第二节　霉腐微生物的生长条件

研究环境因素与微生物间的相互影响，有助于了解霉腐微生物在自然界、工业制品、物品以及食品等中的分布及作用，使人们有可能采取有效措施来抑制甚至完全破坏霉腐微生物的生命活动，从而防止疾病的传染以及工业制品、物品、食品等的腐败霉变。

影响微生物生长繁殖的环境因素是复杂的、多方面的，它们相互之间又密切联系。本节主要介绍营养物质、空气、水分、温度、pH值和渗透压等对微生物生长繁殖的影响。

一、营养物质

微生物具有一般生物所具有的生命活动规律，其需要从外界环境中不断吸收营养物质并加以利用，从而获得进行生命活动所需要的能量，并合成新的细胞物质，同时排出废物。

从各类微生物细胞物质成分的分析中得知：微生物细胞的化学组成和其他生物的化学组成并没有本质的区别，主要组成元素是碳、氢、氧、氮（占全部干重的90%～97%）和矿质元素（占全部干重的3%～10%）。由这些元素组成细胞中的蛋白质、核酸、碳水化合物、脂类等各种有机物质以及无机成分。

（1）碳源　凡可构成微生物细胞和代谢产物中碳架来源的营养物质称为碳源。碳源（碳素化合物）是构成菌体成分的重要物质，又是产生各种代谢产物和细胞内储藏物质的主要来源。微生物对碳素化合物的需要极其广泛，从简单的无机碳化物到复杂的天然有机碳化物都能被不同的微生物所利用。

（2）氮源　凡构成微生物细胞物质或代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源。氮源是构成微生物细胞蛋白质、核酸等重要物质的主要营养物质。氮源一般不提供能量，但硝化细菌能利用铵盐和亚硝酸盐作为氮源和能源。

氮源可分为无机氮和有机氮。就微生物的总体来说，从分子态氮到复杂的有机含氮化合物，包括硝酸盐、铵盐、尿素、酰胺、嘌呤碱、嘧啶碱、氨基酸、蛋白质等都能被微生物利用。

（3）无机盐类　无机盐类也是微生物生命活动所不可缺少的营养物质，其主要功能是：构成菌体的成分；作为辅酶或酶的组成部分或维持酶的活性；调节细胞渗透压、氢离子浓度以及氧化还原电位等。某些自养微生物可以利用无机盐作为能源。

无机元素包括主要元素和微量元素两类。主要元素有磷、硫、镁、钾、钙等；微量元素如铁、铜、锌、锰、钼、钴、硼等。

（4）生长素　凡能调节微生物代谢活动的微量有机物质，称生长素。广义的生长素包括氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等；狭义来说生长素主要指B族维生素，B族维生素是构成辅酶的重要组成成分，或者本身就是辅酶。

生长素与碳源、氮源不同，它不是一切微生物所需要的营养要素，而仅为某些不能自己合成一种或几种生长素的微生物的必要的营养物质。

二、空气

空气对微生物的生长繁殖有极大的影响。根据微生物对氧的要求，可将微生物分为以下三类。

（1）专性好气菌　又称专性好氧菌。仅在空气或有氧的条件下才能生长，它们要求空气中的分子态氧作为呼吸过程中最终的电子（氢）受体。这类微生物包括全部霉菌、大部分放线菌及部分细菌。

（2）专性厌气菌　又称专性厌氧菌。仅在没有空气或无氧条件下生长，它们不需要分子态氧，而需要其他物质作为生物氧化过程中的最终电子（氢）受体，分子态氧对它们往往有毒害作用。专性厌气菌包括部分细菌、放线菌。例如硫酸盐还原菌，生活在含有有机质及硫酸盐的厌氧环境中，产生大量H2S，引起土壤中、水中金属构件腐蚀，造成危害。

（3）兼性好气菌或兼性厌气菌　它们既能在有空气或氧气的条件下生长，又能在没有空气或氧气的条件下生长。在有分子态氧的条件下，它们进行正常的有氧呼吸；在缺乏分子态氧的条件下，则进行无氧呼吸或发酵，以获得新陈代谢所必需的能量。这类微生物包括酵母菌、一些肠道菌和硝酸盐还原菌等。

三、水分

水分是微生物最基本的营养要素。微生物细胞中含有大量的水分，例如细菌平均含水量为80%（73.35%～87.7%），酵母平均含水量为75%（54.0%～83%），霉菌含水量为85.79%～88.32%，霉菌的孢子含水量为38.87%。微生物的生长繁殖和一切生命活动都离不开水。需水量的多少随微生物的种类而不同，一般来说水分的需要量是：细菌>酵母菌>霉菌。

