第十章-微生物与食品腐败变质

第十章微生物与食品腐败变质食品腐败(foodspoilage)应属于食品变质的一个方面。一般是指食品原有色、香、味和营养发生了从量变到质变的过程，从而使食品质量降低或完全不能食用。第一节食品微生物污染及途径一、食品污染的概念食品污染可分为物理性污染，如放射性物质的污染；化学性污染，如重金属盐类的污染；生物性污染，包括微生物、寄生虫、虫卵和昆虫等污染。这里所述是微生物污染，就是指食品所受外来的多种微生物的污染，这些微生物主要有细菌、霉菌以及它们产生的毒素等，它们可直接或间接地通过各种途径使食品受污染。有些还具有病原性。食品的原料包括植物性的和动物性的。如水果、蔬菜，乳、肉、蛋等。蔬菜被肠道致病菌及寄生虫卵污染的情况是严重的。水果表皮破损程度与污染程度有密切关系，表皮破损的水果，大肠杆菌检出率就增高。动物性食品原料的病原菌主要来源于病畜、病禽及健康带菌者，除原料易被微生物污染之外，在加工、贮运、销售等各个环节都会因当时当地环境造成不同程度的污染。二、污染途径(一)通过水而污染在很多情况下，食品被微生物污染是通过水作为媒介而造成的。如果用不清洁的，含菌数较高的水处理食品就会造成食品污染；即使采用清水，由于使用不当也能造成食品污染。例如肉类联合加工厂在屠宰牲畜时，牲畜的皮毛上，肠道内都含有大量的微生物，这些微生物可随除毛、拉肠等工序污染用水，再由这些被污染的水引起畜体之间相互污染。污水的排出又可向四周扩散，所以经常可发现屠宰场牲畜体表的沙门氏菌数可高于一般情况下畜粪中所排出的沙门氏菌数。生产食品的过程，如果是直接使用未经净化消毒的天然水，尤其是地面水，则会发现食品污染较多的微生物，同时还会有其他污物和毒物使食品污染。(二)通过空气而污染空气中微生物分布是不均匀的，它的变动情况与尘埃的变动大体相似，往往随尘埃的飞扬和沉降将微生物带到食品上。此外，人的活动，如讲话、咳嗽或打喷嚏时，可直接或间接地将微生物带至食品中。因此，食品只要暴露于空气中，被微生物污染是不可避免的。(三)通过人及动物而污染人接触食品，特别是人的手造成食品污染最为常见。直接接触食品的从业人员，如果他们的工作衣帽不经常清洗消毒；会有大量微生物附着，进而造成食品污染。(四)通过用具及杂物而污染应用于食品的一切用具，如运输工具、生产加工设备和包装材料或容器等，都有可能作为媒介使食品受微生物污染，所有上述物品在未经消毒和灭菌之前，总是带有不同数量的微生物。包装物品的更换和运输环节的变动；运输易腐败的食品，运输工具和容器由于用过后未经彻底清洗和消毒而连续使用；食品加工过程中通过不加高热的设备越多，造成污染的机会也越多等。三、食品中微生物的消长情况食品中微生物的种类和数量是复杂的，往往随食品所处环境变动和食品性状而发生不同的变化。(一)加工前无论动物性的或植物性的食品原料都有不同程度的污染。由于运输和贮藏往往增加了污染的机会，特别是一些鱼肉，果蔬食品原料可以明显地反映出来。即使在运输和贮藏过程中增进了卫生措施防止污染，但早在原产地已被污染上微生物，如果不经过一定的处理，是不会被去除的。所以加工前原料食品中所含的微生物，无论在种类上还是数量上总是比加工后要多得多。(二)加工过程中食品加工过程，有些条件对微生物的生存是不利的。特别是清洗、消毒和灭菌，可使食品中微生物数量明显厂降，甚至可使微生物完全消除。当然，原料污染的程度，会影响到加工过程中微生物的下降率。如果加工过程中卫生条件差，还会出现．二次污染，当残存在食品中的微生物有繁殖机会时，就会出现微生物数量骤然上升现象。(三)加工后加工后的食品在贮存过程中，微生物消长有两种情况。一种是食品中残留的微生物或再度污染的微生物，在遇到适宜的条件时，生长繁殖而出现食品变质。变质的初期微生物数量会骤然增多，但当上升到一定数量时，不再继续上升，相反地还会出现下降，这是由于微生物生长繁殖引起食品变质，食品中营养被消耗，越来越不适宜微土物的生长，所以到后期还会出现微生物数量减少。