食品微生物学电子教案 第8章 微生物与食品腐败变质

第八章微生物与食品腐败变质第一节食品的微生物污染及其控制第二节微生物引起食品腐败变质的原理第三节微生物引起食品腐败变质的环境条件第四节食品变质的病症、判断及引起变质的微生物类群食品的腐败变质是指在以微生物为主的各种因素的作用下，食品降低或失去食用价值的一切变化。以食品本身的组成和性质为根底，在环境的影响下，主要由微生物的作用所引起；是食品本身、环境因素和微生物三者互为条件、互为影响、综合作用的结果。食品微生物污染是指食品在加工、运输、贮藏、销售过程中被微生物及其毒素污染。食品微生物的污染主要包括细菌及细菌毒素污染和霉菌及霉菌毒素污染。一、污染食品的微生物来源及其途径食品从原料、生产、加工、贮藏、运输、销售到烹调等各个环节，常常与环境发生各种方式的接触，进而导致微生物的污染。污染食品的微生物来源可分为土壤、空气、水、操作人员、动植物、加工设备、包装材料等方面。第一节食品的微生物污染及其控制二、控制微生物污染的措施〔一〕加强生产环境的卫生管理〔二〕严格控制加工过程中的污染〔三〕注意贮藏、运输和销售卫生第二节微生物引起食品腐败变质的原理食品腐败变质的过程实质上是食品中碳水化合物、蛋白质、脂肪在污染微生物的作用下分解变化，产生有害物质的过程。一、食品中碳水化合物的分解

食品中的碳水化合物包括纤维素、半纤维素、淀粉、糖元以及双糖和单糖等。这些成分可发生水解并顺次形成低级产物。如单糖、醇、醛、羧酸直至二氧化碳和水。其主要变化指标是酸度升高；糖、醇、醛、酮含量升高或产气〔CO2〕，有时带有这些产物特有的气味；水果中果胶可被微生物所产生的果胶酶分解，使新鲜果蔬软化。

三、食品中脂肪的分解食品中脂肪的变质主要是酸败，经水解与氧化产生相应的分解产物。在微生物或动植物组织中的解脂酶作用下使食物中的中性脂肪分解成甘油和脂肪酸。脂肪酸可进而断链形成具有不愉快味道的酮类或酮酸，不饱和脂肪酸的不饱和键处还可形成过氧化物，脂肪酸也可再分解成具有特殊气味的醛类和羧酸即所谓的“油哈〞气味。油脂中的饱和脂肪酸及天然抗氧化物质(如维生素E〕、芳香化合物含量高时，那么可减慢氧化和酸败。第三节微生物引起食品腐败变质

的环境条件一、食品基质条件各种食品的基质条件不同，因此能够引起食品腐败变质的微生物种类也不完全一样。〔一〕食品的营养成分与微生物生长的适应性微生物是否能引起某种食品的腐败变质，首先取决于该种微生物所具有的酶系是否与该食品的营养成分相一致。食品的主要营养成分是蛋白质、碳水化合物和脂肪。不同的微生物对它们的利用能力是不同的。1.分解蛋白质的微生物多数细菌能分解蛋白质，分解力强的细菌如芽孢菌属、假单孢菌属等。多数酵母对蛋白质分解能力较弱。许多霉菌都具有分解蛋白质的能力，霉菌比细菌更能利用蛋白质，如毛霉属、根霉属等。2.分解碳水化合物的微生物绝大多数微生物都能利用比较简单的碳水化合物。能强烈分解淀粉的细菌仅是少数，主要为芽孢杆菌属。绝大多数酵母菌不能分解淀粉。许多霉菌可直接分解淀粉，如曲霉属、根霉属等。3.分解脂肪的微生物分解脂肪的微生物种类不多，细菌中荧光假单孢菌的分解能力较强．酵母中解脂假丝酵母具有一定的脂肪分解能力，霉菌中分解脂肪的种类较多，大局部霉菌具有一定的脂肪分解能力。〔二〕食品pH与微生物生长的适应性各类微生物都有其最适宜的pH范围，食品pH值上下是制约微生物生长，影响食品腐败变质的重要因素之一。食品原料的pH几乎都在7以下。根据食品的pH范围，可将食品划分为酸性和非酸性食品两类：

