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逐梦经典 2021-10-07

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一、前言

我们所生活的环境中，到处都存在着大量的微生物。在一般空气中，微生物达800~3500个/m³,在土壤中达1~500*10⁸个/g，在严重污染的水中可达10⁷个/mL。( 饮用水要求细菌总数≤100个/mL,大肠杆菌≤3个/mL。经水塔或贮水池贮存后，短期内可繁殖至10⁵~10⁶个/mL。)人的头皮上有140万个/cm²，两手上约有4~40万个，1g指甲污垢38亿个，1g粪便可达10~1000亿个。

可以说微生物是无处不在，无处不有。许多以前被人们认为是极端(高温、高压、强酸、强碱、低温等)甚至是致死的环境，现在已发现生活着各种类型的微生物(称为极端微生物)。事实说明，微生物有特别顽强的生存、繁殖和变异能力来适应环境。

微生物种类繁多，有的对人有益，有的有害，有的无益也无害。但在药品生产过程中，不可能对环境中的各种微生物加以区别对待，为保证食品的安全有效，需要对其进行控制。空气中的微生物多数附着在灰尘上，或以芽孢形式悬浮于空气中，1μm以下者处于悬浮状态，10μm以上者会逐渐沉下来而形成菌尘。所以也要对尘粒进行控制。

人是洁净室最大的污染源，占90%左右。一般男性每人每分钟向周围排放1000个以上的含菌粒子，女性为750个以上。穿无菌服时，静止时的发菌量为10~300个/min,一般活动时发菌量为150~1000个/min,行走时发菌量为900~2500个/min。咳嗽一次发菌量为70~700个/min,喷嚏一次为4000~60000个/min。所以在洁净室中，人的数量和活动应有特别严格的限制。

二、微生物简介

微生物在自然界中的分布极为广泛，空气、土壤、江河、湖泊、海洋等都有数量不等、种类不一的微生物存在。在人类、动物和植物的体表及其与外界相通的腔道中也有多种微生物存在。

绝大多数微生物对人类和动、植物的生存是有益而必需的。自然界中氮、碳、硫等多种元素循环靠微生物的代谢活动来进行。例如空气中的大量氮气只有依靠微生物的作用才能被植物吸收，土壤中的微生物能将动、植物蛋白质转化为无机含氮化合物，以供植物生长的需要，而植物又为人类和动物所利用。因此，没有微生物，植物就不能新陈代谢，而人类和动物也将无法生存。

另一方面，中极少数微生物引起的传染病发病快、死亡率高、传播迅速、传播范围广，严重危害着人民健康。

微生物是广泛存在于自然界的一群体形微小 (直径小于1mm)、结构简单、肉眼看不见，必须借助光学或电子显微镜放大数百至数万倍才能观察到的生物。需要说明的是，微生物是一个比较笼统的概念，界线有时非常模糊。如单细胞藻类和一些原生动物也应算是微生物，但通常它们并不放在微生物中进行研究。

微生物具有以下特点:①体积小，面积大;②吸收多，转化快(2000倍体重/h) ;③生长旺，繁殖快(20min分裂一次) ;④易变异，适应强;⑤分布广，种类多(10万种以上)。

微生物按其结构、化学组成及生活习性等差异可分成三大类:①真核细胞型。细胞核的分化程度较高，有核膜、核仁和染色体;胞质内有完整的细胞器(如内质网、核糖体及线粒体等)。真菌属于此类型微生物。②原核细胞型。细胞核分化程度低，仅有原始核质，没有核膜与核仁:细胞器不很完善。这类微生物种类众多，有细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体和放线菌。③非细胞型。没有典型的细胞结构，亦无产生能量的酶系统，只能在活细胞内生长繁殖。体积微小，能通过除菌滤器。病毒属于此类型微生物。

三、微生物的形态结构

1.细菌(原核单细胞生物)

细菌按形状可分为:球菌(0.5~2μm) 、杆菌(长1~5μm，宽0.3~1μm) 和螺形菌(大小与杆菌相似)。

按革兰氏染色法染色的不同，分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。革兰氏阳性菌的细胞壁表面含较多的磷壁酸，会产生外毒素，如金黄色葡萄球菌;革兰氏阴性菌的细胞壁表面多含脂蛋白和脂多糖，会产生内毒素(即热原)，如大肠杆菌。

细菌一般有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核，有的还有荚膜、鞭毛、菌毛和芽胞等特殊结构。

