现代工业发酵调控学 郭晓燕
★渗透压调节机理？ 联系:1.3.9.1
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水活度
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• 培养基的渗透压和水的活度对比生长速率 的影响？图1-13 • 非生长基质消耗与Aω的关系？表1-9 • 水活度受哪些因素影响？温度、乙醇、甘 油各有什么影响？
影响物质的溶解度，对生长有影响。
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微生物生长的三个温度基点
从微生物整体来看: 生长的温度范围一般在-10 ℃ ~100 ℃ 极端下限为-30 ℃，极端上限为105~300 ℃ 但对于特定的某一种微生物： 只能在一定温度范围内生长，在这个范围内，每种微生物都有自 己的生长温度三基点，即最低、最适、最高生长温度 •处于最适生长温度时，生长速度 最快，代时最短。
有芽孢的细菌比无芽孢的菌抗热
微生物的繁殖结构比营养结构抗热性强 老龄菌比幼龄菌抗热
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(2)微生物对热的耐受力还受环境条件的影响 与培养基的营养成分有关—— 培养基中蛋白质含量 高时比较耐热. 与pH 有关—— pH适宜时不易死亡，pH不适宜时， 容易死亡. 与水分有关—— 含水量大时容易死亡，含水量小时 不容易死亡.
•超过最低生长温度时，微生物不 生长，温度过低，甚至会死亡。
•超过最高生长温度时，微生物不 生长，温度过高，甚至会死亡。 现代工业发酵调控学
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微生物生长温度类型
根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生物划为三个类型： 低温型微生物（嗜冷微生物）
中温型微生物（嗜温微生物）
高温型微生物（嗜热微生物）
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高温微生物的特点: 生长速度快，合成大分子迅速，可及时修复高温 对其造成的分子损伤。 耐高温菌具应用优势：在减少能源消耗、减少染 菌、缩短发酵周期等方面具重要意义。
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★不同生理生化过程的最适温度 •微生物不同生理活动要求不同温度，所以， • 最适生长温度 ≠ 发酵速度快、积累代谢产物多。
与含菌量有关 ——含菌量高，抗热性增强，含菌量 低，抗热性差。
与热处理时间有关—— 热处理时间长，微生物易死 亡。
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低温对微生物的影响
当环境温度低于微生物的最适生长温度时，微生物 的生长繁殖停止，当微生物的原生质结构并未破坏时， 不会很快造成死亡并能在较长时间内保持活力，当温 度提高时，可以恢复正常的生命活动。 低温保藏菌种就是利用这个原理。一些细菌、酵母菌 和霉菌的琼脂斜面菌种通常可以长时间地保藏在4℃的 冰箱中。 当温度过低，造成微生物细胞冻结时，有的微生物 会死亡，有些则并不死亡。
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造成死亡的原因：
①冻结时细胞水分变成冰晶，冰晶对细胞膜产生机械损伤， 膜内物质外漏。
②冻结过程造成细胞脱水。
冻结速度对冰晶形成有很大影响，缓慢冻结，形成的 冰晶大，对细胞损伤大；快速冻结，形成的冰晶小、分布 均匀，对细胞的损伤小，因此，利用快速冻结可以对一些 菌种进行冻结保藏，一般情况下在菌悬液中再加一些甘油、 糖、牛奶、保护剂等可对菌种进行长期保藏。
1.1.3.1物理环境 (1)温度对微生物生长的影响 温度是影响微生物生长的最重要因素之一。
温度对微生物的影响具体表现在：
影响酶活性，温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞 合成。 影响细胞膜的流动性，温度高，流动性大，有利于物质的 运输，温度低，流动性降低，不利于物质运输，因此，温 度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌。
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(2)搅拌对微生物生长的影响
• 剪切流 细胞损伤
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（3）渗透压对生长的影响
渗透压
等渗溶液 适宜微生物生长
高渗溶液 细胞发生质壁分离
低渗溶液 细胞吸水膨胀，直至破裂
大多数微生物适合在等渗的环境下生长，而有的菌如 Staphylococcus aureus 则能在3mol/L NaCl的高渗溶液中生长。 能在高盐环境（2.8-6.2/L NaCl）生长的微生物常被称为嗜 盐微生物（Halophiles）。
以青霉素的生产为例：培养165小时采用分段控制温度的方法，其青霉素 产量比始终在30 ℃培养提高了14.7%。 分段控制方式：0~5小时，30 ℃；5~40小时，25 ℃；40~125小时， 20 ℃；125~165小时，25 ℃。
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高温与低温对微生物的影响
6.1.3.1 高温对微生的影响 高温下蛋白质不可逆变性，膜受热出现小孔，破坏 细胞结构（溶菌）。 ★微生物对热的耐受力与以下因素有关: (1)微生物种类及发育阶段 嗜热菌比其它类型的菌体抗热
菌
ctis
名
生长温度 （℃） 34 37 32 37 30
发酵温度 累积产物温度 （℃） （℃） 40 28 33~35 33 25 _ _ _ 20
Streptomyces griseus Corenybacterium pekinense Clostridium acetobutylicum Penicilium chrysogenum
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低温型微生物: 最适生长温度在5~20℃,主要分布在地球的两极、冷泉、 深海、冷冻场所及冷藏食品中。 例：假单孢菌中的某些嗜冷菌在低温下生长，常引起冷 藏食品的腐败。 嗜冷微生物在低温下生长的机理，目前还不清楚，据推 测有两种原因：
①它们体内的酶能在低温下有效地催化，在高温下酶活 丧失②细胞膜中的不饱和脂肪酸含量高，低温下也能保 持半流动状态，可以进行物质的传递。
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中温型微生物： 最适生长温度为20℃~40 ℃，大多数微生物属于此类。 室温型主要为腐生或植物寄生，在植物或土壤中。 体温型主要为寄生，在人和动物体内。 高温型微生物：
最适生长温度为50 ℃ ~60 ℃,主要分布在温泉、堆肥和土壤中。
在高温下能生长的原因：①酶蛋以及核糖体有较强的抗热性 ②核酸具有较高的热稳定性（核酸中G+C含量高（tRNA）， 可提供形成 氢键，增加热稳定性 ）。 ③细胞膜中饱和脂肪酸含量高，较高温度下能维持正常的液 晶状态。