1、食品微生物學食品微生物學FOOD MICROBIOLOGYFOOD MICROBIOLOGY霍霍 乃乃 蕊蕊山西農業大學食品科學與工程學院山西農業大學食品科學與工程學院 Food MicrobiologyLectured by Huo Nairui College of food science and engineeringIntroductionIntroduction What is a microbe? A microbe or microorganism is a member of a large, extremely diverse, group of organisms tha

2、t are lumped together on the basis of one property - the fact that, normally, they are so small that they cannot be seen without the use of a microscope. The word is therefore used to describe viruses, bacteria, fungi, protozoa and some algae.exceptions1.the fruiting bodies of many fungi such as mus

3、hrooms are frequently visible to the naked eye; However, there are a few exceptions, 2. equally, some algae can grow to meters in length.Green algaedinoflagellateBrown algaediatomRed algaealgael The colony or lawn can be seem with the naked eye肉眼可觀察到微生物聚集的群體肉眼可觀察到微生物聚集的群體菌落菌落 或菌苔或菌苔 simplicity Gener

4、ally, microbes may be considered as fairly simple organisms. Most of the bacteria and protozoa and some of the algae and fungi are single-celled microorganisms, and even the multi-celled microbes do not have a great range of cell types. Viruses are not even cells/ just genetic material surrounded by

5、 a protein coat, and are incapable of independent existence. 微生物與人類的關系微生物與人類的關系絕大多數微生物對人類和動、植物是有益的，而且有些是必需的。1.1.在自然界中元素的循環在自然界中元素的循環2.2.在工業方面的作用在工業方面的作用3.3.在農業方面的作用在農業方面的作用4.4.在醫藥方面的作用在醫藥方面的作用5.5.生物技術生物技術6.6.科學研究科學研究只有少數的微生物對人類和動、植物是有害的。只有少數的微生物對人類和動、植物是有害的。1.Microbes are responsible for the cycling

6、 of carbon, nitrogen and phosphorus (geochemical cycles), all essential components of living organisms . 2.They are found in association with plants in symbiotic relationships.3.Maintain soil fertility and may also be used to clean up the environment of toxic compounds (bio-remediation). 4.Some micr

7、obes are devastating plant pathogens which destroy important food crops, but others may act as biological control agents against these diseases. The disease-causing ability of some microbes such as smallpox (Variola virus), cholera (Vibrio cholera bacteria; ) and malaria (Plasmodium protozoa. ) is w

8、ell known. However, microorganisms have also provided us with the means of their control in the form of antibiotics and other medically important drugs. Microbes have been used for thousands of years, in many processes, to produce food, from brewing and wine making, through cheese production and bre

9、ad making, to the manufacture of soy sauce At the other end of the scale, microbes are responsible for food spoilage, and disease-causing microbes are frequently carried on food.Traditionally microbes have been used to synthesize many important chemicals such as acetone and acetic acid （丙酮和醋酸（丙酮和醋酸)

10、. More recently, the advent of genetic engineering techniques has led to the cloning of pharmaceutically important polypeptides and other economically important proteins into microbes, which may then be produced on a large scale. Microbes have been used extensively as model organisms for the investi

11、gation of biochemical and genetical processes as they are much easier to work with than more complex animals and plants. Millions of copies of the same single cell can be produced in large numbers very quickly and at low cost to give plenty of homologous experimental material. An additional advantag

12、e is that most people have no ethical objections to experiments with these microorganisms.Microorganism status in biological classificationFive kingdom classification system (五界分類系統五界分類系統)put forward by Whittaker (魏塔科魏塔科) in 1969 according to different nucleic structure aka.: Animal kingdom (animali

13、a) 動物界動物界 Plant kingdom (plantae) 植物界植物界 Protozoa kingdom (protista) 原生生物界原生生物界 Fungus kingdom （fungi） 真菌界真菌界 Prokaryote kingdom (monera) 原核生物界原核生物界(3 types 8 kinds（三型八大類）三型八大類）Microbe typesAnimalia： some protozoaplantae： some microalgaeprotista： some protozoa、most alga and myxomycota fungi： yeast a

14、nd mouldprocaryotae： bacteria，actinomycete,cyanobacteriaVira：virusesCell typeMicroorganismsNon -cell typeMicrobe types 病毒作為一界被提出的較晚，主要原因是：病毒作為一界被提出的較晚，主要原因是：病毒和類病毒是生物還是非生物，是原始類型還是次生類型是長期爭論未決的問題；病毒不是用雙命法，分類不用階元系統。但經過長期研究發現，病毒和細胞型生物具有共同但經過長期研究發現，病毒和細胞型生物具有共同特性：特性：遺傳物質是DNA(部分病毒是RNA)；使用共同的遺傳密碼。在此基礎上，我國學

