢桿菌等。

    6.2兼性厭氧菌（facultativeaerobe）

    在有氧或無(wú)氧條件下都能生長(zhǎng)，但有氧的情況下生長(zhǎng)得更好；有氧時(shí)進(jìn)行呼吸產(chǎn)能，無(wú)氧時(shí)進(jìn)行發(fā)酵或無(wú)氧呼吸產(chǎn)能；細(xì)胞含SOD和過(guò)氧化氫酶。許多酵母菌和許多細(xì)菌都是兼性厭氧菌。例如釀酒酵母、大腸桿菌和普通變形桿菌等。

    6.3微好氧菌（microaerophilicbacteria）

    只能在較低的養(yǎng)分壓（0.01~0.03巴，正常大氣壓為0.2巴）下才能正常生長(zhǎng)的微生物。也通過(guò)呼吸鏈以氧為最終氫受體而產(chǎn)能。例如霍亂弧菌、一些氫單胞菌、擬桿菌屬和發(fā)酵單胞菌屬。

    6.4耐氧性厭氧菌（aerotolerantanaerobe）

    一類可在分子氧存在時(shí)進(jìn)行厭氧呼吸的厭氧菌，即它們的生長(zhǎng)不需要氧，但分子氧存在對(duì)它也無(wú)毒害。它們不具有呼吸鏈，僅依靠專性發(fā)酵獲得能量。細(xì)胞內(nèi)存在SOD和過(guò)氧化物酶，但沒(méi)有過(guò)氧化氫酶。一般乳酸菌多數(shù)是耐氧菌，如乳鏈球菌、乳酸乳桿菌、腸膜明串珠菌和糞鏈球菌等，乳酸菌以外的耐氧菌如雷氏丁酸桿菌。

    6.5厭氧菌（anaerobe）

    厭氧菌的特征是：分子氧存在對(duì)它們有毒，即使是短期接觸空氣，也會(huì)抑制其生長(zhǎng)甚至死亡；在空氣或含10%CO2的空氣中，它們?cè)诠腆w或半固體培養(yǎng)基的表面上不能生長(zhǎng)，只能在深層無(wú)氧或低氧化還原勢(shì)的環(huán)境下才能生長(zhǎng)；其生命活動(dòng)所需能量是通過(guò)發(fā)酵、無(wú)氧呼吸、循環(huán)光合磷酸化或甲烷發(fā)酵等提供；細(xì)胞內(nèi)缺乏SOD和細(xì)胞色素氧化酶，大多數(shù)還缺乏過(guò)氧化氫酶。常見的厭氧菌有罐頭工業(yè)的腐敗菌如肉毒梭狀芽孢桿菌、嗜熱梭狀芽孢桿菌、擬桿菌屬、雙歧桿菌屬以及各種光和細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌等。見圖4—6。

    一般絕大多數(shù)微生物都是好氧菌或兼性厭氧菌。厭氧菌的種類相對(duì)較少，但近年來(lái)已發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的厭氧菌。

    關(guān)于厭氧菌的氧毒害機(jī)理曾有學(xué)者提出過(guò)，直到1971年在提出SOD的學(xué)說(shuō)后，有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。他們認(rèn)為，厭氧菌缺乏SOD，因此易被生物體內(nèi)產(chǎn)生的超氧物陰離子自由基毒害致死。

    7、超聲波

    超聲波（頻率在20000赫茲以上）具有強(qiáng)烈的生物學(xué)作用。超聲波使微生物致死的機(jī)理是引起微生物細(xì)胞破裂，內(nèi)含物溢出而死。超聲波作用的效果與頻率、處理時(shí)間、微生物種類、細(xì)胞大小、形狀及數(shù)量等有關(guān)系，一般頻率高比頻率低殺菌效果好，病毒和細(xì)菌芽孢具有較強(qiáng)的抗性，特別是芽孢。

    8、化學(xué)消毒劑

    8.1重金屬鹽類

    重金屬鹽類對(duì)微生物都有毒害作用，其機(jī)理是金屬離子容易和微生物的蛋白質(zhì)結(jié)合而發(fā)生變性或沉淀。汞、銀、砷的離子對(duì)微生物的親和力較大，能與微生物酶蛋白的-SH基結(jié)合，影響其正常代謝。汞化合物是常用的殺菌劑，殺菌效果好，用于醫(yī)藥業(yè)中。重金屬鹽類雖然殺菌效果、。好，但對(duì)人有毒害作用，所以嚴(yán)禁用于食品工業(yè)中防腐或消毒。

