食品安全微生物.docx
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食品安全微生物
食品安全微生物学
第一章绪论
一微生物与你和我
二微生物学的研究对象
三食品安全微生物学
四微生物学的发展简史
五食品安全微生物与未来
六微生物的特点
一微生物与你和我
微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！
微生物是人类的朋友！
微生物是自然界物质循环的关键环节；
体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证；
帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障
微生物可以为我们提供很多有用的物质；
有机酸、酶、各种药物、疫苗、面包、奶酪、啤酒、酱油等等
少数微生物也是人类的敌人！
鼠疫（plague）；
天花（variolavirus）（smallpox）；
艾滋病（AIDS，acquiredimmunodeficiencysyndrome）
（humanimmunodeficiencyvirus）；
疯牛病（madcowdisease）（bovinespongiformencephalopathy,BSE）；
埃博拉病毒（Ebolavirus）；
SARS（SARS冠状病毒）；
禽流感（AvianInfluenza）
微生物是一把十分锋利的双刃剑，它们在给人类带来巨大利益的同时也带来“残忍”的破坏。
它给人类带来的利益不仅是享受，而且实际上涉及到人类的生存，影响食品的安全。
二、微生物学研究对象
1.什么是微生物？
微生物（microorganism,microbe）是指需借助显微镜才能观察到的一群微小生物的总称
微生物包括：
Ø原核微生物（prokaryoticmicrobe）的类群：
细菌（bacteria）（真细菌eubacteria和古细菌archaea），放线菌（actinomycetes），支原体（mycoplasma），
立克次氏体（rickettsia），衣原体（chlamydia），和蓝细菌（cyanobacteria）。
Ø真核微生物（eukaryoticmicrobe）包括：
真菌（fungi），原生动物（protozoan），显微藻类（micro-algae）。
Ø非细胞微生物（acellularmicrobe）包括：
病毒（virus），类病毒（viroid），朊病毒（prion,virino）。
2.微生物在生物界中的地位
Whittaker的五界系统
P.H.Raven等的六界系统
Woese的三域系统
3.研究内容及分科
微生物学是研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其应用的一门学科。
其主要的分科见图。
三食品安全微生物学
（一）食品安全微生物学是微生物学的一个分支学科
（二）食品安全微生物学与微生物学的侧重点不同
微生物学：
探讨微生物的一般规律
食品安全微生物学：
探讨食品安全与微生物之间的关系
（三）食品安全微生物学也是一门涉及多学科领域的科学
（四）食品安全微生物学研究内容
食品安全微生物学:
是研究食品的原料、产品及其加工、贮存中有关微生物的种类、性状及其作用的科学，进而，在食品制造和保藏过程中充分利用有益微生物的作用，抑制有害微生物的生长繁殖，防止食品腐败变质和疾病的传播。
1食品腐败
2食物中毒与食源性传染病
四、微生物学的发展简史
（一）发现和认识微生物以前的历史
我国8000年前就开始出现了曲蘖酿酒；
4000年前埃及人已学会烘制面包和酿制果酒；
2500年前发明酿酱、醋，用曲治消化道疾病；
公元六世纪（北魏时期）贾思勰的巨著“齐民要术”；
公元2世纪，张仲景：
禁食病死兽类的肉和不清洁食物；
公元前112年-212年间，华佗：
“割腐肉以防传染”；
公元九世纪痘浆法、痘衣法预防天花；
1346年，克里米亚半岛上的法卡城之战（靼坦人-罗马人）；
16世纪，古罗巴医生G.Fracastoro：
疾病是由肉眼看不见的生物（livingcreatures）引起的；
1641年，明末医生吴又可也提出“戾气”学说；
（二）微生物的发现和微生物学的发展
表微生物学的发展简史
发展
时期
经历时间
特点和标记
代表人物
史前期
8000年
前～公元
1676年
人类已在应用微生物，如发酵、酿造等，但未发现微生物的存在
各国劳动人民
初创期
1676年～
1861年