15、者于1979年提出將無細胞結構病毒立為病毒界，從而建立了六界系統。 真菌的形態真菌的形態 桿菌桿菌 原核生物常見種類和常見形態（原核生物常見種類和常見形態（1） 球菌球菌原和生物常見種類和常見形態（原和生物常見種類和常見形態（2）藍細菌（螺旋藻）藍細菌（螺旋藻）藍細菌（魚腥草）藍細菌（魚腥草）原和生物常見種類和常見形態（原和生物常見種類和常見形態（3） 古細菌（產甲烷細菌）古細菌（產甲烷細菌）細菌（耶爾森鼠疫桿菌）細菌（耶爾森鼠疫桿菌）Slime molds（粘菌類生物）孢子體粘菌類生物是原生生物中數粘菌類生物是原生生物中數量較少的一類，在其生長期量較少的一類，在其生長期或營養期為裸露的無細胞

16、壁或營養期為裸露的無細胞壁多核的原生質團，又叫變形多核的原生質團，又叫變形體，在繁殖時期會形成多細體，在繁殖時期會形成多細胞的孢子囊構造并產生具有胞的孢子囊構造并產生具有纖維質細胞壁的孢子。粘菌纖維質細胞壁的孢子。粘菌大多數生于森林中陰暗潮濕大多數生于森林中陰暗潮濕的地方，在腐木，落葉或其的地方，在腐木，落葉或其他濕潤的有機物上生長。他濕潤的有機物上生長。Slime molds（粘菌類生物）一個變形體Slime molds（粘菌類生物）l 在人類可以生存的環境中，微生物無處不在在人類可以生存的環境中，微生物無處不在 一般城市街道每立方米的空氣中約含一般城市街道每立方米的空氣中約含5000個個

17、普通宿舍的空氣中每立方米約含普通宿舍的空氣中每立方米約含20000個個 每克肥沃土壤中可含數億個甚至更多的微生物每克肥沃土壤中可含數億個甚至更多的微生物 微生物在自然界中的分布極為廣泛微生物在自然界中的分布極為廣泛 Ubiquitous microbesl 在人類及其它高在人類及其它高等生物難以生活等生物難以生活的環境中有些微的環境中有些微生物仍然可以正生物仍然可以正常生活常生活 微生物的種類多微生物的種類多 以真菌為例：以真菌為例： l 目前已經定名的真菌的有十幾萬種目前已經定名的真菌的有十幾萬種 l 每年世界上不斷有許多新種被發現每年世界上不斷有許多新種被發現 l 據估計，自然界的真菌資源

18、有據估計，自然界的真菌資源有150萬種萬種以上以上 Diverse species 微生物的繁殖快、易培養微生物的繁殖快、易培養 l 大腸桿菌（牛乳基質）繁殖一代大腸桿菌（牛乳基質）繁殖一代12.5min，一晝夜，一晝夜能繁殖能繁殖115代，數量可增殖到代，數量可增殖到4.151034個，干菌個，干菌體重量可達約體重量可達約1016噸噸 l 具強大的合成能力，可利用農產品廢棄物、石油甚至具強大的合成能力，可利用農產品廢棄物、石油甚至CO2等為原料合成有機物。等為原料合成有機物。 l 微生物合成蛋白質的速度比植物快微生物合成蛋白質的速度比植物快500倍，比動物快倍，比動物快2000倍。倍。 l

19、微生物繁殖速度快這一特性給動植物疫病的防治，食微生物繁殖速度快這一特性給動植物疫病的防治，食品的防腐、保鮮等帶來了巨大的困難。品的防腐、保鮮等帶來了巨大的困難。 微生物的遺傳特性易發生變化微生物的遺傳特性易發生變化 l 個體結構簡單，容易受到環境變化的影響而引起遺傳性發生變異 l 細菌自發突變的頻率為1O-8左右 l 各種物理、化學因子處理微生物可以促進微生物變異 l 容易通過基因工程獲得變異性較大的菌種l 微生物學建立的社會背景微生物學建立的社會背景 n19世紀中期，歐洲工業、農業規模世紀中期，歐洲工業、農業規模化生產方式已經形成化生產方式已經形成 n當時工農業生產發展中出現的葡萄酒當時工農

