影響微生物生長的外界因素很多，其一是前面討論過的營養(yǎng)物質(zhì)，其二是許多物理、化學(xué)因素。當(dāng)環(huán)境條件的改變，在一定限度內(nèi)，可引起微生物形態(tài)、生理、生長、繁殖等特征的改變；當(dāng)環(huán)境條件的變化超過一定極限時，則導(dǎo)致微生物的死亡。研究環(huán)境條件與微生物之間的相互關(guān)系，有助于了解微生物在自然界的分布與作用，也可指導(dǎo)人們在食品加工中有效地控制微生物的生命活動，保證食品的安全性，延長食品的貨架期。
本節(jié)將涉及各種物理、化學(xué)因素對微生物生長的抑制和致死的影響，以及在食品工業(yè)中的應(yīng)用。下面將介紹幾個有關(guān)的術(shù)語。
防腐(Antisepsis) ：是一種抑菌措施。利用一些理化因素使物體內(nèi)外的微生物暫時處于不生長繁殖但又未死亡的狀態(tài)。食品工業(yè)中常利用防腐劑防止食品變質(zhì)，如面包、蛋糕和月餅的防霉劑，酸性食品用苯甲酸鈉、山梨酸鉀、山梨酸鈉防腐、或利用低溫、干燥、鹽腌和糖漬、高酸度等。
消毒（Disinfection）：是指殺死所有病原微生物的措施，可達(dá)到防止傳染病的目的。例如將物體在100℃煮沸10分鐘或60-70℃加熱30分鐘，就可達(dá)到殺死病原菌的營養(yǎng)體，但芽孢殺不死。食品加工廠的廠房和加工工具都要進(jìn)行定期的消毒，嚴(yán)格的操作人員的手也要進(jìn)行消毒。具有消毒作用的物質(zhì)稱為消毒劑。
滅菌（Sterilization）：是指用物理或化學(xué)因子，使存在于物體中的所有生活微生物，永久性地喪失其生活力，包括耐熱的細(xì)菌芽孢。這是一種徹底的殺菌方法。
商業(yè)滅菌（Commercial sterilization）：這是從商品角度對某些食品所提出的滅菌方法。就是指食品經(jīng)過殺菌處理后，按照所規(guī)定的微生物檢驗方法，在所檢食品中無活的微生物檢出，或者僅能檢出極少數(shù)的非病原微生物，并且它們在食品保藏過程中，是不可能進(jìn)行生長繁殖的，這種滅菌方法，就叫做商業(yè)滅菌。
在食品工業(yè)中，常用“殺菌”這個名詞，它包括上述所稱的滅菌和消毒，如牛奶的殺菌是指消毒；罐藏食品的殺菌，是指商業(yè)滅菌。
無菌（Asepsis：即沒有活的微生物存在的意思。例如，發(fā)酵工業(yè)中菌種制備的無菌操作技術(shù)、食品加工中的無菌罐裝技術(shù)等。
死亡（dead）：是指微生物不可逆的喪失了生長繁殖的能力，即使再放到合適的環(huán)境中也不再繁殖。
由于不同微生物的生物學(xué)特性不同，因此，對各種理化因子的敏感性不同；同一因素不同劑量對微生物的效應(yīng)也不同，或者起滅菌作用，或者起防腐作用。在了解和應(yīng)用任何一種理化因素對微生物的抑制或致死作用時，還應(yīng)考慮多種因素的綜合效應(yīng)。
2.1溫度
溫度是影響微生物生長繁殖最重要的因素之一。在一定溫度范圍內(nèi)，機體的代謝活動與生長繁殖隨著溫度的上升而增加，當(dāng)溫度上升到一定程度，開始對機體產(chǎn)生不利的影響，如再繼續(xù)升高，則細(xì)胞功能急劇下降以至死亡。
與其他生物一樣，任何微生物的生長溫度盡管有高有低，但總有最低生長溫度、最適生長溫度和最高生長溫度這三個重要指標(biāo)，這就是生長溫度的三個基本點。如果將微生物作為一個整體來看，它的溫度三基點是極其寬的，由以下可看出：
最低生長溫度（一般為–5 ~–10℃，極端為–30℃）
嗜冷菌
生長溫度三基點 最適生長溫度 中溫菌
嗜熱菌
最高生長溫度（一般為80~95℃，極端為105~300℃）
就總體而言，微生物生長的溫度范圍較廣，已知的微生物在零下12~100℃均可生長。而每一種微生物只能在一定的溫度范圍內(nèi)生長。
最低生長溫度 是指微生物能進(jìn)行繁殖的最低溫度界限。處于這種溫度條件下的微生物生長速率很低，如果低于此溫度則生長完全停止。不同微生物的最低生長溫度不一樣，這與它們的原生質(zhì)物理狀態(tài)和化學(xué)組成有關(guān)系，也可隨環(huán)境條件而變化。
最適生長溫度 是指某菌分裂代時最短或生長速率最高時的培養(yǎng)溫度。但是，同一微生物，不同的生理生化過程有著不同的最適溫度，也就是說，最適生長溫度并不等于生長量最高時的培養(yǎng)溫度，也不等于發(fā)酵速度最高時的培養(yǎng)溫度或累積代謝產(chǎn)物量最高時的培養(yǎng)溫度，更不等于累積某一代謝產(chǎn)物量最高時的培養(yǎng)溫度。因此，生產(chǎn)上要根據(jù)微生物不同生理代謝過程溫度的特點，采用分段式變溫培養(yǎng)或發(fā)酵。例如，嗜熱鏈球菌的最適生長溫度為37℃，最適發(fā)酵溫度為47℃，累積產(chǎn)物的最適溫度為37℃。
最高生長溫度 是指微生物生長繁殖的最高溫度界限。在此溫度下，微生物細(xì)胞易于衰老和死亡。微生物所能適應(yīng)的最高生長溫度與其細(xì)胞內(nèi)酶的性質(zhì)有關(guān)。例如細(xì)胞色素氧化酶以及各種脫氫酶的最低破壞溫度常與該菌的最高生長溫度有關(guān)。見表4-3
表4-3 細(xì)胞色素氧化酶以及各種脫氫酶的最低破壞溫度與該菌最高生長溫度的關(guān)系
細(xì)菌 最高生長溫度（℃） 最低破壞溫度（℃）
細(xì)胞色素氧化酶 過氧化氫酶 琥酸珀脫氫酶
蕈狀芽孢桿菌 40 41 41 40
單純芽孢桿菌
43 55 52 40
蠟狀芽孢桿菌
45 48 46 50
巨大芽孢桿菌
46 48 50 47
枯草芽孢桿菌
54 60 56 51
嗜熱芽孢桿菌
67 65 67 59
致死溫度 最高生長溫度如進(jìn)一步升高，便可殺死微生物。這種致死微生物的最低溫度界限即為致死溫度。致死溫度與處理時間有關(guān)。在一定的溫度下處理時間越長，死亡率越高。嚴(yán)格地說，一般應(yīng)以10分鐘為標(biāo)準(zhǔn)時間。細(xì)菌在10分鐘被完全殺死的最低溫度稱為致死溫度。測定微生物的致死溫度一般在生理鹽水中進(jìn)行，以減少有機物質(zhì)的干擾。
微生物按其生長溫度范圍可分為低溫微生物、中溫微生物和高溫微生物三類（表4-4）
表4-4 不同溫型微生物的生長溫度范圍
微生物類型 生長溫度范圍（℃） 分布的主要處所
最低 最適 最高
低溫型 專性嗜冷 –12 5—15 15—20 兩極地區(qū)
兼性嗜冷 –5—0 10—20 25—30 海水及冷藏食品上
中溫型 室溫 10—20 20—3535—40 40—45 腐生菌
體溫 寄生菌
高溫型 25—45 50—60 70—95 溫泉、堆肥、土壤表層等
2.1.1 低溫型的微生物
又稱嗜冷微生物，可在較低的溫度下生長。它們常分布在地球兩極地區(qū)的水域和土壤中，即使在其微小的液態(tài)水間歇中也有微生物的存在。常見的產(chǎn)堿桿菌屬、假單胞菌屬、黃桿菌屬、微球菌屬等常使冷藏食品腐敗變質(zhì)。有些肉類上的霉菌在零下10℃仍能生長，如芽枝霉；熒光極毛菌可在零下4℃生長，并造成冷凍食品變質(zhì)腐敗。
低溫也能抑制微生物的生長。在0℃以下，菌體內(nèi)的水分凍結(jié)，生化反應(yīng)無法進(jìn)行而停止生長。有些微生物在冰點下就會死亡，主要原因是細(xì)胞內(nèi)水分變成了冰晶，造成細(xì)胞脫水或細(xì)胞膜的物理損傷。因此，生產(chǎn)上常用低溫保藏食品，各種食品的保藏溫度不同，分為寒冷溫度、冷藏溫度和凍藏溫度。
2.1.2中溫型的微生物
