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Chapter 7

Chapter 7. The control of microbial growth. Principles of microbial control. Sterilization : 殺滅一切具生命物質 ( 包含孢子 ) 之 過程 , 加熱為常用方法 . 食品之受熱程度只足以殺滅會產生致命毒素之 Clostridium botulinum 的 endospores. 此一減少加熱之處理程序稱「商業滅菌 (commercial sterilization) 」 . Disinfection : 指殺滅病原菌之營養細胞而非內孢

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Presentation Transcript

  1. Chapter 7 The control of microbial growth

  2. Principles of microbial control • Sterilization : 殺滅一切具生命物質(包含孢子)之 過程,加熱為常用方法. • 食品之受熱程度只足以殺滅會產生致命毒素之Clostridium botulinum 的endospores. 此一減少加熱之處理程序稱「商業滅菌(commercial sterilization)」. • Disinfection : 指殺滅病原菌之營養細胞而非內孢 子, 與完全滅菌不同. 可由化學藥 劑, 紫外燈輻射, 熱水或蒸汽達成. disinfectant

  3. Antisepsis : 使用antiseptic substance 處理具生命之物質. • Degerming(or degermination) : 將特定區域之微生物移除而非殺滅. • Sanitization : 餐廳中之玻璃器皿磁盤及餐具之處理方式. 熱水洗滌 or 浸漬於消毒劑中. Table 7.1

  4. 死亡 ~cide(殺滅), ex : germicide, fungicide, virucide… • 防止 (or 制止) ~stat or ~stasis, ex : bacteriostasis… • Sepsis : decay or putrid, 受到微生 物污染 • Asepsis : 物質或區域未受病原菌之污染,手術 過程中尤其重要. 無菌充填技術 : 用於食品工業, 先將包裝容器滅菌再 充填入已經巴式低溫滅菌處理之食品.

  5. The rate of microbial death • 106菌數受抑菌物質處理1min. 90%  died. • 每處理1min.,存活之菌數中有90%被殺死. • 將死滅曲線以對數作圖,可得一直線. Table 7.2 Fig. 7.1

  6. 影響抑菌物質有效性之因素： 1. 微生物菌數 : 2. 微生物特性 : 3. 環境之影響 : 4. 處理時間 :

  7. Actions of microbial control agents • Alteration of membrane permeability 化學抑菌劑 & 抗生素之作用與此機制有關. • Damage to proteins and nucleic acids Microbes : little bags of enzymes

  8. Physical methods of microbial control • Heat • 保存食品最常用之方法. 實驗室之media, 玻璃器皿 & 醫院之器材亦常用此法. • Thermal death point(TDP) : 溶液中微生物於10 min.內可被完全死滅之最低溫度. • Thermal death time(TDT) : 溶液中微生物於特定溫度下被死滅所需之時間. TDP & TDT 為評估某一族群之微生物被熱致死程度之有效指標. • D值(decimal reduction time, DRT) : 微生物熱抗性之概念. 為微生物於特定溫度下被殺滅90%所需之時間 (min.) 於罐頭工業為非常有用之參數. Fig. 7.1a

  9. Moist heat • 為破壞保持protein三度空間結構之H-bond, 造成protein 之coagulation. 2. Boiling : 可殺死病原菌之營養細胞,幾乎所有 virus & 10min. 殺死真菌及其spores. 3. Temp 須100oC, 才有較完全之滅菌效果. 常用 “ autoclave ” (溫度與壓力有關) “ retorts ” Fig. 7.2 Table 7.3

  10. Pasteurization • 應用於防止啤酒, 水果酒之腐敗及牛乳之殺菌. • 幾乎所有病原性之virus均可藉pasteurization殺滅 • Phosphatase test • 牛乳傳統 pasteurization : 63oC, 30min. 現代 pasteurization : 72oC, 15sec.  high-temperature short-time(HTST) pasteurization

  11. 5. Ultra-high-temperature treatment(UHT) : 140oC,< 1sec. 6. Equivalent treatments : temp 升高所需之殺菌時間則減少. ex : endospore -- 115oC, 70min.; 125oC, 7min.

  12. Dry heat sterilization • 利用氧化之效應殺菌,如置於烘箱(oven)中. 2. 最簡單之方式 : 火焰直接加熱 (過火, flaming), 似焚化(incineration). 3. Hot-air-sterilization : 於oven, 170oC, 2h.

  13. Filtration • 用於熱敏感物質, 如某些media, enzymes, vaccine & 抗生素溶液之除菌. 2. 燙傷病房之空氣常以filtration,降低菌數. High-efficiency particulate air,HEPA filter : 除去>0.3 m之微生物. 3. Filterable viruses 4. Membrane filters : cellulose esters or plastic polymers Fig. 7.3

  14. Low temperature • 冰箱 : 0-7oC, 制菌 • 緩慢結凍 : 微生物傷害最大

  15. Desiccation • 缺少水分之狀況 • Gonorrhea bacteria : 耐乾燥環境 1h.; tuberculosis bacteria : 數月 • 對乾燥環境耐受性差之微生物, 若存在黏液,膿及糞便中則能增加其耐受性.

