食品微生物与人类健康

食品微生物与人类健康 人类对食品微生物的利用,起源很早。远在公元前16～前11世纪，中国就会利用微生物酿酒。古书曾记载有：“仪狄作酒，禹饮而甘之”。《商书》中也记载有：“若作酒醴，尔维曲；若作禾羹，尔维盐媒”。“曲”是用谷物培养霉菌等微生物制成，“”是发芽的谷物，如作啤酒的麦芽，“媒”是含有乳酸菌之类的菜卤。当时人们还不知道这是微生物的存在和作用。直到16世纪,荷兰人A.van列文虎克首次制成了放大200～300倍的显微镜后，才看到微生物。1857年，微生物学家L.巴斯德证实酒精的发酵过程由酵母引起，并经长期研究，奠定了微生物学的基础，解决了当时法国由于酒的变质给酿造业带来的重大损失问题，开创了巴斯德灭菌法（现称巴氏灭菌法）。这种灭菌方法至今仍应用于酒、醋、酱油、牛奶、果汁等食品的灭菌。20世纪以来，由于电子显微镜的发明，生物化学和化学分析技术等学科的发展，促进了微生物学从细胞水平、亚细胞水平进入分子水平。尤其是70年代遗传工程科学的发展，有力地推动了食品微生物学的发展。通过诱变、细胞融合等技术，选育出高产的发酵食品微生物优良菌株，可提高产量，改变食品工业的面貌。 食品微生物包括 3大类。 ①: 通过它的作用,可生产出各种饮料、酒、醋、酱油、味精、馒头和面包等发酵食品。 ②：是引起食品变质败坏的微生物。 ③：又称食源性病原微生物。包括能引起人们食物中毒和使人、动植物感染而发生传染病的病原微生物。 一：发酵食品时用到食物微生物 最常用的有酵母菌、曲霉以及细菌中的乳酸菌、醋酸菌、黄短杆菌、棒状杆菌等。 通过这些微生物作用制成的食品通常有以下5类: ①酒精饮料,如蒸馏酒、黄酒、果酒、啤酒等; ②乳制品，如酸奶、酸性奶油、马奶酒、干酪等； ③豆制品,如豆腐乳、豆豉、纳豆等； ④发酵蔬菜,如泡菜、酸菜等； ⑤调味品，如醋、黄酱、酱油、甜味剂和味精等。 　　细菌　细菌的形态常随生活环境的变化而改变。但在一定的环境条件下，各种细菌具有一定的形态，基本形态有球状、杆状和螺旋状 3种。大多数球菌的直径为0.5～2.0m，杆菌一般宽 0.5～1μm，长 1～5μm。产芽孢的细菌一般比无芽孢的细菌稍大些。细菌的质量约为1×10～1×10mg。细菌的表面积／体积比很大，因此它们的新陈代谢十分活跃。如乳酸杆菌的表面积／体积比为120000,而体重为100kg的人的表面积／体积比只有0.3；乳酸杆菌1小时所产生的乳酸约为其体重的1000～10000倍,而一个人要想得到1000倍于其体重的糖代谢物则需要40年。利用细菌这种活跃的代谢功能可在发酵食品中创造多种有用产品。 　　细菌的繁殖是以细胞分裂方式进行的，其繁殖速度很快，最短的世代时间仅十几分钟，生长缓慢的细菌也只需几小时。 　　用于发酵食品中的细菌，主要有醋酸杆菌、非致病棒杆菌和乳酸菌3种。 　　醋酸杆菌　常见于腐烂的水果、蔬菜、酸果汁、醋和饮料酒中。属革兰氏阴性无芽孢杆菌,兼性好氧,但易出现退化型。退化型菌体出现枝状、丝状等弯曲状。老培养物中的菌株革兰氏染色也常常出现变化。醋酸杆菌能氧化乙醇使之成为乙酸，因而是制造食醋的主要菌种。 　　非致病棒杆菌　经常从土壤、水、空气和被污染的细菌培养皿或血平板中分离得到。非致病棒杆菌中的谷氨酸棒杆菌、力士棒杆菌、解烃棒杆菌经常用于味精(L-谷氨酸盐)的生产。它们能将糖分解成有机酸，并将含氮物质分解成铵离子，再进一步合成谷氨酸并积累于发酵液中。 　　