Chapter 3 包装工艺的微生物学基础主要研究与包装工业有关的微生物，为包装工艺设计提供参为包装工艺设计提供参考与依据。
3~1 微生物的形态结构
3~2 微生物的生理活动
3~3 各种因素对微生物的生命活动的影响3~4 微生物与包装
3~1微生物的形态结构
原核微生物（细菌）
细胞型
真核微生物（霉菌, 酵母菌）非细胞型
一、细菌
1、形态与大小
⑴球菌⑵杆菌单/双/四联/八叠/链球菌d =0.5-2μm 棒状/梭状/双/链/芽孢/无芽孢杆菌
长1-8μm 宽0.2-1μm
测弯曲形长度⑶螺旋菌弧菌/
螺菌
2、细胞结构
细胞壁：保护支持细胞保护支持细胞
细胞质膜:半渗透性膜
细胞质：维持代谢维持代谢
核质体：DNA夹膜：保护菌体芽孢：对抗恶劣环境的休眠体鞭毛
：运动器官
二、霉菌（丝状真菌）p 41
菌体由分枝或不分枝的菌丝构成许多菌丝交织1形态菌体由分枝或不分枝的菌丝构成，许多菌丝交织1、形态
在一起，称为菌丝体。
管状d=2~10 μ
m
⑴单细胞菌丝：细胞内无隔膜
⑵多细胞菌丝：细胞内有隔膜
三、酵母菌(单细胞真核微生物)1、形态态
单细胞，呈卵圆形、圆形、圆柱形。
大小约（1~5）×（5~30）μm
2细胞结构2、细胞结构与细菌的基本结构相似，由壁、质、核、及内含物等构成。
! 与细菌的区别在于酵母菌是真核
微生物，具明显的核。
3.应用
发酵做面包和酿酒，以及生产酒精、甘油、有机酸、维
发酵做面包和酿酒以及生产酒精甘油有机酸维生素等。菌体含蛋白质很高，且含人体必需的氨基酸。
4. 有害的方面表现：
食物、纺织品、原料腐败变质使蜂蜜、果浆败坏对发酵工业起污染与反作用引起人、物病害
3~2 微生物的生理活动
（呼吸·生长·繁殖）
一. 微生物的新成代谢微生物的新成代谢
微生物在生命活动过程中，不断从环境中获得营养物微生物在生命活动过程中
不断从环境中获得营养物质，形成生物体本身的化学组成（合成代谢）将各营养物质或细胞物质降解成简单的产物，并向体外排出一些物质（分解代谢）。程
1、微生物的呼吸⑴呼吸的性质
呼吸是大多数微生物在分解代谢过程中用来生产能量的一种方式是产生一切能量的氧化还原过程种方式，是产生一切能量的氧化还原过程。微生物细胞氧化的三种方式：
①氧的加入：②化合物脱氢：23
-③失去电子③失去电子：2+3+
⑵呼吸类型①需氧呼吸①需氧呼吸：
具有完善的呼吸酶系统呼吸作用主要是借脱氢酶与氧化酶来进行。
②厌氧呼吸：
微生物只能在无分子氧的环境中呼吸。的环境中呼吸
专性厌氧微生物缺乏细胞色素和氧化酶。
游离氧的存在对其有抑制作用。发酵
③兼性厌氧呼吸：有氧/无氧的情况下都能呼吸
! 吸取氧的来源不同
2、微生物的物质代谢及其产物
物质代谢---微生物进行物质的、、等一系列复杂的新陈代谢过程中，所引起微生物机体内外物质的变化。
⑴物质代谢
①碳水化合物代谢
过程如下：
有氧环境中
无氧环境中CO 2+HH 2O ，无中间产物积累无中间产物积累微生物只能进行不完全分解，生成多种中间
代谢产物（酸类、醇类∙∙∙∙∙∙）
自养型——吸收CO2+碳酸盐作为碳酸盐作为碳源合成碳水化合物 异养型——吸收简单碳水化合物为碳源转化为有机物质
②蛋白质的代谢
腐化: 蛋白质在有氧环境下被微生物分解
蛋白质可被完全氧化，成为:CO2 、NH 3、CH4
腐败：蛋白质在缺氧环境下被微生物分解分解不完全，多为中间产物：氨基酸、有机酸
微生物分解蛋白质的一般过程为：
蛋白质→蛋白胨→小肽→多肽→氨基酸→有机酸、胺、氢、H2S、NH3、
CH 4、CO2
·····
③脂肪的代谢
脂肪脂肪水解酶脂肪酸+
β-氧化甘油脱氢
CO 2+ H
+H 2O 丙酮酸
微生物也有合成脂肪的能力过程与分解脂肪相反微生物也有合成脂肪的能力，过程与分解脂肪相反。
⑵代谢产物：微生物在各种新陈代谢过程中所形成的各种合成产物和分解产物。
①抗菌素某些微生物的代谢过程中，可以产生具有抑制或杀死其它微生物作用的一种物质。②毒素
代谢过程中，产生一些对人、动物有害的物质。
由细菌菌体向菌体外分泌出来的有毒物质。由细菌菌体向菌体外分泌出来的有毒物质
外毒素外毒素不耐热。70℃
