食品环境中的极端微生物

      自然界中，一些在以前被人们认为是生命禁区的高温、低温、高酸、高碱、高盐、高压或高辐射强度等极端恶劣环境中仍然生活着微生物，如嗜热菌（thermophiles）、嗜冷菌（psychrophiles）、嗜酸菌（acidophiles）、嗜碱菌（basophgiles）、嗜盐菌（halophiles）、嗜压菌（barophiles）和耐辐射菌等，它们统称为极端环境微生物或简称为极端微生物（extrememicroorganism）。

1、嗜盐微生物

      嗜盐菌和耐盐菌

      嗜盐菌是指那些能耐受一定浓度的盐溶液，但在无盐存在条件生得最好的菌类，入金黄色葡萄球菌。嗜盐菌专指那些一定浓度的盐为菌体生长所必需，且只有在一定浓度的盐溶液中才生长最好的菌类。后者依嗜盐浓度不同，可又分为轻度嗜盐菌（最适盐浓度为0.2～0.5mol/L），中度嗜盐菌（最适盐浓度0.5～2.0mol/L）和极端嗜盐菌（最适盐浓度>3mol/L），其中部分极端嗜盐菌是为  嗜盐菌古细菌。

      高盐环境

      高盐环境遍及世界，主要是盐湖，盐场、盐矿。这些高盐环境看上去条件严酷，但仍能成为一个高盐生态系统。其中活跃一些极端嗜盐微生物和嗜盐藻类，如杜氏藻嗜盐微生物在分类上包括8个属：盐杆菌属、盐球菌属、富盐菌属、盐深红菌属、嗜盐碱杆菌属、嗜盐碱球菌属和Halbaculum等。

      嗜盐菌常出现在高盐食物中，如腌鱼、海鱼和咸肉。这些嗜盐菌生长，除了不太美观以外，还可能带来一些不良后果，甚至是严重后果。已报道能在咸鱼中生长的嗜盐菌有盐沼盐杆菌、鲟鱼盐球菌。近年来，我国陆续从进口咸鱼中、海鱼中分离出嗜盐性弧。有关咸鱼中毒事件也有时发生。

在高盐发酵环境中，嗜盐菌活动是十分重要的。如酱油高盐稀态发酵阶段，起主要作用的是嗜盐性乳酸菌球菌和嗜盐酵母。它们的代谢产物是酱油风味的主要来源。类似情形也发生在腌酸菜与酱腌菜发酵中。

       应用前景

紫膜蛋白能够通过构型改变储存信息，并且有广泛的pH和温度耐受范围，是未来之奥生物计算机芯片的理想材料。某些嗜盐菌体内含有丰富的类胡萝卜素、r—亚油酸等成分，可望用于并开发保健食品。嗜盐菌的酶将是工业上耐盐酶的重要来源。还有的嗜盐菌在一定条件下能大量积累生物塑料，可用于可降解生物材料的开发。此外，在高盐污水处理方面也将发挥重要作用。

2、嗜热微生物

      嗜热菌和超嗜热菌

      细菌嗜热微生物中最耐热的。按它们最适生长温度不同又可以分为嗜热菌和超嗜热菌。嗜热菌的最适生长温度65～70℃，40℃以下不能生长。超嗜热菌最适生长温度在80～110℃，最低生长温度在65℃左右。大部分超嗜热菌是古细菌，但也有真细菌归属此类。

      高温环境

      嗜热微生物生长的环境有热泉（温度可达100℃）、草堆、厩肥、煤堆、热地区土壤及海底火山附近等处。在食品环境中，湿热微生物可存在于排放冷却水中，也可以残存于经过高温灭菌牛乳或其他食品中，食品加工中最重要的嗜热菌归属芽孢杆菌和梭状芽孔杆菌属。酿造工业中啤酒的巴氏杀菌方式通常为60℃，8～15min。罐头食品的杀菌有时成为商业无菌，它表明在杀过菌的罐头中，采用常规培养方法检不出活菌或残存菌数非常低，以至在罐头食品生产和贮存条件下菌数不会有明显的变化。也就是说在罐头食品中可能残存有嗜热微生物，只不过在贮存过程中由于不适宜的pH、Eh或温度使其不能在产品中生长。

