微生物生長和溫度的關系
2017-07-12 08:44:54
天緯化學
在影響微生物生長繁殖的外界因素中，溫度的影響最為密切。溫度的影響表現在兩方面：一方面隨著溫度的上升，細胞中生物化學反應速率加快；另一方面，組成細胞的物質如蛋白質、核酸等都對溫度較敏感，隨著溫度的升高，這些物質的立體結構受到破壞，從而引起微生物生長的抑制，甚至死亡。因此只在一定的溫度范圍內，微生物的代謝活動和生長繁殖才隨著溫度的上升而增加。溫度上升到一定程度，開始對微生物產生不良影響，如果溫度繼續升高，微生物細胞功能急驟下降以致死亡。
各種微生物生長所需要的溫度范圍是不同的。從微生物的總體來看，生長溫度范圍很廣，已知的微生物在-10℃～95℃均可生長，但每一種微生物只在一定的溫度范圍內生長。各種微生物按其生長速度可分為三個溫度界限，即最低生長溫度、最適生長溫度和最高生長溫度。超過最低和最高生長溫度的范圍，微生物的生命活動就要受到抑制或中斷。因此，在實際工作中，可以通過對溫度的控制，來促進有益微生物的生長，抑制或消滅有害微生物的生長繁殖。
最低生長溫度是指微生物生長和繁殖的最低溫度。在此溫度時，微生物生長最慢，低于這一溫度，微生物生長就停止。
最適生長溫度是指微生物生長最適宜的溫度。在這一溫度時，如果其它條件合適，微生物生長繁殖最快。
最高生長溫度就是在其它環境因子保持不變的情況下，微生物能夠生長繁殖的最高溫度。超過這一溫度，微生物生長繁殖就停止，甚至死亡。
各種微生物的最低、最適和最高生長溫度，還因環境條件的不同而有所變化。根據微生物的最適生長溫度，可以將微生物分為三大類：
低溫微生物：凡生長最適溫度在20℃以下的微生物。例如，海洋、深湖、冷泉中都有低溫微生物的存在。冷藏食品的腐敗，大都由這類微生物引起，也是造成冷藏血漿污染的原因。
中溫微生物：最適生長溫度為20～40℃范圍的微生物，自然界中極大多數微生物都屬于這一類。其中又可分為寄生中溫菌和腐生中溫菌。寄生中溫菌的最適生長溫度為37℃左右，腐生中溫菌的最適生長溫度為20～25℃。酒精酵母的最適生長溫度為28℃，啤酒酵母為25℃，蘋果青霉為25℃～27℃，放線菌為28℃。引起人和動植物疾病的病原菌，造成農副產品、工業器材、生活用品霉腐的微生物，往往都屬于這一類菌。
高溫微生物：最適生長溫度在45℃以上的微生物稱為高溫微生物，常見于溫泉、堆肥、廄肥及其它腐爛有機物中。參與堆肥、廄肥制造過程中后階段有機物質的分解作用，以芽孢桿菌和放線菌較多。這些高溫微生物常給罐頭工業上的滅菌帶來困難。
一些霉菌生長與溫度的關系如表1顯示。
表1 霉菌生長與溫度的關系
微生物名稱 最低生長溫度/℃ 最適生長溫度/℃ 最高生長溫度/℃
黑曲霉 14 30～35 40
葡萄曲霉 -6 30 -
刺孢曲霉 - 20 -
灰綠曲霉 1 25～27 31～36
青霉 - 17～19 30
黃萎輪枝孢 10 22.5 30
分枝毛霉 4 20～25 31
尖鐮孢 5 30 -
深藍鐮孢 5 25 35
立枯絲核菌 2 23 34.5
圓小叢殼 - 27～29 37.5
光亮卷鉤絲殼 5 32 43
籬邊革裥霉 5 32～35 45
多孢霉 0 27～32 40
擬莖點霉 8.7 26.5 31.9
溫度對微生物的生長繁殖影響很大。一般來講，微生物對低溫的抵抗能力較之對高溫抵抗能力強。大部分微生物，無論低溫、中溫或高溫微生物，在低溫條件下處于休眠狀態，代謝活動幾乎全部停止，生長繁殖受到抑制，但仍能存活，一旦遇到合適的環境就可以生長繁殖。但有少數微生物在低于最低溫度生長時會迅速死亡。另有少數微生物能在一定的低溫范圍內緩慢生長。紅色酵母在-34℃時仍能生長發育，細菌中有的在-18℃可發育，霉菌中最低發育溫度為-12℃。
可用低溫抑制微生物的生長來達到保藏食品的目的。但在稍低于冰點以下的溫度，某些食品如濃縮果汁、煙熏臘肉、冰淇淋等中仍能發現存在有微生物。低溫主要是抑制微生物的生長，如果冷藏食品中也污染了病原菌，仍有傳布疾病的可能。
當環境溫度超過微生物的最高生長溫度時，引起細菌內核酸、蛋白質等物質的變性，酶的失活，最終引起微生物的死亡。溫度越高，微生物死亡越快。不同的微生物對高溫的抵抗力不同。大多數細菌、酵母菌、真菌的營養細胞在50～65℃加熱10分鐘就可致死。放線菌和霉菌的孢子比營養細胞抗熱性強，在76～80℃加熱10分鐘才致死。細菌的芽孢抗熱性最強，要在100℃高溫下處理相當長時間才致死。例如肉毒梭菌可在肉類罐頭中繁殖，并產生極毒的肉毒毒素。它的芽孢在pH7.0時，要在100℃的高溫下煮8小時才被殺死；如用115℃加壓蒸汽滅菌，需經10～40分鐘，在121℃下需經10分鐘才被殺死。所以一般非酸性罐頭食品，需用121℃滅菌20～70分鐘。
表2表示各種芽孢的抗熱性
種類 濕執滅菌溫度/℃ 殺菌所需時間/min
炭疽芽孢桿菌 105 5～10
蠟狀芽孢桿菌 100 6
枯草芽孢桿菌 100 6～17
嗜熱脂肪芽孢桿菌 120～121 12
肉霉梭狀芽孢桿菌 120～121 10
微生物的抗熱性還取決于菌齡、基質成分及微生物的數量。一般老齡菌比幼齡菌抗熱性強。基質成分對微生物的抗熱性也有影響，基質中的脂肪、糖、蛋白質對微生物有保護作用，從而增強了微生物的抗熱性。基質pH值偏離7時，特別是偏向酸性時，微生物的抗熱性明顯降低。微生物的數量越多，抗熱性越強，這是因為菌體細胞能分泌對菌體有保護作用的蛋白質類物質。菌體多，這種保護性物質的量也多。食品和物品的物理狀態與滅菌效果也有很大關系，一般固體食品和物品，滅菌時間要長或滅菌溫度要高，這是因為固體物品僅有熱的傳導作用，而無對流作用；而液體物品滅菌時間可短一些或滅菌溫度可低一些，這是因為液體物品的穿透除傳導作用外，還有對流作用。
由于超過最高生長溫度會引起微生物的死亡，所以高溫常常用來滅菌，以達到有效保存物品和食品的目的。例如，牛奶、啤酒、黃酒、醬油、醋等食品往往經過62℃加熱30分鐘或70℃加熱15分鐘的滅菌處理（巴斯德滅菌法），這樣既殺死了其中的病原菌和一部分微生物的營養體，又不損害食品的營養價值和色香味。
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