细菌一般为无性繁殖，以二分法繁殖，儿十分钟或1~2小时分裂次。

资料:关于芽孢

在温度逐渐降低或营养缺乏时，芽胞杆菌属(如炭疽杆菌)及梭状芽胞杆菌属(如破伤风杆菌)能在菌体内形成一个折光性很强的不易着色小体，称为芽胞，芽胞是处于休眠状态的细菌，并非细菌的繁殖体，当环境适宜时，可恢复生长繁殖。

芽胞在自然界分布广泛，要注意防止污染。芽胞的抵抗力强，对热力、干燥、辐射、化学消毒剂等理化因素均有强大的抵抗力，用一般的方法不易将其条死。有的芽胞可耐100C沸水煮沸数小时。

杀灭芽胞最可靠的方法是高压蒸汽灭菌。当进行消毒灭菌时往往以芽胞是否被杀死作为判断灭菌效果的指标。

2.霉菌(丝状真菌的通称，真核多细胞生物)

霉菌是真菌的一部分。在培养基上长成绒毛状或棉絮状的菌丝体的真菌统称为霉菌。

霉菌细胞呈狭长的管状，称为菌丝，菌丝直径比细菌、放线菌大，约2~10μm。菌丝分枝连接，交错集合在一起的总体称为菌丝体。

霉菌大多数是多细胞微生物，菌丝细胞由细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核和各种细胞器组成。细胞壁很薄，往往在表面产生色素，使菌落出现各种颜色。

霉菌靠孢子繁殖，有无性繁殖和有性繁殖两种方式，以无性繁殖为主。有些真菌可用酿酒造酱，或用于发酵生产柠檬酸、葡萄糖酸、酶、抗生素(如青霉素、头孢菌素) ;少数真菌能引起各种真菌病。真菌产生的真菌毒素(如黄曲霉素)有毒。

3.酵母菌(真核单细胞生物，属真菌)

酵母菌以单细胞存在，呈圆形、卵圆形和香肠形，比细菌天，细胞长5~30um,宽1~5um。细胞结构有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核和各种细胞器等。

酵母菌的增殖分无性繁殖和有性繁殖两个阶段，有三种方式:芽殖、裂殖、孢子生殖。

酵母菌是重要的工业微生物，用于酿酒，生产单细胞蛋白、B族维生素、核酸、辅酶A、细胞色素C等。一般对人体无害。

4.放线菌(原核单细胞生物)

放线菌有生长发育良好的菌丝体，呈分枝状，菌丝宽为0.2~1.2um,革兰氏阳性。其内部构造与细菌相似，无完整的细胞核。菌落常星幅射状，因此称放线菌。

繁殖方式为无性孢子繁殖。最适pH6.7~7.5, 温度25~30°C。

放线菌可用于生产抗生素、维生素和酶类，少数可引起人畜放线菌病。

5.病毒

病毒是一类体积十分微小，结构简单，只含一种核酸(DNA或RNA)，没有产生能量的酶系统，只能在活细胞内以复制方式增殖的非细胞型微生物。病毒在自然界分布非常广泛，在所有其它生物中都有病毒寄居。病毒是最常见的致病微生物，人类传染病中大约75%是由病毒引起的。

病毒体主要由核酸和蛋白质组成。病毒体积微小，最大直径300nm (如牛痘病毒)，最小直径20nm(如口蹄疫病毒) ，绝大多数在150nm以下，能通过细菌滤器，用普通光学显微镜看不见，必须用电子显微镜放大数千至数万倍才能看见。形态多呈球形，少数为杆状或砖形。噬菌体(细菌病毒)有呈蝌蚪状的。

朊病毒于1982年发现，它很特殊，与一般病毒不同，是一种异常蛋白质，不含有核酸。与疯牛病(牛海绵状脑病)及人克雅氏病关系密切。其复制方式不明。

四、微生物的营养

1.水分:

水占细胞浆的70%~90%，是细胞的重要组成成分。较普遍的观点认为:只有在含水的环境中微生物才能存活。但也有人发现在无水碳氢化合物中微生物可长期存活。

2.碳源:

碳源是构成细胞的重要物质。有些微生物的碳源必须来自有机碳化合物如糖、蛋白质、脂肪、有机酸等(同时利用其化学能)，属异养型;有些微生物不需有机碳化合物，以CO2为碳源，属自养型(分为光能自养型和化能自养型)。

3.氮源:

氮是组成蛋白质和核酸的重要元素。

4.无机盐类:

细菌所需无机盐包括磷、硫、镁、铁、钾、钠、钙、氯、锰、锌、钻、铜等。其中磷、硫、镁、钾、钠、铁需要量较多，其他只需微量。

5.生长因子:

生长因子是某些微生物生长发育所必需，而其自身又不能合成的一类营养物质包括维生素、嘌呤和嘧啶等。

五、微生物生长的影响因素

1.营养物。

2.pH值:

各种微生物都有其最适宜的pH值，大多数细菌最适pH6.8~7.4，但一般有较大的容忍度，在4~9也可存活和生长，少数细菌能在极端pH值范围内生长。真菌适于pH值3~6的微酸性环境，但在2~10也可生长。

3.温度:

微生物适于生长繁殖要有适宜的温度，当超过其最低或最高可耐受的温度时，即停止生长或死亡。一般细菌最适温度为30~40℃，真菌为20~30℃。

4.氧气:

大多数细菌和所有霉菌都是需氧菌(在有氧环境中才能生长)，少数细菌是厌氧菌(在无氧环境中才能生长)，有些细菌和酵母菌是兼性需氧厌氧的，在有氧或无氧环境中都能生长繁殖。

5.渗透压:

微生物细胞膜和所有生物膜一样是一种半透膜，可让水自由通过，对溶质则有选择性。由于细胞壁的保护，微生物能存活在低渗透压的水中。而在高渗溶液(如高浓度的盐溶液或糖溶液、40%甘油)中，细胞会脱水并停止生长繁殖。但也有一些专性耐高盐细菌只有在高盐(10~15%)条件下才生长。

6.表面张力:

表面活性剂可降低表面张力它是影响细菌生长的因素之一。很多革兰氏阴性菌，特别是大肠菌群可很好地在表血活性剂包围的介质中生长，而大多数革兰氏阳性菌在表面张力低时(0.05N/m)不能很好生长。阳离子表面活性剂对很多有机体有毒性，阴离子表面活性剂毒性很小，非离子表面活性剂几乎没有毒性，并可成为某此微生物的营养物。

六、消毒与灭菌

消毒和灭菌两个词在实际使用中常被混用，其实它们的含义是有所不同的。消毒是指应用消毒剂等方法杀灭物体表面和内部的病原菌营养体的方法，而灭菌是指用物理和化学方法杀死物体表面和内部的所有微生物，使之呈无菌状态。

消毒是指杀灭或清除传播媒介上的病原微生物，使之达到无害化的处理。根据有无已知的传染源可分预防性消毒和疫源性消毒；根据消毒的时间可分为随时消毒和终末消毒。

灭菌是指杀灭或清除传播媒介上的所有微生物（包括芽胞），使之达到无菌程度。经过灭菌的物品称“无菌物品”。

消毒与灭菌是两个不同的要领。灭菌可包括消毒，而消毒却不能代替灭菌。消毒通常用于实验室检测环境、人员手部等，灭菌通常用于检测用具、检测试剂等。

1.常用灭菌法

（1）干热灭菌法

常见的有火焰、烧灼、干烤和红外线灭菌等。

①火焰、烧灼:通常用于实验室无菌操作中金属或其它耐火材料制成的器具的灭菌。

②干烤和红外线:利用干热空气或热辐射进行灭菌。一般135~145℃需3~5h, 160~170℃需2h以上，170~180℃需1h以上，180~200℃需0.5~1h。除热原则需250℃30min,或200℃45min, 180℃2h。

空气传热慢，穿透力不强，故干热灭菌时间长。

干热灭菌时烤箱内装入物品应留有空隙，以利空气流动，否则使箱内温度不均，部分物品灭菌不彻底。

（2）湿热灭菌法

通过热蒸汽或沸水使蛋白质变性而杀灭微生物的方法。湿热穿透力强，灭菌效果较干热好。

①煮沸或流通蒸汽灭菌:常压下沸水和蒸汽的温度是100℃，般处理30~60min可杀死细菌繁殖体，但不能完全杀灭芽孢。此法适用于不能高压蒸汽灭菌的物品。

②低温间隙灭菌(巴斯德灭菌法)：将物品先用60~80℃加热(或煮沸) 1h, 然后置20~25℃保存24h(或常温过夜)，使其中残存的芽孢萌发成繁殖体，再用以上条件灭菌，如此反复三次。本法适用于不耐高温或高温下易变质的物品，但很费时。