絕大多數(shù)微生物屬于這一類。最適生長溫度在20~40℃之間，最低生長溫度10~20℃，最高生長溫度40~45℃。它們又可分為嗜室溫和嗜體溫性微生物。嗜體溫性微生物多為人及溫血動物的病原菌，它們生長的極限溫度范圍在10~45℃，最適生長溫度與其宿主體溫相近，在35~40℃之間，人體寄生菌為37℃左右。引起人和動物疾病的病原微生物、發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用的微生物菌種以及導(dǎo)致食品原料和成品腐敗變質(zhì)的微生物，都屬于這一類群的微生物。因此，它與食品工業(yè)的關(guān)系密切。
2.1.3高溫型微生物
它們適于在45~50℃以上的溫度中生長，在自然界中的分布僅局限于某些地區(qū)，如溫泉、日照充足的土壤表層、堆肥、發(fā)酵飼料等腐爛有機物中，如堆肥中溫度可達(dá)60~70℃。能在55~70℃中生長的微生物有芽孢桿菌屬（Bacillus）、梭狀芽孢桿菌（Clostridium）、嗜熱脂肪芽孢桿菌（Bac. stearothermophilus）高溫放線菌屬（Thermoactinomyces）、甲烷桿菌屬（Methanobacterium）等；溫泉中的細(xì)菌；其次是鏈球菌屬和乳桿菌屬。有的可在近于100℃的高溫中生長。這類高溫型的微生物，給罐頭工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)等帶來了一定難度。
高溫型的微生物耐熱機理可能是菌體內(nèi)的蛋白質(zhì)和酶比中溫型的微生物更能抗熱，尤其蛋白質(zhì)對熱更穩(wěn)定；同時高溫型微生物的蛋白質(zhì)合成機構(gòu)——核糖體和其他成分對高溫抗性也較大；細(xì)胞膜中飽和脂肪酸含量高，它比不飽和脂肪酸可以形成更強的疏水鍵，因此可保持在高溫下的穩(wěn)定性并具正常功能。
2.1.4熱對微生物的致死作用
如果超過了最高生長溫度導(dǎo)致微生物死亡。高溫致死的機理是微生物蛋白質(zhì)和核酸不可逆的變性，或者破壞了細(xì)胞的其他成分，如細(xì)胞膜被熱溶解形成了極小的孔，使細(xì)胞內(nèi)含物泄漏引起死亡。高溫致死微生物的作用，廣泛用于醫(yī)藥衛(wèi)生、食品工業(yè)及日常生活中。在食品工業(yè)中微生物耐熱性常用以下幾個數(shù)值表示：
(1) 熱（力致）死時間（Thermal Death Time TDT） 是指在特定的條件和特定的溫度下，殺死一定數(shù)量微生物所需要的時間，稱熱力致死時間。
(2) D值（Decimal reduction time） 在一定溫度下加熱，活菌數(shù)減少一個對數(shù)周期（即90%的活菌被殺死）時，所需要的時間（分），即為D值。測定D值時的加熱溫度，即在D的右下角表明。例如：含菌數(shù)為105 /毫升的菌懸液，在100℃的水浴溫度中，活菌數(shù)降低至104/毫升時，所需時間為10分，該菌的D值即為10分，即D100=10分。如果加熱的溫度為121.1℃（250℉），其D常用Dr表示。見圖4-4。
（3）Z值 如果在加熱致死曲線中，時間降低一個對數(shù)周期（即縮短90%的加熱時間）
所需要升高的溫度（℃），這所需要升高的溫度數(shù)，即為Z值。見圖4-5。
（4）F值 在一定的基質(zhì)中，其溫度為121.1℃，加熱殺死一定數(shù)量微生物所需要的時間（分），即為F值。
2.1.5影響微生物對熱抵抗力的因素
⑴ 菌種 不同微生物由于細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特性不同，對熱的抵抗力也不同。一般的規(guī)律是嗜熱菌的抗熱力大于嗜溫菌和嗜冷菌，芽孢大于非芽孢菌，球菌大于非芽孢桿菌，革蘭氏陽性菌大于革蘭氏陰性菌，霉菌大于酵母菌，霉菌和酵母的孢子大于其菌絲體。細(xì)菌的芽孢和霉菌的菌核抗熱力特別大。
⑵ 菌齡 同樣的條件下，對數(shù)生長期的菌體抗熱力較差，而穩(wěn)定期的老齡細(xì)胞較大，老齡的細(xì)菌芽孢較幼齡的細(xì)菌芽孢抗熱力強。
⑶ 菌體數(shù)量 菌數(shù)愈多，抗熱力愈強，因加熱殺死最后一個微生物所需的時間也長；另外，微生物群集在一起時，受熱致死不是時間而是有先有后，同時菌體能分泌一些有保護作用的蛋白質(zhì)物質(zhì)，菌多分泌的保護物質(zhì)也多，抗熱性也就強。
⑷ 基質(zhì)的因素 微生物的抗熱力隨含水量減少而增大，同一種微生物在干熱環(huán)境中比在濕熱環(huán)境中抗熱力大；基質(zhì)中的脂肪、糖、蛋白質(zhì)等物質(zhì)對微生物有保護作用，微生物的抗熱力隨這類物質(zhì)的增多而增大；微生物在pH值范圍是7左右，抗熱力最強，pH值升高或下降都可以減少微生物的抗熱力。特別是酸性環(huán)境微生物的抗熱力減弱更明顯。
⑸ 加熱的溫度和時間 加熱的溫度越高，微生物的抗熱力越弱，越容易死亡，加熱的時間越長，熱致死作用越大。在一定高溫范圍內(nèi)，溫度越高殺死所需時間越短。另外，其他因素如鹽類等，在基質(zhì)中有降低水分活性作用，從而增強抗熱力；而另一類鹽類如鈣鹽、鎂鹽可減弱微生物對熱的抵抗力。
食品工業(yè)中常用的滅菌方法較多，大的分類為干熱滅菌法和濕熱滅菌法，濕熱滅菌法主要是通過熱蒸汽殺死微生物，由于熱蒸汽的穿透力較熱空氣強，故無論是對芽孢桿菌或無芽孢桿菌在同一溫度下效果都比干熱法好。
2.1.6熱滅菌法
⑴ 干熱滅菌法
① 火焰滅菌法 其特點是滅菌快速、徹底。常用于接種工具和污染物品，如微生物接種時使用的接種環(huán)，就是用火焰滅菌法。使用范圍受限。
② 干熱滅菌法 (dry heat sterilization) 主要在干燥箱中利用熱空氣進(jìn)行滅菌。通常160℃處理1~2小時可達(dá)到滅菌的目的。適用于玻璃器皿、金屬用具等耐熱物品的滅菌。
⑵ 濕熱滅菌(moist heat sterilization)
① 煮沸消毒法 物品在水中100℃煮沸15分鐘以上，可殺死細(xì)菌的營養(yǎng)細(xì)胞和部分芽孢，如在水中加入1%碳酸鈉或2%~5%石炭酸，則效果更好。這種方法適用于注射器、解剖用具等的消毒。
② 巴氏滅菌(pasteurization) 滅菌的溫度一般在60~85℃處理15~30分鐘，可以殺死微生物的營養(yǎng)細(xì)胞，但不能達(dá)到完全滅菌的目的，用于不適于高溫滅菌的食品，如牛乳、醬腌菜類、果汁、啤酒、果酒和蜂蜜等，其主要目的是殺死其中無芽孢的病原菌（如牛奶中的結(jié)核桿菌或沙門氏桿菌），而又不影響它們的風(fēng)味。
③ 超高溫瞬時滅菌法Ultra high temperature short time,UHT） 滅菌的溫度在135~137℃3~5秒，可殺死微生物的營養(yǎng)細(xì)胞和耐熱性強的芽孢細(xì)菌，但污染嚴(yán)重的鮮乳在142℃以上殺菌效果才好。超高溫瞬時滅菌法現(xiàn)廣泛用于各種果汁、牛乳、花生乳、醬油等液態(tài)食品的殺菌。
④ 高壓蒸汽滅菌法(normal autoclaving) 高壓蒸汽滅菌法是實驗室和罐頭工業(yè)中常用的滅菌方法。高壓蒸汽滅菌是在高壓蒸汽鍋內(nèi)進(jìn)行的，鍋有立式和臥式兩種，原理相同，鍋內(nèi)蒸汽壓力升高時，溫度升高。一般采用9.8×104Pa的壓力，121.1℃處理15~30分鐘，也有采用較低溫度（115℃）下維持30分鐘左右，可達(dá)殺菌目的。罐頭工業(yè)中要根據(jù)食品的種類和殺菌的對象、罐裝量的多少等決定殺菌式。實驗室常用于培養(yǎng)基、各種緩沖液、玻璃器皿及工作服等滅菌。
⑤ 間歇滅菌法(fractional sterilization 或tyndallization) 是用流通蒸汽反復(fù)滅菌的方法，常常溫度不超過100℃，每日一次，加熱時間為30分鐘，連續(xù)三次滅菌，殺死微生物的營養(yǎng)細(xì)胞。每次滅菌后，將滅菌的物品在（28~37℃）培養(yǎng)，促使芽孢發(fā)育成為繁殖體，以便在連續(xù)滅菌中將其殺死。
