食品微生物学知识结构

第一章绪论一、微生物1、定义一类形体微小、单细胞或个体较为简单的多细胞，甚至无细胞结构的低等生物的统称。2、类群真核微生物：真菌（霉菌、酵母菌、蕈菌）、单细胞藻类、原生动物；原核微生物：三菌（细菌、放线菌、蓝细菌）、三体（衣原体、支原体、立克次氏体）；非细胞微生物：真病毒、亚病毒。3、微生物的特点（重点内容）（1）体积小、面积大（2）吸收多、转化快（3）生长旺、繁殖快（4）适应强、易变异（5）种类多、分布广这些特点给人类生活及生产带来的不利及有利影响，如何利用它？4、微生物培养设备好氧培养设备：实验室（摇瓶、培养皿、斜面）、工业生产（发酵罐）供氧的途径？防污染的机理？厌氧培养设备：实验室（厌氧罐、手套箱）、工业生产固体厌氧与液体厌氧，固体好氧与液体好氧？二、微生物学1、微生物学发展简史分几个阶段，其中代表人物是谁？主要做了什么贡献？（1）微生物的发现—形态学时期AntonyVanLeeuwenhock（2）微生物学的奠基—生理学时期LouisPasteur：他的一生给人类生活带来了史无前例的影响。•证实了微生物活动和否定了微生物自然发生学说。•免疫学—预防种痘。•发酵的研究。•其他贡献。RobertKoch•建立微生物学研究基本技术•证实疾病的病原菌学说，提出了柯赫法则（3）现代微生物学发展—分子生物学阶段•现代发酵工业的形成：1941，Florey&Chain将青霉素投入生产，是通气培养微生物的开端，将微生物学与工程学结合。•微生物代谢作用研究1944，Avery肺炎球菌转化实验，确定DNA是遗传物质，标志着分子生物学的形成。1953，Watson&Crick提出DNA双螺旋结构以及半保留复制假说。•分子生物学阶段20世纪70年代，基因工程的发展，工程菌的构建更促进了微生物学的发展。微生物学推动生命科学的发展，促进许多重大理论问题的突破，对生命科学研究技术的贡献，与人类基因组计划。2、食品微生物学研究内容（1）微生物引起的食品腐败变质现象及其机理；（2）微生物相关的食品安全问题（3）防止食品腐败变质的方法（4）食品微生物的检验技术（5）微生物在食品工业中的应用（6）食品微生物基础研究着重理解如何利用微生物的特性在生产实践中运用。第二章微生物的形态、结构与功能原核微生物：主要讲细菌、放线菌真核微生物：主要讲霉菌、酵母菌非细胞微生物：主要讲真病毒，亚病毒了解。一、细菌形态：球状、杆状、螺旋状，少数其它形态。结构：基本结构和特殊结构。基本结构：细胞壁、膜、质及核区。特殊结构：芽孢、鞭毛、荚膜。1、细胞壁（1）化学组成：G＋（肽聚糖，磷壁酸）；G-（肽聚糖，脂蛋白、脂多糖）；双糖单位：N-乙酰胞壁酸（NAM）和N-乙酰葡萄糖胺（NAG）通过â-1，4糖苷键相连而成。短肽：L-Ala-D-Glu-L-Lys-D-Ala；肽桥：短肽之间连接。短肽全部或部分连至NAM上，短肽之间也有连接，组成一网状结构。肽聚糖是细菌细胞壁特有成分，也是原核微生物特有成分；（2）G+与G-壁结构差异及革兰氏染色机理。G-与G+区别：交联度低；DAP取代L-Lys；肽桥。（3）功能（5条）固定细胞外形和提高机械强度；保护细胞免受渗透压等外力的损伤；为鞭毛运动提供支点；阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质进入细胞，保护细胞免受损伤；赋予细胞具有特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性。2、细胞膜（1）结构：液态镶嵌模型（生化的基础）。（2）功能（五点功能）。选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送。渗透屏障，维持正常渗透压；合成细胞壁和糖被的各种组分（脂多糖、肽聚糖、磷壁酸等）。细菌细胞的产能场所。鞭毛基体的着生部位，提供鞭毛运动所需能量。3、细胞质及内含物了解一些内含物如核糖体、贮藏物、气泡的功能。4、细胞核区原核生物核区结构特点及功能。1、芽孢定义：某些细菌在一定生理时期，在细胞内形成的抗逆性极强的休眠体，称芽孢。