ปัจจยัที่ส่งผลต่อการเจริญของ...
TRANSCRIPT
การเจรญเตบโตของเชอจลนทรย
3 นบจ านวนของเชอจลนทรยทมชวต (a total viable count)
4 วดสวนประกอบของเซลลทเกดขนเมอเชอมการเจรญเตบโต เชน ATP
Portable luminometer
การเจรญเตบโตของเชอแบบ binary fissionGenerati
on
Number of
cell
Number of cell
Exponential form
0 1 20
1 2 21
2 4 22
3 8 23
4 16 24
5 32 25
6 64 26
7 128 27
8 256 28
9 512 29
10 1024 210
การเจรญของเชอจลนทรยCell number plotted against time
0
200
400
600
800
1000
1200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Time
Ce
ll n
um
be
rs
Cell number plotted against time
1
10
100
1000
10000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Time
Lo
g c
ell
nu
mb
ers
3010.0
loglog NoNtn
NONt n2
2log
loglog NoNtn
Nt =จ านวนเชอทงหมด ณ เวลาตางๆNo=จ านวนเชอเรมตน ณ เวลาเรมตน
n=ประชากรของเชอ ณ เวลาตางๆ
ตวอยางการค านวณ• เชอ Escherichia coli ม generation time ท 20 นาท เมอเจรญในสภาวะท
เหมาะสม ซงเชอเรมตนม 103 เซลล ดงนนทเวลา 24 ชวโมงจะมจ านวนเชออยเทาใด?
n=(24x60)/20 = 72แทนคา
(72x0.3010)+3 = logNtlog Nt = antilog 24.672
Nt =4.7x1024
3010.0
loglog NoNtn
3010.0
10loglog72
3
Nt
กราฟการเจรญเตบโตของเชอ
ผลตสารทจ าเปนและซอมแซมสวนทสกหรอ
เจรญ
-อาหารหมด-pH เปลยน-เกดสารพษ
-ขาดออกซเจน
-ขาดพลงงาน-pH ท าลาย
-สารพษท าลาย
การเจรญของโคโลน
การ replication ของ viruses
Virus attaches to host cell wall
Injects DNA
Vial DNA replicates
Synthesized
Self-assembly
Lysozyme
Host cell lysis
การเจรญเตบโตของเชอในอาหาร
ชนดของปจจย1 ปจจยภายใน (intrinsic factors)
1.1 สารอาหาร
1.2 คา pH
1.3 คา Eh
1.4 สารยบยงเชอจลนทรย
1.5 คา aw
2 ปจจยภายนอก (Extrinsic factors)
2.1 คาความชนสมพทธ (%RH)
2.2 อณหภม (Temperature)
1.1 สารอาหารส าหรบการเจรญเตบโต
• สารอาหารเปนสงทจ าเปนตอการเจรญเตบโตของเชอจลนทรยเพราะอาหารเปนแหลงพลงงาน และเ ป น แ ห ล ง แ ร ธ า ต ใ หเ ช อ จ ล น ท ร ย น า ไ ป ใ ชประโยชนในการสรางหรอซอมแซมสวนทสกหรอ
Element %Dry weight
Carbon 50
Oxygen 20
Nitrogen 14
Hydrogen 8
Phosphorus 3
Sulphur 1
Potassium 1
Sodium 1
Calcium 0.5
Magnesium 0.5
Chlorine 0.5
Iron 0.2
Boron
Cobalt 0.3
Manganese
หนาทของสารตางๆตอการเจรญของเชอจลนทรย
Element หนาท
Hydrogen เปนสวนประกอบของน าซงตองใชภายในสวนตางๆของเซลล
Oxygen เปนสวนประกอบของน า, ใชในการหายใจ, ใชในระดบโมเลกลของเซลล
Carbon เปนสวนประกอบของโมเลกลตางๆของเซลล
Nitrogen เปนสวนประกอบของกรดอะมโน, โปรตน สราง ATP และ เอนไซม
Sulphur พบในกรดอะมโนพวก cystine, methionine สราง co-enzyme
