摘要：本文根據(jù)生物科學資料介紹細菌和霉菌的一些最基本的構(gòu)造和特性，對常見霉腐微生物的繁殖條件做了概括敘述，最后對防霉抗菌問題研究的狀況做了分析，希望能對我國的防霉抗菌涂料發(fā)展有些幫助。
關(guān)鍵詞：微生物、細菌、霉菌、繁殖、防霉抗菌涂料、海洋防污涂料。
一、前言
人類與細菌的斗爭己廷續(xù)相當長的歷史了。文明社會的發(fā)展史也是人類與細菌的斗爭史，人類為了生存的需要，為了不被自然界中突然而來的巨大細菌災(zāi)難所毀滅，利用自己的智慧和勤勞一次又一次地戰(zhàn)勝過由于細菌所帶來的災(zāi)禍。
在我們涂料界中， 一代又一代涂料專家不顧困難重重，前赴后續(xù)，想研制出具有防霉抗菌的涂料。祈求利國利民、造福人類、凈化環(huán)境。但是在涂料中要真正能解決這個問題，還需要走很長的一段路，還要花費大量的人才和物力，還要從基礎(chǔ)科學入手。
二、常見霉腐微生物的基本構(gòu)造和特性
這里主要介紹細菌、霉菌這兩類引起霉腐變質(zhì)的微生物，自然界中常常是十分復(fù)雜和混合出現(xiàn)各種微生物的，為了將最基本的概念弄清楚，有利于我們涂料配方設(shè)計時有很明確的針對性，我們將根據(jù)文獻和資料來對它們分別進行介紹。
（一）什么是細菌
細菌是自然界中分布最廣、數(shù)量最多、與人類關(guān)系最密切的一類微生物。食品的變質(zhì)，食物中毒，墨汁發(fā)臭，抹布發(fā)黏，化妝品產(chǎn)氣發(fā)脹，某些傳染病的發(fā)生，鐵、銅、鋁等金屬制品的腐蝕等，主要是細菌活動的結(jié)果。下面對細菌的構(gòu)造繁殖方式以其菌藻形態(tài)分別做介紹：
（1）細胞的形態(tài)和構(gòu)造
細菌的大小與形態(tài)
細菌的個體很小，它的大小通常以µｍ表示。細菌的形態(tài)多種多樣，常隨著菌齡和環(huán)境條件的不同而有所改變。各種細菌在幼齡和生長條件適宜時，表現(xiàn)正常的形態(tài)。根據(jù)細菌的外形不同，可將細菌分為球形、桿形和螺旋形三種基本形態(tài)，分別被稱為球菌，桿菌和螺旋菌。球菌的直徑約為 0. 5～2µｍ，桿菌約為 (0. 5 ～ 1) µｍ×(1 ～ 5) µｍ，弧菌約為 (0. 3 ～O.5) µｍ×(1～5) µｍ，螺旋菌約為 (0. 3～l) µｍ×(l～50) µｍ。
①球菌 這類細菌單個存在時，呈圓球形或扁圓形。幾個球菌聯(lián)合在一起，其接觸面常呈扁平狀態(tài)。如尿素小球菌 (Micrococcus ureae)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)等。
②桿菌 桿狀的細菌，多數(shù)細菌為桿菌。桿菌的長短、形態(tài)差別很大。桿菌按其形態(tài)有短桿菌、鏈桿菌、分枝桿菌、棒狀桿菌和芽孢桿菌等。如傷寒沙門菌 (Salmonella typhi)、普通變形桿菌 (Proteus vulgaris)、痢疾志賀菌 (Shigella dysenteriae,)等。
③螺旋菌 細胞呈彎曲、螺旋狀的細菌。彎曲不足一圈的稱為弧菌，如霍
亂弧菌 (Vibrio cholerae)、玫瑰色螺菌 (Spirillum roseum)等。
（2）細菌的細胞結(jié)構(gòu)
細菌的細胞結(jié)構(gòu)可分為一般結(jié)構(gòu)和特殊結(jié)構(gòu)兩類。一般結(jié)構(gòu)，這是任何細菌都具有的共同構(gòu)造，主要由細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)和核質(zhì)體組成。鞭毛、莢膜和芽孢等，是某些細菌所特有的結(jié)構(gòu)。下面分別做介紹：
①細胞壁 包在細胞表面的一層堅韌而具有彈性的結(jié)構(gòu)，厚度一般在 lO～
80nm，細菌的細胞壁約占菌體干重的10%～25%。
細菌細胞壁的主要成分是肽聚糖 (又稱黏質(zhì)復(fù)合物)。肽聚糖是由 N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰胞壁酸 (N-乙酰羧乙基氨基葡萄糖)以及短肽聚合而成的多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)大分子化合物。其中的短肽一般由 4～5個氨基酸組成，如 L-丙氨酸-D-谷氨酸-L-賴氨酸-D-丙氨酸等，而且短肽中常有D-氨基酸與二氨基庚二酸存在。不同種類細菌的細胞壁中肽聚糖的結(jié)構(gòu)與組成不完全相同。肽聚糖是細菌、放線菌所特有的成分，它使細胞壁具有堅韌的特性。
細胞壁上有許多微細的小孔，可容許直徑1nm 的可溶性物質(zhì)通過，對大分
子物質(zhì)有阻攔作用。
②細胞膜 細胞膜也稱細胞質(zhì)膜或原生質(zhì)膜，或簡稱為質(zhì)膜，是緊靠在細
胞壁內(nèi)側(cè)，在細胞壁與細胞質(zhì)之間的一層柔軟而富有彈性的半滲透性薄膜。細胞膜厚度一般為 5～8nm，細菌細胞膜約占細胞干重的10 %。細胞膜主要由蛋白質(zhì)(60%～70%)和脂質(zhì)(主要是磷脂，含 20% ～30%)組成，此外還有少量的糖類物質(zhì)、固醇類物質(zhì)以及核酸等，構(gòu)成精細的膜結(jié)構(gòu)。