2.2 干燥
水分對維持微生物的正常生命活動是必不可少的。干燥會造成微生物失水代謝停止以至死亡。不同的微生物對干燥的抵抗力是不一樣的，以細(xì)菌的芽孢抵抗力最強，霉菌和酵母菌的孢子也具較強的抵抗力，依次為革蘭氏陽性球菌、酵母的營養(yǎng)細(xì)胞、霉菌的菌絲。影響微生物對干燥抵抗力的因素較多，干燥時溫度升高，微生物容易死亡，微生物在低溫下干燥時，抵抗力強，所以，干燥后存活的微生物若處于低溫下，可用于保藏菌種；干燥的速度快，微生物抵抗力強，緩慢干燥時，微生物死亡多；微生物在真空干燥時，在加保護劑（血清、血漿、肉湯、蛋白胨、脫脂牛乳）于菌懸液中，分裝在安瓿內(nèi)，低溫下可保持長達(dá)數(shù)年甚至10年的生命力。食品工業(yè)中常用干燥方法保藏食品。
2.3 滲透壓
大多數(shù)微生物適于在等滲的環(huán)境生長，若置于高滲溶液（如20%NaCl）中，水將通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞周圍的溶液中，造成細(xì)胞脫水而引起質(zhì)壁分離，使細(xì)胞不能生長甚至死亡；若將微生物置于低滲溶液（如0.01%NaCl）或水中，外環(huán)境中的水從溶液進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)引起細(xì)胞膨脹，甚至破裂致死。
一般微生物不能耐受高滲透壓，因此，食品工業(yè)中利用高濃度的鹽或糖保存食品，如腌漬蔬菜、肉類及果脯蜜餞等，糖的濃度通常在50%~70%，鹽的濃度為5%~15%，由于鹽的分子量小，并能電離，在二者百分濃度相等的情況下，鹽的保存效果優(yōu)于糖。
有些微生物耐高滲透壓的能力較強，如發(fā)酵工業(yè)中魯氏酵母，另外嗜鹽微生物（如生活在含鹽量高的海水、死海中）可在15%~30%的鹽溶液中生長。
2.4 輻射
電磁輻射包括可見光、紅外線、紫外線、X射線和γ射線等均具有殺菌作用。在輻射能中無線電波最長，對生物效應(yīng)最弱；紅外輻射波長在800~1000納米，可被光合細(xì)菌作為能源；可見光部分的波長為380~760納米，是藍(lán)細(xì)菌等藻類進(jìn)行光合作用的主要能源；紫外輻射的波長為136~400納米，有殺菌作用。可見光、紅外輻射和紫外輻射的最強來源是太陽，由于大氣層的吸收，紫外輻射與紅外輻射不能全部達(dá)到地面；而波長更短的X射線、γ射線、β射線和α射線（由放射性物質(zhì)產(chǎn)生），往往引起水與其他物質(zhì)的電離，對微生物起有害作用，故被作為一種滅菌措施。
紫外線波長以265~266納米的殺菌力最強，其殺菌機理是復(fù)雜的，細(xì)胞原生質(zhì)中的核酸及其堿基對紫外線吸收能力強，吸收峰為260納米，而蛋白質(zhì)的吸收峰為280納米，當(dāng)這些輻射能作用于核酸時，便能引起核酸的變化，破壞分子結(jié)構(gòu)，主要是對DNA的作用，最明顯的是形成胸腺嘧啶二聚體，妨礙蛋白質(zhì)和酶的合成，引起細(xì)胞死亡。
紫外線的殺菌效果，因菌種及生理狀態(tài)而異，照射時間、距離和劑量的大小也有影響，由于紫外線的穿透能力差，不易透過不透明的物質(zhì)，即使一薄層玻璃也會被濾掉大部分，在食品工業(yè)中適于廠房內(nèi)空氣及物體表面消毒，也有用于飲用水消毒的。
適量的紫外線照射，可引起微生物的核酸物質(zhì)DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，培育新性狀的菌種。因此，紫外線常常作為誘變劑用于育種工作中。
2.5 pH
微生物生長的pH值范圍極廣, 一般在pH2~8之間，有少數(shù)種類還可超出這一范圍，事實上，絕大多數(shù)種類都生長在pH5 ~9之間。
不同的微生物都有其最適生長pH值和一定的pH范圍，即最高、最適與最低三個數(shù)值，在最適pH范圍內(nèi)微生物生長繁殖速度快，在最低或最高pH值的環(huán)境中，微生物雖然能生存和生長，但生長非常緩慢而且容易死亡。一般霉菌能適應(yīng)pH值范圍最大，酵母菌適應(yīng)的范圍較小，細(xì)菌最小。霉菌和酵母菌生長最適pH值都在5~6，而細(xì)菌的生長最適pH值在7左右。一些最適生長pH值偏于堿性范圍內(nèi)微生物，有的是嗜堿性，稱嗜堿性微生物（basophile），如硝化菌、尿素分解菌、根瘤菌和放線菌等；有的不一定要在堿性條件下生活，但能耐較堿的條件，稱耐堿微生物（basotolerant microorganism），如若干鏈霉菌等。生長pH值偏于酸性范圍內(nèi)的微生物也有兩類，一類是嗜酸微生物（acidophile），如硫桿菌屬等，另一類是耐酸微生物（acidotolerant microorganism），如乳酸桿菌、醋酸桿菌、許多腸桿菌和假單胞菌等。見表4—5：
不同的微生物有其最適的生長pH值范圍，同一微生物在其不同的生長階段和不同的生理、生化過程中，也要求不同的最適pH值，這對發(fā)酵工業(yè)中pH值的控制、積累代謝產(chǎn)物特別重要。例如，黑曲霉最適生長pH值為5.0~6.0，在pH2.0 ~2.5范圍有利于產(chǎn)擰檬酸，在pH7.0左右時，則以合成草酸為主。又如丙酮丁醇梭菌的最適生長繁殖的pH值為5.5~7.0范圍內(nèi)，在pH值4.3~5.3范圍內(nèi)發(fā)酵生產(chǎn)丙酮丁醇，抗生素生產(chǎn)菌也是最適生長的pH值與最適發(fā)酵的pH值不一致。
表4—5 不同微生物生長的pH范圍
微生物 PH
最低 最適 最高
乳桿菌 4.8 6.2 7.0
嗜酸乳桿菌 4.0~4.6 5.8~6.6 6.8
金黃色葡萄球菌 4.2 7.0~7.5 9.3
大腸桿菌 4.3 6.0~8.0 9.5
傷寒沙門氏菌 4.0 6.8~7.2 9.6
放線菌 5.0 7.0~8.0 1.0
一般酵母菌 3.0 5.0~6.0 8.0
黑曲霉 1.5 5.0~6.0 9.0
大豆根瘤菌 4.2 6.8~7.0 11.0
微生物在其代謝過程中，細(xì)胞內(nèi)的pH值相當(dāng)穩(wěn)定，一般都接近中性，保護了核酸不被破壞和酶的活性；但微生物會改變環(huán)境的酸堿度，即是使培養(yǎng)基的原始pH值變化，發(fā)生的原因 1）糖類和脂肪代謝產(chǎn)酸， 2）蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)堿，以及其他物質(zhì)代謝產(chǎn)生酸堿。一般隨著培養(yǎng)時間的延長，培養(yǎng)基會變得較酸，當(dāng)碳氮比例高的培養(yǎng)基，如培養(yǎng)真菌的培養(yǎng)基，經(jīng)培養(yǎng)后其pH值常會明顯下降，而碳氮比例低的培養(yǎng)基，如培養(yǎng)一般細(xì)菌的培養(yǎng)基，經(jīng)培養(yǎng)后，其pH值常會明顯上升。
在發(fā)酵工業(yè)中，及時地調(diào)整發(fā)酵液的pH值，有利于積累代謝產(chǎn)物是生產(chǎn)中一項重要措施，方法如下：
加適當(dāng)?shù)矗喝缒蛩�、硝酸鈉、NH4OH或蛋白質(zhì)
“治本” 加適當(dāng)碳源：糖、乳酸、油脂等
pH調(diào)節(jié)措施
過酸時：加氫氧化鈉、碳酸鈉等堿中和
“治標(biāo)”
過堿時：加硫酸、鹽酸等酸中和