另一种是食品没有出现再次污染，在加工后仅残留少量微生物，也得不到生长繁殖的适宜条件。因此，随着贮藏日期的延长，微生物数量不断下降。上述情况是食品加工前后微生物消长的一般规律。由于食品种类繁多，加工和贮藏条件各异，微生物在食品中消长规律也不完全相同。掌握食品中微生物消长的特点，对于指导食品的卫生生产，防止食品腐败有重要意义。第二节微生物引起食品腐败变质的条件一、食品基质食品除含有—定水分之外，主要含有丰富的营养成分，如蛋白质、脂肪、碳水化合物，维生素和无机盐等。这些成分又都是微生物生长的良好培养基，所以食品一旦污染了微生物，微生物很容易生长，从而导致食品变质。微生物分解各种营养成分的能力是不同的，有的能迅速分解蛋白质，有的能分解碳水化合物，有的分解脂肪的能力较强等。这些差异主要决定于做主物所具酶的种类。当食品营养成分和微生物所具酶的底物—致时，微生物就能分解这种食品，但这一过程还要受食品中其他因素的牵制，即微生物能否在这种食品中生长繁殖，要受食品基质条件的影响，如食品氢离子浓度、渗透压和水分含量等的影响。(一)食品的氢离子浓度各种食品都具有一定的氢离子浓度，食品原料pH值几乎都在7以下，有些甚至可以低到2－3(见表10－1)。1．酸性食品和非酸性食品根据食品pH值不同，通常将食品分为酸性食品和非酸性食品。pH值在4.5以上者通称为非酸性食品，pH值在4.5以下者称为酸性食品。从食品原料及其制品来看，几乎所有蔬菜和乳、肉等动物性食品都属非酸性食品，所有水果都属酸性食品。由于食品PH不同。引起食品腐败变质的微生物类群电呈现—定的特殊性。2．微生物的生长与食品中pH值的关系不同种类微生物都有自己最适生长的pH值范围，绝大多数的细菌最适生长pH值在7.0左右，所以多数非酸性食品适宜各种细菌生长。食品pH值越偏酸性，可以生长的细菌种类越少，即使细菌能生长，其生长能力也弱。(二)食品的水分食品有固体状的、半固体状的和液体状的，它们无论是原料、半成品或成品，都含有——定量的水分。食品中水分以结合水和游离水两种状态存在。微生物在食品中生长，除需要—定的营养物质以外，还必须有足够的水分。微生物所利用的水是游离水，游离水可起溶剂的作用，食品中的物质如糖、盐、氨基酸等都可溶解在其中。一些大分于不溶性物质，在相应酶的分解作用下，转变成可溶性的小分子后，可溶于水中，就能被微生物利用，微生物只能利用食品中可溶性的营养物质，因此，必须有游离水存在；另一方面微生物新陈代谢过程中要不断向外界排出代谢产物，这种排泄也必须以水作为溶剂，所以游离水的存在是微生物生长所必需的物质之一。降低食品水分含量，可作为控制微生物生长的一项衡量标准。例如，要防止食品霉变，必须把水分控制在不超过防霉含水量的范围。见表10—2。水分对微生物生长活动的影不决定于食品中水分的总含量，而决定于它的有效水分含量，这个有效水分可以用水分活性进行估量，而且用水分活性来进行估量能较明确地反映微生物所能利用的实际水量。如表10—2中各种食品防霉含水量差别很大，如果采用水分活性来表示，则它们的值均不超过0.70。因此，根据水分活性的概念，来研究微生物在食品中与水分有关的许多生命活动问题，更为合理。1．不同类型微生物生长对水分活性的要求各种不同类型微生物都有生长适宜的水分活性范围。即使同一类型的微生物，在不同条件下生长发育所需最低水分活性值也有差异。以霉菌生长所要求的水分活性最低，酵母其次，细菌要求较高。(1)细菌生长的水分活性除一部分嗜盐细菌最低Aw值可以在0.75以下，一部分球菌Aw值可在0.90以下，绝大部分细菌要求Aw值在0.94以上，最适宜的生长水分活性在0.995以上。当Aw降低时，细菌生长缓慢期延长，细胞分裂速度下降。例如金黄色葡萄球菌，当Aw值从0.99降至0.90时，生长速度可出现直线下降。沙门氏菌的最适宜生长Aw值是0.995～0.990，在这个范围以下，同样也会出现生长速度直线下降。一般引起食品腐败变质的细菌生长的最低Aw值是0.94～0.99之间，肉毒梭菌的最低生长Aw值不能低于0.94。