細胞膜的基本結(jié)構(gòu)是在液體的脂質(zhì)雙層中，鑲嵌著可移動的球形蛋白質(zhì)。脂質(zhì)雙層由兩排脂質(zhì)分子排列構(gòu)成膜的基本骨架，每個脂質(zhì)分子是由一個可溶于水的“頭部”(親水部分)和兩條脂肪酸鏈(疏水部分)組成。在脂質(zhì)雙層中，所有脂質(zhì)分子的親水端都朝向膜內(nèi)外兩表面，疏水端則朝向膜中央。鑲嵌在臘質(zhì)雙層內(nèi)的膜蛋白，稱嵌入蛋白質(zhì)，對膜的通透性起著重要作用。附著在脂質(zhì)雙層內(nèi)表面的膜蛋白，稱外在蛋白質(zhì)，含有許多呼吸酶系、三羧酸循環(huán)酶系和脫氫酶系。
③細胞質(zhì)及其內(nèi)含物 細胞質(zhì)是包于細胞膜內(nèi)、除核質(zhì)體之外的一種無色透明的膠狀物。細胞質(zhì)的主要成分是水、蛋白質(zhì)、核酸、脂類及少量的糖類和無機鹽類。細菌細胞質(zhì)中核糖核酸的含量較高，可達固形物的 15%～20%。
細胞質(zhì)是細菌的內(nèi)在環(huán)境，具有生命活動的所有特性，含有各種酶系統(tǒng)，是
細菌進行新陳代謝的主要場所，通過細胞質(zhì)使細菌細胞與周圍環(huán)境不斷進行物質(zhì)
交換。
④核質(zhì)體 細菌屬于原核生物，細胞內(nèi)沒有一個結(jié)構(gòu)完整的核，不具有核膜和核仁，因此沒有固定的形狀，只有一個核質(zhì)體。細菌核質(zhì)體的主要成分是DNA (脫氧核糖核酸)，細菌的核實際上是一個巨大的、連續(xù)的、環(huán)狀雙鏈DNA分子，長達 lmm，比細菌本身長 1000倍。
⑤鞭毛 某些細菌的表面，長著一種從細胞內(nèi)伸出的纖細而呈波狀的絲狀物稱為鞭毛。鞭毛著生在接近細胞膜的細胞質(zhì)中的基粒上，通過細胞膜和細胞壁而伸出體外。鞭毛的長度�？沙^菌體的若干倍，但直徑很細，一般為10～2Onm 。
鞭毛的主要成分是蛋白質(zhì)，只含有少量的多糖，或可能有脂類。鞭毛蛋白類似于動物肌肉中的肌球蛋白，能收縮。鞭毛是細菌的運動“器官”。鞭毛極其纖細易于脫落，細菌在幼齡時期運動活潑，衰老的細胞鞭毛脫落而不運動。
大多數(shù)球菌不生鞭毛。桿菌中有的生鞭毛，有的不生鞭毛�；【c螺旋菌都生有鞭毛。鞭毛著生的位置、數(shù)目與排列是細菌種的特征，有鑒定意義。
⑥莢膜 有些細菌在其細胞壁表面覆蓋一層疏松、透明的黏液性物質(zhì)，稱為莢膜。莢膜的厚度一般可達200nm。莢膜含有大量的水分，約占 90 %以上。其化學成分隨菌種的不同而不同，通常是多糖，少數(shù)革蘭陽性菌的莢膜是單一的多肽。
莢膜的形成與環(huán)境條件密切相關(guān)。如炭疽桿菌只是在被它所感染的動物體內(nèi)才形成莢膜；而腸膜狀明串珠菌 (Leuconostoc mesenteroides)只有在含糖量高、含氮量低的培養(yǎng)基中，才會產(chǎn)生大量的莢膜物質(zhì)。
⑦芽孢 某些細菌生長到一定階段，細胞內(nèi)會形成一個圓形、橢圓形或圓柱形的對不良環(huán)境條件具有較強抗性的休眠體，稱為芽孢。由于細菌芽孢的形成都在細胞內(nèi)，故又稱內(nèi)生孢子。由于每一個細菌只產(chǎn)生一個芽孢，所以芽抱不是細菌的繁殖方式。
（2）.細菌的繁殖方式
細菌一般進行無性繁殖，主要以裂殖的方式，由1個細胞分裂為 2個大小基本相等的子細胞。
細菌細胞分裂可分為核與細胞質(zhì)分裂、模隔壁形成和子細胞分離等過程。首先核分裂，同時在細胞赤道附近的細胞質(zhì)膜從外向中心作環(huán)狀推進，然后閉合而形成一個垂直于細胞長軸的細胞質(zhì)隔膜，使細胞質(zhì)分開，其次形成橫隔壁。細胞壁向內(nèi)生長，把細胞質(zhì)隔膜分成兩層，每一層分別形成子細胞的細胞質(zhì)膜。隨后橫隔壁也分成兩層，這樣每一個子細胞就各具一完整的細胞壁，最后是子細胞的分離。
除無性繁殖外，細菌存在著有性結(jié)合（繁殖）。但細菌有性結(jié)合頻率較低，主要以裂殖方式進行無性繁殖。
3. 細菌的菌落形態(tài)
細菌的形態(tài)很小，肉眼看不見單個細菌細胞。但是，當單個或少數(shù)細菌 (或其他微生物的細胞、孢子)接種到固體培養(yǎng)基后，如果條件適宜，它們就會迅速生長繁殖。由于大量子細胞不能像在液體培養(yǎng)基中那樣自由彌散，勢必會以母細胞為中心形成一個較大的子細胞群體。這種由單個細菌細胞（或少數(shù)細菌細胞），在固體培養(yǎng)基的表面（有時在內(nèi)部）繁殖出來的、肉眼可見的子細胞群體，稱為菌落。
不同種的細菌所形成的菌落形態(tài)不同。同一種細菌常因培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)時間等不同，菌落形態(tài)也有變化。但是，各種細菌在一定的培養(yǎng)條件下形成的菌落具有一定的特征。菌落的特征，對菌種的識別和鑒定有一定意義。