  16. Osmotic pressure • 高鹽 & 高糖濃度保存食品 • 過程似乾燥, 微生物細胞萎縮, 質壁分離(plasmolysis).

  17. Radiation • 分ionizing & nonionizing • Ionizing radiation : gamma rays, X光 or 高能量電子束, 較nonionizing具較短之波長,一般<1 nm,故具較高能量。 • Nonionizing radiation : 波長 >1 nm. 如 : UV light(260 nm) 4. Microwaves Fig. 7.4

  18. Conditions influencing microbial control • Type of microbe • 消毒劑 & 防腐劑 : 對G(+)有效, 對G(-)無效 • G(-)菌Pseudomonas 對消毒劑 & 防腐劑及抗生素具抗性. 此抗性來自其cell wall上之porins. • Mycobacteria為另一具消毒劑抗性之菌種包含Mycobacterium tuberculosis及對免疫能力差者據病原性之菌種---opportunistic pathogen • Environment

  19. Chemical methods of microbial control • Principle of effective disinfection 1. 濃度會影響效能 2. 消毒物品特性 3. 培養基之pH值 4. 與微生物接觸難易度

  20. Evaluating a disinfectant • Use-dilution tests 過去常用phenol coefficient test, 亦即與酚殺菌力比 較之試驗. 近年來使用use-dilution tests : (1) 測試三株微生物之反應, 包含Salmonella choleraesuis, Staphylococcus aureus & pseudomonas aeruginosa. (2) 將金屬攜帶環浸入含標準菌株之溶液中, 於37oC下短暫乾 燥後, 將此金屬環置於由廠商建議濃度之消毒溶液中10 min.(20oC下), 再將此金屬環置於media中. (3) 此法亦可測試抑制內孢子, 結核分枝桿菌 (mycobacteria) & 真菌化學物質之有效性. 殺病毒化驗藥劑 : Newcastle disease virus

  21. 2. The filter paper method 若有抑菌 : 濾紙周圍產生透明環(clear zone) Fig. 7.5

  22. Types of disinfectants • Phenol & phenolics • Phenol(carbolic acid) : Lister首用, 手術之消毒, 今少用, 因其會侵蝕皮膚且具強烈味道. • 常用於throat lozenges, 具局麻效果. 低濃度下只具少部分殺菌效果. 濃度高於 1%, 具顯著殺菌力 Fig. 7.6a

  23. (3) 衍生物質為「酚酫樹脂(phenolics)」,經 修飾之酚分子, 可減少皮膚之侵蝕性及增 加抑菌. 作用機制 : 傷害cell membrane, 使enzymes失活及使proteins變性.常用於消毒劑, 適用於唾液, 膿及糞便之消毒. (4) 常用之酚酫樹脂(phenolics)來自於coal tar之衍生物, 稱「甲酚 (cresols), (具良好之表面活性能力)」, 如 O-phenylphenol, 為Lysol 之重要成分. Fig. 7.5 & 7.6b

  24. (5) 另一衍生物為hexachlorophene, 為肥皂及乳液之成分用於手術房及 醫院中降低微生物作用. Cosmetic soaps, deodorants, 牙膏可發現此 物質. 對G(+)之葡萄球菌及鏈球菌 可抑菌常用於嬰兒室之消毒, 但過度 使用, 易傷害神經系統. Fig. 7.6c

  25. 2. Biguanides • 如Chlorhexidine, Str. 似phenol, 但不是酚. 常用於皮膚與黏膜, 與清潔劑或酒精mix, 可用於手術前患者皮膚之消毒. • 優點 : 可與皮膚及黏膜緊密鍵結, 且具低毒性. 但對眼睛傷害. • 作用機制 : 傷害cell membrane, 對大部份細菌之營養cell & fungi 有效, 但並非殺孢劑(sporicidal). 唯一受影響的virus是某些具親脂性封套(envelope)的類型. Fig. 7.6d

  26. 3. Halogens • I2 or Cl2 : 良好抑菌劑 • I2 : 歷史悠久, 良好消毒劑, 對微生物, 孢子, 真菌, 某些virus有效. 作用機制 : 與tyrosine binding, 使微生物enzymes失活, 亦可氧化A.A.中-SH gr., 使其無法維持cell protein 之Str. • I2以碘酊(tincture)販售, 即碘溶於酒精中.帶碘化合物(iodophor)為碘及有機物質之complex, 具 I2 之殺菌力, 但對皮膚不具侵蝕且不染色. 常見品牌為 Betadine & Isodine. 含表面活性劑 povidine 之帶碘化合物, 有助濕作用. I2主用於皮膚之消毒及傷口處理.