世界上第一次发现了微生物的存在（当时称为“微动体”）
AnthonyVanLeeuwenhoek（1632—1723）（自制了世界上第一台显徽镜，为世界上第一个看到细菌的人）
奠基期
1861年～
1897年
开创了寻找病原微生物的“黄金时期”，并从形态描述进到生理学研究的新水平
LouisPasteur（1822—1895）（微生物学的奠基人），RobertKoch（1843—1910）（细菌学的奠基人）
发展期
1897年～
1953年
①用无细胞酵母汁发酵酒精成功，开创了微生物生化研究的新时期
②“普通微生物学”作为一门学科开始形成
①E．Buchner
②M．Doudoroff
成熟期
1953年
以后
DNA结构的双螺旋模型建立。
微生物成为分子生物学中的重要研究对象。
20世纪70年代后微生物成为生物工程学科的主角
J．D．Watson和H．F.C.Crick（DNA双螺旋结构模型的创立）
（三）微生物学发展的奠基者
1.巴斯德
（1）彻底否定了“自然发生”（spontaneousgeneration）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。
（2）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”
（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
2.柯赫
（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
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
c）染色观察和显微摄影
（2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献：
a）具体证实了炭疽杆菌（Bacillusanthracis）是炭疽病的病原菌；
b）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则
——著名的柯赫定理
Koch’spostulates
1 Theorganismshouldbeconstantlypresentinanimalssufferingfromthediseaseandshouldnotbepresentinhealthyindividuals.
2 Theorganismmustbecultivatedinapurecultureawayfromtheanimalbody.
3 Suchaculture,wheninoculatedintosusceptibleanimals,shouldinitiatethecharacteristicdiseasesymptoms.
4Theorganismshouldbereisolatedfromtheseexperimentalanimalsandculturedagaininthelaboratory,afterwhichitshouldstillbethesameastheoriginalorganism.
c）发现了肺结核病的病原菌（结核分枝杆菌（Mycobacteriumtuberculosis））；（1905年获诺贝尔奖）
3微生物学发展过程中的重大事件
五、食品安全微生物与未来
1微生物资源的开发和利用
2菌种改良和基因工程
3微生物在农副产品加工中的利用
4食品中微生物性不安全因素的控制和消除
六、微生物的特点
1.体积小，面积大
比面值：
单位体积所占有的面积（面积/体积）。
体积小、面积大是微生物五大共性的基础，因为一个小体积大面积系统必然有一个巨大的营养物吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的接受面。
2.吸收多，转化快
发酵乳糖的细菌在1小时内可分解其自重1000—10000倍的乳糖； Candidautilis（产朊假丝酵母）合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用公牛强10万倍。
微生物的这个特性为它们的高速生长繁殖和产生大量代谢产物提供了充分的物质基础，从而使微生物有可能更好地发挥“活的化工厂”的作用。
3.生长旺，繁殖快
在适宜条件下，细菌通常每20～30min即可分裂1次，繁殖1代，经24h培养，一个细胞可繁殖成4万亿亿个细胞。
4.适应强，易变异
1适应性
微生物有极其灵活的适应性（耐高温、低温、干燥、盐、酸、碱，抗辐射、静水压等）