③高压蒸汽灭菌(热压灭菌法) :超过一个大气压时，水的沸点高于100℃，反之亦然。

高压蒸汽灭菌就是通过加压提高蒸汽温度，灭菌效果最好。它简便、经济、可靠、无毒，是最可靠、应用最广泛的灭菌法。此法适用于耐高温和潮湿的物品。常用条件为:

115.5℃ 30min

121.5℃ 20min

126.5℃ 15min

注意事项:

a.必须完全排出灭菌器内的空气。否则会影响灭菌器内温度达到规定的要求。

b.注意被灭菌物品的温度。灭菌器内温度与被灭菌物品的温度般是一致的，但在蒸汽输入过快时，后者可能低于前者，所以升温时要有一定的预热时间。另外，降温过快易引起玻璃炸裂。因此，对于一种灭菌产品，应制定固定的灭菌曲线(象冻干曲线样)。

c.定期检查灭菌器内温度的准确性。

（3)化学灭菌法

利用化学试剂形成的气体来杀灭微生物的方法。常用的灭菌剂为环氧乙烷(又称氧化乙烯)。

（4)滤过除菌法

利用细菌不能通过致密具孔滤材的原理，除去对热不稳定的药品溶液或液体物质中的细菌的方法。过滤法般只能除菌，不能除去支原体和病毒。

过滤除菌的效果与滤膜的性能、孔径的大小、密度、滤膜的厚度等因素有关。

滤过除菌法要求最终过滤的滤膜孔径为0.22pm。由于各厂家生产的相同规格的滤膜质量并不一致，为了保证除菌效果，在使用前后应检查滤器的完好性(如压力维持试验或起泡点试验)。一个过滤器的使用时间应根据品种验证后确定，一般不应超过8小时。

（5)辐射灭菌法

辐射有两种类型:一种是电磁波辐射，如紫外线、红外线、微波;一种是电离辐射，如可引起被照射物电离的X射线、y射线。

①紫外线:紫外光波长在136~390nm之间，其中260nm左石能破坏核酸，杀菌作用最强。

另外，空气中的氧受紫外线照射后，可微量转变为臭氧共同起杀菌作用。紫外线消毒的效果与光源的功率、光源与被照射物的距离、照射时间、温度和湿度等因素有关。我国规定紫外灯照射强度在距离1m处不低于70pW/cm²(以紫外线测强仪测定)

在操作面上要求强度达40μW/cm²以上。一般每10m²装30W灯管1支，工作前开30~60min。紫外灯的输出功率随使用时间增加而降低。国产紫外灯的平均寿命(点到70%额定功率的时间)一般为2000h,超过平均寿命时，就达不到预期效果，必须更换。

紫外线的穿透力很弱，不能穿透一般包装材料，如玻璃、塑料薄膜、纸等。玻璃能强烈吸收小于350nm的紫外线，石英玻璃能吸收小于200nm的紫外线。因此，它主要用于空气和物体表面消毒，特制的紫外灯装置也可用于水的消毒。

②红外线:通过加热碳化硅板产生的辐射热能，由空气传导加热灭菌。如红外线烤箱，温度可达180℃左右。热效应特点是由表及里。

③微波:微波灭菌主要是因其热效应。微波加热升温快，温度高且均匀，杀菌作用强。热效应特点是由里及表。不同性质的物品吸收微波的能力不同，其热效应和消毒效果也不同。

微波有一定穿透力，但不强。微波对人体有害，要注意防护。

④60Co灭菌:放射性同位素60Co(或137Cs)衰变时可放射出y射线，p射线的能量高、穿透力强，可使细胞内各种活性物质发生化学变化，从而使细菌损伤或死亡。经60Co辐射灭菌的物品温度升高很少，一般仅约5℃，故又称“冷灭菌”

60Co辐射存在两个方面的安全问题:一是辐射的直接作用。y射线对人体细胞同样有害;二是经过辐射的食品、药品的安全性。1984年美国农业部食品安全实验室用辐射处理的鸡肉喂饲小鼠，发现患肿瘤增加，包括加重癌病损害。因此60Co辐射用于食品和药品都应经过安全试验，进行科学的、全面的评价，高剂量的辐射药品更应慎重。

美国药典规定25kGy为有效灭菌剂量。1997年我国卫生部颁发了60Co中药灭菌标准，该标准限国内流通中药可用60Co辐照灭菌，规定了允许辐照的药材和中成药的品种和剂量。