20、業生產發展中出現的葡萄酒發酵酸敗、人畜傳染病等與微生物相發酵酸敗、人畜傳染病等與微生物相關的問題急需解決關的問題急需解決 n杰出科學家巴斯德、柯赫等科學家的杰出科學家巴斯德、柯赫等科學家的貢獻貢獻 The science of microbiology did not start until the invention of the microscope in the mid 16th century and it was not until the late 17th century that Robert Hooke and Antoine van Leeuwenhoek made the

21、ir first records of fungi, bacteria and protoz-oa. The late 19th century was the time when the first real breakthroughs on the role of microbes in the environment and medi -cine were made. Louis Pasteur disproved the theory of sponta-neous generation, (that living organisms spontaneously arose from

22、inorganic material) and Robert Kochs development of pure culture techniques allowed him to show unequivocally that a bacterium was responsible for a particular disease. Since then the science has grown dramatically as microbiology impinges on all aspects of life and the environment.Formation and dev

23、elopment of microbiology n考古研究表明，我國在考古研究表明，我國在8000多年前的新石器時代早多年前的新石器時代早期就出現了利用微生物的期就出現了利用微生物的“曲蘗釀酒曲蘗釀酒” n我國商代釀酒技術已有很大的發展，已逐漸從農業我國商代釀酒技術已有很大的發展，已逐漸從農業中分化出來成為獨立的手工業，出現了一些釀酒工中分化出來成為獨立的手工業，出現了一些釀酒工場場我國古代的各種酒器我國古代的各種酒器leeuwenhoekl安東安東列文虎克（列文虎克（Antony ven Leeuwenhoek, 16321723）在）在1680年前后發現了自然界中年前后發現了自然界中存在

24、的細菌、酵母菌、原生動物等微小生物。存在的細菌、酵母菌、原生動物等微小生物。 16761676年荷蘭人列文虎克用自磨年荷蘭人列文虎克用自磨鏡片，創造了一架能放大鏡片，創造了一架能放大266266倍的原倍的原始顯微鏡檢查了污水、齒垢、糞便始顯微鏡檢查了污水、齒垢、糞便等，發現了許多肉眼看不見的微小等，發現了許多肉眼看不見的微小生物，正確描述了微生物的形態有生物，正確描述了微生物的形態有球形、桿狀和螺旋樣，為微生物的球形、桿狀和螺旋樣，為微生物的存在提供了科學依據。存在提供了科學依據。Bright field microscopecondenserLight sourceMechanical st

25、ageeyepieceObjective lenstubebinocular microscopel杰出科學家的貢獻杰出科學家的貢獻 n法國化學家、微生物學家路易法國化學家、微生物學家路易巴斯德（巴斯德（Louis Pasteur，18221895） n Pasteur (Louis Pasteur,18221895)(Louis Pasteur,18221895)首先實驗證明有機物發酵和首先實驗證明有機物發酵和腐敗是由微生物引起，而酒腐敗是由微生物引起，而酒類變質是因污染了雜菌所致。類變質是因污染了雜菌所致。自此，微生物學成為一門獨自此，微生物學成為一門獨立學科。立學科。成功研制雞霍亂、炭疽

26、和狂成功研制雞霍亂、炭疽和狂犬病疫苗。犬病疫苗。德國科學家柯赫（德國科學家柯赫（Robert Koch，18431910） l揭示了傳染病的揭示了傳染病的本質本質 l建立了微生物分建立了微生物分離、接種離、接種 、培養、培養的方法的方法RobertKochsoriginalmicrographsofanthraxbacillus（炭疽桿菌）(Robert Koch,18431910)創用固體培養基，使有可能將細菌從環境或病人排泄物等標本中分離成為純培養，利于對各種細菌的特性分別研究。他還創用了染色方法和實驗動物感染，為發現多種傳染病的病原菌提供實驗手段。郭霍法則：1.特殊的病原菌應在同一疾病中

27、查見，在健康人中不存在；2.該病原菌能被分離培養得純種；3.該純培養物接種至易感動物，能產生同樣病癥；4.自人工感染的實驗動物體內能重新分離得該病原菌純培養。 For some diseases it is very easy to identify the causative agent and establish how it causes disease. The symptoms of cholera, for example, can be clearly explained by the presence of the organism Vibrio cholera in the

28、gut and the production of a toxin which causes the secretion of copious amounts of water from the gut (Topic F6). For other diseases, the cause and effect relationship may not be as clear. For example, Helicobacter pylori has only recently been accepted as the cause of many gastric ulcers as it was

29、believed for a long time that bacteria could not survive in the stomach.Traditionally, the relationship between a bacterium and a disease has been established if the bacterium fulfills a number of criteria laid down by Robert Koch in the late 1800s:Kochs postulates 1. The bacteria should be found in