酸性食品：pH小于4.5的食品称为酸性食品。绝大多数的水果类食品都属于此类；在酸性食品中细菌受抑制，酵母菌和霉菌可正常生长。非酸性食品：pH大于4.5的食品。几乎所有的蔬菜和鱼、肉、乳等动物性食品都属于此类。在非酸性食品中细菌最适宜生长繁殖，大多数酵母菌和霉菌也能生长。大多数细菌最适生长的pH值是7.0左右。酵母菌和霉菌生长的pH值范围较宽，细菌生长下限一般在4.5左右，pH值3.3～4.0以下时只有个别耐酸细菌，如乳杆菌属。故非酸性食品适合于大多数细菌及酵母菌，霉菌的生长，酸性食品的腐败变质主要是酵母和霉菌的生长。在食品变质的同时，pH发生一定的规律性变化，以蛋白质为主要营养成分非食品，变质过程中伴随pH升高；以碳水化合物、脂肪为主要营养的食品，变质过程中伴随pH升高；以蛋白质、碳水化合物等营养均衡的食品，多表现初期pH降低，后期pH升高。〔三〕食品的水分活性与微生物生长的适应性微生物在食品中生长繁殖，需要有一定的水分。食品中的水分主要有两种存在形态，一种是与食品中的极性成分结合的结合态，另一种是游离态。影响微生物生长繁殖的主要是游离态水的含量，采用水分活性〔Aw〕来确定反响食品中的水分含量与微生物引起食品变质的关系。不同类群的微生物生长对Aw值要求不同。大多数细菌生长所需的Aw值在0.9以上；酵母菌需要的Aw值比细菌要低一些。表8-1、8-2对照列出常见食品的Aw值和主要致腐菌类群引起食品变质时要求的最低Aw值。二、食品的外界环境条件

〔一〕环境温度

〔二〕气体状况不同微生物的生长对氧气的依赖程度不同。在无氧的环境中，能够生长繁殖的有酵母菌、厌氧和兼性厌氧细菌，在有氧环境中，霉菌、放线菌和绝大局部细菌都能生长繁殖。新鲜食品原枓中含有复原性物质，具有抗氧能力，使动植物组织内部保持一段时间的少氧状态。因此新鲜食品原料内部能生长的微生物，主要是厌氧或兼性厌氧微生物。但食品原料经过加工处理，如加热可使食品中含有的复原性物质破坏，同时也可因加工使食品的组织状态发生改变，这样氧就可以进入到组织内部。第四节食品变质的病症、判断及引起变质的微生物类群二、果蔬及其制品的腐败变质

水果与蔬菜中一般都含有大量的水分、碳水化合物、较丰富的维生素和一定量的蛋白质。水果的pH大多数在4.5以下，而蔬菜的pH一般在5.0～7.0之间。(一〕微生物的来源果蔬的内部组织果蔬外表〔二〕果蔬的腐败变质原因：新鲜的果蔬表皮从表皮外覆盖的蜡质层可防止微生物侵入。当这层防护屏障受到机械损伤或昆虫的刺伤时，微生物便会从伤口侵入其内进行生长繁殖，使果蔬腐烂变质。微生物种类：霉菌、酵母菌和少数的细菌。现象：外观上出现深色斑点、组织变软、变形、凹陷，并逐渐变成浆液状乃至水液状，产生各种不同的酸味、芳香味、酒味等不能食用。果蔬贮藏：在低温〔0℃～10℃〕的环境中贮藏，可有效地减缓酶的作用，对微生物活动也有一定的抑制作用，可有效地延长果蔬的贮藏时间。贮藏期的长短受温度、微生物的污染程度、表皮损伤的情况、成熟度等因素影响。〔三〕果汁的腐败变质1、引起果汁变质的微生物主要是酵母菌，其次是霉菌和极少数细菌。苹果汁：假丝酵母属、圆酵母属、隐球酵母属和红酵母属。葡萄汁：柠檬形克勒克氏酵母、葡萄酒酵母、卵形酵母、路氏酵母等。柑橘汁：越南酵母、葡萄酒酵母和圆酵母属等。浓缩果汁：鲁氏酵母和蜂蜜酵母等。鲜榨果汁：交链孢霉属、芽枝霉属、粉孢霉属和镰刀霉属中的一些霉菌。贮藏的果汁：青霉属最为常见，如扩张青霉和皮壳青霉。另一种霉菌是曲霉属，如构巢曲霉、烟曲霉等。果汁中生长的细菌：乳酸菌，如乳明串珠菌、植物乳杆菌等。2．微生物引起果汁变质的现象微生物引起果汁变质一般会出现浑浊、产生酒精和导致有机酸的变化。