    8.2有機(jī)化合物

    對(duì)微生物有殺菌作用的有機(jī)化合物種類很多，其中酚、醇、醛等能使蛋白質(zhì)變性，是常用的殺菌劑。

    ⑴酚及其衍生物

    酚又稱石炭酸，殺菌作用是使微生物蛋白質(zhì)變性，并具有表面活性劑作用，破壞細(xì)胞膜的通透性，使細(xì)胞內(nèi)含物外溢致死。酚濃度低時(shí)有抑菌作用，濃度高時(shí)有殺菌作用，2%~5%酚溶液能在短時(shí)間內(nèi)殺死細(xì)菌的繁殖體，殺死芽孢則需要數(shù)小時(shí)或更長(zhǎng)的時(shí)間。許多病毒和真菌孢子對(duì)酚有抵抗力。適用于醫(yī)院的環(huán)境消毒，不適于食品加工用具以及食品生產(chǎn)場(chǎng)所的消毒。

    ⑵醇類

    是脫水劑、蛋白質(zhì)變性劑，也是脂溶劑，可使蛋白質(zhì)脫水、變性，損害細(xì)胞膜而具殺菌能力。70%的乙醇?xì)⒕Ч詈�，超過(guò)70%濃度的乙醇?xì)⒕Ч^差，其原因是高濃度的乙醇與菌體接觸后迅速脫水，表面蛋白質(zhì)凝固，形成了保護(hù)膜，阻止了乙醇分子進(jìn)一步滲入。

    乙醇常常用于皮膚表面消毒，實(shí)驗(yàn)室用于玻棒、玻片等用具的消毒。

    醇類物質(zhì)的殺菌力是隨著分子量的增大而增強(qiáng)，但分子量大的醇類水溶性比乙醇差，因此，醇類中常常用乙醇作消毒劑。

    ⑶甲醛

    甲醛是一種常用的殺細(xì)菌與殺真菌劑，殺菌機(jī)理是與蛋白質(zhì)的氨基結(jié)合而使蛋白質(zhì)變性致死。市售的福爾馬林溶液就是37%~40%的甲醛水溶液。0.1%~0.2%的甲醛溶液可殺死細(xì)菌的繁殖體，5%的濃度可殺死細(xì)菌的芽孢。甲醛溶液可作為熏蒸消毒劑，對(duì)空氣和物體表面有消毒效果，但不適宜于食品生產(chǎn)場(chǎng)所的消毒。

    8.3氧化劑

    氧化劑殺菌的效果與作用的時(shí)間和濃度成正比關(guān)系，殺菌的機(jī)理是氧化劑放出游離氧作用于微生物蛋白質(zhì)的活性基團(tuán)（氨基、羥基和其它化學(xué)基團(tuán)），造成代謝障礙而死亡。

    ⑴臭氧（O3）

    三氧滅菌技術(shù)近年在純凈水生產(chǎn)中應(yīng)用較廣，滅菌的效果與濃度有一定的關(guān)系，但濃度大了使水產(chǎn)生異味。

    ⑵氯

    氯具有較強(qiáng)的殺菌作用，其機(jī)理是使蛋白質(zhì)變性。氯在水中能產(chǎn)生新生態(tài)的氧，如下式：

    Cl2＋H2OHCl＋HOCl2HCl＋[O]

    氯氣常常用于城市生活用水的消毒，飲料工業(yè)用于水處理工藝中殺菌。

    ⑶漂白粉（CaOCl2）

    漂白粉中有效氯為28%~35%。當(dāng)濃度為0.5%~1%時(shí)，5分鐘可殺死大多數(shù)細(xì)菌，5%的濃度時(shí)在1小時(shí)可殺死細(xì)菌芽孢。漂白粉常用于飲水消毒，也可用于蔬菜和水果的消毒。

    ⑷過(guò)氧乙酸（CH3COOOH）

    過(guò)氧乙酸是一種高效廣譜殺菌劑，它能快速地殺死細(xì)菌、酵母、霉菌和病毒。據(jù)報(bào)道，0.001%的過(guò)氧乙酸水溶液能在10分鐘內(nèi)殺死大腸桿菌，0.005%的過(guò)氧乙酸水溶液只需5分鐘，如殺金黃色葡萄球菌需要60分鐘，但提高濃度為0.01%只需2分鐘，0.5%濃度的過(guò)氧乙酸可在1分鐘內(nèi)殺死枯草桿菌，0.04%濃度的過(guò)氧乙酸水溶液，在1分鐘內(nèi)殺死99.99%的蠟狀芽孢桿菌。能夠殺死細(xì)菌繁殖體過(guò)氧乙酸的濃度，足以殺死霉菌和酵母菌；過(guò)氧乙酸對(duì)病毒效果也好，是高效、廣譜和速效的殺菌劑，并且?guī)缀鯚o(wú)毒，使用后即使不去除，也無(wú)殘余毒，其分解產(chǎn)物是醋酸、過(guò)氧化氫、水和氧。適用于一些食品包裝材料（如超高溫滅菌乳、飲料的利樂(lè)包等）的滅菌；也適于食品表面的消毒（如水果、蔬菜和雞蛋）；食品加工廠工人的手、地面和墻壁的消毒以及各種塑料、玻璃制品和棉布的消毒。用于手消毒時(shí)，只能用低濃度0.5%以下的溶液，才不會(huì)使皮膚有刺激性和腐蝕性。