特点：芽孢具有较强的抗热、抗辐射和抗化学药物的能力。新陈代谢几乎停止，处于休眠状态，但保持潜在萌发力。一个芽孢萌发只产生一个营养状态的细胞。结构层次：如右图。特殊结构：芽孢、鞭毛、荚膜。2、鞭毛定义：生长在某些细菌体表的长丝状、波曲的蛋白质附属物称鞭毛。结构（G+与G-）：鞭毛丝、鞭毛钩、基体（L环、P环、S环、M环）。功能：使菌体运动。3、荚膜定义：包被于某些细菌细胞壁外的一层较厚的粘液状物质称为~。功能：1）保护作用：其上大量极性基团可保护菌体免受干旱损伤；一些动物致病菌的荚膜还可保护它们免受宿主白细胞的吞噬。2）贮存营养物质，以备营养缺乏时重新利用。3）作为透性屏障或（或和）离子交换系统，可保护细菌免受重金属离子的毒害。4）表面附着作用。•细菌繁殖方式裂殖（二等分裂、异型分裂）。•菌落形态特征1、菌落：将单个或多个微生物细胞接种在适宜的固体培养基上，以接种点为中心大量繁殖、扩展、堆积到一定程度可以形成肉眼可见的细胞堆称~。2、形态特征：菌落比较小，表面湿润、光滑、比较粘稠、用接种环容易挑起，食品中常见细菌类群。3、常见的几种能说出名字，熟悉其拉丁文。二、放线菌1.个体形态：丝状体。2.个体构造：三种类型的菌丝（营养菌丝、气生菌丝、孢子丝）。3.繁殖方式：分生孢子、孢囊孢子、菌丝片段。菌落形态：干燥、不透明、表面呈致密的丝绒状，上有一薄层彩色的“干粉”；菌落和培养基的连接紧密，难以挑取。4、常见类群（了解）1、营养体结构无隔菌丝、有隔菌丝。2、繁殖体有性孢子子囊孢子、卵孢子、接合孢子、担孢子。无性孢子厚垣孢子、游动孢子、分生孢子、孢囊孢子3、酵母菌菌落及个体形态特征酵母菌菌落与细菌菌落相似，但大而厚，呈油脂状或蜡脂状，表面光滑、湿润、乳白色或红色。培养时间长时菌落表面发生皱折，有酒香味。个体特征：球状、卵圆形、柠檬形、蜡肠状等。三、真菌四、霉菌根霉、毛霉、青霉及曲霉个体结构特征。（课堂及实验部分结合起来）。五、病毒1、定义：一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微“非细胞生物”，其本质是一种只含DNA或RNA的遗传因子。2、基本特点（1）个体微小:10～300nm（2）无细胞结构:蛋白质+核酸（DNA或RNA）（3）高度寄生性:在细胞内表现为生命,在细胞外为无生命的大分子的复合物。（4）特殊的抵抗力:不能被抗生素所杀灭，但可以被干扰素，以及一般的甲醛、紫外线所杀灭。3、形态球状、杆状。二十面体对称、螺旋对称、复合对称。4、结构衣壳粒、衣壳、蛋白在外，核酸在内。5、复制过程（或阶段）吸附、侵入、复制、装配、释放。各个阶段详细内容。6、相关概念温和噬菌体、烈性噬菌体、亚病毒、溶源性。六、微生物分类–分类基本概念–微生物分类系统（了解）–微生物命名规则。双名法命名。第三章微生物的营养与培养一、营养物质碳源、氮源、水、氧、生长因子、矿质离子。六类营养要素来源及功能。二、营养类型四种营养类型，特点或划分标准。1.光能自养型微生物2.光能异养型微生物3.化能自养型微生物4.化能异养型微生物异养型：有机碳碳源：自养型：无机碳光能营养型：太阳光能能源：化能营养型：化合物氧化三、营养运输四种运输方式的特点。（以表格的形式对比记）物质扩散的动力:膜内外的浓度差。特点：不消耗能量。不发生化学变化。非特异性，仅依膜上小孔的大小和形状对被扩散的物质分子的大小和形状具有选择性。1、被动扩散2、促进扩散借助膜上的载体蛋白，具有高度的立体专一性。载体蛋白能促进物质运输，但不能进行逆浓度梯度运输。特点：需要特异性的载体蛋白；不消耗能量；可加快运输速度，但不能逆浓度运输。3、主动运送有特异性的载体蛋白参与。需要消耗能量。可以逆浓度梯度运输。微生物的主要物质运输方式。4、基团转位是指一类既需特异性载体蛋白的参与，又耗能的一种物质运送方式。其特点是溶质在运送前后还会发生分子结构的变化，因此不同于一般的主动运送。四、微生物的培养1、培养基定义：是人工配制的，适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物用的营养基质。