強酸強堿都具有殺菌力。1）強酸如硫酸、鹽酸殺菌力強，但腐蝕性大，因此，生產(chǎn)上不宜作消毒劑。食品中應(yīng)用的酸類防腐劑常常是有機酸或有機酸鹽類，要求對人體是無毒，并且不影響食品應(yīng)有的風(fēng)味，加入的量應(yīng)嚴(yán)格按國標(biāo)執(zhí)行。2）強堿濃度越高殺菌力越強，食品工業(yè)中常用石灰水、氫氧化鈉、碳酸鈉等作為環(huán)境、加工設(shè)備、冷藏庫以及包裝材料如啤酒玻瓶等的滅菌。
食品工業(yè)中常用的酸類防腐劑有苯甲酸或苯甲酸鈉、山梨酸或山梨酸鉀鹽（山梨酸鈉鹽）、丙酸及其鈣鹽或鈉鹽、脫氫醋酸及其鈉鹽和乳酸等。
2.6 氧氣
氧氣對微生物的生命活動有著重要影響。按照微生物與氧氣的關(guān)系，可把它們分成好氧菌（aerobe）和厭氧菌（anaerobe）兩大類。好氧菌中又分為專性好氧、兼性厭氧和微好氧菌；厭氧菌分為專性厭氧菌、耐氧菌。
2.6.1專性好氧菌（strict aerobe）
要求必須在有分子氧的條件下才能生長，有完整的呼吸鏈，以分子氧作為最終氫受體，細(xì)胞有超氧化物歧化酶（SOD,superoxide dismutase）和過氧化氫酶，絕大多數(shù)真菌和許多細(xì)菌都是專性好氧菌，如米曲霉、醋酸桿菌、熒光假單胞菌、枯草芽孢桿菌和蕈狀芽孢桿菌等。
2.6.2兼性厭氧菌（facultative aerobe）
在有氧或無氧條件下都能生長，但有氧的情況下生長得更好；有氧時進(jìn)行呼吸產(chǎn)能，無氧時進(jìn)行發(fā)酵或無氧呼吸產(chǎn)能；細(xì)胞含SOD和過氧化氫酶。許多酵母菌和許多細(xì)菌都是兼性厭氧菌。例如釀酒酵母、大腸桿菌和普通變形桿菌等。
2.6.3微好氧菌（microaerophilic bacteria）
只能在較低的養(yǎng)分壓（0.01~0.03巴，正常大氣壓為0.2巴）下才能正常生長的微生物。也通過呼吸鏈以氧為最終氫受體而產(chǎn)能。例如霍亂弧菌、一些氫單胞菌、擬桿菌屬和發(fā)酵單胞菌屬。
2.6.4耐氧性厭氧菌（aerotolerant anaerobe）
一類可在分子氧存在時進(jìn)行厭氧呼吸的厭氧菌，即它們的生長不需要氧，但分子氧存在對它也無毒害。它們不具有呼吸鏈，僅依靠專性發(fā)酵獲得能量。細(xì)胞內(nèi)存在SOD和過氧化物酶，但沒有過氧化氫酶。一般乳酸菌多數(shù)是耐氧菌，如乳鏈球菌、乳酸乳桿菌、腸膜明串珠菌和糞鏈球菌等，乳酸菌以外的耐氧菌如雷氏丁酸桿菌。
2.6.5厭氧菌（anaerobe）
厭氧菌的特征是：分子氧存在對它們有毒，即使是短期接觸空氣，也會抑制其生長甚至死亡；在空氣或含10%CO2的空氣中，它們在固體或半固體培養(yǎng)基的表面上不能生長，只能在深層無氧或低氧化還原勢的環(huán)境下才能生長；其生命活動所需能量是通過發(fā)酵、無氧呼吸、循環(huán)光合磷酸化或甲烷發(fā)酵等提供；細(xì)胞內(nèi)缺乏SOD和細(xì)胞色素氧化酶，大多數(shù)還缺乏過氧化氫酶。常見的厭氧菌有罐頭工業(yè)的腐敗菌如肉毒梭狀芽孢桿菌、嗜熱梭狀芽孢桿菌、擬桿菌屬、雙歧桿菌屬以及各種光和細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌等。見圖4—6。
一般絕大多數(shù)微生物都是好氧菌或兼性厭氧菌。厭氧菌的種類相對較少，但近年來已發(fā)現(xiàn)越來越多的厭氧菌。
關(guān)于厭氧菌的氧毒害機理曾有學(xué)者提出過，直到1971 年在提出SOD的學(xué)說后，有了進(jìn)一步的認(rèn)識。他們認(rèn)為， 厭氧菌缺乏SOD，因此易被生物體內(nèi)產(chǎn)生的超氧物陰離子自由基毒害致死。
2.7超聲波
超聲波（頻率在20000赫茲以上）具有強烈的生物學(xué)作用。超聲波使微生物致死的機理是引起微生物細(xì)胞破裂，內(nèi)含物溢出而死。超聲波作用的效果與頻率、處理時間、微生物種類、細(xì)胞大小、形狀及數(shù)量等有關(guān)系，一般頻率高比頻率低殺菌效果好，病毒和細(xì)菌芽孢具有較強的抗性，特別是芽孢。
2.8 化學(xué)消毒劑
2.8.1重金屬鹽類
重金屬鹽類對微生物都有毒害作用，其機理是金屬離子容易和微生物的蛋白質(zhì)結(jié)合而發(fā)生變性或沉淀。汞、銀、砷的離子對微生物的親和力較大，能與微生物酶蛋白的-SH基結(jié)合，影響其正常代謝。汞化合物是常用的殺菌劑，殺菌效果好，用于醫(yī)藥業(yè)中。重金屬鹽類雖然殺菌效果好，但對人有毒害作用，所以嚴(yán)禁用于食品工業(yè)中防腐或消毒。
2.8.2 有機化合物
對微生物有殺菌作用的有機化合物種類很多，其中酚、醇、醛等能使蛋白質(zhì)變性，是常用的殺菌劑。
⑴ 酚及其衍生物
酚又稱石炭酸，殺菌作用是使微生物蛋白質(zhì)變性，并具有表面活性劑作用，破壞細(xì)胞膜的通透性，使細(xì)胞內(nèi)含物外溢致死。酚濃度低時有抑菌作用，濃度高時有殺菌作用，2%~5%酚溶液能在短時間內(nèi)殺死細(xì)菌的繁殖體，殺死芽孢則需要數(shù)小時或更長的時間。許多病毒和真菌孢子對酚有抵抗力。適用于醫(yī)院的環(huán)境消毒，不適于食品加工用具以及食品生產(chǎn)場所的消毒。
⑵ 醇類
是脫水劑、蛋白質(zhì)變性劑，也是脂溶劑，可使蛋白質(zhì)脫水、變性，損害細(xì)胞膜而具殺菌能力。70%的乙醇?xì)⒕Ч詈�，超過70%濃度的乙醇?xì)⒕Ч^差，其原因是高濃度的乙醇與菌體接觸后迅速脫水，表面蛋白質(zhì)凝固，形成了保護膜，阻止了乙醇分子進(jìn)一步滲入。
乙醇常常用于皮膚表面消毒，實驗室用于玻棒、玻片等用具的消毒。
醇類物質(zhì)的殺菌力是隨著分子量的增大而增強，但分子量大的醇類水溶性比乙醇差，因此，醇類中常常用乙醇作消毒劑。
⑶ 甲醛
甲醛是一種常用的殺細(xì)菌與殺真菌劑，殺菌機理是與蛋白質(zhì)的氨基結(jié)合而使蛋白質(zhì)變性致死。市售的福爾馬林溶液就是37%~40%的甲醛水溶液。0.1%~0.2%的甲醛溶液可殺死細(xì)菌的繁殖體，5%的濃度可殺死細(xì)菌的芽孢。甲醛溶液可作為熏蒸消毒劑，對空氣和物體表面有消毒效果，但不適宜于食品生產(chǎn)場所的消毒。
2.8.3 氧化劑
氧化劑殺菌的效果與作用的時間和濃度成正比關(guān)系，殺菌的機理是氧化劑放出游離氧作用于微生物蛋白質(zhì)的活性基團（氨基、羥基和其它化學(xué)基團），造成代謝障礙而死亡。
⑴ 臭氧 （O3）
三氧滅菌技術(shù)近年在純凈水生產(chǎn)中應(yīng)用較廣，滅菌的效果與濃度有一定的關(guān)系，但濃度大了使水產(chǎn)生異味。
⑵ 氯
氯具有較強的殺菌作用，其機理是使蛋白質(zhì)變性。氯在水中能產(chǎn)生新生態(tài)的氧，如下式：
Cl2＋H2O HCl＋HOCl 2HCl＋[O]
氯氣常常用于城市生活用水的消毒，飲料工業(yè)用于水處理工藝中殺菌。
⑶ 漂白粉（CaOCl2）
漂白粉中有效氯為28%~35%。當(dāng)濃度為0.5%~1%時，5分鐘可殺死大多數(shù)細(xì)菌，5%的濃度時在1小時可殺死細(xì)菌芽孢。漂白粉常用于飲水消毒，也可用于蔬菜和水果的消毒。
⑷ 過氧乙酸（CH3COOOH）
過氧乙酸是一種高效廣譜殺菌劑，它能快速地殺死細(xì)菌、酵母、霉菌和病毒。據(jù)報道，0.001%的過氧乙酸水溶液能在10分鐘內(nèi)殺死大腸桿菌，0.005%的過氧乙酸水溶液只需5分鐘，如殺金黃色葡萄球菌需要60分鐘，但提高濃度為0.01%只需2分鐘，0.5%濃度的過氧乙酸可在1分鐘內(nèi)殺死枯草桿菌，0.04%濃度的過氧乙酸水溶液，在1分鐘內(nèi)殺死99.99%的蠟狀芽孢桿菌。能夠殺死細(xì)菌繁殖體過氧乙酸的濃度，足以殺死霉菌和酵母菌；過氧乙酸對病毒效果也好，是高效、廣譜和速效的殺菌劑，并且?guī)缀鯚o毒，使用后即使不去除，也無殘余毒，其分解產(chǎn)物是醋酸、過氧化氫、水和氧。適用于一些食品包裝材料（如超高溫滅菌乳、飲料的利樂包等）的滅菌；也適于食品表面的消毒（如水果、蔬菜和雞蛋）；食品加工廠工人的手、地面和墻壁的消毒以及各種塑料、玻璃制品和棉布的消毒。用于手消毒時，只能用低濃度0.5%以下的溶液，才不會使皮膚有刺激性和腐蝕性。