菌落形態(tài)包括菌落的大小、形狀（圓形、假根狀、不規(guī)則狀等）、隆起形態(tài)（如擴散、臺狀、低凸、凸面、乳頭狀等）、邊緣（如邊緣整齊、波狀、裂葉狀、圓鋸齒狀等）、表面狀態(tài)（如光滑、皺褶、顆粒狀、龜裂狀、同心環(huán)狀等）、表面光澤（如閃光、不閃光、金屬色澤等）、質(zhì)地（油脂狀、膜狀、黏、脆等）、顏色以及透明程度（如不透明、半透明等）等項。
（二）什么叫霉菌
霉菌在自然界分布輾廣，大量存在于土壤中，比其他微生物更能耐受較酸的環(huán)境，空氣中也含有大量霉菌孢子。人們可以輕易地用肉眼看到這些生長在陰暗潮濕處，呈絨毛狀、絮狀或絲狀的“霉”。霉菌是引起各種工業(yè)原料、農(nóng)副產(chǎn)品、儀器設(shè)備、衣物、器材、工具和食品等發(fā)霉變質(zhì)的主要微生物。
1. 霉菌的形態(tài)和構(gòu)造
霉菌的菌體由菌絲構(gòu)成，菌絲可無限止伸長和產(chǎn)生分枝，分枝的菌絲相互交織在一起形成菌絲體。
霉菌的菌絲有兩類：一類菌絲中無隔膜，整個菌絲體可看作是一個多核的單細胞，如低等種類的根霉、毛霉、犁頭霉等霉菌的菌絲均無隔膜；另一類菌絲體有橫隔膜，每一段就是一個細胞，整個菌絲體是由多細胞構(gòu)成，多數(shù)霉菌都屬這一類。
霉菌的菌絲細胞都由細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)、細胞核和其他內(nèi)含物組成。菌絲的寬度一般為 2～lOµm，比細菌或放線菌寬幾倍至幾十倍。細胞壁的厚度為100～250nm，成分各有差異，大部分霉菌的細胞壁由幾丁質(zhì)組成 (占干重的2%～26%)。
2. 霉菌的繁殖方式
(1)無性孢子繁殖 無性孢子主要有孢子囊孢子、分生孢子、節(jié)孢子、厚垣孢子等。
①孢子囊孢子 是一種內(nèi)生孢子，為毛霉、根霉、犁頭霉等一些低等霉菌無性繁殖產(chǎn)生。
②分生孢子 在菌絲頂端或分生孢子梗上，以類似于出芽的方式形成單個或成簇的孢子，稱為分生孢子。分生孢子是青霉、曲霉、木霉等大多數(shù)霉菌所具有的一種外生孢子，其形狀、大小、結(jié)構(gòu)以及著生的情況多種多樣。
③節(jié)孢子 亦稱粉孢子，為白地霉等少數(shù)種類所產(chǎn)生的一種外生孢子。由菌絲中間形成許多隔膜，順次斷裂成許多竹節(jié)狀的短圓柱形的無性孢子。
④厚垣孢子 又稱厚壁孢子，很多霉菌可形成這類孢子。它們形成的方式類似于細菌的芽孢。這種厚垣孢子對外界環(huán)境有較強的抵抗力。
⑤芽孢子 由菌絲細胞如同發(fā)芽一般產(chǎn)生的小突起，經(jīng)過細胞壁緊縮形成的一種耐受體，形似球狀，如某些毛霉或根霉在液體培養(yǎng)基中形成，被稱為酵母型細胞的，亦屬芽孢芋子。
(2)有性孢子繁殖 有性孢子主要有卵孢子、接合孢子、子囊孢子、擔孢子等。 霉菌的有性孢子是經(jīng)過不同性別的細胞配合而產(chǎn)生的。
①卵孢子 菌絲分化成雄器和藏卵器。藏卵器內(nèi)有一個或數(shù)個卵球。當雄器與藏卵器相配時，雄器中的細胞質(zhì)和細胞核通過受精管而進入藏卵器，與卵球配合，配合后的卵球生出外壁，即成為卵孢子。
②接合孢子 接合孢子是由菌絲生出形態(tài)相同或略有不同的配子囊接合而成。其形成過程為兩個相鄰近的菌絲相遇，各自向?qū)Ψ缴斐鰳O短的側(cè)枝，稱原配子囊，原配子囊接觸后，頂端各自膨大并形成配子囊，然后兩者接觸處溶解，隔膜消失，細胞質(zhì)與細胞核相互結(jié)合，形成一個深色、厚壁和較大的接合孢子。
③子囊孢子 子囊孢子是一種內(nèi)生的有性孢子，各種子囊菌都能產(chǎn)生。子囊孢子產(chǎn)生于子囊中，子囊是一種囊形結(jié)構(gòu)，呈圓球狀、棒狀或圓筒狀。同一或相鄰的兩個菌絲細胞形成兩個異形配子囊，即產(chǎn)囊器和雄器，兩者進行配合，經(jīng)過一系列復(fù)雜的質(zhì)配和核配后，形成子囊。子囊中子囊孢子數(shù)目通常是2的倍數(shù)，一般為8個。大多數(shù)真菌子囊包在特殊的子囊果中。子囊的形狀、大小、顏色、形成方式等，均為子囊菌的菌種特征，常作為分類的依據(jù)。
④擔孢子 為各種擔子菌所特有的外生有性孢子，經(jīng)過兩性細胞核配合后產(chǎn)生，著生在擔子上，典型擔子菌的擔子都有4個擔孢子。
此外，在液體培養(yǎng)基中，霉菌菌絲斷裂的片段也可以生長成新的菌絲體而進
行繁殖。
3.霉菌的菌落形態(tài)
霉菌和放線菌一樣，在固體培養(yǎng)基上有營養(yǎng)菌絲和氣生菌絲的分化。氣生菌絲較松散地暴露在空氣中，因而形成干燥、疏松和不易從培養(yǎng)基中挑出菌絲的菌落。
三、常見霉腐微生物的繁殖條件
研究環(huán)境因素與微生物間的相互影響，有助于了解霉腐微生物在自然界、在涂料中以及食品等中的分布及作用，使人們有可能采取有效措施來抑制甚至完全破壞霉腐微生物的生命活動，從而防止疾病的傳染以及在涂料、各種工業(yè)制品的腐敗霉變。
影響微生物生長繁殖的環(huán)境因素是復(fù)雜的、多方面的，它們相互之間又密切聯(lián)系。這里主要介紹營養(yǎng)、空氣、水分、溫度、pH和滲透壓對微生物生長繁殖的影響。
一、營養(yǎng)物質(zhì)