〔1〕混浊除了化学因素外，造成果汁浑浊的原因大多数是由于酵母菌进行酒精发酵而造成的，有时也由霉菌而造成。〔2〕产生酒精引起果汁产生酒精而变质的微生物主要是酵母菌。常见的酵母菌有葡萄汁酵母菌、啤酒酵母菌等。〔3〕有机酸的变化三、糕点的腐败变质〔一〕糕点变质现象和微生物类群现象：糕点类食品由于含水量较高，糖、油脂含量较多，在阳光、空气和较高温度等因素的作用下，易引起霉变和酸败。微生物类群：主要是细菌和霉菌，如沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、粪肠球菌、大肠杆菌、变形杆菌、黄曲霉、毛霉、青霉、镰刀霉等。〔二〕糕点变质的原因分析生产原料不符合质量标准制作过程中灭菌不彻底糕点包装贮藏不当四、乳及乳制品的腐败变质〔一〕微生物的来源及种类刚生产出来的鲜乳，总是会含有一定数量的微生物，而且在运输和贮存过程中还会受到微生物的污染，使乳中的微生物数量增多。1．来源乳畜的乳房内挤乳过程中环境，器具及操作人员2．种类主要是一些细菌，酵母菌和少数霉菌。①乳酸菌②胨化细菌③脂肪分解菌④酪酸菌⑤酵母菌和霉菌⑥产碱菌⑦酵母和霉菌⑧病原菌〔二〕鲜乳的腐败变质乳中含有溶菌酶等抑菌物质，使乳汁本身具有抗菌特性。但这种特性延续时间的长短，随乳汁温度上下和细菌的污染程度而不同。在这段时间内，乳内细菌是受到抑制的。当乳的自身杀菌作用消失后，乳静置于室温下，可观察到乳所特有的菌群交替现象。在10～0℃的环境中，鲜乳的腐败过程可分为以下几个阶段(图8-1)。图8-1鲜乳中微生物活动曲线1．抑制期在新鲜的乳液对乳中微生物具有杀灭或抑制作用。在杀菌作用终止后，乳中各种细菌均发育繁殖，由于营养物质丰富，暂时不发生互联或拮抗现象。这个时期约持续12h左右。2．乳链球菌期鲜乳中的抗菌物质减少或消失后，存在于乳中的微生物迅速繁殖，其中以乳酸链球菌生长繁殖居优势，分解乳糖产生乳酸，使乳中的酸性物质不断增高。抑制了腐败菌、产碱菌的生长。3．乳杆菌期当乳链球菌在乳液中繁殖，乳液的pH值下降至4.5以下时,由于乳酸杆菌耐酸力较强，尚能继续繁殖并产酸。在此时期，乳中可出现大量乳凝块,并有大量乳清析出，这个时期约有2d。4．真菌期当酸度继续下降至pH值3.0～3.5时,绝大多数的细菌生长受到抑制或死亡。而霉菌和酵母菌尚能适应高酸环境,并利用乳酸作为营养来源而开始大量生长繁殖。由于酸被利用，乳液的pH值上升，逐渐接近中性。5．腐败期(胨化期)经过以上几个阶段，乳中的乳糖已根本上消耗掉，而蛋白质和脂肪含量相对较高，因此，此时能分解蛋白质和脂肪的细菌开始活泼，凝乳块逐渐被消化，乳的pH值不断上升，向碱性转化，同时并伴随有芽孢杆菌属，假单孢杆菌属，变形杆菌属等腐败细菌的生长繁殖，于是牛奶出现腐败臭味。鲜乳的腐败变质还会出现产气、发黏和变色的现象。气体主要是由细菌及少数酵母菌产生，主要有大肠杆菌群，其次有梭状芽孢杆菌属、芽孢杆菌属、异型发酸的乳酸菌类、丙酸细菌及酵母菌。这些微生物分解乳中糖类产酸并产CO2或H2。发黏现象是具有荚膜的细菌生长造成的，主要是产碱杆菌属，肠杆菌属和乳酸菌中的某些种。变色主要是由假单孢菌属、黄色杆菌属和酵母菌等的一些种造成的。〔三〕乳制品的腐败变质

