第一章-2(讲稿)食品微生物的污染来源及其控制

绪论一、微生物简介(一)什么是微生物微生物是形体微小，结构简单，绝大多数是肉眼看不到的，必须借助显微镜才能观察到的一类低等生物的总称。(二)微生物的种类单细胞——细菌、放线菌、立克次氏体、支原体、酵母菌、藻类(蓝绿藻)、原生动物等多细胞——霉菌非细胞——病毒(动物、植物、昆虫病毒，噬菌体)(三)微生物的特点微生物与动、植物相比，除了具有新陈代谢、生长发育、衰老死亡等共同属性外，还具有以下自身特点：种类多分布广，繁殖快，代谢旺盛，容易培养，容易变异适应性强。微生物这些特点显示了微生物具有神通广大的本领，使得微生物在生物界占有特殊而重要的地位。它不仅广泛用于生产实践，而且又是研究生物科学的理想材料，加速生命科学的发展。特别是在掀起高兴技术革命的今天，微生物更加被人们所重视，优先得到开发利用，使微生物发酵工程作为生物工程的突破口而得到迅速发展。（由电子信息时代发展为生物信息时代）1．种类多分布广微生物是自然界分布最广的一群生物，如土壤、空气、水、以及动物和人的体内外均有数量不等的微生物存在。它之所以分布广，这与微生物本身小而轻密切相关，可以随风飘荡，走遍天涯。目前已发现的微生物有10万种左右，而人类已经研究的微生物仅占自然界总数的10％。2．繁殖快微生物的繁殖速度非常惊人，细菌一般每隔20～30分钟即可分裂1次，细胞数目增加1倍，例如大肠杆菌在适宜条件下20分钟即分裂1次，那么l小时后就变成23个，24小时可繁殖72代，这样一个细菌变成了272个细菌，即4.7×1023(个)。微生物如此快速繁殖为在短时间内获得大量菌体提供有利条件。例如利用培养酵母来生产蛋白质，一般每隔8～12小时就可“收获”一次，而农作物一般要1年才收获1次。3．代谢旺盛由于微生物大多是单细胞生物，其表面积大，体积小，而面积与体积比值越大，越有利于细胞表面的物质交换，使其“胃口”很大。如果在重量或体积相等的情况下，其代谢活力是高等生物的几千倍到几万倍。例如1Kg酒精酵母1天内能“消耗”掉几十Kg糖，将之转变为酒精。从发酵工业生产角度来看，它能将基质更多地转为有用产品。例如，乳酸菌发酵乳糖产生乳酸，每个细胞可以产生为其体重103～104倍的乳酸。一种产朊假丝酵母合成蛋白质的能力是大豆的100倍-微生物代谢旺盛还表现在代谢类型非常多，可应用此特点在生产实践中获得种类繁多的发酵产品。4．容易培养①微生物利用物质能力强，“食谱杂”，对营养要求不高，原料来源广泛。例如：蛋白质、糖类、脂肪及无机盐等（能被动、植物利用的物质，微生物均能利用）纤维素，石油、塑料氰、酚、聚氯联苯等（分解动植物不能利用的物质）利用微生物“食谱杂”的特点，采用可再生资源(工农业废弃物)，如利用秸杆、麸皮、酒糟、甘蔗渣的发酵生产单细胞蛋白，为人类提供食用或饲用蛋白；利用微生物进行污水处理，制造堆肥。这不仅解决了培养微生物的原料问题，而且为三废处理找到了出路，使之变废为宝，为社会创造财富。②大多数微生物可利用简单物质在常温常压下就能生长，在实践上广泛用于生产各种产品。③培养微生物不受季节、气候的影响，可以长年累月地进行工业化生产。5．容易变异适应性强微生物具有遗传变异的属性，即亲代把遗传性状传给子代，但由于微生物大多是单细胞生物，它只适应环境而生存。当环境发生激烈变化时，会使一部分微生物死亡，而其中另一部分由于发生了变异而生存下来。这种随机应变能力使它们得到保存，而对外界环境条件的适应能力增强。此外，有些微生物在自身外面添上保护层，以提高自己对外界环境的抵抗力。例如，肺炎双球菌的荚膜能抵抗吞噬细胞的吞噬，细菌的芽孢，放线菌和霉菌的孢子能抵抗外界不良环境。人类利用微生物易发生变异的特点诱变育种，选育新生产菌种，以提高产品质量和产量，扩大品种范围。（通过物理和化学诱变改变微生物遗传特性与代谢途径）例如酿酒工业上采用的“东酒一号”、“UV—11号”等菌株，都是通过诱变育种得到的霉菌糖化力很高的新菌株。