微生物具有一般生物所具有的生命活動規(guī)律，其需要從外界環(huán)境不斷吸收營養(yǎng)物質(zhì)并加以利用，從中獲得進行生命活動所需要的能量，并合成新的細胞物質(zhì)，同時排出廢物。
從各類微生物細胞物質(zhì)成分的分析中得知：微生物細胞的化學組成和其他生物的化學組成并沒有本質(zhì)的區(qū)別，主要組成元素是碳、氫、氧、氮（占全部于重的90%～97%）和礦質(zhì)元素（占全部干重的3%～10%）。由這些元素組成細胞中的蛋白質(zhì)、核酸、碳水化合物、脂類等各種有機物質(zhì)，以及元機成分。
(1)碳源 凡可構(gòu)成微生物細胞和代謝產(chǎn)物中碳架來源的營養(yǎng)物質(zhì)稱為碳源。碳源（碳素化合物）是構(gòu)成菌體成分的重要物質(zhì)，又是產(chǎn)生各種代謝產(chǎn)物和細胞內(nèi)貯藏物質(zhì)的主要來源。微生物對碳素化合物的需要極其廣泛，從簡單的無機碳化物到復(fù)雜的天然有機碳化物都能被不同的微生物所利用。
(2)氮源 凡構(gòu)成微生物細胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)稱為氮源。氮源是構(gòu)成微生物細胞蛋白質(zhì)、核酸等重要物質(zhì)的主要營養(yǎng)物質(zhì)。氮源一般不提供能量，但硝化細菌能利用銨鹽和亞硝酸鹽作為氮源和能源。
氮源可分為無機氮和有機氮。就微生物的總體來說，從分子態(tài)氮到復(fù)雜的有機含氮化合物，包括硝酸鹽、銨鹽、尿素、酰胺、嘌吟堿、嘧啶堿、氨基酸、蛋白質(zhì)等都能被微生物利用。
(3)無機鹽類 無機鹽類也是微生物生命活動所不可缺少的營養(yǎng)物質(zhì)，其主要功能是：構(gòu)成菌體的成分；作為輔酶或酶的組成部分或維持酶的活性；調(diào)節(jié)細胞滲透壓、氫離子濃度以及氧化還原電位等。某些自養(yǎng)微生物可以利用無機鹽作為能源。
無機元素包括主要元素和微量元素兩類。主要元素有磷、硫、鎂、鉀、鈣等；微量元素如鐵、銅、鋅、錳、鉬、鈷、硼等。
(4)生長素 凡能調(diào)節(jié)微生物代謝活動的微量有機物質(zhì)，稱生長素。廣義的生長素包括氨基酸、瞟呤、嘧啶、維生素等；狹義來說生長素主要指B族維生素，B族維生素是構(gòu)成輔酶的重要組成成分，或者本身就是輔酶。
生長素與碳源、氮源不同，它不是一切微生物所需要的營養(yǎng)要素，而僅為某些不能自己合成一種或幾種生長素的微生物的必要的營養(yǎng)物質(zhì)。
二、空氣
空氣對微生物的生長繁殖有極大的影響。根據(jù)微生物對氧的要求，可將微生物分為以下三類。
(1)專性好氣菌 又稱專性好氧菌。僅在空氣或有氧的條件下才能生長，它們要求空氣中的分子態(tài)氧作為呼吸過程中最終的電子（氫）受體。這類微生物包括全部霉菌、大部分放線菌及部分細菌。
(2)專性厭氣茵 又稱專性厭氧菌。僅在沒有空氣或無氧條件下生長，它們不需要分子態(tài)氧，而需要其他物質(zhì)作為生物氧化過程中的最終電子（氫）受體，分子態(tài)氧對它們往往有毒害作用。專性厭氣菌包括部分細菌、放線菌，例如硫酸鹽還原菌，生活在含有有機質(zhì)及硫酸鹽的厭氧環(huán)境中，產(chǎn)生大量H2S, 引起土壤中、水中金屬構(gòu)件腐蝕，造成危害。
(3)兼性好氣菌或兼性厭氣菌 它們既能在有空氣或氧氣的條件下生長，又能在沒有空氣或氧氣的條件下生長。在有分子態(tài)氧的條件下，它們進行正常的有氧呼吸；在缺乏分子態(tài)氧的條件下，則進行無氧呼吸或發(fā)酵，以獲得新陳代謝所必需的能量。這類竿物包括酵母菌、一些腸道菌和硝酸鹽還原菌等。
三、水分
水分是微生物最基本的營養(yǎng)要素。微生物細胞中含有大量的水分，例如細菌含水量平均為80%（73.35%～87.7%）, 酵母含水量為75%（54.0%～83%）, 霉菌含水量為85.79%～88.32%, 霉菌的孢子含水量為38.87%。微生物的生長繁殖和一切生命活動都離不開水。需水量的多少隨微生物的種類而不同，一般來說水分的需要量是：細菌>酵母>霉菌。
與微生物的發(fā)育有密切關(guān)系的不是水分含量，而是水分活性（water activity, 簡寫成Aw）。微生物的繁殖與培養(yǎng)基或基質(zhì)中的水分活性有關(guān)，水分活性低，繁殖就差，一旦水分活性低于某種水平時，整個繁殖就停止。當水分活性在0.995附近，普通菌的發(fā)育最旺盛。下表列出了微生物的發(fā)育與水分活性的關(guān)系。
微生物的發(fā)育與水分活性的關(guān)系
|
微生物
|
發(fā)育的最低A-
|
微生物
|
發(fā)育的最低Aw
|
|
普通細菌
普通酵母
普通霉菌
|
0. 90
o. 88
o. 8o
|
好鹽細菌
耐干性毒菌
耐滲透壓酵母
|
≤0. 75
0. 65
0. 61
|
四、溫度