Phosphorus พบในนวคลอก DNA, RNA พบใน phospholipid, สราง co-enzyme
Potassium เปนสวนส าคญส าหรบใช osmotic pressurและสราง co-enzyme
Magnesium ใชส าหรบสรางเนอเยอเซลล ไรโบโซม DNA, RNA สราง enzyme
Calcium ใชสรางพนงเซลล เปนสวนประกอบหลกของ endospores
Iron ใชสราง cytochromes ส าหรบการหายใจแบบใชออกซเจนและสราง enzyme
Trace elements ใชสราง enzyme และ co-enzyme
ประเภทของเชอจลนทรยตามสารอาหาร
1 Photoautotophs เปนพวกทสามารถสงเคราะหแสงไดเองเชน photosynthetic bacteria
2Photoheterotrophs คลายกบ Photoautotophs แตเชอจลนทรยกลมนไมสามารถสงเคราะหโมเลกลไดจากคารบอนไดออกไซดแตตองการใชสารอนทรยคารบอน เชน Non-sulphur purple bacteria
3 Chemoheterotrophs เปนเชอกลมใหญ มการดดสารอาหารเขาไปแลวใช ATP เปนแหลงพลงงาน
แผนภาพแสดง ChemoheterotrophsOrganic carbon
compounds
Organic carboncompounds
ATP
Other functions
Energy Biosynthesis
Mineralnutrients
Organic carboncompounds
Organic carboncompounds
Mineralnutrients
Waste productsof metabolism
Absorbed by cell
Absorbed by cell
Growth factors*เชอจลนทรยสามารถใชกลโคสเปนแหลงพลงงาน แตสารอาหารอนๆในรป
อนนทรยกมความส าคญในการเจรญเตบโต สารทชวยใหเชอจลนทรยเจรญเตบโตไดดมดงน- water- glucose- ammonium chloride- potassium phosphate- magnesium sulphate- ferrous sulphate- calcium chloride- trace elecments
ชนดของอาหารเลยงเชอ1 General purpose media (non-selective) มสารอาหารทสามารถท าให
เชอจลนทรยหลายๆชนดสามารถเจรญได เชน Nutrient agar/broth (NA), plate count agar (PCA), malt extract agar (MEA)
2 Selective media สารอาหารทยบย งเชอชนดหนงแตเชอทตองการสามารถเจรญได เชน เตมกรดเฉพาะ, ม Aw เฉพาะ, %nitrogen, และมสาร antibiotic อยเปนตน เชน oxytetracycline glucose yeast extract agar (OGYE)
Aspergillus nigerCandida albicans
3 Enrichment media เปนอาหารเหลว (broth) ใชส าหรบเพมปรมาณเชอจลนทรยในกลมทตองการใหมากขน เชน Selenite broth เปนอาหาร enrichment ส าหรบเชอ Salmonella spp ซงมการเตม sodium biselenite ซงเปนพษกบเชอชนดอนๆแตเปนพษเลกนอยตอเชอ Salmonella spp จากนนจ านวนเชออนๆจะคอยๆตายไปและเหลอเชอ Salmonella spp เปนเชอหลกในตวอยางชนดนนในทสด
A B C
A=อาหาร Selenite brothB=อาหาร Selenite broth+ตวอยางอาหารC=อาหาร Selenite broth+ตวอยางอาหารทผานการบม 24 ชวโมง
