細菌,作為所有生物中數量最多的一類,是生態系統的重要組成部分,大部分細菌處在食物鏈的最底層,地位卑微。
作為分解者,它們將動植物殘骸、排洩物等所包含的有機物消化分解成簡單的無機物,如果沒有它們,生態系統的物質循環難以進行,可以想像一下枯葉滿地、屍橫遍野的景象。
細菌的發現歷程
1683年9月17日,荷蘭人列文虎克使用他自己設計研磨製作的單透鏡顯微鏡,在一位從未刷過牙的老人的牙垢中,發現其中竟然藏有許多會動的「小動物」,並將它們放大了200倍。
他在一篇文章中這樣寫道:「這些小傢伙幾乎像小蛇一樣用優美的彎曲姿勢運動……在人的口腔牙垢中生活的動物,比整個荷蘭王國的居民還要多。」列文虎克口中的小動物,正是後來被人們稱為細菌的微生物。
同時,他還在英國皇家學會的《哲學學報》上發表了由他自己手繪的第一張細菌圖像
列文虎克繪製的細菌草圖,其中a、b、f表示細菌,c、d表示移動,e表示球菌,g表示螺旋菌。
正是在列文虎克的引領之下,人類對於生命的探索真正進入新紀元——細胞生物學和微觀生物學,不過由於時代和科學認知的限制,那時的人們認為細菌是自然而然產生的。
這一錯誤的認知直到19世紀60年代,才被法國生物學家巴斯德改變。巴斯德進行了著名的鵝頸瓶實驗:
1、把肉湯灌進兩個燒瓶裡,兩個燒瓶的結構不同,一個是普通的燒瓶,瓶口豎直向上;另外一個燒瓶的瓶口彎曲成如鵝的脖子一樣的曲頸瓶,遂稱「鵝頸瓶」。
2、把兩個瓶子裡的肉湯煮沸,殺死肉湯中留有的細菌,室溫下冷卻,排除影響,使實驗更具說服力
3、兩個瓶子都不用塞子塞住瓶口,敞口放置在空氣中
4、幾天後,普通燒瓶裡的肉湯腐敗變質,而鵝頸瓶裡的肉湯則沒有腐敗,而且直到4年後,仍然新鮮如初,把鵝頸瓶的長頸打斷不久之後,瓶裡的肉湯腐敗變質了。
巴斯德的鵝頸瓶實驗說明肉湯的腐敗是由於空氣中的細菌進入肉湯造成的,而不是肉湯中自然產生了細菌。
從此,細菌作為一種生物,廣泛存在於空氣之中被越來越多的人所接受,不但如此,細菌廣泛存在於地球的各個角落,有生之處有它,地殼深處有它,火山口有它……細菌憑藉其頑強的生命力存在於我們看得見、看不見的地方。
有益有害的細菌,該怎麼殺死它
法國作為浪漫之都,同時也是葡萄酒的重要產地,有著得天獨厚的地理環境優勢,百年以來一直以生產出的優質葡萄酒享譽世界,暢銷全球。孕育出拉菲古堡、瑪歌酒莊、拉圖酒莊、侯伯王酒莊、木桐酒莊、柏圖斯酒莊等世界頂級酒莊。
紅酒雖好,但由於葡萄含有較多的糖分,且不同於白酒,紅酒的度數低,酒精含量少,釀製過程很容易出現葡萄酒變酸的情況,整桶整桶的葡萄酒只能倒掉。
十九世紀以前,這種情況時有出現,不少法國的酒商因此賠了不少錢,叫苦不迭,更有甚者傾家蕩產。
這種情況只要一日不改變,就會有更多的酒商受酒品變質發酸所累,做賠本買賣。因此,彼時的法國急需一位英雄,出手相助,以解燃眉之需。
作為國內、乃至世界頂級微生物學家、化學家,巴斯德剛被任命為新創立的裡爾大學化學教授兼總務長,其受酒商委託,挑下這個這個重任,幫助酒商們找出葡萄酒變酸的原因,以減少損失。
巴斯德把葡萄酒放在顯微鏡下觀察,他發現:未變質的陳年葡萄酒,其中有一種圓球狀的酵母細胞,而在變質發酸的葡萄酒裡,存在很多乳酸桿菌。
他斷定,就是它們在背後「使壞」,在營養豐富的葡萄酒裡繁殖,使葡萄酒「變酸」變質。
源頭問題解決了,又一個新的問題擺在巴斯德的面前——該如何在不傷害酵母菌的同時把有害細菌殺死?