在影響微生物生長繁殖的外界因素中，溫度的影響最為密切。溫度的影響表現(xiàn)在兩方面：一方面，隨著溫度的上升細胞中的生物化學反應(yīng)速率加快；另一方面，組成細胞的物質(zhì)如蛋白質(zhì)、核酸等都對溫度較敏感，隨著溫度的升高，這些物質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)受到破壞，從而引起微生物生長的抑制，甚至死亡。因此只在一定的溫度范圍內(nèi)，微生物的代謝活動和生長繁殖才隨著溫度的上升而增加。溫度上升到一定程度，開始對微生物產(chǎn)生不良影響，如果溫度繼續(xù)升高，則微生物細胞功能急劇下降以致死亡。
溫度對微生物的生長繁殖影響很大。一般來講，微生物對低溫的抵抗能力較之對高溫的抵抗能力強。當環(huán)境溫度超過微生物的最高生長溫度時，引起細菌內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的變性，以及酶的失活，最終引起微生物的死亡。溫度越高，微生物死亡越快。不同的微生物對高溫的抵抗力不同。大多數(shù)細菌、酵母菌、真菌的營養(yǎng)細胞在50～65℃加熱l0min就可致死。放線菌和霉菌的孢子比營養(yǎng)細胞抗熱性強，在76～80℃加熱l0min才致死。細菌的芽孢抗熱性最強，要在100℃高溫下處理相當長時間才致死。
微生物的抗熱性還取決于菌齡、基質(zhì)成分及微生物的數(shù)量。一般老齡菌比幼齡菌抗熱性強�；|(zhì)成分對微生物的抗熱性也有影響，基質(zhì)中的脂肪、糖、蛋白質(zhì)對微生物有保護作用，從而增強了微生物的抗熱性。基質(zhì)pH值偏離7時，特別是偏向酸性時，微生物的抗熱性明顯降低。微生物的數(shù)量越多�？篃嵝栽綇姡@是因為菌體細胞能分泌對菌體有保護作用的蛋白質(zhì)等。
五、pH值
環(huán)境中的pH (氫離子濃度)值對微生物的生長繁殖有很大的影響。pH值對微生物生長繁殖的影響是多方面的，但不外乎是影響微生物細胞的外環(huán)境和內(nèi)環(huán)境。前者如影響氧的溶解度、營養(yǎng)物質(zhì)的物理化學狀態(tài)以及氧化還原電位等。
各類微生物有其不同的最適pH值及可以生長的pH值范圍。大多數(shù)細菌生長的pH值范圍是4～9, 最適pH值接近7。酵母和霉菌的最適pH值趨向酸性。放線菌的最適pH值一般在微堿性范圍。人們可利用酸類或堿類物質(zhì)，通過改變環(huán)境的pH值，來達到抑制或殺死霉腐微生物的目的。酸、堿的濃度越高，則殺菌力越大。此外還與酸、堿的電離度有關(guān)，電離度越大，則滅菌效果越好。無機酸如硫酸、鹽酸等殺菌力強，但由于腐蝕性大，實際上不宜用作消毒劑。食品工業(yè)中常應(yīng)用苯甲酸、丙酸、脫氫醋酸等作為防腐劑，來抑制酵母、霉菌、細菌的生長。堿類物質(zhì)由于毒性大，一般只用于倉庫及棚舍等環(huán)境的消毒。
六、滲透壓
滲透壓對微生物的生命活動有很大的影響。微生物的生活環(huán)境必須具有與其細胞大致相等的滲透壓，超過一定限度或突然改變滲透壓，會抑制微生物的生命活動，甚至會引起微生物的死亡。在高滲透壓溶液中微生物細胞脫水，原生質(zhì)收縮，細胞質(zhì)變稠，引起質(zhì)壁分離。在低滲透壓溶液中，水分向細胞內(nèi)滲透，細胞吸水膨脹，甚至破壞。在等滲溶液中，微生物的代謝活動最好，細胞既不收縮也不膨脹，保持原形不變。常用的生理鹽水（0.85%NaCl溶液）就是一種等滲溶液。
適宜于微生物生長的滲透壓范圍比較廣，微生物對滲透壓有一定的適應(yīng)能力，逐漸改變環(huán)境的滲透壓，微生物能適應(yīng)這種變化。在海水、鹽湖、水果汁中生長的微生物，大部分可以逐漸適應(yīng)在低滲透壓的培養(yǎng)基中生長。有些微生物專性嗜高滲透壓，必須在高滲環(huán)境中才能生長。中等嗜鹽微生物可在2%鹽溶液中生長，極端嗜鹽微生物可在15%～30%鹽溶液中生長。
綜上所述，微生物的繁殖和生命活動需要一定的營養(yǎng)條件和生理條件，而且各種微生物都有自己最適合的生長條件。防霉防腐的目的，就是有目的地控制這些條件，人為地破壞霉腐微生物的最適生長條件，抑制甚至殺死霉腐微生物，從而防止制品和物品被微生物污染。
四、目前研究狀況
微生物災(zāi)害的研究是一門新興的邊緣科學，近年來已引起世界各國的普遍重視。早在20世紀50年代初，歐美以及日本等就開始研究出口商品、軍用品以及民用品等方面的微生物災(zāi)害及防治技術(shù)，主要對象是皮革制品、紡織品、木材及其制品、紙張、包裝材料等。60年代以后，研究工作開始涉及塑料、橡膠、金屬材料、光學儀器、精密儀器等范圍。如“阿波羅”登月號所用的精密儀器都采用了有效的防霉措施。
國外許多高等院校、研究機構(gòu)以及產(chǎn)業(yè)部門都開展了微生物災(zāi)害的研究，其任務(wù)是調(diào)查微生物災(zāi)害的實態(tài)，研究防止技術(shù)，確定綜合性的防范措施等。在英國伯明翰阿斯頓大學設(shè)立了“國際生物災(zāi)害情報中心”(International Biodeterioration Information Center)。日本于1973年成立了防菌防霉學會，同時出版《防霉防菌》雜志，定期舉辦討論會，日本的大阪大學、筑波大學、近畿大學、東京農(nóng)業(yè)大學、井上微生物災(zāi)害研究所、東京綜合防霉研究所等都開展這方面的研究工作。美國的哈佛大學、馬里蘭大學、哥倫比亞大學、加利福尼亞大學、韋恩州立大學、通用電氣公司研究所、宇航局研究所、道 (Dow)化學公司、文特�。╒entro）化工公司等都開展這方面的研究工作。另外，前蘇聯(lián)、加拿大、法國、德國、瑞典、波蘭、澳大利亞、印度等國也都重視這方面的研究工作。還有許多國家對工業(yè)材料及其制品實行污染菌的控制和檢驗，規(guī)定污染菌的指標，制定霉菌抵抗性試驗規(guī)范。