4 Differential media เปนอาหารเลยงเชอทสามารถเปลยนแปลงไปเมอมเชอจลนทรยชนดใดชนดหนงเจรญขนมา เชนเกดการขนของอาหารแขง, เปลยนสอนเกดจากการเปลยนแปลง pH หรอการเปลยนแปลงสเรมตนของอาหารโดยการปฏกรยาทางเคม Differential agents ทนยมเตมคอ- สารทสามารถถกยอยไดโดย extracellular enzymes จากเชอ เชน lecithinase, proteinase, haemolysin-น าตาลและกรดอะมโน หากเชอมการใชน าตาลหรอกรดอะมโนอาจสรางสารชนดอนๆเชน กรด แลวท าใหอาหารเลยงเชอเปลยนส- สารประกอบเคม เชน potassium tellurite ท าใหเกดสด าของ tellurium- Iron salt เมอเชอใชจะสรางไฮโดรเจนออกมาแลวท าใหเกดสด าของ iron sulphide
ตวอยาง
Blood agar-ม defibrinated ของเลอดมา
ซงเชอจลนทรยบางชนดทมเอนไซมในการยอย haemolysin จะท าใหเกด clear zone รอบๆโคโลน
Beta hemolytic Streptococcus species seen with transmitted light
5 Selective/differential media ใชในการแยกเชอจลนทรยในกลมทใกลเคยงกนออกจากกน และแยกชนดของเชอในกลมของเชอเดยวกนออกจากกน เชน MacConkey agar ซงม peptone เปนองคประกอบ มการเตม bile salt ซงสามารถยบย งเชอแบคทเรยแกรมบวกและท าใหเชอแบคทเรยกลม Enterobacteriaceae (G-; E. coli, Enterobacter spp, Salmonella spp, Proteus spp) เจรญเตบโตไดและสารทเปนdifference agent คอ lactose และ สแดง (pH-indicator) ซงเชอ E.coilนจะใชน าตาล lactose และมโคโลนสแดง แตเชอ Salmonella spp. จะไมใช lactose และไมมสแดง
Ferment lactoseNon-ferment lactose
1.2 คา pH
กรดออนกบการยบย งการเจรญของเชอจลนทรย
Neutral pH
HA A-+H+
HA A-+H+
ATPADP
Low pH
PlasmaMembrane
*แบคทเรยสามารถเจรญในคา pH ทต าสด 4-4.5 สงสดคอ 8.0-9.0และเจรญไดดใน pH ประมาณ 6.8-7.2 แตยงมแบคทเรยทนกรดบางชนดเชน Lactobacillus spp สามารถเจรญในสภาวะ 3.8-7.2
*เชอยสตและรามการเจรญในชวง pH ทกวางกวาเชอแบคทเรยเชนเชอรา Fusarium spp สามารถเจรญในชวง 1.8-11.1 ยสตเจรญไดดท pH 4.0-4.5 และเชอราท 3-3.5
*pHมผลตอ- อตราการเจรญเตบโตของเชอ (Growth rate)-จ านวนเชอสงสด- ระยะเวลาของ lag phase , stationary phase, death phase
อะไรจะเกดขนเมอเชอจลนทรยอาศยอยใน pH ทต ากวา minimum?
LogNumber
0fViable
cells
pH well below minimumNo”lag”-rapid cell death
“Lag” before death of cells occurs
Cell death
pH และสารกนบด
• Lactic acid และ Citric acid เปนกรดออนทสามารถเตมลงไปในอาหารแลวท าใหเชอจลนทรยทกอโรคไมสามารถเจรญเตบโตได
1.3 คา redox potential (Eh)
• คา Eh บอกถงการถายเทอเลกตรอนระหวางอะตอมและโมเลกลโดยสมการพนฐานคอ
(oxidant)+H++ne (Reductant)n=จ านวนอเลกตรอนทเกดการถายเท
* ในเซลลสงมชวตทงการถายทอดไฮโดรเจนอะตอมและอเลกตรอนจ าเปนอยางยงส าหรบการท า electron transport chain และการไดมาซงพลงงานส าหรบการท า oxidative phosphorylation