1.奶粉

在奶粉的制造过程中，原料乳经过净化、杀菌、浓缩、枯燥等工艺，可使原料乳中的微生物数量大大降低。特别是制成的奶粉含水量很低，不适于微生物的生长，甚至随着贮存时间的延长，微生物数量还会逐渐减少，残留的微生物主要是一些芽孢杆菌，所以奶粉能贮存较长时间而不变质。但如果原料乳的微生物学品质很差，微生物含量过高、生产工艺不完善、设备不精良、生产环境卫生条件差，不仅原料乳中的微生物不能完全杀死，而且还会造成微生物的再次污染，使奶粉中含有较多的微生物，并可能有病原菌存在。奶粉中常见的病原菌是沙门氏菌和金黄色葡萄球菌。五、肉及肉制品的腐败变质 〔一〕肉及肉制品中微生物的来源1．屠宰前：畜禽体表、被毛、消化道、上呼吸道等器官；患病的畜禽其器官及组织内部2．屠宰后：在使用非灭菌的刀具放血时，将微生物引入血液中的，随着血液扩散至胴体部位。在屠宰、分割、加工、贮存和肉的销售过程中的每一个环节。〔二〕肉及肉制品中微生物的种类肉及肉制品中常见的微生物有细菌、霉菌和酵母，其中大局部为腐败微生物，有时还可能有病原微生物。〔三〕鲜肉的腐败变质

在适宜条件下，污染鲜肉的微生物可迅速生长繁殖，引起鲜肉腐败变质。细菌吸附鲜肉外表的过程可分为两个阶段：首先是可逆吸附阶段，即细菌与鲜肉外表微弱结合，此时用水洗可将其除掉；第二个阶段为不可逆吸附阶段，细菌紧密地吸附在鲜肉外表，而不能被水洗掉，吸附的细菌数量随时间的延长而增加。试验说明，不能分解蛋白质的细菌难以向肌肉内部侵入和扩散，而能分解蛋白质的细菌，可向肌肉内部侵入并扩散。1．有氧条件下的腐败在有氧条件下，需氧菌和兼性厌氧菌引起肉类的腐败表现为：〔1〕外表发黏。肉体外表有黏液状物质产生，会出现拉丝观象，并有臭味产生。此时含菌数一般可达107个/cm2。〔2〕变色。微生物污染肉后，分解含硫氨基酸产生H2S，H2S与肌肉组织中的血红蛋白反响形成绿色的硫化氢血红蛋白，这类化合物积累于肉的外表时，形成暗绿色的斑点。还有许多微生物可产生各种色素，使肉外表呈现多种色斑。

〔3〕产生异味。脂肪酸败可产生酸败气味，主要由无色菌属或酵母菌引起，乳酸菌和酵母菌发酵时产生挥发性有机酸也带有酸味，放线菌产生泥土味，霉菌能使肉产生霉味，蛋白质腐败产生恶臭味。