我國早在20世紀60年代就開始重視微生物災(zāi)害或防霉方面的研究。于2003年籌建中的全國防霉防菌協(xié)會至今已經(jīng)在全國范圍內(nèi)召開了七屆防霉防菌技術(shù)研討及產(chǎn)品交流會。
在涂料行業(yè)中，國內(nèi)外都有一批專業(yè)人員在辛勤地探索。國外發(fā)達國家的研究成果，除了少數(shù)公開外，目前還有相當部分是保密的，是有償服務(wù)的，在國內(nèi)市場上，也有不少“防腐涂料”、“殺菌涂料”、“抗霉涂料”但是效果如何？如何鑒定？有無標準可查……一系列問題，令人擔心，令人無奈。
五、防霉抗菌工作如何進行
（1）防霉抗菌劑的種類
常見的主要抗菌藥物有500種以上，包括有機和無機的，它們的理化性質(zhì)，毒性及防霉抗菌效果各不相同。下面舉幾個例子說明，限于篇幅無法全部列出。
①1,3-二羥甲基-5,5-二甲基海因（C7H12N204，分子量188.18）又稱DMDMH 屬低毒化合物。是一種廣譜防霉抗菌劑，主要針對細菌，對真菌效果一般，被廣泛用于涂料，油墨，印刷等行業(yè)，主要都緩慢釋放甲醛達到防霉抗菌的效果，正因為釋放甲醛影響環(huán)境，己被許多國家禁止使用。
②二硫代水楊酸（C14H10O4S2，分子量306.36）又稱DSTA，DTDBA，屬低毒化合物對常見霉菌，細菌都有較好的抑制作用，尤其對出芽短梗霉、黑曲霉、蠟葉芽枝霉等有效，加入涂料和粘合劑中，可提高產(chǎn)品的耐霉性能。
③4,5-二氯-N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮（C11H17Cl2NOS分子量282.22）又稱ROZONE 2000、DCOIT。系一種白色粉末，具有廣泛殺菌活性和優(yōu)異的殺藻性能，是一種理想的海洋防污劑，在現(xiàn)有環(huán)境中對海洋生物毒性最小，與三丁基錫（TBT）相比，本產(chǎn)品屬環(huán)境友好型，是有機錫的最佳替代品。
本品DCOIT和其它防污劑組合成不同的配方：DCOIT+氧化亞銅；DCOIT+氧化亞銅+百菌清；DCOIT+硫氫酸亞銅；DCOIT+氧化亞銅+敵草隆；DCOIT+硫氫酸亞銅+敵草��；DCOIT+2-甲硫基-4-叔丁氨基-6-環(huán)丙氨基三嗪的組合，可以實現(xiàn)長期高效、低毒、安全的要求。由于DCOIT對硅藻、細菌、藻類植物和藤壺等動物都有很好的抑制作用，并且通過水解，光降解和生物降解很快分解，不產(chǎn)生累積效應(yīng)。因此自1999年以來在北歐、瑞典、冰島、挪威、丹麥等國聯(lián)合開展了DCOIT代替TBT防污劑的研究。
④氧化亞銅（Cu2O，分子量143.1）為紅棕色粉末，在潮濕大氣中易被氧化，而轉(zhuǎn)化為碳酸銅。氧化亞銅屬低毒化合物，它主要靠銅離子起殺菌作用，它可被萌發(fā)的孢子吸收，達到一定的濃度可殺死孢子細胞，從而起到殺菌作用。它被廣泛用于海洋涂料的防污劑，在海水中它分解產(chǎn)生的銅離子使海生物的主酶失去活性，使生物細胞蛋白質(zhì)絮凝產(chǎn)生金屬蛋白質(zhì)沉淀物，致使生物組織發(fā)生變化而死亡。當銅離子臨界滲出率為10µg/(cm2.d )時對藤壺有效，10～20µg/( cm2.d )時對水螅、水母有效，20～50µg/( cm2.d)時對藻類有效，40µg/( cm2.d )對細菌黏膜有效。
（2）對霉腐微生物的調(diào)研
這是非常重要的工作。由于微生物種類繁多，習性各異。因此，生長在各種不同工業(yè)材料或制品上的微生物種類亦不相同。換言之，各種工業(yè)材料或制品中的污染菌的品種不一樣。例如，在乳膠涂料中繁殖的微生物主要是細菌，包括假單胞桿菌、海生黃桿菌、黃色八疊球菌、蕈狀芽孢桿菌等，而在涂膜上生長的微生物主要是霉菌，包括出芽短梗霉、蠟葉芽枝霉、黑曲霉、集團莖點霉、交鏈孢霉等。盡管從發(fā)霉的皮革表面分離到幾十種霉菌，但是引起皮革發(fā)霉的主要霉菌是青霉和曲霉。
由于不同品種的微生物對某種藥物的敏感性不一樣，即某種藥物對不同品種的微生物具有一定的專一性，因此，依靠一種或幾種藥物來解決不同工業(yè)材料或制品的霉腐問題是不可能的。了解某種工業(yè)材料或制品上霉腐微生物的種類，為篩選合適的防霉抗菌劑，解決產(chǎn)品的霉腐問題提供了依據(jù)，這樣才能做到有的放矢，對癥下藥。
霉腐微生物調(diào)查的一般過程如下所述。
(1)采樣 使用滅菌的磨口玻璃試劑瓶或大試管或小三角燒瓶和采樣工具，現(xiàn)場取樣 (最好取微生物數(shù)量多的霉腐樣品)，放入帶冰塊的保溫瓶，帶回實驗 室，置于冰箱內(nèi)待檢。