乳酸菌　能产生乳酸，是发酵乳制品制造过程中起主要作用的一类菌。按其对糖发酵特性可分为同型发酵菌和异型发酵菌。 　　同型发酵菌在发酵过程中，能使发酵液中80～90％的乳糖转化成乳酸，仅有少量的其他副产物。常用的菌种有：干酪乳杆菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌，瑞士乳杆菌、乳酸乳杆菌、乳链球菌、嗜热链球菌及乳链球菌丁二酮乳新亚种。 　　异型发酵菌在发酵过程中，能使发酵液中50％的乳糖转化为乳酸，另外50％的糖转变为其他有机酸、醇、二氧化碳、氢等。在食品中使用的菌种有葡聚糖明串珠菌和乳脂明串珠菌。 　　根据不同产品的要求，将以上各菌种以不同的组合形式制成发酵剂，用于发酵乳制品的生产。常见的产品有酸性奶油、干酪、酸奶等（ 　　酵母　属真菌，酵母细胞多为单细胞，有球形、卵圆形、圆柱形、柠檬形、梨形等。在特定条件下某些菌种形成延长的细胞长链，形状与霉菌菌丝相似，称为假菌丝。酵母细胞的大小因培养基成分及菌龄的不同而异，一般是(8～10)×(1～5)μm。 　　利用酵母的菌体或酵母的发酵作用能制造酒类、馒头、面包、单细胞蛋白等多种食品。 　　酵母细胞中含有蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素、酶和无机盐等。其中蛋白质含量（按干基计）一般为51～55％，有的甚至更高。组成此蛋白质的氨基酸有13种以上，营养价值高且易于消化吸收。维生素含量也很丰富,已知有14种以上,而且绝大多数是水溶性的。因此酵母是良好的蛋白质资源。 　　过量的核酸会引起人体发生痛风和肾结石症等疾病。因此供食用的酵母必须加以精制以除去核酸。酵母的浸出液可用于生物营养及营养食品的调味，滋补剂及填充剂等。 　　食品工业中常用的酵母菌有酿酒酵母、椭圆酵母、卡尔酵母和异常汉逊酵母四种。 　　酿酒酵母 大多呈椭圆形，长与宽之比为2∶1。对酒精有较大的耐力，能发酵葡萄糖、麦芽糖、半乳糖、蔗糖及1/3棉子糖,不能发酵乳糖和蜜二糖。不能同化硝酸盐。常存在于酒曲、果皮、发酵的果汁以及果园的土壤中。是酿酒工业中最常用的菌，也是啤酒酿造中典型的上面发酵酵母；还可发酵制面包；它的转化酶可以转化糖，也可用于巧克力的制作。 　　椭圆酵母　细胞为卵圆形，其他生化特性与酿酒酵母相似，除能耐较高浓度的乙醇外，还能耐较高的葡萄汁酸度和较低浓度的二氧化硫，因而常用于葡萄酒的酿造。 　　卡尔酵母　是啤酒酿造中典型的底面酵母。它的形态与生化特性都与酿酒酵母相似，不同之处是它具有完全发酵棉子糖的能力。 　　异常汉逊酵母　细胞呈圆形、椭圆形或腊肠形。在特定条件下能生成发达的假菌丝。能发酵葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、半乳糖、棉子糖；不能发酵蜜二糖和乳糖。能同化硝酸盐，分解杨梅苷。由于能产生乙酸乙酯，因而在改善食品风味中能起一定作用。如白酒和无盐发酵酱油的增香都可采用此菌。 　　霉菌　不是分类学上的名称。它是丝状真菌的统称。凡在营养基质上长有菌丝体的真菌统称为霉菌。它包括分类上很不同的许多真菌，如藻状菌纲、子囊菌纲、担子菌纲和半知菌纲。 　　食品工业中常用的霉菌有毛霉属、根霉属、曲霉属和地霉属4个属。 　　毛霉属　具有毛状的外形，无假根和匍匐枝，菌丝无横隔，孢子囊梗直接由菌丝体生出。