本節(jié)將涉及各種物理、化學(xué)因素對微生物生長的抑制和致死的影響，以及在食品工業(yè)中的應(yīng)用。下面將介紹幾個有關(guān)的術(shù)語。
防腐(Antisepsis) ：是一種抑菌措施。利用一些理化因素使物體內(nèi)外的微生物暫時處于不生長繁殖但又未死亡的狀態(tài)。食品工業(yè)中常利用防腐劑防止食品變質(zhì)，如面包、蛋糕和月餅的防霉劑，酸性食品用苯甲酸鈉、山梨酸鉀、山梨酸鈉防腐、或利用低溫、干燥、鹽腌和糖漬、高酸度等。
消毒（Disinfection）：是指殺死所有病原微生物的措施，可達(dá)到防止傳染病的目的。例如將物體在100℃煮沸10分鐘或60-70℃加熱30分鐘，就可達(dá)到殺死病原菌的營養(yǎng)體，但芽孢殺不死。食品加工廠的廠房和加工工具都要進(jìn)行定期的消毒，嚴(yán)格的操作人員的手也要進(jìn)行消毒。具有消毒作用的物質(zhì)稱為消毒劑。
滅菌（Sterilization）：是指用物理或化學(xué)因子，使存在于物體中的所有生活微生物，永久性地喪失其生活力，包括耐熱的細(xì)菌芽孢。這是一種徹底的殺菌方法。
商業(yè)滅菌（Commercial sterilization）：這是從商品角度對某些食品所提出的滅菌方法。就是指食品經(jīng)過殺菌處理后，按照所規(guī)定的微生物檢驗方法，在所檢食品中無活的微生物檢出，或者僅能檢出極少數(shù)的非病原微生物，并且它們在食品保藏過程中，是不可能進(jìn)行生長繁殖的，這種滅菌方法，就叫做商業(yè)滅菌。
在食品工業(yè)中，常用“殺菌”這個名詞，它包括上述所稱的滅菌和消毒，如牛奶的殺菌是指消毒；罐藏食品的殺菌，是指商業(yè)滅菌。
無菌（Asepsis：即沒有活的微生物存在的意思。例如，發(fā)酵工業(yè)中菌種制備的無菌操作技術(shù)、食品加工中的無菌罐裝技術(shù)等。
死亡（dead）：是指微生物不可逆的喪失了生長繁殖的能力，即使再放到合適的環(huán)境中也不再繁殖。
由于不同微生物的生物學(xué)特性不同，因此，對各種理化因子的敏感性不同；同一因素不同劑量對微生物的效應(yīng)也不同，或者起滅菌作用，或者起防腐作用。在了解和應(yīng)用任何一種理化因素對微生物的抑制或致死作用時，還應(yīng)考慮多種因素的綜合效應(yīng)。
2.1溫度
溫度是影響微生物生長繁殖最重要的因素之一。在一定溫度范圍內(nèi)，機體的代謝活動與生長繁殖隨著溫度的上升而增加，當(dāng)溫度上升到一定程度，開始對機體產(chǎn)生不利的影響，如再繼續(xù)升高，則細(xì)胞功能急劇下降以至死亡。
與其他生物一樣，任何微生物的生長溫度盡管有高有低，但總有最低生長溫度、最適生長溫度和最高生長溫度這三個重要指標(biāo)，這就是生長溫度的三個基本點。如果將微生物作為一個整體來看，它的溫度三基點是極其寬的，由以下可看出：
最低生長溫度（一般為–5 ~–10℃，極端為–30℃）
嗜冷菌
生長溫度三基點 最適生長溫度 中溫菌
嗜熱菌
最高生長溫度（一般為80~95℃，極端為105~300℃）
就總體而言，微生物生長的溫度范圍較廣，已知的微生物在零下12~100℃均可生長。而每一種微生物只能在一定的溫度范圍內(nèi)生長。
最低生長溫度 是指微生物能進(jìn)行繁殖的最低溫度界限。處于這種溫度條件下的微生物生長速率很低，如果低于此溫度則生長完全停止。不同微生物的最低生長溫度不一樣，這與它們的原生質(zhì)物理狀態(tài)和化學(xué)組成有關(guān)系，也可隨環(huán)境條件而變化。
最適生長溫度 是指某菌分裂代時最短或生長速率最高時的培養(yǎng)溫度。但是，同一微生物，不同的生理生化過程有著不同的最適溫度，也就是說，最適生長溫度并不等于生長量最高時的培養(yǎng)溫度，也不等于發(fā)酵速度最高時的培養(yǎng)溫度或累積代謝產(chǎn)物量最高時的培養(yǎng)溫度，更不等于累積某一代謝產(chǎn)物量最高時的培養(yǎng)溫度。因此，生產(chǎn)上要根據(jù)微生物不同生理代謝過程溫度的特點，采用分段式變溫培養(yǎng)或發(fā)酵。例如，嗜熱鏈球菌的最適生長溫度為37℃，最適發(fā)酵溫度為47℃，累積產(chǎn)物的最適溫度為37℃。
最高生長溫度 是指微生物生長繁殖的最高溫度界限。在此溫度下，微生物細(xì)胞易于衰老和死亡。微生物所能適應(yīng)的最高生長溫度與其細(xì)胞內(nèi)酶的性質(zhì)有關(guān)。例如細(xì)胞色素氧化酶以及各種脫氫酶的最低破壞溫度常與該菌的最高生長溫度有關(guān)。見表4-3
表4-3 細(xì)胞色素氧化酶以及各種脫氫酶的最低破壞溫度與該菌最高生長溫度的關(guān)系
細(xì)菌 最高生長溫度（℃） 最低破壞溫度（℃）
細(xì)胞色素氧化酶 過氧化氫酶 琥酸珀脫氫酶
蕈狀芽孢桿菌 40 41 41 40
單純芽孢桿菌
43 55 52 40
蠟狀芽孢桿菌
45 48 46 50
巨大芽孢桿菌
46 48 50 47
枯草芽孢桿菌
54 60 56 51
嗜熱芽孢桿菌
67 65 67 59
致死溫度 最高生長溫度如進(jìn)一步升高，便可殺死微生物。這種致死微生物的最低溫度界限即為致死溫度。致死溫度與處理時間有關(guān)。在一定的溫度下處理時間越長，死亡率越高。嚴(yán)格地說，一般應(yīng)以10分鐘為標(biāo)準(zhǔn)時間。細(xì)菌在10分鐘被完全殺死的最低溫度稱為致死溫度。測定微生物的致死溫度一般在生理鹽水中進(jìn)行，以減少有機物質(zhì)的干擾。
微生物按其生長溫度范圍可分為低溫微生物、中溫微生物和高溫微生物三類（表4-4）
表4-4 不同溫型微生物的生長溫度范圍
微生物類型 生長溫度范圍（℃） 分布的主要處所
最低 最適 最高
低溫型 專性嗜冷 –12 5—15 15—20 兩極地區(qū)
兼性嗜冷 –5—0 10—20 25—30 海水及冷藏食品上
中溫型 室溫 10—20 20—3535—40 40—45 腐生菌
體溫 寄生菌
高溫型 25—45 50—60 70—95 溫泉、堆肥、土壤表層等
2.1.1 低溫型的微生物
又稱嗜冷微生物，可在較低的溫度下生長。它們常分布在地球兩極地區(qū)的水域和土壤中，即使在其微小的液態(tài)水間歇中也有微生物的存在。常見的產(chǎn)堿桿菌屬、假單胞菌屬、黃桿菌屬、微球菌屬等常使冷藏食品腐敗變質(zhì)。有些肉類上的霉菌在零下10℃仍能生長，如芽枝霉；熒光極毛菌可在零下4℃生長，并造成冷凍食品變質(zhì)腐敗。
低溫也能抑制微生物的生長。在0℃以下，菌體內(nèi)的水分凍結(jié)，生化反應(yīng)無法進(jìn)行而停止生長。有些微生物在冰點下就會死亡，主要原因是細(xì)胞內(nèi)水分變成了冰晶，造成細(xì)胞脫水或細(xì)胞膜的物理損傷。因此，生產(chǎn)上常用低溫保藏食品，各種食品的保藏溫度不同，分為寒冷溫度、冷藏溫度和凍藏溫度。
2.1.2中溫型的微生物
絕大多數(shù)微生物屬于這一類。最適生長溫度在20~40℃之間，最低生長溫度10~20℃，最高生長溫度40~45℃。它們又可分為嗜室溫和嗜體溫性微生物。嗜體溫性微生物多為人及溫血動物的病原菌，它們生長的極限溫度范圍在10~45℃，最適生長溫度與其宿主體溫相近，在35~40℃之間，人體寄生菌為37℃左右。引起人和動物疾病的病原微生物、發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用的微生物菌種以及導(dǎo)致食品原料和成品腐敗變質(zhì)的微生物，都屬于這一類群的微生物。因此，它與食品工業(yè)的關(guān)系密切。
