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嗜熱脂肪芽孢桿菌（Bacillus stearothermophilus）屬嗜熱性需氧芽孢桿菌，但兼有厭氧的特性，細菌繁殖體G蘭氏染色陽性呈紫色，細菌芽胞孔雀綠着色。嗜熱脂肪芽孢桿菌比較容易識別且對人體沒有危害性，一般作為空間消毒的指示生物。

由中國國家標準化管理委員會2015年發布的《濕熱滅菌用生物指示劑》（GB 18281.3-2015）於2017年01月01日正式實施，正式將嗜熱脂肪芽孢桿菌（Bacillus stearothermophilus）改稱為嗜熱脂肪地芽孢桿菌（Geobacillus stearothermophilus）。

主要特性

嗜熱脂肪地芽孢桿菌營養細胞呈長杆狀、圓端，多數為單個、少數成對或鏈狀排列，細胞寬 0． 6 ～ 1.μm、長 2. 0 ～ 3.5μm，細胞壁為革蘭陽性結構，但染色可在陽性和陰性之間變化。芽孢呈橢圓或柱狀、端生或次端生，孢囊膨脹或不膨脹，無伴孢晶體形成。最佳生長溫度為 56 ～ 60℃，最高生長溫度為 65 ～ 75℃，最低生長溫度為 30 ～ 45℃，需氧或兼性厭氧，利用葡萄糖產酸不產氣。現中國工業微生物菌種保藏管理中心( CICC) 收藏菌株為嗜熱脂肪地芽孢桿菌編號為 CICC 10267 株，即 ATCC 7953 株，其在營養瓊脂上56℃培養 24h 的菌落形態呈淺黃色，表面粗糙濕潤，邊緣不整齊 ; 該菌株在 Cook等產孢培養基上 56℃培養 24 h，取菌苔塗片經芽孢染色法染色後，1 000倍光學顯微鏡下觀察到多數仍為染成紅色的繁殖體與部分已經形成染成藍色的芽孢形態 ; 在產孢培養基上 56℃培養 5 d，鏡下觀察到 90% 以上為已經形成染成藍色的芽孢，只有少數是染成紅色的繁殖體。

鑑定方法

對於嗜熱脂肪地芽孢桿菌的鑑定，傳統分類中根據形態特徵、生理生化特性、生態特性等指標進行鑑定的方法耗時耗力，因此基於分子生物學的鑑定方法不斷發展。2005 年， Daniel R． Zeigler報道了利用 recN 基因序列相似性分析鑑定地芽孢桿菌屬菌種的研究。研究表明，對於屬、種及亞種水平的分類，recN 基因序列分析的鑑定分辨率接近甚至比 16S rDNA 序列分析更高，但突變飽和度限制了 recN 基因序列對更高層次分類的應用，然而 recN 基因序列分析對地芽孢桿菌屬菌株種的鑑定具有重要作用。2007 年，Nomeda Kuisiene等報道了利用 AluI 限制性內切 16S rDNA 擴增片段來鑑定嗜熱脂肪地芽孢桿菌的方法。使用限制酶 AluI 將 16S rDNA 酶切，嗜熱脂肪地芽孢桿菌的 16S rDNA 酶切電泳圖將呈現出特殊條帶: 162bp 條帶的出現和 76bp 與 86bp 條帶的缺失。同年，Nomeda Kuisiene等又報道，以 16S － 23S rDNA 內轉錄間隔區序列為靶基因設計特異性引物GEOBAC，以其 PCR 產物來鑑定地芽孢桿菌屬菌種。這些快速而準確的鑑定方法為嗜熱脂肪地芽孢桿菌及地芽孢桿菌屬其它菌種的研究與應用奠定了基礎。