繁殖方式可以由子囊孢子直接萌发，也可由接合孢子进行繁殖。毛霉能产生蛋白酶，因而有分解大豆的能力。中国在制作豆腐乳、豆豉时即利用毛霉分解蛋白质产生鲜味。某些种毛霉还具有较强的糖化力，能糖化淀粉。中国酒药中的毛霉就属此类。毛霉还可用于酒精和有机酸工业原料的糖化和发酵过程。 　　根霉属　菌丝体产生匍匐枝，匍匐枝末端长有假根。这是与毛霉属区别的主要形态特征。根霉具有很强的糖化酶活力，能使淀粉分解为糖，是酿酒工业常用的糖化菌。 　　曲霉属　菌丝体分枝并具有横隔，分生孢子从分化了的菌丝（具有厚壁的足细胞）上直立长出。分生孢子的形状、大小、颜色和纹饰都是鉴别曲霉种的重要依据。 　　曲霉具有分解有机物质的能力。在酿造等工业中得到广泛应用。它具有多种强活性的酶系。例如应用于酿酒的糖化菌具有液化、糖化淀粉的淀粉酶，同时还有蔗糖转化酶、麦芽糖酶、乳糖酶等；有些菌能产生较强的酸性蛋白酶，可用来分解蛋白质或用作食品消化剂。黑曲霉所产生的果胶酶，常用于果汁澄清，柚苷酶和陈皮苷酶用于柑橘类罐头去苦味或防止产生白色沉淀，葡萄糖氧化酶则用于食品的脱糖和除氧。 　　曲霉能产生延胡索酸、乳酸、琥珀酸等多种有机酸，其中草酰乙酸和乙酰辅酶A通过缩合成为柠檬酸在食品工业中应用较多的曲霉属的菌有宇佐美曲霉、黄曲霉、米曲霉和黑曲霉等。这些曲霉在中国的传统食品豆酱、酱油、白酒、黄酒中起着重要的作用。 　　地霉属　其菌落类似于酵母，故为酵母状霉菌。但它有真菌丝，菌丝有横隔，成熟后菌丝断裂成裂生孢子。裂生孢子多为长筒形，也有方形或椭圆形。一般多呈白色。地霉常见于泡菜、腐烂的果蔬以及动物粪便中。白地霉的菌体蛋白质营养丰富，可供食用或作饲料用。 造成食物变质的因素可归纳为物理、化学、酶及微生物等4个方面，其中微生物对食物品质的影响最为严重。 二引起食物中毒的微生物 这类微生物并不是很多，它们包括可感染的细菌，如沙门氏菌属和弯曲菌属以及可产毒的细菌，如金黄色葡萄球菌的肉梭状芽孢杆菌等。 按病原物质分类可分为: 　　一、细菌性食物中毒 　　是指人们摄入含有细菌或细菌毒素的食品而引起的食物中毒。引起食物中毒的原因有很多，其中最主要、最常见的原因就是食物被细菌污染。据我国近五年食物中毒统计资料表明，细菌性食物中毒占食物中毒总数的50％左右，而动物性食品是引起细菌性食物中毒的主要食品，其中肉类及熟肉制品居首位，其次有变质禽肉、病死畜肉以及鱼、奶、剩饭等。 　　食物被细菌污染主要有以下几个原因： 　　1、禽畜在宰杀前就是病禽、病畜； 　　2、刀具、砧板及用具不洁，生熟交叉感染； 　　3、卫生状况差，蚊蝇滋生； 　　4、食品从业人员带菌污染食物。 　　并不是人吃了细菌污染的食物就马上会发生食物中毒，细菌污染了食物并在食物上大量繁殖达到可致病的数量或繁殖产生致病的毒素，人吃了这种食物才会发生食物中毒。因此，发生食物中毒的另一主要原因就是贮存方式不当或在较高温度下存放较长时间。食品中的水分及营养条件使致病菌大量繁殖，如果食前彻底加热，杀死病原菌的话，也不会发生食物中毒。那么，最后一个重要原因为食前未充分加热，未充分煮熟。 　　细菌性食物中毒的发生与不同区域人群的饮食习惯有密切关系。美国多食肉、蛋和糕点，葡萄球菌食物中毒最多；日本喜食生鱼片，副溶血性弧菌食物中毒最多；我国食用畜禽肉、禽蛋类较多，多年来一直以沙门氏菌食物中毒居首位。