分类：物理状态（固体、液体、半固体）、功能（普通培养基、加富培养基、鉴别培养基、选择培养基）、营养物的来源（天然培养基、合成培养基、半合成培养基）。2、培养基的灭菌灭菌方法、特点。3、培养方法实验室及工业生产上好氧培养及厌氧培养各有哪些方法？4、纯种分离的一般方法（结合综合性实验）（一）划线分离法（二）涂布分离法（三）定量稀释分离法（四）富集分离法（五）单细胞分离法第四章微生物的代谢一、酶微生物细胞的酶系统。二、产能代谢1、发酵概念、酵母菌三种发酵类型、混合酸发酵、丁二醇发酵。2、有氧呼吸概念3、无氧呼吸概念4、三种产难代谢的比较产能效率、有无经电子传递链、电子受体等。第一型发酵：无氧、中性或偏酸性条件，产物为乙醇.第二型发酵：无氧、有亚硫酸氢钠存在乙醛与亚硫酸氢钠反应，磷酸二羟丙酮作为受氢体，产物为甘油，不产生ATP。第三型发酵：无氧、碱性条件乙醛发生岐化反应，磷酸二羟丙酮作为受氢体，产物为甘油、乙醇、乙酸，不产生ATP。（三）混合酸发酵发酵过程中产生甲酸、乙酸、乙醇、乳酸、琥珀酸以及CO2和H2等多种代谢产物丙酮酸（四）丁二醇发酵由各种胞外淀粉酶分解成葡萄糖（麦芽糖）后被吸收利用：-淀粉酶：枯草杆菌，米曲霉-淀粉酶：巨大芽孢杆菌葡萄糖淀粉酶：黑曲霉异淀粉酶三、淀粉的分解第五章微生物的遗传与育种一、基因突变与诱变育种1、突变类型2、诱发突变机理3、如何诱变并选种。基因突变：泛指细胞内（或病毒内）遗传物质分子结构或数量突然发生的可遗传的变化。（1）形态突变型（2）致死突变型（3）条件致死突变型（4）生化突变型突变类型:二、基因重组与杂交育种（了解，不要求）掌握基本概念：转化、接合、原生质体融合。三、原生质体融合与体外重组DNA技术对食品类专业学生不要求。四、诱变育种的过程1、选择合适的出发菌株2、选择诱变剂和诱变剂量3、诱变菌的准备和诱变处理4、筛选5、保藏和扩大试验第六章微生物的生长一、生长量测定方法平板及显微镜计数方法、干重法。二、细菌群体生长基本规律分四个时期，各时期有何特点？在生产中如何利用这些特点？1、延滞期的特点1）生长速率常数为零。2）细胞形态变大或增长;3）合成代谢十分活跃，易产生各种诱导酶;4）对外界不良条件反应敏感。2、影响延滞期时间长短的因素A、菌种特性B、接种龄:以对数期接种龄的种子接种，延滞期短。C、接种量:发酵工业上通常采用种子:发酵培养基=1:10D、培养基成分:一般要求发酵培养基的成分或种子培养基的成分尽量接近，且应适当丰富些。微生物接种到一个新的环境，暂缺乏足够的能量和必需的生长因子。“种子”老化（即处于非对数生长期）或未充分活化。3、延滞期出现原因2、指数期特点1）生长速率常数R最大、代时最短，生长速度最快；2）细胞稳定（平衡）生长：细胞内各种物质按比例生长，菌体成分均匀；3）酶系活跃，代谢旺盛。1）生长常数为零，新生=死亡，达到动态平衡；2）活菌数的总量达到最大值；3）某些芽孢菌的芽孢开始形成；4）某些细菌过量积累次级代谢产物，如抗生素、维生素、储藏物等。3、稳定期特点及出现原因1）细胞活性降低，细胞衰老并出现自溶；2）细胞产生或释放出一些产物，如氨基酸、转化酶、外肽酶和抗生素等。3）菌体细胞呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊。4、衰亡期特点三、物理因素对生长的影响有哪些影响因素？如何影响？生产中是怎么利用的？温度、水活度、氧气、辐射等。（一）温度影响微生物生长的一般规律最低温度：微生物能生长的最低温度界限。最适温度：微生物生长繁殖速度最快的温度。最高温度：微生物能生长的最高温度界限。微生物生长温度“三基点”微生物类群最低生长温度最适生长温度最高生长温度嗜热微生物嗜温微生物冷育微生物嗜冷微生物40—45℃5—15℃-5—5℃-5—5℃55—75℃30—40℃25—30℃12—15℃60—90℃35—47℃30—35℃15—20℃类型最低生长aW最适生长aW干生性微生物中生性微生物湿生性微生物0.80以下0.80—0.900.900.95—0.980.