2.1.3高溫型微生物
它們適于在45~50℃以上的溫度中生長，在自然界中的分布僅局限于某些地區(qū)，如溫泉、日照充足的土壤表層、堆肥、發(fā)酵飼料等腐爛有機物中，如堆肥中溫度可達(dá)60~70℃。能在55~70℃中生長的微生物有芽孢桿菌屬（Bacillus）、梭狀芽孢桿菌（Clostridium）、嗜熱脂肪芽孢桿菌（Bac. stearothermophilus）高溫放線菌屬（Thermoactinomyces）、甲烷桿菌屬（Methanobacterium）等；溫泉中的細(xì)菌；其次是鏈球菌屬和乳桿菌屬。有的可在近于100℃的高溫中生長。這類高溫型的微生物，給罐頭工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)等帶來了一定難度。
高溫型的微生物耐熱機理可能是菌體內(nèi)的蛋白質(zhì)和酶比中溫型的微生物更能抗熱，尤其蛋白質(zhì)對熱更穩(wěn)定；同時高溫型微生物的蛋白質(zhì)合成機構(gòu)——核糖體和其他成分對高溫抗性也較大；細(xì)胞膜中飽和脂肪酸含量高，它比不飽和脂肪酸可以形成更強的疏水鍵，因此可保持在高溫下的穩(wěn)定性并具正常功能。
2.1.4熱對微生物的致死作用
如果超過了最高生長溫度導(dǎo)致微生物死亡。高溫致死的機理是微生物蛋白質(zhì)和核酸不可逆的變性，或者破壞了細(xì)胞的其他成分，如細(xì)胞膜被熱溶解形成了極小的孔，使細(xì)胞內(nèi)含物泄漏引起死亡。高溫致死微生物的作用，廣泛用于醫(yī)藥衛(wèi)生、食品工業(yè)及日常生活中。在食品工業(yè)中微生物耐熱性常用以下幾個數(shù)值表示：
(1) 熱（力致）死時間（Thermal Death Time TDT） 是指在特定的條件和特定的溫度下，殺死一定數(shù)量微生物所需要的時間，稱熱力致死時間。
(2) D值（Decimal reduction time） 在一定溫度下加熱，活菌數(shù)減少一個對數(shù)周期（即90%的活菌被殺死）時，所需要的時間（分），即為D值。測定D值時的加熱溫度，即在D的右下角表明。例如：含菌數(shù)為105 /毫升的菌懸液，在100℃的水浴溫度中，活菌數(shù)降低至104/毫升時，所需時間為10分，該菌的D值即為10分，即D100=10分。如果加熱的溫度為121.1℃（250℉），其D常用Dr表示。見圖4-4。
（3）Z值 如果在加熱致死曲線中，時間降低一個對數(shù)周期（即縮短90%的加熱時間）
所需要升高的溫度（℃），這所需要升高的溫度數(shù)，即為Z值。見圖4-5。
（4）F值 在一定的基質(zhì)中，其溫度為121.1℃，加熱殺死一定數(shù)量微生物所需要的時間（分），即為F值。
2.1.5影響微生物對熱抵抗力的因素
⑴ 菌種 不同微生物由于細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特性不同，對熱的抵抗力也不同。一般的規(guī)律是嗜熱菌的抗熱力大于嗜溫菌和嗜冷菌，芽孢大于非芽孢菌，球菌大于非芽孢桿菌，革蘭氏陽性菌大于革蘭氏陰性菌，霉菌大于酵母菌，霉菌和酵母的孢子大于其菌絲體。細(xì)菌的芽孢和霉菌的菌核抗熱力特別大。
⑵ 菌齡 同樣的條件下，對數(shù)生長期的菌體抗熱力較差，而穩(wěn)定期的老齡細(xì)胞較大，老齡的細(xì)菌芽孢較幼齡的細(xì)菌芽孢抗熱力強。
⑶ 菌體數(shù)量 菌數(shù)愈多，抗熱力愈強，因加熱殺死最后一個微生物所需的時間也長；另外，微生物群集在一起時，受熱致死不是時間而是有先有后，同時菌體能分泌一些有保護作用的蛋白質(zhì)物質(zhì)，菌多分泌的保護物質(zhì)也多，抗熱性也就強。
⑷ 基質(zhì)的因素 微生物的抗熱力隨含水量減少而增大，同一種微生物在干熱環(huán)境中比在濕熱環(huán)境中抗熱力大；基質(zhì)中的脂肪、糖、蛋白質(zhì)等物質(zhì)對微生物有保護作用，微生物的抗熱力隨這類物質(zhì)的增多而增大；微生物在pH值范圍是7左右，抗熱力最強，pH值升高或下降都可以減少微生物的抗熱力。特別是酸性環(huán)境微生物的抗熱力減弱更明顯。
⑸ 加熱的溫度和時間 加熱的溫度越高，微生物的抗熱力越弱，越容易死亡，加熱的時間越長，熱致死作用越大。在一定高溫范圍內(nèi)，溫度越高殺死所需時間越短。另外，其他因素如鹽類等，在基質(zhì)中有降低水分活性作用，從而增強抗熱力；而另一類鹽類如鈣鹽、鎂鹽可減弱微生物對熱的抵抗力。
食品工業(yè)中常用的滅菌方法較多，大的分類為干熱滅菌法和濕熱滅菌法，濕熱滅菌法主要是通過熱蒸汽殺死微生物，由于熱蒸汽的穿透力較熱空氣強，故無論是對芽孢桿菌或無芽孢桿菌在同一溫度下效果都比干熱法好。
2.1.6熱滅菌法
⑴ 干熱滅菌法
① 火焰滅菌法 其特點是滅菌快速、徹底。常用于接種工具和污染物品，如微生物接種時使用的接種環(huán)，就是用火焰滅菌法。使用范圍受限。
② 干熱滅菌法 (dry heat sterilization) 主要在干燥箱中利用熱空氣進(jìn)行滅菌。通常160℃處理1~2小時可達(dá)到滅菌的目的。適用于玻璃器皿、金屬用具等耐熱物品的滅菌。
⑵ 濕熱滅菌(moist heat sterilization)
① 煮沸消毒法 物品在水中100℃煮沸15分鐘以上，可殺死細(xì)菌的營養(yǎng)細(xì)胞和部分芽孢，如在水中加入1%碳酸鈉或2%~5%石炭酸，則效果更好。這種方法適用于注射器、解剖用具等的消毒。
② 巴氏滅菌(pasteurization) 滅菌的溫度一般在60~85℃處理15~30分鐘，可以殺死微生物的營養(yǎng)細(xì)胞，但不能達(dá)到完全滅菌的目的，用于不適于高溫滅菌的食品，如牛乳、醬腌菜類、果汁、啤酒、果酒和蜂蜜等，其主要目的是殺死其中無芽孢的病原菌（如牛奶中的結(jié)核桿菌或沙門氏桿菌），而又不影響它們的風(fēng)味。
③ 超高溫瞬時滅菌法Ultra high temperature short time,UHT） 滅菌的溫度在135~137℃3~5秒，可殺死微生物的營養(yǎng)細(xì)胞和耐熱性強的芽孢細(xì)菌，但污染嚴(yán)重的鮮乳在142℃以上殺菌效果才好。超高溫瞬時滅菌法現(xiàn)廣泛用于各種果汁、牛乳、花生乳、醬油等液態(tài)食品的殺菌。
④ 高壓蒸汽滅菌法(normal autoclaving) 高壓蒸汽滅菌法是實驗室和罐頭工業(yè)中常用的滅菌方法。高壓蒸汽滅菌是在高壓蒸汽鍋內(nèi)進(jìn)行的，鍋有立式和臥式兩種，原理相同，鍋內(nèi)蒸汽壓力升高時，溫度升高。一般采用9.8×104Pa的壓力，121.1℃處理15~30分鐘，也有采用較低溫度（115℃）下維持30分鐘左右，可達(dá)殺菌目的。罐頭工業(yè)中要根據(jù)食品的種類和殺菌的對象、罐裝量的多少等決定殺菌式。實驗室常用于培養(yǎng)基、各種緩沖液、玻璃器皿及工作服等滅菌。
⑤ 間歇滅菌法(fractional sterilization 或tyndallization) 是用流通蒸汽反復(fù)滅菌的方法，常常溫度不超過100℃，每日一次，加熱時間為30分鐘，連續(xù)三次滅菌，殺死微生物的營養(yǎng)細(xì)胞。每次滅菌后，將滅菌的物品在（28~37℃）培養(yǎng)，促使芽孢發(fā)育成為繁殖體，以便在連續(xù)滅菌中將其殺死。
2.2 干燥