分類學演變歷程

1917 年 Smith 等人在實驗室分離出嗜熱脂肪地芽孢桿菌，1920 年 Donk 將其歸類於芽孢桿菌屬( Bacillus) ，並命名為嗜熱脂肪芽孢桿菌( Bacillus stearothermophilus)。傳統分類上對於芽孢桿菌屬的分類標準較為寬鬆，導致該屬細菌在生理、基因等方面存在很大差異。近年來隨着分類學研究的不斷深入，DNA G + C mol% 、16S rDNA 序列分析、核酸雜交等分類技術的不斷發展，芽孢桿菌屬細菌的分類也得到更改與修正。 1949 年，Gordon 和 Smith對收集到的 216 株細菌進行分類研究，其中 160 株被歸類於兩個嗜熱菌種: 嗜熱脂肪芽孢桿菌和[[]]凝結芽孢桿菌( B． coagulans) ，他們認為這兩個菌種各自代表了一組需氧、嗜熱、形成芽孢的細菌。

1991 年 Ash等對 51 種芽孢桿菌屬菌種的 16S rDNA 完整序列進行了分析，根據分析結果將它們分成 5 個不同的系統發育類群，並認為這 5 個類群明顯代表着不同的菌屬; 同時提出芽孢桿菌屬菌種在遺傳方面相當混亂，需對其進行大量的分類學修正。Ash 等的研究成果標誌着對芽孢桿菌屬進行重新分類的開始，此後從 1992 年至 1999 年陸續從芽孢桿菌屬中獨立出 8 個新屬。

2001 年，Nazina等對芽孢桿菌屬的嗜熱菌組群進行了生理特性對比研究，在此基礎上，又對其進行脂肪酸分析、 DNA － DNA 雜交、16S rDNA 序列分析等一系列分類學研究。研究認為它們是一組系統發育相近、生理和形態相似的細菌，可以組成新的菌屬，並就此提出了一個新的菌屬名稱: 地芽孢桿菌屬( Geobacillus) 。Nazina 等將包括嗜熱脂肪芽孢桿菌在內的 6 種菌從芽孢桿菌屬分離出來，與最近發現的新種一起歸類為地芽孢桿菌屬，該屬已得到國際上的公認。地芽孢桿菌屬中現已確切描述並命名的共有 21 個種及亞種，模式種為嗜熱脂肪地芽孢桿菌，模式菌株為 DSM 22T( = ATCC 12980 T) 。

權威菌種保藏機構如 ATCC 和 DSMZ，以及國際權威標準和藥典等，已經將 Bacillus stearothermophilus 更名為Geobacillus stearothermophilus，國內仍稱為嗜熱脂肪芽孢桿菌( Bacillus stearothermophilus) 。

應用

生物指示劑標準菌 嗜熱脂肪地芽孢桿菌( ATCC 7953) 所產芽孢無致病性、無熱原、無毒，且對壓力蒸汽的抵抗力在大多數微生物中最強，因此被歐洲藥典、美國藥典、日本藥典等作為熱力滅菌生物指示劑的標準菌株收錄。我國衛生部也將該菌株作為壓力蒸汽滅菌效果評價的標準檢測菌株列入《消毒與滅菌效果的評價方法與標準》( GB 15981 － 1995) 和《消毒技術規範》( 2002 版) ; 同時，國家質量監督檢驗檢疫總局也將其作為濕熱滅菌用生物指示物列入《醫療保健產品滅菌生物指示物》( GB 18281.3 － 2000) 標準中。嗜熱脂肪地芽孢桿菌( ATCC 7953) 用於製備生物指示劑最重要的技術指標就是對一定滅菌因子有確定的抗力。 2002 年版《消毒技術規範》中明確規定嗜熱脂肪地芽孢桿菌( ATCC 7953) 芽孢滅菌生物指示劑在 121℃ ± 0. 5℃ 條件下的抗力指標: 存活時間≥3.9min，殺滅時間≤19min，D 值為1. 3min － 1. 9min。然而同一菌株培養出的芽孢，其抗力也可能不同，此與培養方法和營養成分有關。Beaman等對該菌株粗糙型和光滑型芽孢 100℃條件下的 D 值進行了測定，分別為 124 min 和579 min，因此製備生物指示劑必須嚴格確定菌株與菌落形態。此外，培養基成分不但對芽孢生成率有顯著影響，對芽孢的熱抗力也有明顯作用，如芽孢形成培養基中鈣離子濃度增加，可使芽孢的熱抗力增加。芽孢的形成溫度對芽孢的熱抗力也有一定影響，Cook 等的研究表明，在 50℃、55℃、60℃ 條件下形成的芽孢，培養溫度越高抗熱能力越強。綜上所述，生物指示劑的熱抗力受多種因素影響，故對其製備條件應予嚴格控制; 同時對生物指示劑產品，必須使用符合標準的抗力檢測器對其抗力性能進行嚴格測試。