有些细菌的芽孢在形成和发芽时需要的Aw值比繁殖体要求要高，如魏氏梭状芽孢杆菌，繁殖体生长需要Aw值在0.96以上，而芽孢形成时最适宜的Aw值0.993，若Aw值降低到0.97时，芽孢不能形成；而肉毒杆菌和蜡状杆菌，芽孢发芽要求Aw值比它们的繁殖体生长时Aw值要高。(2)酵母生长的水分活性，除耐渗透性酵母外，一般酵母生长的最低Aw值范围在0.94～0.88，它们的要求都比细菌低。一般加糖食品，只有加入大量的糖，如加入1400g／L糖量，才能抑制酵母菌的生长。各种加糖食品的含糖量一般都不会有这么高，因此多数加糖食品中还会有酵母菌生长。(3)霉菌生长的水分活性，与细菌和酵母菌相比，霉菌能在较低的Aw值范围内生长。一般霉菌的生长Aw值在0.65以上就可以，低于0.64时，一般的霉菌都不能生长。当Aw值在0.65时，少数霉菌可以生长，通常称这些霉菌为干性霉菌。霉菌菌体生长(即茵丝延长)比孢子发芽时所需的Aw值要高。例如灰绿曲霉发芽时的最低Aw值是0.73～0.75，而菌体生长的Aw值必须在0.85以上。2．适宜微生物生长的Aw值的可变性一般情况下微生物生长的Aw值范围非常严格，但在某些因素的影响下，如温度、pH值、营养成分、氧气及抑制剂等都可使微生物最适生长的Aw值有所变动。当霉菌处于最适生长温度时，霉菌孢子发芽的最低Aw值可比非适宜温度时低。兼性厌氧金黄色葡萄球菌在无氧环境下生长最低Aw值为0.90，而在有氧环境中可降至0.86。而当环境中有二氧化碳时，最适宜生长的Aw值范围可能缩小。3．微生物生长对食品中水分的影响微生物如果在食品中生长繁殖，由于微生物的呼吸作用，产生热量，因此可促进水分蒸发，从而使食品水分不断减少。也有些微生物在其代谢过程中会产生水分，这些水分有的是食品组成成分中的结合水转变而来的。如枯草芽孢杆菌对淀粉发生分解作用时，即有水分释放出来，假如产生的水分量大于蒸发量，就会使食品的Aw值上升。食品中Aw值变化了，能在食品中活动的微生物种类也会有所变化。(三)食品的渗透压食品中加入食盐或食糖，既可降低食品的水分活性，又可提高食品的渗透压，这样便可控制微生物在食品中的生长，从而防止食品腐败变质。各种微生物对渗透压的适应性是不同的，绝大多数微生物都能在渗透压较低的食品中生长，而对高渗透压的情况就不一样，多数霉菌和少数酵母菌可耐受较高的渗透压，这些微生物在高渗环境中，不但不死亡，还能旺盛的生长繁殖。细菌对渗透压的耐受性远不如霉菌和酵母菌。所以在高渗压情况下引起食品变质的微生物主要是霉菌、酵母菌以及少数种类的细菌。这部分的细菌大都是嗜盐细菌或耐糖细菌。1．高度嗜盐细菌它们最适宜在含20％～30％食盐浓度的食品中生长，这些细菌都能产生类胡萝卜素，所以菌落大都具有色素。如杆菌中的盐杆菌、球菌中的小球菌属等。2．中等嗜盐细菌它们最适宜在含5％一10％的食盐浓度的食品中生长。如假单胞杆菌属、弧菌属、无色杆菌属、八叠球菌属、芽孢杆菌属和小球菌属。其中最典型的是盐脱氮微球菌和腌肉弧菌。3．低等嗜盐细菌最适宜在含2％～5％的食盐浓度的食品中生长，如假单胞杆菌属、无色杆菌属、黄杆菌属和弧菌属中的一些菌种。嗜盐细菌一般生长繁殖速度都比较慢，世代时间在几小时，甚至十几个小时之久。只有低等嗜盐细菌中的副溶血性弧菌繁殖速度较快。4．耐糖细菌能在高度含糖的食品中生长的细菌。如肠膜明串珠菌。5．引起高渗透压食品变质的酵母菌耐高糖的酵母，如鲁氏酵母、蜂蜜酵母、异常汉逊氏酵母、膜蹼毕赤氏酵母，常常引起含有高浓度糖分的糖浆、果酱、浓缩果汁等食品变质。6．引起高渗透压食品变质的霉菌例如灰绿曲霉、葡萄曲霉、咖啡色串孢霉、乳卵孢霉、芽枝霉属及青霉属等能引起高渗透压食品变质。二、食品的环境条件食品的环境条件对微生物能否在食品中生长繁殖，造成食品腐败变质，是有很大影响的。这些条件主要指温度、气体、湿度等。(一)温度根据微生物对温度的适应性，可把其分成三个生理类群，即嗜冷、嗜温、嗜