• ความแตกตางระหวางคา Eh ในตวเชอจลนทรยและสงแวดลอมยากทจะท าการวดคา แตถาหากเชอจลนทรยอาศยอยในสงแวดลอมทมคา Eh ต ากวา/สงกวา เซลลของมน จะเกดการแลกเปลยนกนขนและเชอชนดหนงอาจท าใหคา Eh ในสงแวดลอมเปลยนแปลงไปจนไมเหมาะสมตอการเจรญของเชออกชนดหนงได
• ปกตแลววตถดบอาหารทมการหายใจจะมคา Eh เปนบวกซงท าใหเกดการ reducing ในเซลลลงไปไดเชน ascosbic acid ในผกและผลไม
• ปจจยทท าใหเกดคา Eh ทแตกตางกนในอาหารคอ– ปรมาณความเขมขนของออกซเจนในสงแวดลอมและทสามารถซมเขาไป
ในอาหาร
– ความหนาแนนของโครงสรางของอาหารซงมผลตอการซมผานของออกซเจน
– ความเขมขนของสาร reducing ในอาหารซงจะตานทานการเปลยนแปลงคา Eh ใหเปนบวก หรอเรยกอกอยางวา poising capacity
– กระบวนการผลตอาหาร
– คา pH ในอาหารโดยทกการเปลยนแปลง pH 1 คาจะท าใหเกด Eh เพมขน +58 mv
คา Eh ในอาหาร
+200 mV -150 mV ปรมาณออกซเจนในถง
ชนดของเชอจลนทรยแบงตามการใชออกซเจน
1 Obligate anaerobes
Lid clamp
GasketGas-generating Envelope containSodium borohydride,Organic acid, sodiumBicabonate, Addition Water generates hydrogenAnd carbon dioxide
Redox indicator(methylene blue)
H2+O2
H2O
C2O
Redox indicators
• หากมคา Eh ต าจะเหมาะกบการเจรญของพวก anaerobic• สามารถใช dry reduction ในการทดสอบคณภาพของนมได
MeB+2H++2e- MeBH2
Oxidized (blue) Reduced (Colourless)
1.4 สารยบย งเชอจลนทรย• สารยบย งเชอจลนทรยสามารถพบไดในเซลลของพช เชน pigments,
alkaloides, resins • Benzoic และ sorbic acid พบในตน cranberries สามารถน ามาสกด
ใหอยในรปบรสทธและใชเปนสารกนบดได
Aspirin
• น ามนหอมระเหยยงเปนสารกนบดทางธรรมชาต เชน cinnamic aldehyde, thymol, eugenol เปนตน
1.5 คา Aw• เปนปรมาณน าทมอยในอาหาร ซงเชอจลนทรยสามารถใชน าเพอดดซมแรธาต• สตรการค านวณ
aw = n(N+n)
n= จ านวนโมลของสารละลาย,N=จ านวนโมลของตวท าละลาย
หรอเขยนสตรใหมคอaw = w/m
(w/m+w/m)
w =น าหนกm=มวลโมเลกล
*aw = vapour pressure of a substance or solution (P)vapour pressure of water at the same temperature
• คา awในอาหารมความสมพนธกบสารทเตมลงไปในอาหารดวยเชน การเตมเกลอ น าตาล กรดอะมโนลงในอาหารท าใหคา awในอาหารลดลง
สารทท าหนาทในการลดปรมาณน าในอาหาร1 เกลอ เกลออมตว 27 %W/W ท าใหไดคา aw อยางนอย 0.742 น าตาลซโคส น าตาลซโคสอมตวท 67% W/W ท าใหไดคา aw อยาง
นอย 0.863 น าตาลกลโคส น าตาลกลโคสอมตวท 47% W/W ท าใหไดคา aw อยาง
นอย 0.92หากเตมเกลอลงในอาหารเพอจดประสงคในการท าเคมหรอเตมน าตาลปรมาณมากในอาหารเพอท าของหวาน จงเปนการลดปรมาณน าในอาหาร ซงการลดปรมาณน าในอาหารอาจใชวธการทางกายภาพ การอบแหง ฯลฯ อกดวย
เชอจลนทรยทอาจพบไดในอาหารทมน าตาลและเกลอเปนสวนผสม