巴斯德想到了一個最簡單的方法——加熱。
他把酒瓶固定在用鐵絲做的籃子裡,浸入水中,然後將水加熱到不同的溫度,經過反覆試驗觀察,巴斯德把水的溫度確定在五六十度,在此溫度下,水浴半個小時,就能有效的將酒裡乳酸桿菌殺死,而酵母菌的生物活性基本不改變。
這就是日後被稱為「巴氏殺菌法」(又稱高溫殺菌法)的殺菌方式,這一方法有效的解決了紅酒釀製過程中出現的酒品發酸變質的問題,保護了酒商們的利益,大大提振了法國的紅酒產業。
同時,巴氏殺菌法沿用至今,目前市面上銷售的奶製品大都採用此種方法殺菌,且保留了奶製品的大部分營養成分。
高溫破壞細菌的細胞結構
細胞作為生物體最基本的結構和功能單位,已知除病毒之外的所有生物均由細胞所組成,但病毒生命活動也必須在細胞中才能體現。(病毒到底是不是生物目前仍有很大爭議)
細胞本身也有著獨特的結構特徵,但只有在顯微鏡下才能窺見。對於細菌來說,分為基本結構和特殊結構。基本結構是各種細菌都具有的結構,包括細菌的細胞壁、細胞膜、細胞質、核質。特殊結構為某些細菌特有的結構,如莢膜、鞭毛、菌毛、芽胞。
與植物細胞的細胞壁類似,細菌的細胞壁有著維持細胞形狀、提高細胞機械強度的作用,保護細胞免受機械損傷和滲透壓等外力的破壞。
同時細菌的細胞壁有不同於植物細胞壁的作用,如決定細菌具有特定的抗原性、致病力以及對抗生素和噬菌體的敏感性等。
植物的細胞壁的主要成分為纖維素和果膠,而細菌的細胞壁的主要成分為肽聚糖。
細菌的細胞壁在高溫下通透性會發生不可逆改變,逐漸失去對細胞的保護作用,那到底需要多高的溫度、多長時間才能將細菌完全殺死呢?
各種細菌都需在最適溫度範圍內生長,如果環境溫度明顯高於最適溫度,細菌會被殺死,稱為「殺菌」;如果溫度低於最適溫度,細菌的新陳代謝活動受到抑制,稱為「抑菌」。
當高溫作用於微生物時,會首先改變細菌細胞壁的結構特性,對溫度敏感的物質如蛋白質、核酸、酶類等失去細胞壁的保護作用,在熱力作用下發生變性或凝固,活性消失,代謝發生障礙。
隨著高溫的繼續作用,細胞內原生質便發生凝固,酶結構完全破壞,活動消失,生化反應停止,滲透交換等新陳代謝活動消失,細胞死亡。
大多數無芽胞細菌在55℃~60℃下加熱30~60min就可被殺死,在100℃下立即死亡;有芽胞細菌如破傷風芽胞梭菌的耐熱性較高,需煮沸3小時才能被殺死。芽胞是某些細菌在一定的環境條件下,在菌體內部形成的一個圓形或卵圓形小體,是細菌的休眠方式,稱為內芽胞,簡稱芽胞。
只有少數細菌能形成芽孢,如炭疽桿菌、破傷風桿菌、蘇雲金桿菌等。
因此,生活中的絕大部分細菌還是很容易就被殺死了,只要確保足夠的加熱時間,並不需要擔心食物中的細菌對人體產生不利影響。
綜上所述:加熱到85攝氏度維持一段時間能把絕大多數細菌殺死,只有一小部分細菌耐熱性好,僥倖存活下來。