②变异性
最常见的变异形式是基因突变，它可以涉及到形态构造、代谢途径、生理类型、各种抗性、抗原性以及代谢产物的质或量的变异等。
5.分布广，种类多
（1）分布广
①人体肠道中的正常菌群
②万米深海底部的耐热硫细菌
③几万米高空中的微生物
④地层下的微生物
（2）种类多
①微生物的生理代谢类型多
②代谢产物种类多
③微生物的种数多
微生物的资源是极其丰富的。
估计目前人类至多仅开发利用了已发现微生物种数的1％。
第二章原核微生物的形态结构与功能
补充：
微生物分类命名
微生物的分类单位：
界（Kingdom）、
门（Phylum）、
纲（Class）、
目（Order）、
科（Family）、
属（Genus）、
种（Species
（1）种的概念
伯杰氏鉴定细菌学手册（Bergey’sManualofDeterminativeBacteriology）：
典型培养菌及所有与它密切相同的其他培养菌一起称为细菌的一个“种”。
种是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内其他种有着明显差异的菌株的总称。
典型菌株（Typestrain）Bifidobacteriumbifidum
模式种（Typespecies）ATCC29521
（2）种以下的概念
①亚种（Subspecies，subsp．，ssp.）一般指除某一明显而稳定的特征与模式种不同外，其余鉴定特征均与模式种相同的种。
如Bacteroidesfragilissubsp.ovatus
Bacilluscereussubsp.mycoides
②变种（Variety，Var．） 变种是亚种的同义词，已不用。
如BacillussubtilisVar．niger
③型（Type）自然界同一地区可能有同一种微生物的各种类型，它们之间的差异往往不像变种那么显著。
④菌株或品系（Strains）由一个特殊微生物单细胞繁衍而来的培养物，通常称为菌株。
如 EscherichiacoliB
E.coliK12
E.coliO-157:
H7
BacillussubtilisAS1.398
B.subtilisBF7658
ClostridiumacetobutylicumACTT824
⑤群（Group）有些微生物的种类特征介于两种微生物之间，彼此不易严格区分，通常就把这两种微生物和介于它们之间的种类统称为一个“群”。
（3）命名
①俗名（Commonname,Vernacularname）：
如：
Tuberclebacillus用于表示Mycobacteriumtuberculosis
②学名（scientificname）
林奈（CarolusLinnaeus）的双名法（BinominalSystemofNomenclature）：
学名＝属名+种的加词+（首次定名人）+现名定名人+定名年份
如：
Escherichiacoli
Escherichiacoli（Migula）CastellanietChalmers1919
三名法：
属名+种的加词+subsp．或var.＋亚种或变种的加词
Saccharomycescerevisiaevar.ellipsoideus
细胞是绝大多数生物的基本结构单位。
生物细胞的大小变化
原核微生物细胞大小比较
R.H.Whittaker和L.Margulis（1978）提出的三原界（Urkingdom）学说将所有细胞生物划分为三原界：
古细菌（Archaebacteria）原界
真细菌（Eubacteria）原界
真核生物（Eucaryotes）原界
表原核微生物与真核微生物区别
特征
原核微生物
真核微生物
核
核膜
核仁
DNA
拟核
－
－
只有一条，不与RNA和蛋白质结合
完整的核
+
+
一至数条，与RNA和蛋白质结合
核糖体
70S，在细胞质中
80S，在细胞质中
70S，在某些细胞器中
繁殖方式
多数二分裂无性
有性或无性
有性生殖
通常没有或有
+
中体
+
－
细胞器
－
线粒体、高尔基体、叶绿体、内质网等
细胞膜中甾醇
－（除极个别外）
+
呼吸链位置
细胞膜
线粒体
与氧的关系
好氧、兼性好氧、厌氧
好氧、少数兼性厌氧
细胞壁组成
肽聚糖
几丁质或纤维素
运动器官
鞭毛较细（中空管状）
鞭毛较粗（9+2结构）
细胞大小
较小（0.25～10μm）
较大（10～100μm）
第一节细菌
细菌（Bacteria）是一类个体微小、具有细胞壁的单细胞原核微生物
一、细菌的个体形态
细菌的基本形态有三种：
球状、杆状和螺旋状，分别被称为球菌、杆菌和螺旋菌。
1、球菌（Coccus）