鮮乳中抗生素殘留檢驗 長期以來，抗生素在奶牛飼養業中應用廣泛，如為預防或治療疾病，常在飼料中添加含有一定比例抗生素的飼料添加劑，這對於長期飲用牛奶的消費者來說無疑是等於長期服用小劑量的抗生素，因此必須嚴格控制抗生素最高殘留限量。國標 CB/T 4789. 27 － 2008 中規定了兩種檢測鮮乳中抗生素殘留的方法 － 嗜熱鏈球菌抑制法和嗜熱脂肪芽孢桿菌抑制法。嗜熱脂肪芽孢桿菌抑制法中所用菌種為嗜熱脂肪芽孢桿菌卡利德變種( Bacillus stearothermophilus var． calidol- actis)，該菌種在國際權威的保藏機構 DSMZ 中已更名為嗜熱脂肪地芽孢桿菌。該菌種對青黴素等抗生素非常敏感，生長速度快，此外其還有一個重要特性是最佳生長溫度範圍較高，僅有少數微生物可在該溫度範圍內生長，因此雜菌影響結果的可能性很小。

耐熱性

罐頭食品經過加熱處理後一般殘留的細菌為嗜熱菌及其芽孢。嗜熱脂肪芽孢桿菌是一種兼性厭氧菌，嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢是耐熱性最強的芽孢之一，通常作為驗證濕熱滅菌程序的生物指示劑，同時也是造成罐頭食品腐敗變質的主要微生物之一。芽孢的耐熱性除了與芽孢種類有關，還與所處的環境如酸鹼度，水分活度，無機鹽濃度等有着緊密的關係。

食品組分與芽孢耐熱性 食品罐內殺菌熱加工概念已有很長的歷史大致始於1920年，隨後將近一個世紀的發展。主要圍繞長時間的高溫熱處理殺滅導致腐敗和危害健康的微生物以期延長產品的貨架期。而對於食品的要求已經超出了對於安全性和貨架期的要求，更追求感官舒適性，高質量，營養健康以及方便性。因此殺菌工藝的趨勢在於保證安全性的同時最小程度的減小對食品組分的破壞。經過眾多科學研究發現，不同的食品組分對於微生物的耐熱性有着不同的影響。懸浮液的pH，緩衝劑，NaCl和陽離子等都會影響細菌或芽孢的耐熱性，但是研究的結論卻不盡相同。如IciekJ利用數學模型研究表明在降低pH以及在有少量鹽存在的情況下，能提高芽孢的激活和壞;PeriagoPM得到了類似的結論，且pH與NaCl對嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢的D值都有顯著性的作用8]:而GulinC等人研究酸土環酯芽孢桿菌芽孢在蘋果汁中不同pH，不同固形物濃度下的耐熱性時發現酸土環酯芽孢桿菌芽孢耐熱性幾乎沒有影響。BriggA等人又發現，NaCI濃度從2%增加到8%時能降低嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢的耐熱性卻對枯草芽孢桿菌芽孢沒有影響101。LopezM認為0.06%的NaCI就能有效降低芽孢耐熱性，而且在各種緩衝液中，只有磷酸鹽緩衝液濃度增大，D值增大，其他緩衝液幾乎沒有影響。在有機物中，通常情況下我們認為蛋白質(如血清白蛋白)和碳水化合物(如蔗糖)對孢子耐熱性有促進作用。