      应用前景

     （1）在基因工程中，它可以为基因工程菌的建立提供特异性基因。此外，从嗜热菌提取出来的一些耐高温酶类，如DNA聚合酶，也是生物工程不可缺少的重要工具。

     （2）在发酵工业中，可以利用其耐高温特性，提高反应温度，增大反应速度，减少中温杂菌污染的机会，而且发酵过程不需冷却，可省去深井水的消耗。

     （3）嗜热菌对某些矿物有特殊的浸溶能力，对某些金属具有较强的耐受能力。利用这类微生物，为矿产资源开发提供了有希望的前景。

3、嗜冷微生物

      耐冷菌和嗜冷菌

      冷适应微生物可根据其生长温度特性分为两类：一类是必须生活在低温条件下且最高生长温度不超过20℃，最适生长温度在15℃，在0℃可生长繁殖的微生物称之为嗜冷菌。另一类其最高生长温度高于20℃，最适温度高于15℃，在0～5℃可生长繁殖的微生物称之为耐冷菌。这两类微生物的生态分布和适应低温的分子机制存在一定差异。在丰富底物存在条件下，嗜冷菌在0℃的生长要超过耐冷菌。嗜冷菌只能在较窄的温度范围内生长，而耐冷菌则能在较宽的温度范围内生长。

      冷环境

      嗜冷菌分布于极地、冰窖、高山、深海、冷冻土壤等区域。从这些环境中分离的主要嗜冷微生物有针丝藻和微单胞菌等。

耐冷菌比嗜冷菌分布更加广泛。可从储存在冰箱中的肉、奶、苹果汁、蔬菜和水果中分离它们，耐冷菌的存在往往是造成低温保藏食品腐败的主要根源。食品低温保藏一般在7℃以下，通常是0～7℃之间，在此温度生长并污染食品的主要是革兰氏阴性菌如单核李斯特菌、沙门氏菌、微单胞菌和弧菌等，在低于-18℃的冻藏温度下，酵母和霉菌比细菌更有可能生长。在食品中微生物生长的最低温度记录是-34℃，它是一种红色酵母。

      应用前景

尽管嗜冷微生物有时会引起低温保藏食品腐败，甚至产生细菌毒素。但它们能在低温条件下即可对污染物进行降解和转化，使其在工业和日常生活中具有许多潜在的应用价值。如：低温发酵可产生出许多风味食品，且可节约能源及减少嗜温菌的污染；分离自嗜冷菌的脂酶、蛋白酶及β-半乳糖苷酶在食品工业和洗涤剂中具有很大潜力；从海洋嗜冷菌分离的生物活性物质可用于医药和食品等。此外，生命起源于海洋，因此，研究海洋嗜冷菌有可能为生命起源和进化提供有意义的证据。

4、耐辐射微生物

      耐辐射微生物

      耐辐射微生物只是对高辐射环境更具耐受性，而不是对辐射有特别嗜好。总的来说，革兰氏阳性菌强得多。芽孢菌的耐辐射力远大无芽孢菌。A型肉毒梭状芽孢杆菌的芽孢是能有梭状孢子中耐辐射能力最强的一种。革兰氏阴性菌中，不动杆菌属存在一些极高耐辐射种。革兰氏阳性球菌是非芽孢中抗性最强的一类，包括微球菌、链球菌和肠球菌。要特别提及的是，一种对辐射有极度耐性的奇异球菌属，该属包含4个种都是非芽孢菌中耐辐射最强的。该菌形态特征随生长期而变化，即对数生长期，细菌呈二连体，而在稳定期，绝大多数细菌呈四叠体。

      高辐射环境

      1956年美国的教授首次在俄勒冈经大剂量辐射灭菌的肉罐头中分离出耐辐射奇异球菌。此后，又从以杀菌为目的进行辐射处理食品、医疗器械或饲料等样品中，分离出各种耐辐射细菌。如从牛肉糜、猪肉香肠、动物皮、动物粪便、淡水、黑斑鳕中以及棉花和土壤中分离Deinococci。我国报道在放射性元素环表面有抗辐射细菌存在。

      应用前景

      研究耐辐射菌DNA损伤与修复系统具有非常重要的价值。它可能为解决日益严重因辐射过量所致疾病的治疗提供新的线索。另一方面，辐射灭菌已被确定为一种理想的冷杀菌方式，而耐辐射菌是保藏食品腐败的主要原因。