  27. (4) Cl2 : 殺菌力來自於加水後所產生之HOCl. (i) Cl2 + H2O H+ + Cl- + HOCl (ii) HOCl H+ + OCl- HOCl為強氧化劑, 可使cell enzyme失活. 因其中性電荷及可穿透cell wall, 殺菌效力 強. OCl-帶負電, 無法自由進出cell membrane. (5) Cl2常用於飲水, 游泳池及化糞池之消毒. Ca(OCl)2用於乳品工廠, 餐具之消毒. NaOCl : 家用消毒劑, 漂白劑(如Clorox) Chlor-Floc : 含sodium dichloroisocyanurate.

  28. (6) Cloramine : 含氯及氨之氯化合物, 為消毒劑, 防腐劑及增進衛生之藥劑. 安定, 長時間釋放氯, 對有機物質有效.缺點 : 作用慢, 且餘氯物質抑菌差.

  29. 4. Alcohols • 對細菌, 真菌殺菌良好, 但對endospore 及不具 封套(envelope)之virus則否. 機制 : 造成protein變性, 亦可破壞cell membrane & 溶解lipid, 如virus封套之lipid. (2) 優點 : 迅速揮發不殘留, 但刺激傷口, 可造成傷口上protein之coagulation, 形成薄膜, 令微生物生長. (3) 乙醇(ethanol), 異丙醇(isopropanol)最常用, 70% or 60-95%. 純乙醇殺菌差, 外用擦拭酒精為isopropanol. (4) ZephiranTM : 2 min.內殺低40%菌數, 若加入酒精可達80%殺菌. Table 7.6 Fig. 7.10

  30. 5. Heavy metals & their compounds (1) 如Ag, Hg, Cu. Ag & Cu 所呈現之殺菌力稱oligodynamic action. 金屬可與protein上之-SH gr. binding, 使protein 變性. Fig. 7.8

  31. (2) 1% AgNO3 : 預防新生兒感染 gonorrheal ophthalmia neonatorum, 今已以 antibiotics取代. (3) Ag 可取代泳池之氯,並為太陽能動力. (4) HgCl 歷史悠久之殺菌劑, 具廣泛抑菌範圍, 主為制菌, 但其具毒性, 腐蝕性及對有機物無效, 今已限用.目前用為油漆中黴菌之抑制. (5) CuSO4殺滅水庫, 泳池及魚缸中之綠藻, 加入copper 8-hydroxyquinoline可防油漆長黴. (6) Zn, 抑菌, ZnCl2為漱口水成分, ZnO油漆顏色之一, 亦可抑制漆中真菌生長.

  32. 6. Surface-active agents (1) 水溶液中分子間之表面張力, 如肥皂及清潔劑, 肥皂具低殺菌力, 藉由揉搓將微生物移除, 亦即藉乳化作用, 將皮膚之油層降解為小油粒, 再藉泡沫將小油粒, 不潔物帶走. (2) 除臭肥皂含triclocarbon & triclosan, 具抑制G(+)生長. (3) Acid-anionic surface-active sanitizers : 乳品廠容器及設備清洗, 其帶負電荷可與cell membrane作用.

  33. 7. Quaternary ammonium compounds (Quats) • 最常用之表面活性劑, 其帶正電荷, 命名與 NH4+有關. 對為G(+)強殺菌劑, 但對G(-)無效. (2) 對真菌, 阿米巴原蟲及含封套之virus具死滅力, 但對endospore及結核菌無效. 機制可能與影響cell membrane有關.(影響cell membrane穿透力, 使 K+流失) (3) Zephiran(benzalkonium chloride) & Cepacol (cetylpyridinium chloride) : 有效殺菌劑, 無色, 無味, 穩定, 易稀釋, 低濃度下無毒. (4) 對處理Pseudomonas之菌株棘手. Fig. 7.9

  34. 8. Chemical food preservatives (1) 常見 : sodium benzoate, sorbic acid & calcium propionate. Sorbic acid & potassium sorbate, sodium benzoate 可抑制 cheese & 碳酸飲料黴菌生長. Calcium propionate 抑制麵包黴菌及bacillus. (2) 機制 : 非pH值, 而是影響黴菌代謝或其cell membrane. (3) Sodium nitrate, sodium nitrite : 肉製品防腐. 肉品之微生物以nitrate為無氧呼吸之電子接受者. Nitrite具二功能 : 保持肉品原有紅色及防肉毒桿菌萌發. (4) Nitrite 與amino acids 可形成nitrosamines  致癌

  35. 9. Antibiotics (1) 乳酸鏈球菌素(Nisin) : 抑制cheese之產孢菌, 其為微生物所產生可抑制其他微生物生長之protein. (2) Natamycin(pimaricin) : 抗真菌, 加於cheese.

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