毒素
存在于细菌体内，只在菌体裂解时，才被内毒素释放出来，一般毒力较弱，但耐热。
③色素
色素根据性状可分为水溶性色素和脂溶性色素。（20~25℃）大多需氧微生物则必须在有充足氧的条件下才能产生色素。光线的强弱对色素的产生也有定影响光线的强弱对色素的产生也有一定影响。④维素④维生素
维生素是微生物必须的营养物质，有些微生物自己不能合成，必须从外界吸收，有些则能在体内合成。
细菌酵母霉菌中有很多菌种均能合成定的维生素
细菌，酵母、霉菌中有很多菌种均能合成一定的维生素。
二、微生物的生长繁殖微生物在适宜的环境条件下，不断地吸收营养物质，并按照自己的代谢方式进行新陈代谢活动，如果合成代谢超过分解代谢，细胞原生质量↑，体积↑→表现为生长。环境条件适宜生长和繁殖始终是交替进行的环境条件适宜，生长和繁殖始终是交替进行的。当微生物处于一定的物理、化学条件下，生长、发育正常→繁殖速度高；当某些环境条件改变，超出其可适应范围，
就会对机体产生抑制乃至致死作用。
1、微生物的繁殖方式：有性繁殖与无性繁殖⑴细菌的繁殖：无性繁殖细胞的横向分裂
一个发育成熟的细胞，分裂成为两种独立的菌体。 同形分裂：两个细胞大小相同两个细胞大小相同
异形分裂：两个细胞大小不同
（横隔膜在菌体偏端形成）
⑵霉菌的繁殖
①无性繁殖：霉菌主要的繁殖方式。
单细胞菌丝：无横隔，一般形成孢囊孢子和厚膜孢子。多细胞菌丝：有横隔，多数产生分生孢子和裂生孢子
少数产生厚膜孢子
。
②有性繁殖
单细胞菌丝：产生接合孢子多细胞菌丝：产生子囊孢子
。
⑶酵母菌的繁殖
①芽殖芽殖、裂殖和产生孢子
②裂殖
类似细菌
③产生孢子繁殖：
必须是从营养丰富的培养基中取出的幼龄细胞要有充足的空气足够的湿度较高的温度
两个临近的酵母细胞各自伸出一根管状的原生质突起，随即相互接触、两个临近的酵母细胞各自伸出一根管状的原生质突起随即相互接触融合，并形成一个通道，两个细胞核在此通道内结合，形成双倍体细胞核，然后进行减数分裂，形成4个或8个细胞核。每一子核与其周围的原生质形成孢子即为子囊孢子生质形成孢子，即为子囊孢子。
2、单细胞微生物的典型生长曲线
⑴延迟期：细胞活跃生长⑴延迟期细胞活跃生长⑵对数期：分裂速度剧烈上升
⑶稳定期生长与死亡平衡⑶稳定期：生长与死亡平衡⑷衰老期：死亡速度增加
细菌数目的对
数⑴⑵⑶⑷时间
细胞生长的典型曲线
3~3 各种因素对微生物的生命活动的影响灭菌用物理或化学因子，使存在于物体中的所有微生物永久
丧失其生命力，包括最耐热的细菌芽孢。经灭菌的物品不再存在任何有生命的有机体。杀死或消除所有病原体微生物的措施。
可防止传染病传播。
利用某些物理因子，使物体内外的微生物暂时处
于不生长、不繁殖但未死亡的状态
。消毒防腐
一、物理因素对微生物生长与死亡的影响
温度、干燥、渗透压、辐射、··········
1温度1、温度
温度是影响微生物生长与存活最重要的因素之一。影响表现在两方面：影响表现在两方面
⑴温度↑→细胞中生物化学反应速度↑
随着温度↑
而可能遭受不可逆的破坏。生长↑；⑵机体的重要组成部分蛋白质、核酸对温度敏感，
最低嗜冷微生物
嗜温微生物
嗜热微生物-10~510~2010~20 25~45最适10~2025~4025~40 50~55最高25~30水和的冷藏中微生物寄生于动物人中微生物40~45寄生于动物，人中微生物70~80温泉，肥堆中微生物自然界中，各种微生物都有一定的最适生长温度，一般较宽。！当环境温度超过最高生长温度时，将引起微生物境度超高生度时将起微生物死亡，故高温可以用来灭菌。高温致死微生物的原理
主要是引起蛋白质凝固。
干
热
灭
菌
灭
菌
方
法焚烧灭菌法彻底、迅速、简单；常用于污染物、实验动物、废弃物的处理物的处理。在干燥箱中利用热空气灭菌。一般在160℃下，1-2h；可处理较大的玻璃器皿、金属耐热物品灭菌。较大的玻璃金耐热物菌一般煮沸15min以上，可灭细菌的所有营养细胞和部分芽孢干热灭菌法煮沸消毒法湿
热
灭
菌高压蒸汽灭菌一般0.1MPa蒸汽相当于121.6℃的温度。法间歇灭菌法用流通蒸汽几次反复处理的灭菌法。
用较低的温度处理牛奶、酒类等饮料，杀死病原体，