二、微生学的研究对象将所有具有细胞结构的生物分为：原核生物界(包括细菌、放线菌、蓝藻)真核原生生物界(包括大多数藻类与原生动物)真菌界(包括酵母菌与霉菌等)病毒界植物界和动物界六界系统：微生物学的研究对象在生物分类系统中分别属于原核生物界、真核原生生物界、真菌界、病毒界。食品微生物学研究的主要对象是细菌、霉菌、酵母菌、放线菌，以及病毒界中的噬菌体。三、食品微生物学研究的任务与目的(一)研究的任务微生物学是研究微生物及其生命活动规律的科学。研究的内容：微生物的形态结构、生理生化、生长繁殖、遗传变异、分类鉴定，以及微生物之间，微生物与其他生物之间的相互关系，还研究外界环境因素对微生生物的影响。食品微生物学就是专门研究微生物与食品之间的相互关系的一门科学。研究内容：(1)研究与食品有关的微生物的生命活动的规律；(2)研究如何利用有益微生物的代谢活动为人类制造食品；(3)研究如何控制有害微生物(病原菌、腐败菌)，防止食品发生变质或引起食物中毒；(4)研究检测食品中微生物的方法，制定食品中的微生物学指标，从而为判断食品的卫生质量提供科学依据。(二)研究目的（学习目的意义）是为了掌握食品微生物学的基本知识、基础理论和基本实践技能。能够辨别有益的、腐败的和病原微生物，从而在食品加工与贮藏过程中，充分利用有益菌的代谢作用，增加食品数量和提高产品质量，控制腐败菌与病原菌的有害活动，以防止食品变质和防止因食物中毒而引起的病害。四、微生物学的发展简史人类在长期的生齐实践中利用微生物，认识微生物，研究微生物，改造微生物，使微生物学的研究工作日益得到深入和发展。微生物学的发展过程一般可分以下四个时期。(一)感性认识时期在人类第一次真正看到微生物个体之前，虽然还不知道世界上有微生物存在，但是在长期的生产实践和日常生活中已利用微生物的有益作用生产葡萄酒、酒精、腐乳、食醋、酱油等产品。在这方面，我国劳动人民积累了丰富的经验。作出了重大贡献。远在4000多年以前的龙山文化时期，古老的人民僦会利用微生物酿酒；除此之外，春秋战国时期利用有益微生物已经生产酱油、食醋和腐乳等发酵调味品；在2000多年前，我国劳动人民已经采集野生菌供食用，蘑菇的人工栽培，要比西欧(最早是法国)早1000多年等。由于当时科学技术条件的限制，始终未能看到微生物的个体，证实微生物的存在，更无法将之分离出来．因此当时只停留在感性认识阶段。微生物真正成为一门科学是在1676年荷兰人吕文虎克(Leeuwenhock)首次发现原生动物后逐渐形成的。(二)形态学描素时期17世纪末叶，资本主义开始发展．由于贸易和航海事业的需要，促进了光学技术的研究，使显微镜的制造成为可能。荷兰人安东·吕文虎克制成了能放大200—300倍的简单显微镜，并利用此显微镜观察了污水、牙垢，雨水、腐败有机物等，直接看到了微生物，发现了杆状、球状、弯曲状的细菌，并作了相当正确的描素，为微生物的存在提供了有力证据。开始了微生物的形态描素时期，并一直持续到200多年后的19世纪中叶。(三)生理学发展时期这个时期从19世纪60年代开始，前后不过几十年的时间，但对微生物学的发展起推动作用。研究由表及里；揭示了微生物生命活动的规律，解决了许多生产上的难题，建立了一整套研究微生物学的实验方法，是微生物学发展史上的奠基时期。在这个时期，法国人路易·巴斯德(Pasteur)和德国人柯赫(Koch)对微生物学发展贡献最大。巴斯德在大学里专攻化学，是位化学家。后来由于生产发展的需要，转向研究微生物学，成了著名的微生物学家。他的贡献主要表现在以下几个方面。1．推翻了生命“自然发生”的学说。这就是有名的曲颈瓶试验。其试验过程是取一个曲颈瓶和直颈瓶，内盛有机汁液(肉汁)，两者同时加热以杀死瓶中原有微生物。而后置于空气中长久，发现曲颈瓶中没有微生物发生，’而直颈瓶中出现大量微生物使肉汁变质。前者之所以肉汁不变质(保持无菌状态)，是因为空气中尘埃颗粒不能通过弯曲长管落人瓶中的缘故。由此证明了肉汁变质是由于外界微生物侵人而引起的结果，并不是自然发生的，如此彻底否定了生命“自然发生”的学说。