细胞个体呈球形或椭圆形，不同种的球菌在细胞分裂时会形成不同的空间排列方式，常被作为分类依据。
（1）单球菌如尿素微球菌（Micrococcusureae）。
（2）双球菌如肺炎双球菌（Diplococcuspneumoniae）。
（3）链球菌如乳链球菌（Streptococcuslactis）。
（4）四链球菌如四链微球菌（Micrococcustetragehus）。
（5）八叠球菌如尿素八叠球菌（Sarcinaureae）。
（6）葡萄球菌如金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）。
2、杆菌（Bacillus）
细胞呈杆状或圆柱形，一般其粗细（直径）比较稳定，而长度则常因培养时间、培养条件不同而有较大变化。
长杆菌、短杆菌、分枝杆菌、棒状杆菌、梭状杆菌、单杆菌、双杆菌、链杆菌等
3、螺旋菌（Spirilla）
弧菌：
菌体只有一个弯曲，其程度不足一圈，形似“C”字或逗号，鞭毛偏端生。
螺菌：
菌体回转如螺旋，螺旋数目和螺距大小因种而异。
鞭毛二端生。
细胞壁坚韧，菌体较硬。
螺旋体：
菌体柔软，用于运动的类似鞭毛的轴丝位于细胞外鞘内。
4、其它形状
1）柄杆菌（prosthecatebacteria）
2）星形细菌（star-shapedbacteria）
3）方形细菌（square-ahapedbacteria）
4）细菌的异常形态
二、细菌的个体大小
微生物个体大小衡量单位：
细胞mm（=10-6m）
病毒nm（=10-9m）
不同细菌大小的表示方法
不同细菌细胞大小比较
细菌细胞的测量方法：
显微镜测微尺
显微照相后根据放大倍数进行测算
细菌大小测量结果的影响因素：
个体差异；
干燥、固定后的菌体会一般由于脱水而比活菌体缩短1/3-1/4；
染色方法的影响，一般用负染色法观察的菌体较大；
幼龄细菌一般比成熟的或老龄的细菌大；
环境条件，如培养基中渗透压的改变也会导致细胞大小的变化。
纳米细菌（nanobacteria）和Thiomargaritanamibiensis
细菌细胞的重量约为1×10－9～1×10－10mg，即每克细菌约含1～10万亿个菌体细胞
三、细菌的细胞结构与功能
一般构造：
一般细菌都有的构造
特殊构造：
部分细菌具有的或一般细菌在特殊环境下才有的构造
（一）细菌细胞的基本结构
1、细胞壁
细胞壁（cellwall）是位于细胞表面，内侧紧贴细胞膜的一层较为坚韧，略具弹性的细胞结构。
（1）证实细胞壁存在的方法：
1）细菌超薄切片的电镜直接观察；
2）质、壁分离与适当的染色，可以在光学显微镜下看到细胞壁；
3）机械法破裂细胞后，分离得到纯的细胞壁；
4）制备原生质体，观察细胞形态的变化；
（2）细胞壁的功能：
1）固定细胞外形和提高机械强度；
2）为细胞的生长、分裂和鞭毛运动所必需；
3）阻拦有害物质进入细胞；
4）细菌特定的抗原性、致病性以及对抗生素和噬菌体的敏感性的物质基础；
（3）细胞壁的化学组成与结构
1）革兰氏染色
Christian.Gram（革兰）于1884年发明的一种鉴别不同类型细菌的染色方法。
将所有细菌分为革兰氏阳性（G+）和革兰氏阴性（G－）
表革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌的细胞壁特征比较
特征
革兰氏阳性细菌
革兰氏阴性细菌
内壁层
外壁层
厚度（nm）
20～80
2～3
8～10
肽聚糖含量
磷壁酸
脂多糖
脂蛋白
对青霉素的敏感性
占细胞壁干重40%～90%
有或无
1%～4%
无
强
5%～10%
无
无
有或无
弱
无
无
11%～22%
有
革兰氏染色：
结晶紫初染、碘液媒染、乙醇脱色、沙黄复染
2）革兰氏阳性细菌的细胞壁
特点：
厚度大（20~80nm）
化学组分简单，一般只含90%肽聚糖和10%磷壁酸。
A.肽聚糖
肽聚糖（peptidoglycan），也称胞壁质（murein）
双糖单位：
N－乙酰葡萄糖胺（N-Acetylglucosamine,NAG,G）、N－乙酰胞壁酸（N-acetylmuramicacid,NAM,M）
四肽尾或四肽侧链（tetrepeptidesidechain）：
L-Ala→D-Glu→L-Lys→D-Ala
肽桥或肽间桥（peptideinterbridge）：
甘氨酸五肽桥
B.磷壁酸（teichoicacid，即垣酸）
磷壁酸主要成分为甘油磷壁酸或核糖醇磷壁酸。
可分为壁磷壁酸和膜磷壁酸
磷壁酸的主要生理功能：
a.吸附环境中的Mg2＋等阳离子
b赋予G＋细菌以特异的表面抗原