-กลมเชอจลนทรยทพบไดในอาหารทมเกลอเปนสวนผสม*พวก Moderate halophiles เปนพวกทตองการเกลอประมาณ 1-10% เชน Vibrio parahaemolyticus* พวก Extreme halophiles เปนพวกททนเกลอไดสงเชน Halobacterium สามารถทนเกลอไดถง 12-36%* Halotolerant (haloduric) organisms เชน Staphylococcus aureus สามารถเจรญไดเกลอ 20% (aw~0.83) แตคา optimum ~ 0.5-4%
-กลมเชอจลนทรยทพบไดในอาหารทมน าตาลเปนสวนผสม
*Osmophilic yeasts สามารถเจรญในน าตาลสงๆแตจะไมเจรญหากมคา awต าๆ เชน Zygosaccharomyces rouxii ทเจรญในน าตาล 70% แตไมเจรญใน awต ากวา 0.62
*Osmotolerant organisms เปนพวกทเจรญไดดทคา aw สง และมน าตาลในปรมาณสง เชน Saccharomyces cerevisiae
ความสมพนธระหวางเชอจลนทรยกบคา awOrganism aw limit
G- bacteria
-Escherichia coli 0.95
-Klebsiella pneumoniae 0.95
-Pseudomonas aeruginosa 0.97
-Salmonella typhimurium 0.95
G+ bacteria
-Bacillus subtilis 0.90
-Staphylococcus aureus 0.85
Yeasts
-Saccharomyces cerevisiae 0.92
-Debaryomyces hansenii 0.65-0.75
Moulds
-Mucor hiemalis 0.90-0.75
-Penicillium chrysogenum 0.80
-Xeromyces bisporus 0.61-0.75
-Aspergillus chevalieri 0.61-0.75
*เชอจลนทรยทเจรญในชวง awทไมเหมาะสมจะท าใหเกดความผดปกตในการแบงตว, เยอหมเซลลถกท าลาย, เอนไซมใน membranes และ cytoplasm ถกท าลาย
ชนดของอาหารแบงตามคา aw
1 High moisture food (aw=0.99-0.90) อาหารสดทมสารทเตมลงไปต าเชน ไกสด, ผลไม, นม, น าผลไม สวนมากจะเสอมเสยไดจากแบคทเรยแกรมลบ, ราบางกลม
3 Intermediate moisture food (IMF) (aw=0.89-0.61) เปนอาหารทมการเตมเกลอหรอน าตาลลงไปเพอรกษาไมใหอาหารเสอมเสยไดเรว เชนทเรยนกวน, ปลาเคม, เคก การเสอมเสยสวนมากเกดจากเชอรา
4 Low moisture food ซงมคา aw ต ากวา 0.61 เชน บสกต, ซอกโกแลต
ชนดของปจจย1 ปจจยภายใน (intrinsic factors)
1.1 สารอาหาร
1.2 คา pH
1.3 คา Eh
1.4 สารยบยงเชอจลนทรย
1.5 คา aw
2 ปจจยภายนอก (Extrinsic factors)
2.1 คาความชนสมพทธ (%RH)
2.2 อณหภม (Temperature)
2.ปจจยภายนอก2.1 คาความชนสมพทธ (%RH) เมอวางอาหารไวในบรรยากาศจะเกด
การถายเทความชนระหวางอาหารและอากาศจนเกดความสมดล (Equilibrium)
อาหาร
การแบงชนดของเชอตามอณหภม1 Mesophiles เปนกลมทสามารถอาศยในมนษย สตวเลอดอน โดย
อณหภมทเหมาะสมคอ 37 องศาเซลเซยส เชน Staphylococcusaureus
2 Obligate psychrophiles (cold loving) เปนพวกทอาศยในมหาสมทร arctic และ antarctic ซงสามารถทนความเยนระหวาง 0, 1-5 องศาเซลเซยส
3 Psychrotrophs เปนกลมของเชอทพบในน าและดน เปนพวกททนอากาศเลวรายได เชน Pseudomonas fragil ทนอณหภมได -10 องศาเซลเซยสและเปนกลมทท าใหเกดการเสอมเสยกบอาหารทแชเยน (-1 ถง 5 องศาเซลเซยส) เชน Listeria monocytogenes, Clostridium botulinum type E