引起细菌性食物中毒的始作俑者有沙门茵、葡萄球菌、大肠杆菌、肉毒杆菌、肝炎病毒等。这些细菌、病毒可直接生长在食物当中，也可经过食品操作人员的手或容器，污染其他食物。当人们食用这些被污染过的食物，有害菌所产生的毒素就可引起中毒。每至夏天，各种微生物生长繁殖旺盛，食品中的细菌数量较多，加速了其腐败变质；加之人们贪凉，常食用未经充分加热的食物，所以夏季是细菌性食物中毒的高发季节。 　　二、真菌毒素中毒 　　真菌在谷物或其他食品中生长繁殖产生有毒的代谢产物，人和动物食人这种毒性物质发生的中毒，称为真菌性食物中毒。中毒发生主要通过被真菌污染的食品，用一般的烹调方法加热处理不能破坏食品中的真菌毒素。真菌生长繁殖及产生毒素需要一定的温度和湿度因此中毒往往有比较明显的季节性和地区性。 三可引起食物腐败的微生物 引起食物腐败的微生物种类较多，除众多革兰氏阴性或阳性、产生或不产生过氧化氢酶、可形成芽孢或不形成芽孢的杆菌及球菌外，还有酵母与霉菌等。 防止微生物的危害，主要以使微生物丧失活性或者延缓、阻止它们的生长为出发点；要考虑到与之相关的物理、化学和微生物等等诸多因素。 低温　　12℃左右和3．5℃左右是两个比较重要的温度。12℃是产气荚膜芽孢杆菌和可分解蛋白质的肉梭状芽孢杆菌的生长低限；而3．5℃是不能分解蛋白质的肉梭状芽孢杆菌的生长低限。当温度在0℃以下时，多种微生物仍可繁殖；即使温度达到－10℃，有些菌仍可非常缓慢地繁殖。到目前为止，都是以低于不能使肉毒杆菌繁殖的温度作为冷冻贮存的温度。因此，在许多国家中，冷冻贮存的温度通常为－18℃或更低。 降低水分活性　　能引起食物中毒及食物腐败的最低AW值在0．86～0．95之间不等。当AW值接近此数值时，微生物的繁殖能力很低；当温度和较低的AW值联合作用时，会有很明显的作用效果。因此，用降低AW值的方法保藏食物时，同时采用冷冻贮存，其效果显著提高。 真空与气调包装　　目前，真空包装与气调包装得到了广泛应用。采用真空充氮或二氧化碳的包装方法，可阻止或大大减缓微生物的繁殖。 酸化　　pH值为4．5时是一个临界点。当其值低于4．5时，一般认为产气荚膜芽孢杆菌不能够在食品中生长。在pH值低于4．2时，多数能引起食物腐败的微生物会被有效地抑制。但一些耐酸细菌，如乳酸菌、酵母菌和霉菌在pH值低于3的条件下仍可生长。 乳化　　奶油、人造奶油和含脂肪食品，它们是脂肪与水的乳液，这种乳液结构使它们具有一定的防腐性能。如果加工乳液时能保持清洁的环境，那么乳液中所含有的微细小滴便不会被微生物污染，而且在乳液中，微生物进入微细小滴的途径又被周围的脂膜液体所阻挡。因此，这种食品的防腐性能主要取决于加工过程的卫生条件和乳液的稳定性。 加热　　加热可使微生物失活，而不像其他方法那样只是抑制微生物的生长。需要特别指出的是，加热与防腐剂之间有协同作用，即在低于微生物失活的加热温度下，可大大增加微生物对于一些防腐剂或其他因素的敏感性。 防腐剂的作用　　大多数有效且广泛应用的防腐剂都是各种有机酸或它们的酸盐、酸酯等。而且这些防腐剂在低pH值下较之在高pH值条件下更为有效。其中，只有尼泊金酯在pH值接近中性仍具有有效的抗菌作用。 为确保使用防腐剂的安全性，最大限度地降低防腐剂用量、发挥防腐剂作用，增加产品特效、针对性及广泛适应性，健鹰牌系列防腐保鲜剂坚持应用复合增效原理，通过深入理论研究和大量的针对性实验牞推出了系列高效防腐保鲜食品添加剂，开辟了一条防腐保鲜新路。