一般63-66℃，30min或71℃，15min，然后迅速冷却，
可饮用。但不能完全灭菌。巴氏消毒法
2、干燥
迅速死亡
随干燥环境而渐渐死亡
虽然存活较长时间，但不能繁殖虽然存活较长时间但不能繁殖
3、渗透压
突然改变渗透压将致死细胞
eg ：细胞置于高渗溶液（20% NaCl），细胞脱水死亡细胞置于高渗溶液（20%N Cl）细胞脱水死亡
细胞置于低渗溶液（0.01%NaCl），细胞破裂
4、超声波波
200,000Hz以上的声波有强烈的生物学作用。
几乎所有的生物都被不同程度破坏。
5、辐射
⑴紫外线
非电离辐射对微生物有明显的致死作用。是强杀菌剂电离辐射微生物有的致作杀菌剂
⑵X射线与γ射线
电离辐射引起物质的电离→使细胞内某些重要物质（蛋白质、酶）发生变化失去活性→→细胞受损与死亡。细胞受损与死亡
射线具有较强穿透力，可致死所有生物
。
二、化学因素对微生物生长与死亡的影响
作为营养物质，促进微生物新陈代谢。抑制新陈代谢→抑菌作用。破坏代谢机制或破坏菌体结构→杀菌作用1、酸、碱与pH值酸碱与p值
自然环境中，多数微生物的最适pH=5~92、重金属及其化合物重金属及其化合物
大多数重金属离子易与细胞蛋白质结合使之变性；或与酶的—SH
基结合使酶失去活性。
3、有机化合物酚、醇、醛类有机化合物能使蛋白质变性—常用杀菌剂
4、卤族元素及其化合物
碘—强杀菌剂。强杀菌剂
如：医用碘酒—有效的皮肤及小伤口消毒剂
。
三、生物因素对微生物生长与死亡的影响共生(symbiosis)
互利共生（+ +）（兼性共生专性共生）偏利共生（+ 0）
无关共生（0 0）
寄生（+ +-）
偏害共生（-0）
竞争共生（--
）
互利共生（+ +）
两种微生物共居在一起，彼此依赖，制造相互有利的营养条件，较之单独生活时更为有利，更有生命力。例：根瘤菌侵入豆科植物的根部，根瘤菌侵入豆科植物的根部
菌固定空气中的氮，供植物氮源，植物供菌营养。植物供菌营养
寄生一种生物生活于另一种生物体内，从中获取营养而
生长、繁殖，并使另一种生物受损甚至死亡的现象。（+ -）
寄生于另一微生物寄生于另微生物：细菌被相应的噬菌体寄生、生长、繁殖寄生于高等植物：植物病害
寄生于人体动物寄生于人体、动物：
动物生病严重会死亡动物生病，严重会死亡
3~4 微生物与包装
一、食品包装的化学灭菌
食品包装的化学灭菌①浓度↑→灭菌效能↑
过氧化②温度↑→灭菌速度↑
氢灭菌③有些菌、孢子对其具有很强的耐受力，因
此，浓度应>30%；温度=80℃。有浸渍法与喷淋法，结合使用润湿剂可提高灭菌效果。淋法结使剂高效
环氧乙主要用于自动包装机有关部件、包装容器和主要用于自动包装机有关部件包装容器和烷灭菌封合材料的消毒灭菌。以上两种物质的残留，均应经热空气烘干，使之挥发。
环氧乙烷——干热无菌法包装系统容器灭菌
干热
无菌包装环氧乙烷封口材料延长食品储存期
二、食品包装的物理灭菌
1、紫外线
2→杀死4亿个细菌(1/s)。（1）若照射强度为30mW/cm若照射强度为杀死亿个细菌()
（2）一般若杀死光滑无灰包装材料上的细菌用时1s；
则压凸材料表面要3s；不规则包装容器表面要5s。则压凸材料表面要3s ；不规则包装容器表面要5s
（3）紫外线会对塑料,有降低其热封强度的作用，
且对LDPE 影响较大（降低50%），其它较小。影响较大（降低50%）其它较小
（4）对多数细菌，240~280 nm的紫外线灭菌效果最好
(5)可与干热、H2O 2
等灭菌方法结合使用
2、微波加热短时→食品温度↑↑→灭菌短时食品温度↑↑灭菌
一般在120-130℃；1-2 min下灭菌
3、辐射灭菌辐射灭菌
采用离子辐射来杀死密封包装中与冷冻食品中的微生物，可室温进行不影响食品质量可室温进行，不影响食品质量
小辐射辐射剂量10kGy 以下要求的包装材料有：玻璃
生鲜食品消毒。纸、涂腊纸、聚丙稀、聚剂量乙烯等
大辐射辐射剂量40-60kGy 未最适宜的包装材料是硬质
经冷冻且要长期储存金属容器。剂量的肉类与禽类的肉类与禽类。
第三章重点1.微生物（细菌、霉菌、酵母菌）微生物（细菌霉菌酵母菌）
2.微生物的生长、繁殖3.化学灭菌、物理灭菌