水分對維持微生物的正常生命活動是必不可少的。干燥會造成微生物失水代謝停止以至死亡。不同的微生物對干燥的抵抗力是不一樣的，以細(xì)菌的芽孢抵抗力最強，霉菌和酵母菌的孢子也具較強的抵抗力，依次為革蘭氏陽性球菌、酵母的營養(yǎng)細(xì)胞、霉菌的菌絲。影響微生物對干燥抵抗力的因素較多，干燥時溫度升高，微生物容易死亡，微生物在低溫下干燥時，抵抗力強，所以，干燥后存活的微生物若處于低溫下，可用于保藏菌種；干燥的速度快，微生物抵抗力強，緩慢干燥時，微生物死亡多；微生物在真空干燥時，在加保護劑（血清、血漿、肉湯、蛋白胨、脫脂牛乳）于菌懸液中，分裝在安瓿內(nèi)，低溫下可保持長達(dá)數(shù)年甚至10年的生命力。食品工業(yè)中常用干燥方法保藏食品。
2.3 滲透壓
大多數(shù)微生物適于在等滲的環(huán)境生長，若置于高滲溶液（如20%NaCl）中，水將通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞周圍的溶液中，造成細(xì)胞脫水而引起質(zhì)壁分離，使細(xì)胞不能生長甚至死亡；若將微生物置于低滲溶液（如0.01%NaCl）或水中，外環(huán)境中的水從溶液進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)引起細(xì)胞膨脹，甚至破裂致死。
一般微生物不能耐受高滲透壓，因此，食品工業(yè)中利用高濃度的鹽或糖保存食品，如腌漬蔬菜、肉類及果脯蜜餞等，糖的濃度通常在50%~70%，鹽的濃度為5%~15%，由于鹽的分子量小，并能電離，在二者百分濃度相等的情況下，鹽的保存效果優(yōu)于糖。
有些微生物耐高滲透壓的能力較強，如發(fā)酵工業(yè)中魯氏酵母，另外嗜鹽微生物（如生活在含鹽量高的海水、死海中）可在15%~30%的鹽溶液中生長。
2.4 輻射
電磁輻射包括可見光、紅外線、紫外線、X射線和γ射線等均具有殺菌作用。在輻射能中無線電波最長，對生物效應(yīng)最弱；紅外輻射波長在800~1000納米，可被光合細(xì)菌作為能源；可見光部分的波長為380~760納米，是藍(lán)細(xì)菌等藻類進(jìn)行光合作用的主要能源；紫外輻射的波長為136~400納米，有殺菌作用。可見光、紅外輻射和紫外輻射的最強來源是太陽，由于大氣層的吸收，紫外輻射與紅外輻射不能全部達(dá)到地面；而波長更短的X射線、γ射線、β射線和α射線（由放射性物質(zhì)產(chǎn)生），往往引起水與其他物質(zhì)的電離，對微生物起有害作用，故被作為一種滅菌措施。
紫外線波長以265~266納米的殺菌力最強，其殺菌機理是復(fù)雜的，細(xì)胞原生質(zhì)中的核酸及其堿基對紫外線吸收能力強，吸收峰為260納米，而蛋白質(zhì)的吸收峰為280納米，當(dāng)這些輻射能作用于核酸時，便能引起核酸的變化，破壞分子結(jié)構(gòu)，主要是對DNA的作用，最明顯的是形成胸腺嘧啶二聚體，妨礙蛋白質(zhì)和酶的合成，引起細(xì)胞死亡。
紫外線的殺菌效果，因菌種及生理狀態(tài)而異，照射時間、距離和劑量的大小也有影響，由于紫外線的穿透能力差，不易透過不透明的物質(zhì)，即使一薄層玻璃也會被濾掉大部分，在食品工業(yè)中適于廠房內(nèi)空氣及物體表面消毒，也有用于飲用水消毒的。
適量的紫外線照射，可引起微生物的核酸物質(zhì)DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，培育新性狀的菌種。因此，紫外線常常作為誘變劑用于育種工作中。
2.5 pH
微生物生長的pH值范圍極廣, 一般在pH2~8之間，有少數(shù)種類還可超出這一范圍，事實上，絕大多數(shù)種類都生長在pH5 ~9之間。
不同的微生物都有其最適生長pH值和一定的pH范圍，即最高、最適與最低三個數(shù)值，在最適pH范圍內(nèi)微生物生長繁殖速度快，在最低或最高pH值的環(huán)境中，微生物雖然能生存和生長，但生長非常緩慢而且容易死亡。一般霉菌能適應(yīng)pH值范圍最大，酵母菌適應(yīng)的范圍較小，細(xì)菌最小。霉菌和酵母菌生長最適pH值都在5~6，而細(xì)菌的生長最適pH值在7左右。一些最適生長pH值偏于堿性范圍內(nèi)微生物，有的是嗜堿性，稱嗜堿性微生物（basophile），如硝化菌、尿素分解菌、根瘤菌和放線菌等；有的不一定要在堿性條件下生活，但能耐較堿的條件，稱耐堿微生物（basotolerant microorganism），如若干鏈霉菌等。生長pH值偏于酸性范圍內(nèi)的微生物也有兩類，一類是嗜酸微生物（acidophile），如硫桿菌屬等，另一類是耐酸微生物（acidotolerant microorganism），如乳酸桿菌、醋酸桿菌、許多腸桿菌和假單胞菌等。見表4—5：
不同的微生物有其最適的生長pH值范圍，同一微生物在其不同的生長階段和不同的生理、生化過程中，也要求不同的最適pH值，這對發(fā)酵工業(yè)中pH值的控制、積累代謝產(chǎn)物特別重要。例如，黑曲霉最適生長pH值為5.0~6.0，在pH2.0 ~2.5范圍有利于產(chǎn)擰檬酸，在pH7.0左右時，則以合成草酸為主。又如丙酮丁醇梭菌的最適生長繁殖的pH值為5.5~7.0范圍內(nèi)，在pH值4.3~5.3范圍內(nèi)發(fā)酵生產(chǎn)丙酮丁醇，抗生素生產(chǎn)菌也是最適生長的pH值與最適發(fā)酵的pH值不一致。
表4—5 不同微生物生長的pH范圍
微生物 PH
最低 最適 最高
乳桿菌 4.8 6.2 7.0
嗜酸乳桿菌 4.0~4.6 5.8~6.6 6.8
金黃色葡萄球菌 4.2 7.0~7.5 9.3
大腸桿菌 4.3 6.0~8.0 9.5
傷寒沙門氏菌 4.0 6.8~7.2 9.6
放線菌 5.0 7.0~8.0 1.0
一般酵母菌 3.0 5.0~6.0 8.0
黑曲霉 1.5 5.0~6.0 9.0
大豆根瘤菌 4.2 6.8~7.0 11.0
微生物在其代謝過程中，細(xì)胞內(nèi)的pH值相當(dāng)穩(wěn)定，一般都接近中性，保護了核酸不被破壞和酶的活性；但微生物會改變環(huán)境的酸堿度，即是使培養(yǎng)基的原始pH值變化，發(fā)生的原因 1）糖類和脂肪代謝產(chǎn)酸， 2）蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)堿，以及其他物質(zhì)代謝產(chǎn)生酸堿。一般隨著培養(yǎng)時間的延長，培養(yǎng)基會變得較酸，當(dāng)碳氮比例高的培養(yǎng)基，如培養(yǎng)真菌的培養(yǎng)基，經(jīng)培養(yǎng)后其pH值常會明顯下降，而碳氮比例低的培養(yǎng)基，如培養(yǎng)一般細(xì)菌的培養(yǎng)基，經(jīng)培養(yǎng)后，其pH值常會明顯上升。
在發(fā)酵工業(yè)中，及時地調(diào)整發(fā)酵液的pH值，有利于積累代謝產(chǎn)物是生產(chǎn)中一項重要措施，方法如下：
加適當(dāng)?shù)矗喝缒蛩�、硝酸鈉、NH4OH或蛋白質(zhì)
“治本” 加適當(dāng)碳源：糖、乳酸、油脂等
pH調(diào)節(jié)措施
過酸時：加氫氧化鈉、碳酸鈉等堿中和
“治標(biāo)”
過堿時：加硫酸、鹽酸等酸中和
強酸強堿都具有殺菌力。1）強酸如硫酸、鹽酸殺菌力強，但腐蝕性大，因此，生產(chǎn)上不宜作消毒劑。食品中應(yīng)用的酸類防腐劑常常是有機酸或有機酸鹽類，要求對人體是無毒，并且不影響食品應(yīng)有的風(fēng)味，加入的量應(yīng)嚴(yán)格按國標(biāo)執(zhí)行。2）強堿濃度越高殺菌力越強，食品工業(yè)中常用石灰水、氫氧化鈉、碳酸鈉等作為環(huán)境、加工設(shè)備、冷藏庫以及包裝材料如啤酒玻瓶等的滅菌。