食品添加劑對芽孢耐熱性的影響 加熱基質中如果有殺菌劑或抑制劑存在時會降低芽孢耐熱性。早在上世紀四十年代有人提出來少量的殺菌劑可提高在低溫下的殺菌效應。Pederson提出22ppm的二氧化硫可以使果汁巴氏殺菌的溫度降低5.5℃。MichenerHD研究了650種物質對梭狀芽孢桿菌芽孢P.A3679耐熱性的影響,除抗氧化劑之外，影響較大的物質有氧化乙烯，環氧二丁烷，過氧化氫，甲醛，胍十二烷，溴化物，溴化物和蒜油等。而研究發現枯草菌素(subilin)的濃度在0.002-0.02ppm,乳酸鏈球菌素(Nisin)的濃度在0.004-0.04ppm時，P.A3679耐熱性表現的非常敏感。LewisJC也考察了67種抗菌素，卻發現絕大多數並沒有顯著效果，而乳酸鏈球菌素和枯草菌素卻有比較好的效果，能降低P.A3679的D值50%左右。關於抑菌劑對芽孢耐熱性的影響機理方面的探索，報道的比較少且深度也比較淺。MichenerHD]研究發現經過熱處理的梭狀芽孢桿菌芽孢比未經過熱處理的芽孢對枯草菌素更為敏感，並推斷枯草菌素可能粘附在芽孢表面，在後復活培養萌芽後會抑制微生物的生長，而受熱處理後的芽孢更加容易萌芽，因此更容易受枯草菌素的影響。而對於Nisin降低嗜熱脂肪芽孢桿菌的作用機理的探索過程中，LeonL利用胰島素和Nisin的作用指出Nisin事實上也是影響芽孢後復活培養時的萌芽。而對於抑菌劑對芽孢耐熱性的影響現階段主要有三個截然不同的觀點:1.後期復活時阻止和延長腐敗菌的生長。2.殺死微生物細胞或芽孢。3.對熱處理時起到協同作用，降低耐熱性。MaisnierS在牛奶中加入Nisin,研究Nisin與適度的加熱對李斯特菌的辦同破壞作用，加入Nisin後能大大提高對李斯特菌的破壞作用，例如不加入Nisin時，在54℃ 下降低103需要77min,加入25IU/mL的Nisin後，只需要16min。然而NaimF卻發現單獨作用時Nisin即使濃度達到750IU/mL，對產芽孢梭狀芽孢桿菌耐熱性並無明顯影響。而在pH3.5,Nisin濃度2000IU/mL,90℃時卻對產芽孢梭狀芽孢桿菌耐熱性有顯著的協同降低作用，D90從19.6min下降到1.17min。

山梨酸鉀是國際糧農組織和衛生組織推薦的高效安全的防腐保鮮劑，廣泛應用於食品、飲料、化妝品等行業，能有效地抑制黴菌，酵母菌和好氧性細菌的活性，還能防止肉毒桿菌、葡萄球菌、沙門氏菌等有害微生物的生長和繁殖，從而達到有效地延長食品的保存時間，並保持原有食品的風味。其防腐效果是同類產品苯甲酸鈉的5-10倍。關于山梨酸鉀對嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢耐熱性的研究還比較少，MariaF和Cerruttip分別研究了低水分活度,低pH下時，山梨酸鉀對Z.bili和Saccharomycescerevisiae的耐熱性有着良好的降低作用。乳化劑是能改善(減小)乳化體中各種構成相之間的表面張力，形成均勻分散體或乳化體的物質，是-類具有親水基和疏水基的表面活性劑，在食品中有着廣泛的應用。乳化劑有一定的抑菌作用，常以表面塗層的方法用於食品和水果抑菌保鮮。具有抗菌作用的蔗糖酯對微生物具有廣泛的抑制作用，一般而言，對革蘭氏陽性菌，特別是孢子形成菌的抑制作用大於革蘭氏陰性菌，其作用機制主要是抑菌而非殺菌。