30、 all cases and at all sites of the disease.在一切患病動物和所有患病部位都能發現該種病原菌2. The bacteria should be isolated from the infected person and maintained in pure culture. 細菌應從受感染的患體中分離出來，并被培養為純培養物 3. The pure cultured microbe should cause symptoms of the disease on inoc-ulation into a susceptible individual.純培養物

31、接種到某個未經免役者的體內時，應出現病癥。4. The bacteria should be reisolated from the intentionally infected host.細菌應從這種人為的受感染者體內重新分離出來。Kochs postulates In practice, in many cases it has proved difficult to fulfill all of these criteria. Pure culture of bacteria in the laboratory has often been a problem. Although we

32、are fairly certain that Mycobacterium leprae（麻風分支（麻風分支桿菌）桿菌） is the cause of leprosy, it has yet to be cultured in laboratory medium, and has so far been cultured only in an animal model. In the case of an intestinal disease called Whipples disease（惠普爾病）（惠普爾病）, the bacterial agent responsible has on

33、ly been discovered using modern polymerase chain reaction (PCR)-based DNA detection method. Criteria 3 and 4 of Kochs postulates are also difficult to meet if no animal model for the disease is available or there is a lack of human volunteers. A modern-day modification of these postulates(法法則則) is n

34、ow being used to establish if a particular virulence factor is necessary for the production of an infection. Potential virulence factors（可能的致病（可能的致病力因子）力因子） are first identified, then removed by mutation or replaced by cloning and the microbe is then tested for virulence. In this way a clear underst

35、anding of the disease process of a number of microorganisms has been obtained.(Edward Jenner,17491823)(Edward Jenner,17491823)首首創用牛痘預防天花，為預防醫創用牛痘預防天花，為預防醫學開辟了廣闊途徑。學開辟了廣闊途徑。(Joseph Lister,18271912)(Joseph Lister,18271912)首首創用石炭酸噴灑手術室和煮沸創用石炭酸噴灑手術室和煮沸手術用具以防術后感染，為防手術用具以防術后感染，為防腐、消毒，以及無菌操作奠定腐、消毒，以及無菌操作奠定

36、了基礎。了基礎。Watson and ClickThe development of microbiology need your participating Obscure （prehistory）period 朦朧階段史前期（約8000年前1676） Morphological （primary）period 形態描述階段初期（ 1 6761861） Physiological （foundation）period 生理水平研究階段奠基期（ 18611897 ） Mordern times 現代微生物學時期 biochemical （develomental）period 生化水平研究階段

37、發展期（18971953） Molecular biological（maturation） 分子生物學水平研究階段成熟期（1953至今）Formation and development of microbiology微生物學的形成和發展微生物學的形成和發展微生物學經驗時期實驗微生物學時期現代微生物學時期微生物學的發展過程微生物學的發展過程三、近代微生物學的發展三、近代微生物學的發展 l 微生物學研究工具的不斷改進微生物學研究工具的不斷改進 l 社會和經濟發展有大量的微生社會和經濟發展有大量的微生物學問題迫切需要解決物學問題迫切需要解決 l 微生物學和其他生物科學共同微生物學和其他生物科學共

38、同發展，互相促進發展，互相促進Food microbiology Defenition ：Food microbiology is a science specializing in the relationship between food and microorganisms。 食品微生物學是專門研究微生物與食品之間相互關系的一門科學。 Relationship with other subjects: As an important branch of microbiology，it is a comprehensive subject syncretized food related

39、parts from general microbiology and industrial，medical，agricultural microbiology . At the same time mixed the associated knowledge of biochemistry, mechanics and chemical engineering. 它是微生物學的一個重要分支，是一門綜合性的學科，它融合了普通微生物學、工業微生物學、醫學微生物學、農業微生物學與食品有關的部分，同時又滲透了生物化學、機械學和化學工程有關的內容.定義及與其他課程的關定義及與其他課程的關系系Curri

40、culum character： is the basic courses for the specialty of food science and engineering. The aim of it is to lay the firm microbiological foundation for the students of food specialty and ensure them to skillfully master the related skills. 食品微生物學是食品科學與工程專業的專業基礎課，學習這門課程的目的是為食品專業的學生打下牢固的微生物學基礎和熟練的食品微

41、生物學技能 Food microbiology課課 程程 性性 質質 Researches about food microbiology includes: Activity rules about food related microbes How to utilize the beneficial microbes to manufacture food stuff for human How to control the harmful microbes to prevent the spoilage and deterioration of food Study the detect