c提供某些噬菌体特异的吸附受体
d保证G＋致病菌与其宿主间的粘连、避免被白细胞吞噬
e能调节细胞内自溶素（autolysin）的活力
3）革兰氏阴性细菌的细胞壁
A.肽聚糖
埋藏在外膜层之内，是仅由1~2层肽聚糖网状分子组成的薄层（2~3nm），含量约占细胞壁总重的10%，故对机械强度的抵抗力较革兰氏阳性菌弱。
m-二氨基庚二酸（m-DAP）取代L-赖氨酸
B.外膜（outermembrane）
位于革兰氏阴性细菌细胞壁外层，由脂多糖、磷脂和脂蛋白等若干种蛋白质组成的膜，有时也称为外壁。
脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）是位于G－细菌细胞外壁层中的一类脂多糖类物质，由类脂A、核心多糖（corepolysaccharide）和O-特异侧链（O-specificsidechain，或称O-多糖、抗原O-）三部分组成。
脂多糖主要功能：
a.G－细菌致病物质的基础
b.具有吸附Mg2+、Ca2+等作用。
c.脂多糖的变化决定G－细菌细胞表面抗原决定簇的多样性
d.是许多噬菌体在细菌细胞表面的吸附受体
e.具有部分选择性屏障功能
C.外膜蛋白（outermembraneprotain）
a.基质蛋白（matrixprotein）
b.外壁蛋白（outermembraneprotein）
c.脂蛋白（lipoprotein）
D.周质空间（periplasmicspace，periplasm）
在周质空间中，存在着多种周质蛋白（periplasmicproteins）：
水解酶类；合成酶类；结合蛋白；受体蛋白；
（4）革兰氏染色的机制
结晶紫初染、碘媒染、乙醇脱色、蕃红复染
（5）缺壁细菌（细胞壁缺陷细菌）
A.L型细菌（L-formofbacteria）
L型细菌应专指那些实验室或宿主体内通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷菌株。
特点：
没有完整而坚韧的细胞壁，细胞呈多形态；
有些能通过细菌滤器，故又称“滤过型细菌”；
对渗透敏感，在固体培养基上形成“油煎蛋”似的小菌落（直径在0.1mm左右）；
B.原生质体（protoplast）
在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养而抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的，圆球形、对渗透压变化敏感的细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。
C.球状体（spheroplast）
球状体又称原生质球。
采用上述同样方法，针对革兰氏阴性细菌处理后而获得的残留部分细胞壁（外壁层）的球形体。
D.支原体（Mycoplasma）
在长期进化过程中形成的、适应自然生活条件的无细胞壁的原核生物。
2.细胞膜（cellmembrane）
1）概念：
细胞膜（cellmembrane）又称细胞质膜（cytoplasmicmembrane）、原生质膜（plasmamembrane）或质膜（plasmalemma）。
是细胞壁以内包围着细胞质的一层柔软而具有弹性的半透性薄膜。
厚约7～8nm，由磷脂（占20%～30%）和蛋白质（占50%～70%）组成。
2）观察方法：
质壁分离后结合鉴别性染色在光学显微镜下观察；
原生质体破裂；
超薄切片电镜观察；
3）细胞膜的化学组成与结构模型：
（1）磷脂
（2）膜蛋白
膜蛋白约占细菌细胞膜的50%～70%，比任何一种生物膜都高，而且种类也多。
--------细胞膜是一个重要的代谢活动中心。
（3）液态镶嵌模型（fluidmosaicmodel）
1972年，辛格（J.S.Singer）和尼科尔森（G.L.Nicolson）的液态镶嵌模型（fluidmosaicmodel）
（4）细胞膜的特性与功能
1）细胞膜的特性：
a.磷脂双分子层排列的有序性、可运动性和不对称性。
b.膜蛋白分布的镶嵌性、运动性和不均匀性。
C．负电荷性。
2）细胞膜的主要功能
a.作为细胞内外物质交换的主要屏障和介质
b.是原核生物细胞产生能量的主要场所
c.合成细胞壁、荚膜等大分子的场所
d.传递信息
e.是鞭毛基体的着生部位和鞭毛旋转的供能部位；
4）间体（mesosome）一类由细胞质膜内陷折叠形成的不规则层状、管状或囊状结构。
多见于革兰氏阳性细
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