〔四〕肉制品的腐败变质1．熟肉类制品来源：加热过程中带有芽孢的细菌可能存留下来。在熟肉制品上存在的其他细菌、霉菌及酵母菌常是热加工后的二次污染菌。现象：熟肉制品腐败可出现酸味、黏液和恶臭味。假设被厌氧校状芽孢杆菌污染，熟肉制品深部会发生腐败，甚至产生毒素。2．腌腊制品腌制肉中微生物的分布与腌制肉的部位和环境条件有关，一般肉皮上的细菌数比肌肉中的细菌数要高。当pH6.3时，那么以微球菌占优势。弧菌具有一定的嗜盐性，并能在低温条件下生长，有复原硝酸盐和亚硝酸盐的能力，在pH5.9～6.0以上时生长，在肉外表生长形成黏液。3．香肠和灌肠制品来源：在加工过程中，分布在肉外表的微生物及环境中的微生物会大量扩散到肉中去。生肠类制品，如中国腊肠虽含有一定盐分但仍缺乏以抑制其中的微生物生长。酵母菌可在肠衣外面形成粘液层，微杆菌能使肉肠变酸和变色，革兰氏阴性杆菌也可使肉肠发生腐败变质。熟肉肠类是经过热加工制成的产品，因此可杀死肉馅中微生物的营养体，但一些细菌的芽孢仍可能存活。熟肉肠关制品发生变质的现象主要有外表变色和绿蕊或绿环。前者是由于加工后又污染了细菌，而贮存条件又不当，细菌繁殖所致，后者那么是由于原料含菌数过高，加工处理不当，没有将细菌全部杀死，成品又没及时冷藏，细菌大量繁殖所致。当肉肠外表潮湿，环境温度度高时更易发生变质。

4．干制品

肉干是瘦肉经过适当加工和枯燥处理而制成的产品。肉于含水量一般在15%以下，Aw值在0.70以下，并置于枯燥环境或装人不透气包装材料内贮存。因此绝大多数的微生物都不能在其上生长，仅有少数霉菌，如灰绿曲霉偶尔可在肉干上缓慢生长。当肉干含水量增高，外表可发现霉菌生长并产生霉味。六、禽蛋的腐败变质〔一〕微生物的来源在鲜蛋中经常可发现微生物存在，微生物污染的来源：①卵巢内：病原菌通过血液循环进入卵巢在蛋黄形成时进入蛋中。常见的卵巢内感染菌有雏沙门氏菌鸡沙门氏菌等。②泄殖腔：禽类泄殖腔内含有一定数量的微生物，当蛋从泄殖腔排出体外时，由于蛋内遇冷收缩，附在匠壳上的微生物可穿过蛋壳进入蛋内。③环境：鲜蛋蛋壳的屏障作用有限，蛋壳上有许多大小为4～40μm的气孔，外界的各种微生物都有可能进入，特别是贮存期长或经过洗涤的蛋，在高温、潮湿的条件下，环境中的微生物更容易借水的渗透作用侵入蛋内。〔二〕禽蛋的腐败变质禽蛋被微生物污染后，在适宜的条件下，微生物首先使蛋白分解。使蛋黄不能固定而发生位移。随后蛋黄膜被分解而使蛋黄散乱，并与蛋白逐渐相混在一起。这种观象是变质的初期现象。称为散黄蛋。散黄蛋进一步被微生物分解，产生硫化氢、氨、粪臭素等蛋白分解产物，蛋液变成灰绿色的稀薄液并伴有大量恶臭气味，称为泻黄蛋。有时蛋液变质不产生硫化氢而产生酸臭，蛋液红色，变稠呈浆状或有凝块出现，称为酸败蛋。外界的霉菌可在蛋壳外表或进入内侧生长，形成深色霉斑，造成蛋液黏着，称为翻壳蛋。细菌、霉菌引起禽蛋变质的具体情况见表8-6。第五节食品保藏中的防腐与杀菌措施一、食品的低温抑菌保藏低温保藏是食品保藏中使用最广泛的方法。降低食品的温度不仅可以抑制食品中的微生物活动，而且食品本身的酶活性及反响也受到抑制。一般保藏温度越低，食品的保藏期就越长。但是温度过低会破坏一些食品的组织，而且除去热量和维持一定的低温费用相当高，所以在选择低温保藏的温度时，应从食品的种类和经济效益两方面加以考虑。〔一〕冷藏冷藏就是在0～10℃条件下保藏食品。新鲜果蔬在收获后仍在进行生命活动，只要保持其正常的组织结构，对微生物的侵染就有一定的抵抗能力。因此适当降低温度使其呼吸作用减弱，减少水分蒸发，即可延长其保藏期。食品的冷藏温度越低，其保藏期越长，但不适当的低温会使果蔬受到冷害和冻害。在冷藏条件下由于嗜冷菌仍能缓慢生长，经过一定时间后便可导致食品腐败变质。因此各类冷藏食品都有一定的保藏期。不同食品由于初始带菌量及带菌种类、食品的基质条件和其他保藏条件等不同，其保藏期限从几天至几个月不等。肉、鱼类冷藏保藏期较短，而一些水果蔬菜类保藏期相对较长。〔二〕冷冻保藏将食品保藏在其冰点以下即称冷冻保藏。一般冷冻保藏温度为-18℃，在这样的低温下，微生物不能活动。同时水分活性随温度降低而降低，纯水在-20℃时Aw仅0.8，低于细菌生长的最低Aw值。食品冷藏都尽量采用快速冷冻。细菌的芽孢对冷冻及床藏的抗性最强，冷冻保藏后约有90%的芽孢们可存活。真菌的孢子也有较强的抗冻力，枯燥的黄曲霉分生孢子经速冻和解冻后存活率可达75%。一般酵母菌和G+细菌的抗凉力较强，而G-细菌的抗冻力较弱。冷冻时的介质成分对微生物的存活率也有很大影响。在-18℃冷冻保藏的食品中，微生物已不能生长，但食品中原有的酶及微生物产生的酶仍有微弱的活性。一般冷冻保藏温度越低，保藏期就越长。冷冻保藏的食品保藏期可长达几个月至二年。二、食品加热灭菌保藏〔一〕食品的巴氏消毒一些食品当采用高温灭菌时会使其营养和色、香、味受到影响，所以，可采用巴氏消毒法，即采用较低的温度处理，以到达消毒或防腐，延长保存期的目的。一般为为62～63℃