(2)分離 使用滅菌的細菌培養(yǎng)基或霉菌培養(yǎng)基，根據(jù)污染程度的大小，即霉腐菌的多少，用無菌水稀釋若干次，于適宜溫度下培養(yǎng)一定時間，待污染菌菌落明顯出現(xiàn)為止。在無菌室內(nèi)，于火焰旁，用接種針（環(huán))挑取各菌落于培養(yǎng)基斜面中再培養(yǎng)。最后將長好的斜面保存于冰箱備用。
(3)鑒定 微生物種類的鑒定是一項繁瑣和費時的工作，一般由專業(yè)機構(gòu)完成，因為要借助顯微鏡做形態(tài)觀察和進行各種生理生化試驗。通常情況下，應(yīng)用單位不必進行此項工作，只要將分離到的各種微生物編號保藏即可，同樣可供防霉抗菌劑的篩選試驗之用。而如果一定要確知某種污染菌的名稱，則可委托專業(yè)機構(gòu)來完成。
（3）實驗室供試微生物
實驗室中可供試驗的微生物主要如下列四類，其中不少與涂料霉變相關(guān)
⑴霉菌 黑曲霉 (Aspergillus niger)、黃曲霉 (Aspergillus flavus)、變色曲霉 (Aspergillus versicolor)、橘青霉 (Penicillium citrinim)、宛氏擬青霉(Pacilomyces varioti)、蠟葉芽枝霉 ( Cladosporium herbarum)、綠色木霉(Trichoderma viride)、球毛殼霉 (Chaetomium globasum)。
(2)細菌 巨大芽孢桿菌 (Bacillus megaterium)、大腸桿菌 (Escherichia coli)、金黃色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus)、枯草芽孢桿菌 (Bacillus subtilis)、熒光假單胞桿菌 (Pseudomonas fluorescens)。
(3)酵母 酒精酵母 (Klocckeria janke)、啤酒酵母 (Saccharomyces cereuisiae)
(4)其他常見菌 交鏈孢霉(Alternaria sp.)、毛霉(Aetinomucor elegans)、根霉(Rhizopus sp.)、出芽短梗霉(Aureobasidium pullulans)、銅綠假單胞桿菌 (Pseudomonas aeruginosa)、白色念珠菌(Candida albicans)。
（4）防霉抗菌劑的篩選
由于工業(yè)防霉抗菌劑種類繁多，性質(zhì)各異，要選擇某種或某幾種藥物來解決涂料工業(yè)材料或制品的霉腐問題，就必須對眾多的防霉抗菌劑進行一系列篩選試驗。
對防霉抗菌劑的要求為：作為一種理想的防霉抗菌劑，必須符合高效、廣譜、低毒、長效、穩(wěn)定、互溶性良好、價格適中、貨源充足等要求。還要考慮到色澤、氣味、腐蝕性、溶解性等因素。而要完全滿足上述各種要求是相當困難的。因此在實際使用時，可采用兩種或兩種以上藥物的復(fù)配技術(shù)，協(xié)同作用。
(1)初篩 目前使用的工業(yè)防霉抗菌劑有幾百種，首先要對各種防霉抗菌劑的物理化學性質(zhì)有基本了解，從中選取所需要的能解決工業(yè)材料或制品霉腐問題的藥物。其次要對所選取的藥物做防霉抗菌效果的試驗。此項工作十分重要，否則就不能有針對性地尋找到具有良好防霉抗菌效果的藥物。初篩一般采用平板抑菌圈法，初步考察藥物對混合細菌、混合霉菌或混合酵母菌的抑殺能力的大小。進而選擇抑菌圈較大的，也就是防霉抗菌能力強的藥物進行進一步復(fù)篩試驗。
(2)復(fù)篩 在對混合細菌、霉菌或酵母初篩的基礎(chǔ)上，用最低抑制濃度法(MIC法)對各種微生物做最低抑制濃度的檢測試驗，從而了解各種藥物防霉抗菌效果，為防霉抗菌劑在某種工業(yè)材料或制品中的應(yīng)用提供必要的依據(jù)。某種藥物對各種微生物的MIC數(shù)據(jù)是不一樣的，此即為某防霉抗菌劑對某種或某幾種微生物處理效果。
①添加試驗 也叫互配試驗，即將篩選到的防霉抗菌劑或復(fù)配物以一定比例添加到工業(yè)材料或制品中。試驗者必須熟悉工業(yè)材料或制品的制造工藝（從涂料原料的選用、按配方投料、分散、研磨），以能恰當掌握添加到某一道工序。添加的防霉抗菌劑既要能夠解決霉腐問題，又不能影響材料或涂料的性能和質(zhì)量，否則防霉抗菌劑效果再好，也不能使用。例如，當防霉抗菌劑添加到乳膠涂料中后，應(yīng)關(guān)注是否影響涂料的白度；是否引起破乳、是否引起涂料分層、結(jié)塊。當防霉抗菌劑添加到樹脂塑料中時，是否能耐高溫；是否會產(chǎn)生難聞的氣味；是否影響樹脂塑料的顏色；當防霉抗菌劑添加到金屬加工液時，pH值是否恰當；是否對機械設(shè)備起腐蝕作用；當防霉抗菌劑用于木材防腐時，是否使木材顏色起變化等，這些均必須予以考慮。
②挑戰(zhàn)試驗 就是在已添加防霉抗菌劑的工業(yè)材料或制品中加入一定量的供試微生物懸浮液，混合均勻后于適宜溫度下考驗一定的時間，定期觀察樣品中微生物的繁殖情況，從而判斷所添加的防霉抗菌劑能否有效地解決產(chǎn)品的霉腐問題。作為供試微生物，如無特殊要求，則使用實驗室常規(guī)試驗菌 (混合細菌或混合霉菌或混合酵母菌), 如有特殊要求，可使用從某種工業(yè)材料或制品中分離到的污染菌，也可以兩組菌同時使用。每100g樣品中加入1ml菌懸液，含菌量為108cfu/ml�？简灂r間為28天, 其間每7天檢查一次，一般情況下，第7、14、