食品工業(yè)中常用的酸類防腐劑有苯甲酸或苯甲酸鈉、山梨酸或山梨酸鉀鹽（山梨酸鈉鹽）、丙酸及其鈣鹽或鈉鹽、脫氫醋酸及其鈉鹽和乳酸等。
2.6 氧氣
氧氣對微生物的生命活動有著重要影響。按照微生物與氧氣的關(guān)系，可把它們分成好氧菌（aerobe）和厭氧菌（anaerobe）兩大類。好氧菌中又分為專性好氧、兼性厭氧和微好氧菌；厭氧菌分為專性厭氧菌、耐氧菌。
2.6.1專性好氧菌（strict aerobe）
要求必須在有分子氧的條件下才能生長，有完整的呼吸鏈，以分子氧作為最終氫受體，細(xì)胞有超氧化物歧化酶（SOD,superoxide dismutase）和過氧化氫酶，絕大多數(shù)真菌和許多細(xì)菌都是專性好氧菌，如米曲霉、醋酸桿菌、熒光假單胞菌、枯草芽孢桿菌和蕈狀芽孢桿菌等。
2.6.2兼性厭氧菌（facultative aerobe）
在有氧或無氧條件下都能生長，但有氧的情況下生長得更好；有氧時進(jìn)行呼吸產(chǎn)能，無氧時進(jìn)行發(fā)酵或無氧呼吸產(chǎn)能；細(xì)胞含SOD和過氧化氫酶。許多酵母菌和許多細(xì)菌都是兼性厭氧菌。例如釀酒酵母、大腸桿菌和普通變形桿菌等。
2.6.3微好氧菌（microaerophilic bacteria）
只能在較低的養(yǎng)分壓（0.01~0.03巴，正常大氣壓為0.2巴）下才能正常生長的微生物。也通過呼吸鏈以氧為最終氫受體而產(chǎn)能。例如霍亂弧菌、一些氫單胞菌、擬桿菌屬和發(fā)酵單胞菌屬。
2.6.4耐氧性厭氧菌（aerotolerant anaerobe）
一類可在分子氧存在時進(jìn)行厭氧呼吸的厭氧菌，即它們的生長不需要氧，但分子氧存在對它也無毒害。它們不具有呼吸鏈，僅依靠專性發(fā)酵獲得能量。細(xì)胞內(nèi)存在SOD和過氧化物酶，但沒有過氧化氫酶。一般乳酸菌多數(shù)是耐氧菌，如乳鏈球菌、乳酸乳桿菌、腸膜明串珠菌和糞鏈球菌等，乳酸菌以外的耐氧菌如雷氏丁酸桿菌。
2.6.5厭氧菌（anaerobe）
厭氧菌的特征是：分子氧存在對它們有毒，即使是短期接觸空氣，也會抑制其生長甚至死亡；在空氣或含10%CO2的空氣中，它們在固體或半固體培養(yǎng)基的表面上不能生長，只能在深層無氧或低氧化還原勢的環(huán)境下才能生長；其生命活動所需能量是通過發(fā)酵、無氧呼吸、循環(huán)光合磷酸化或甲烷發(fā)酵等提供；細(xì)胞內(nèi)缺乏SOD和細(xì)胞色素氧化酶，大多數(shù)還缺乏過氧化氫酶。常見的厭氧菌有罐頭工業(yè)的腐敗菌如肉毒梭狀芽孢桿菌、嗜熱梭狀芽孢桿菌、擬桿菌屬、雙歧桿菌屬以及各種光和細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌等。見圖4—6。
一般絕大多數(shù)微生物都是好氧菌或兼性厭氧菌。厭氧菌的種類相對較少，但近年來已發(fā)現(xiàn)越來越多的厭氧菌。
關(guān)于厭氧菌的氧毒害機理曾有學(xué)者提出過，直到1971 年在提出SOD的學(xué)說后，有了進(jìn)一步的認(rèn)識。他們認(rèn)為， 厭氧菌缺乏SOD，因此易被生物體內(nèi)產(chǎn)生的超氧物陰離子自由基毒害致死。
2.7超聲波
超聲波（頻率在20000赫茲以上）具有強烈的生物學(xué)作用。超聲波使微生物致死的機理是引起微生物細(xì)胞破裂，內(nèi)含物溢出而死。超聲波作用的效果與頻率、處理時間、微生物種類、細(xì)胞大小、形狀及數(shù)量等有關(guān)系，一般頻率高比頻率低殺菌效果好，病毒和細(xì)菌芽孢具有較強的抗性，特別是芽孢。
2.8 化學(xué)消毒劑
2.8.1重金屬鹽類
重金屬鹽類對微生物都有毒害作用，其機理是金屬離子容易和微生物的蛋白質(zhì)結(jié)合而發(fā)生變性或沉淀。汞、銀、砷的離子對微生物的親和力較大，能與微生物酶蛋白的-SH基結(jié)合，影響其正常代謝。汞化合物是常用的殺菌劑，殺菌效果好，用于醫(yī)藥業(yè)中。重金屬鹽類雖然殺菌效果好，但對人有毒害作用，所以嚴(yán)禁用于食品工業(yè)中防腐或消毒。
2.8.2 有機化合物
對微生物有殺菌作用的有機化合物種類很多，其中酚、醇、醛等能使蛋白質(zhì)變性，是常用的殺菌劑。
⑴ 酚及其衍生物
酚又稱石炭酸，殺菌作用是使微生物蛋白質(zhì)變性，并具有表面活性劑作用，破壞細(xì)胞膜的通透性，使細(xì)胞內(nèi)含物外溢致死。酚濃度低時有抑菌作用，濃度高時有殺菌作用，2%~5%酚溶液能在短時間內(nèi)殺死細(xì)菌的繁殖體，殺死芽孢則需要數(shù)小時或更長的時間。許多病毒和真菌孢子對酚有抵抗力。適用于醫(yī)院的環(huán)境消毒，不適于食品加工用具以及食品生產(chǎn)場所的消毒。
⑵ 醇類
是脫水劑、蛋白質(zhì)變性劑，也是脂溶劑，可使蛋白質(zhì)脫水、變性，損害細(xì)胞膜而具殺菌能力。70%的乙醇?xì)⒕Ч詈�，超過70%濃度的乙醇?xì)⒕Ч^差，其原因是高濃度的乙醇與菌體接觸后迅速脫水，表面蛋白質(zhì)凝固，形成了保護膜，阻止了乙醇分子進(jìn)一步滲入。
乙醇常常用于皮膚表面消毒，實驗室用于玻棒、玻片等用具的消毒。
醇類物質(zhì)的殺菌力是隨著分子量的增大而增強，但分子量大的醇類水溶性比乙醇差，因此，醇類中常常用乙醇作消毒劑。
⑶ 甲醛
甲醛是一種常用的殺細(xì)菌與殺真菌劑，殺菌機理是與蛋白質(zhì)的氨基結(jié)合而使蛋白質(zhì)變性致死。市售的福爾馬林溶液就是37%~40%的甲醛水溶液。0.1%~0.2%的甲醛溶液可殺死細(xì)菌的繁殖體，5%的濃度可殺死細(xì)菌的芽孢。甲醛溶液可作為熏蒸消毒劑，對空氣和物體表面有消毒效果，但不適宜于食品生產(chǎn)場所的消毒。
2.8.3 氧化劑
氧化劑殺菌的效果與作用的時間和濃度成正比關(guān)系，殺菌的機理是氧化劑放出游離氧作用于微生物蛋白質(zhì)的活性基團（氨基、羥基和其它化學(xué)基團），造成代謝障礙而死亡。
⑴ 臭氧 （O3）
三氧滅菌技術(shù)近年在純凈水生產(chǎn)中應(yīng)用較廣，滅菌的效果與濃度有一定的關(guān)系，但濃度大了使水產(chǎn)生異味。
⑵ 氯
氯具有較強的殺菌作用，其機理是使蛋白質(zhì)變性。氯在水中能產(chǎn)生新生態(tài)的氧，如下式：
Cl2＋H2O HCl＋HOCl 2HCl＋[O]
氯氣常常用于城市生活用水的消毒，飲料工業(yè)用于水處理工藝中殺菌。
⑶ 漂白粉（CaOCl2）
漂白粉中有效氯為28%~35%。當(dāng)濃度為0.5%~1%時，5分鐘可殺死大多數(shù)細(xì)菌，5%的濃度時在1小時可殺死細(xì)菌芽孢。漂白粉常用于飲水消毒，也可用于蔬菜和水果的消毒。
⑷ 過氧乙酸（CH3COOOH）
過氧乙酸是一種高效廣譜殺菌劑，它能快速地殺死細(xì)菌、酵母、霉菌和病毒。據(jù)報道，0.001%的過氧乙酸水溶液能在10分鐘內(nèi)殺死大腸桿菌，0.005%的過氧乙酸水溶液只需5分鐘，如殺金黃色葡萄球菌需要60分鐘，但提高濃度為0.01%只需2分鐘，0.5%濃度的過氧乙酸可在1分鐘內(nèi)殺死枯草桿菌，0.04%濃度的過氧乙酸水溶液，在1分鐘內(nèi)殺死99.99%的蠟狀芽孢桿菌。能夠殺死細(xì)菌繁殖體過氧乙酸的濃度，足以殺死霉菌和酵母菌；過氧乙酸對病毒效果也好，是高效、廣譜和速效的殺菌劑，并且?guī)缀鯚o毒，使用后即使不去除，也無殘余毒，其分解產(chǎn)物是醋酸、過氧化氫、水和氧。適用于一些食品包裝材料（如超高溫滅菌乳、飲料的利樂包等）的滅菌；也適于食品表面的消毒（如水果、蔬菜和雞蛋）；食品加工廠工人的手、地面和墻壁的消毒以及各種塑料、玻璃制品和棉布的消毒。用于手消毒時，只能用低濃度0.5%以下的溶液，才不會使皮膚有刺激性和腐蝕性。