30min或71℃

15min，也有用80～90℃1mim，以杀死食品中致腐微生物的营养体。本方法多用于牛奶、果汁、啤酒、酱油、食醋等的杀菌。所用设备有间歇式水煮立式杀菌锅、长方形水槽、连续式水煮设备、喷淋式连续杀菌设备。三、食品的高渗透压保藏提高食品的渗透压可防止食品腐败变质。原理：在高渗透压溶液中，微生物细胞内的水分大量外渗，导致质壁别离，出现生理枯燥。同时，随着盐浓度增高，微生物可利用的游离水减少，高浓度的Na+和Cl-也可对微生物产生毒害作用，高浓度盐溶液对微生物的酶活性有破坏作用，还可使氧雄溶干盐水中，形成缺氧环境。因此可抑制微生物生长或使之死亡，防止食品腐败变质。常用的有盐腌法和糖渍法。〔一〕盐腌保藏一般食品中盐浓度到达8%～10%可以抑制多数杆菌的生长。球菌被抑制生长的盐浓度在15%。酵母菌一般对盐较敏感。但有些酵母菌和某些细菌、霉菌一样具有耐高渗透压的特性。总体上讲，18%～25%盐浓度才能完全阻止微生物的生长。盐腌食品常见的有咸鱼、咸肉、咸蛋、咸菜等。〔二〕糖渍保藏糖渍保藏食品是利用高浓度的糖液抑制微生物生长繁殖。由于在同一质量百分比浓度的溶液中，离子溶液较分子溶液的渗透压大。因此，蔗糖必须比食盐大4倍上的浓度，才能到达与食盐相同的抑菌作用。含有50%的糖液可以抑制绝大多数酵母和细菌生长，65%～70%的糖液可以抑制许多霉菌，70%～80%的糖液能抑制几乎所有的微生物生长。糖渍食品常见的有甜