21天可使用平板劃線培養(yǎng)法檢菌，用“—、十、十十、十十十”表示菌的有無或
多少。第28天時，進行活菌計數(shù)。自然，經(jīng)過藝28天考驗后，樣品中的菌越少越好，說明防霉抗菌劑發(fā)揮了作用；如果樣品中的菌越來越多，則說明所加入的防霉抗菌劑及其配方效果不好或不起作用，應(yīng)重新篩選。
本試驗適合于乳膠涂料、化妝品、膠黏劑、金屬加工液、造紙紙漿、墨水墨汁、循環(huán)水、油田注水等。
③培養(yǎng)皿試驗 就是將添加過防霉抗菌劑的樣品裁剪成一定的大小，置于固體平板培養(yǎng)基的中央，然后噴灑霉菌孢子懸浮液 (108 cfu/ml), 于 (28土1)℃考驗一定的時間，每7天檢查一次，28天結(jié)束試驗。長霉程度可用“—、十、十十、十十十”來表示，28天后最好為“—”, 即未長霉。工業(yè)產(chǎn)品的耐霉要求，可參照國家標準或行業(yè)標準。
本法適用于涂料、紡織品、皮革、塑料、橡膠等。
④應(yīng)用試驗 將通過一系列篩選試驗得到的防霉抗菌劑配方，添加到需要解決霉腐問題的工業(yè)材料或涂料中，進行生產(chǎn)化應(yīng)用試驗。同時定批次抽取樣品，進行防霉抗菌效果及其他性能檢測。一般情況下，三批次產(chǎn)品合格，即可視為工藝穩(wěn)定。另外，跟蹤服務(wù)也非常重要，因為工業(yè)產(chǎn)品在制造過程中會遇到這樣或那樣的問題，加上環(huán)境條件的變化，有的會影響到產(chǎn)品的防霉抗菌效果。發(fā)現(xiàn)問題，需及時改進。因不同產(chǎn)品，有不同要求，也有不同試驗方法，與涂料關(guān)系不大的方法在此省略了，請讀者參閱其它文獻。
六、結(jié)束語
涂料科學是一門多學科的綜合性科學，縱觀近代涂料發(fā)展的歷史，可以認為涂料學中包含了有機、無機、物化、分析、高分子、電化學、生物學、電子學、光學、礦物學、環(huán)境、醫(yī)學等學科的精華。隨著社會的發(fā)展，環(huán)保的要求，人類的進步，本學科的綜合性，交叉性，邊緣性越來越明顯，研究的范圍一定會越來越廣，課題將越來越深奧、復(fù)雜。因此，涂料行業(yè)的挑戰(zhàn)也必定越來越深化，特別是在技術(shù)前沿方面的競爭將越來越激烈。
涂料科學又是一門實驗科學，要對科學試驗的必要性和重要性提到一個新的高度來認識，人們常說在涂料界中工作經(jīng)驗非常重要，其實經(jīng)驗就是靠做出來的，靠到第一線，生產(chǎn)崗位，實驗室儀器前，一天一天踏踏實實地做出來的，這里就要有耐心和毅力，也要甘心做一名普通的工人，或?qū)嶒瀱T，經(jīng)過數(shù)十年的查文獻做實驗，在生產(chǎn)車間做產(chǎn)品，最后才能積累經(jīng)驗，做出與國際接軌的產(chǎn)品和研究成果。
涂料科學又是一種系統(tǒng)工程，要想使中國的涂料科學趕上甚至超越國際水平，沒有政府+企業(yè)+人才+資金+工程實例+大學院校科研單位的合作是很難實現(xiàn)的，我呼吁在重大課題上的全方位合作，我更希望以民族之心，以民族利益為重，團結(jié)起來共同奮斗，為開創(chuàng)中國涂料的新局面而不懈努力！
七、參閱文獻
㈠馬振瀛 防霉學，云南，云南科技出版社 1990
㈡楊文博 微生物學實驗，北京，化學工業(yè)出版社 2004
㈢Jacobson A H, Willingham G L, Sea-nine antifoulant: anenviron mentally acceptable alternative to organotin antifoulants . The Science of the Total Environment, 2000, 258(1):103-110
㈣顧學斌、王磊、馬振瀛等編著 抗菌防霉技術(shù)手冊 北京，化工出版社 2011年
㈤張東洋、張中華等 建筑乳膠涂料防霉性的研究 涂料工業(yè).2001，31（4）：12-14
【作者】
沈浩 先生：資深涂料專家，英國化學博士，深圳清華大學研究院教授，英國皇家化學會會員，中國涂料工業(yè)協(xié)會顧問委員會主任，深圳涂料技術(shù)學會、中國涂料中小企業(yè)聯(lián)合會（籌）創(chuàng)始人之一，并兼任深圳涂料技術(shù)學會名譽會長、中國涂料中小企業(yè)聯(lián)合會（籌）會長等職務(wù)
【編者案】
防霉抗菌功能是涂料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向之一，也是涂料領(lǐng)域世界性難題之一，在此領(lǐng)域，“大而不強的中國涂料產(chǎn)業(yè)”與國際涂料巨頭幾乎處于同一起跑線上，希望更多的同仁和企業(yè)加大在此領(lǐng)域的研究，期望防霉抗菌功能涂料能成為我國實現(xiàn)“涂料強國”的突破口之一。歡迎各位涂料屆同仁通過《涂料原料與設(shè)備》編輯部與作者取得聯(lián)系，共同探討，共同提高。
編輯部電話：0571-86195869 18968085517 楊先生