2．研究发酵现象的本质，证明了酒、醋等的酿造过程是由于微生物引起的发酵，而不是发酵产生微生物。他证明了含糖溶液中发生的酒精发酵是由酵母菌引起的，除此之外还研究了牛奶变酸(乳酸发酵)、醋酸发酵、丁酸发酵等。认为不同发酵是由不同微生物引起的。3．提出了酒的变质是由于有害微生物繁殖的结果，为解决当时“啤酒变酸”问题，创造了科学的巴氏消毒法。该法是将含有微生物的酒液62℃加热30分钟，即可杀死其中不耐热的微生物而保持酒不变质。此法直至今日仍广泛地用于食品制造业的消毒工作。4．提出并证实了人畜疾病及“蚕病”是由病原微生物引起的理论并发现了传染病的病原体。研究了炭疽病、鸡霍乱病、狂犬病等人畜传染病的免疫方法；创造了有名的炭疽疫苗、狂犬疫苗及其接种疫苗方法，对预防疫病收到良好效果。促使免疫学发展成为现代科学。继巴斯德之后，德国人柯赫对微生物学研究也做出了卓越贡献。它建立了一整套研究微生物的技术方法。如发明了固体培养基，找到了较理想的凝固剂琼脂，并设计出浇铺平板用的玻璃培养皿，用于微生物的分离培养，以及接种工作．创造了细菌染色方法，他用苯胺染料给细菌染色，使细菌在显微镜下能明显观察。除此之外，他还发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供依据，并对病原菌的确定提出了严格的准则，这些还一直沿用至今.巴斯德、柯赫等人的工作为微生物学奠定了坚实的科学基础。在此基础上，微生物学发展较为迅速，为发展工农业生产，以及同各种病害作斗争，取得了许多辉煌成就。李斯德(Lister)受到巴斯德研究成果的启发，认识到当时外科。手术经常伤口化脓、发炎，是由于外界微生物侵入的结果，并努力寻找有效杀菌药物及防止微生物侵入伤口的办法。发明了无菌外科操作方法，后来将无菌操作术应用于微生物学实验方面，至今延用。(四)近代微生物学的发展二十世纪以来，由于电子显微镜的发明，同位素示踪子的运用，其他学科的新理论及其实验新技术的渗透，大大加快了微生物学的研究步伐。使原来看不见或观察不清楚的细菌、病毒等的内部构造，现在用电子显微镜观察得比较清楚；有关蛋白质、碳水化合物等物质的代谢过程，也研究得比较透彻；对微生物的生长、遗传、免疫和分类研究更是广泛深入，并取得了很大成果．其中最重要的发现有：英国弗莱明(Fleming)在1929年观察到青霉能抑制细菌生长，而发现了青霉素。之后人们开展了抗菌素的研究，并用发酵法生产抗菌素。1944年埃弗里(Avery)第一次证实了引起肺炎双球菌形成荚膜遗传性状转化的物质是DNA．1953年华特生和克里克(WatsonandCrick)。提出DNA分子双螺旋结构模型及核酸半保留复制学说。1961年节科布和摩诺得口acobandMonod)等提出操纵子学说。之后又确定了三联遗传密码，发现了反向转录酶和限制性内切酶，以及有关病毒细微结构，病毒感染，增殖过程，生物固氮机理，代谢调节的研究等等，这些重大成果的取得，展示了微生物学极其广阔的应用前景。近几年来基因的人工合成与基因的体外重组，使得按照人们的意向改造和创造新的生物类型成为可能。在当前生物工程学的研究中继续向分子水平深入开展。由此可见，微生物学是通过解决实际问题，在认识自然改造自然的斗争中，并在其他科学的相互促进中得到发展。食品微生物学是微生物学的一个分枝科学，它是在工业微生物学、农业微生物学、普通微生物学、医学微生物学、畜牧兽医微生物学为基础发展起来，它又为畜产品加工工艺学、园产品加工工艺学、粮油产品加工工艺学等有关学科打下专业课的理论基础。它的科学理论与先进技术已被食品卫生监督机关和食品生产部门，应用到食品生产和卫生监测中去，直接为提高食品的数量和质量服务。第一章食品微生物的污染来源及其控制第一节食品微生物的污染来源及其污染途径一、食品微生物的来源（一）土壤土壤为微生物提供了丰富的营养物质和适宜的生长环境。土壤是人类利用微生物资源的主要来源，也是食品微生物污染最重要的来源。1.土壤中微生物的种类、数量与分布土壤中的微生