与微生物的发育有密切关系的不是水分含量，而是水分活性（water activity，简写成Aw）。微生物的繁殖与培养基或基质中的水分活性有关，水分活性低，繁殖就差，一旦水分活性低于某种水平时整个繁殖就停止。当水分活性在0.995附近，普通菌的发育最旺盛。表1-1列出了微生物的发育与水分活性的关系。

四、温度

在影响微生物生长繁殖的外界因素中，温度的影响最为密切。温度的影响表现在两方面：一方面，随着温度的上升，细胞中的生物化学反应速率加快；另一方面，组成细胞的物质如蛋白质、核酸等都对温度较敏感，随着温度的升高，这些物质的立体结构受到破坏，从而引起微生物生长的抑制，甚至死亡。因此只在一定的温度范围内，微生物的代谢活动和生长繁殖才随着温度的上升而增加。温度上升到一定程度，开始对微生物产生不良影响，如果温度继续升高，则微生物细胞功能急剧下降以致死亡。

温度对微生物的生长繁殖影响很大。一般来讲，微生物对低温的抵抗能力较之对高温的抵抗能力强。当环境温度超过微生物的最高生长温度时，引起细菌内核酸、蛋白质等物质的变性以及酶的失活，最终引起微生物的死亡。温度越高，微生物死亡越快。不同的微生物对高温的抵抗力不同。大多数细菌、酵母菌、真菌的营养细胞在50～65℃加热10min就可致死。放线菌和霉菌的孢子比营养细胞抗热性强，在76～80℃加热10min才致死。细菌的芽孢抗热性最强，要在100℃高温下处理相当长时间才致死。

微生物的抗热性还取决于菌龄、基质成分及微生物的数量。一般老龄菌比幼龄菌抗热性强。基质成分对微生物的抗热性也有影响，基质中的脂肪、糖、蛋白质对微生物有保护作用，从而增强了微生物的抗热性。基质pH值偏离7时，特别是偏向酸性时，微生物的抗热性明显降低。微生物的数量越多，抗热性越强，这是因为菌体细胞能分泌对菌体有保护作用的蛋白质等。

五、pH值

环境中的pH（氢离子浓度）值对微生物的生长繁殖有很大的影响。pH值对微生物生长繁殖的影响是多方面的，但不外乎是影响微生物细胞的外环境和内环境。前者如影响氧的溶解度、营养物质的物理化学状态以及氧化还原电位等。

各类微生物有其不同的最适pH值及可以生长的pH值范围。大多数细菌生长的pH值范围是4～9，最适pH值接近7。酵母菌和霉菌的最适pH值趋向酸性。放线菌的最适pH值一般在微碱性范围。人们可利用酸类或碱类物质，通过改变环境的pH值来达到抑制或杀死霉腐微生物的目的。酸、碱的浓度越高，则杀菌力越大。此外还与酸、碱的电离度有关，电离度越大，则灭菌效果越好。无机酸如硫酸、盐酸等杀菌力强，但由于腐蚀性大，实际上不宜用作消毒剂。食品工业中常应用苯甲酸、丙酸、脱氢乙酸等作为防腐剂，来抑制酵母菌、霉菌、细菌的生长。碱类物质由于毒性大，一般只用于仓库及棚舍等环境的消毒。

六、渗透压

渗透压对微生物的生命活动有很大的影响。微生物的生活环境必须具有与其细胞大致相等的渗透压，超过一定限度或突然改变渗透压，会抑制微生物的生命活动，甚至会引起微生物的死亡。在高渗透压溶液中，微生物细胞脱水，原生质收缩，细胞质变稠，引起质壁分离。在低渗透压溶液中，水分向细胞内渗透，细胞吸水膨胀，甚至破坏。在等渗溶液中，微生物的代谢活动最好，细胞既不收缩，也不膨胀，保持原形不变。常用的生理盐水（0.85% NaCl溶液）就是一种等渗溶液。

适宜于微生物生长的渗透压范围比较广，微生物对渗透压有一定的适应能力，逐渐改变环境的渗透压，微生物能适应这种变化。在海水、盐湖、水果汁中生长的微生物，大部分可以逐渐适应在低渗透压的培养基中生长。有些微生物专性嗜高渗透压，必须在高渗环境中才能生长。中等嗜盐微生物可在2%盐溶液中生长，极端嗜盐微生物可在15%～30%盐溶液中生长。

综上所述，微生物的繁殖和生命活动需要一定的营养条件和生理条件，而且各种微生物都有自己最适合的生长条件。防霉防腐的目的，就是有目的地控制这些条件，人为地破坏霉腐微生物的最适生长条件，抑制甚至杀死霉腐微生物，从而防止制品和物品被微生物污染。