42、ive methods for food born microorganisms, set down the microorganism parameter in food, offer the guide for the judge of the food sanitation condition 研究內容包括：研究內容包括：研究與食品有關的微生物的活動規律；研究如何利用有益微生物為人類制造食品研究如何控制有害微生物，防止食品發生腐敗變質；研究檢測食品中微生物的方法，制定食品中微生物指標，從而為判斷食品的衛生質量而提供科學依據 Food microbioligy研研 究究 內內 容容n 在食

43、品生產、加工、儲存、運在食品生產、加工、儲存、運輸、銷售等各個環節中涉及的微生輸、銷售等各個環節中涉及的微生物類型及形態特征物類型及形態特征 n細菌細菌 n放線菌放線菌 n酵母菌酵母菌 n霉菌霉菌 n病毒病毒 n n食品相關微生物的生物學特性食品相關微生物的生物學特性 n生理特性生理特性 n遺傳特性遺傳特性 n生態學特點生態學特點二二、微生物引起的食品腐敗變質現象及其機理微生物引起的食品腐敗變質現象及其機理 n微生物引起各類食品的變質現象微生物引起各類食品的變質現象 n微生物引起食品變質相關的內因、外微生物引起食品變質相關的內因、外因及其相互的聯系因及其相互的聯系 n微生物引起食品腐敗變質的機

44、理。微生物引起食品腐敗變質的機理。三三、微生物相關的食品安全問題微生物相關的食品安全問題n食品相關的細菌性食物中毒、食食品相關的細菌性食物中毒、食源性傳染病、真菌毒素中毒癥等源性傳染病、真菌毒素中毒癥等 n食源性疾病的微生物的特性，生食源性疾病的微生物的特性，生長、產毒的條件，致病的機理及長、產毒的條件，致病的機理及預防措施預防措施四四、 防止食品腐敗變質的方法防止食品腐敗變質的方法n防止食品腐敗變質常用的方法防止食品腐敗變質常用的方法 n各類方法的適用范圍、效果、影各類方法的適用范圍、效果、影響因素響因素 n各類方法對食品品質的影響及可各類方法對食品品質的影響及可能的毒性能的毒性五五、食品微

45、生物的檢驗技術食品微生物的檢驗技術n研究檢測食品微生物的技術研究檢測食品微生物的技術 n類群類群 n數量數量 n有毒代謝產物有毒代謝產物 n研究監測食品品質變化的方法研究監測食品品質變化的方法 n根據食品中微生物的存在量、種群及其他相關特根據食品中微生物的存在量、種群及其他相關特征的變化監測食品的品質，進行早期的微生物危征的變化監測食品的品質，進行早期的微生物危害預測、預防害預測、預防六六、微生物在食品工業中的應用微生物在食品工業中的應用 n微生物的對食品的轉化作用微生物的對食品的轉化作用 n微生物合成的代謝產物微生物合成的代謝產物 n初生代謝產物初生代謝產物 n次生代謝產物次生代謝產物 n

46、微生物酶制劑微生物酶制劑 n 微生物細胞微生物細胞 食品微生物學研究的內容包括與食品有關的微生物的特征、微食品微生物學研究的內容包括與食品有關的微生物的特征、微生物與食品的相互關系及其生態條件等，所以從事食品科學的人員生物與食品的相互關系及其生態條件等，所以從事食品科學的人員應該了解微生物與食品的關系。一般來說，微生物既可在食品制造應該了解微生物與食品的關系。一般來說，微生物既可在食品制造中起有益作用，又可通過食品給人類帶來危害。我國幅員遼闊，微中起有益作用，又可通過食品給人類帶來危害。我國幅員遼闊，微生物資源豐富。開發微生物資源，并利用生物工程手段改造微生物生物資源豐富。開發微生物資源，并利

47、用生物工程手段改造微生物菌種，使其更好地發揮有益作用，為人類提供更多更好的食品，是菌種，使其更好地發揮有益作用，為人類提供更多更好的食品，是食品微生物學的重要任務之一。食品微生物學工作者應該設法控制食品微生物學的重要任務之一。食品微生物學工作者應該設法控制或消除微生物對人類的這些有害作用；采用現代的檢測手段，對食或消除微生物對人類的這些有害作用；采用現代的檢測手段，對食品中的微生物進行檢測，以保證食品安全性，這也是食品微生物學品中的微生物進行檢測，以保證食品安全性，這也是食品微生物學的任務之一。總之，食品微生物學的任務在于，為人類提供既有益的任務之一。總之，食品微生物學的任務在于，為人類提供既有益于健康、營養豐富，而又保證生命安全的食品。于健康、營養豐富，而又保證生命安全的食品。Food microbiol