微生物生态学基础知识及其应用(5)

食品上的微生物

 

食品是用营养丰富的动植物原料经过人工加工后的制成品，其种类繁多，主要有面包、糕点、糖果、罐头、饮料、蜜饯和调味品等。由于在食品的加工、包装、运输和贮藏等过程中，都不可能进行严格的无菌操作，食物可能会被各种微生物所污染，其中包括病原菌。罐头食品也会被一些耐热厌氧性芽孢梭菌和芽孢杆菌所污染，这是造成罐头食品腐败的主要原因。在合适的温、湿度条件下，污染的微生物又会迅速繁殖。因此，食品上常常有各种微生物分布着，且保存时间稍长，就会使食品迅速变质。

 

污染食品的微生物主要是Aspergillus（曲霉属）、 Penicillium （青霉属）、Fusarium （镰孢霉属）、Alternaria（链格孢霉属）、 Paecilomyces（拟青霉属）、 Rhizopus （根霉属）、Mucur（毛霉属）、 Phoma（茎点霉属）、 trichoderma（木霉属）、 Escherichia coli（大肠杆菌）、Staphylococcus aureus（金黄色葡萄球菌）、 Bacillus subtilis（枯草杆菌）、 B.megaterium（巨大芽胞杆菌）、Salmonella （沙门氏菌属）、Proteus vulgaris （普通 变形杆菌）、Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌）、 Lactobacillus（乳杆菌属）、 Streptococcus lactis（乳链球菌）、 Clostridium （梭菌属）和Saccharomyces cerevisiae（酿酒酵母）等。

 

由于在霉腐变质的食品上经常有各种致病菌和真菌毒素等有毒代谢产物存在，它们会引起人类的各种严重疾病，所以食品卫生工作就显得格外重要。

 

食品中的一类独特产品是罐头。1804年前后，法国厨师N. Appert偶而发现，如把一瓶密封的果汁煮沸，就能使它长期保存。从1811年起，这项发明已被用于拿破仑的军队中。这就是罐头的起源。

罐头食品种类很多，从使其变质腐败的微生物的角度来看，可分以下几类：

 

酸性食品罐头

属于一般酸性食品（pH3.7～4.5）者，如番茄、梨、无花果、菠萝和其它水果罐头；属于高酸食品（pH＜3.7者如泡菜、浆果和柠檬汁罐头。对酸性食品罐头只要用较低的灭菌温度即可达到长期包藏的目的。当这类罐头变质时，从中可分离到Bacillus thermoacidurans(嗜热耐酸芽孢杆菌)等“平酸菌”(即产酸不产气因而不会引起罐体膨胀的细菌)和产酸产气菌，如Clostridium pasteurianum(巴氏梭菌)、C.butyricum(丁酸梭菌)、Lactobacillus brevis(短乳杆菌)和Leuconostoc（明串珠菌）等。

 

低酸或中酸食品罐头

pH＞5的食品称低酸食品，如多数肉类、海产品、牛奶、玉米和豌豆等；而pH为4.5～5的食品则称中酸食品，如肉菜混合物、汤料和沙司等。这类罐头的灭菌温度应高些，肉类罐头尤甚。当这类罐头变质时，可检出Bacillus stearothermophilus（嗜热脂肪芽孢杆菌）和B.coagulans（凝结芽孢杆菌）等“平酸菌”；还可分离到Clostridium thermosaccharolyticum（热解糖梭菌）等产酸产气菌以及分解蛋白质的C.sporogenes（生孢梭菌）、C.histolyticum（溶组织梭菌）和C.botulinum（肉毒梭菌）等厌氧梭状芽孢杆菌。除“平酸菌”外，在生长过程中都会产生大量的CO2和H2，从而引起罐头膨胀（“胖听”）。其中的C. botulinum还会产生对人畜具剧毒的细菌外毒素—肉毒毒素。

 

酿造食品中的微生物

微生物的空间和时间分布

在传统发酵过程中，曲、醅、醪、糟等物料都是一种混合培养物。以含高粱原料的醋醅为例，它首先被能消化或氧化高粱的微生物侵袭，在氧耗尽后，靠近高粱周围变成厌氧环境，这时发酵性的微生物开始活跃、繁殖起来。发酵产物可扩散到仍然有氧的区域继续被氧化，或者在厌氧条件下被厌氧微生物的厌氧性氧化所利用。其中有一小部分被彻底氧化成CO2和H2O，而另一大部分作为中间产物（比如乙醇、乳酸等）继续积累或参加转化。而当环境随着工艺过程的改变（如翻醅、倒缸），可能又有好氧过程的出现，好氧性微生物的数量又可继续增加，氧气被消耗后再变为厌氧环境，随着温度、水分、pH值、氧化还原值（rH2）、渗透压、营养条件的不断变化，微生物区系及活力也在不断变化，直至酿造过程结束。

 

酿造食品生态环境的一些特征

1) 料醅团粒结构：固体发酵，料醅大都是相互凝结成各种形状的大小团块，也可称为结构体或团聚体。料醅结构体的大小、形状、排列和相应的孔隙状况称为料醅的结构性。传统酿造法中特别强调细致操作，“匀、透、适、”“低倒匀铺，先倒后翻，头匀二细”等.料醅物理性质的好坏往往反映在料醅孔性（孔隙的数量和质量）方面，结构性是决定孔性好坏的基础之一。

 

在不同产品生产工艺中对结构的状态、团粒的大小要求是不同的。团粒是指直径为0.25～10mm的较疏松的多孔性小料团，它的粮食及辅料颗粒经过润料、蒸煮、制曲、发酵等多次复合和团聚而成。团粒结构具有良好的物理性质，其特点是结构体内为毛管孔隙，结构体之间为大孔隙，而且总孔隙度以及毛管孔隙与非毛管孔隙的比例都比较适合。毛管孔隙有良好的蓄水保水能力，团粒之间的大孔隙又可透水通气，致使水气矛盾得以较好解决。这种状态对于微生物的活动十分有利，在大孔隙周围的水膜内旺盛地生活着好气性微生物，在小孔隙中生活着厌氧性微生物，在十分微小的孔隙内，由于细菌也不能进入，致使其中有机质可以缓慢地分解，可使碳水化合物等缓慢释放，不致使料醅升温过猛等等。

 

2) 发酵醪表面环境：微生物在液态发酵醪环境中，液－固表面环境是不可忽视的一个因素，因为营养物质常吸附在表面。所以，在一个微环境的表面，其营养水平可能比表面以外部位营养水平要高得多。目前对微生物附着于表面的机制还不完全了解。据研究，大致可把微生物在物质表面形成表面膜的过程分为三个阶段：第一阶段是有机质附着在表面，凡是与水接触的物体表面都能很快地形成这一层；第二阶段，开始有初步的细菌膜附着在表面，起先是醪液中正常游离的细菌群体，因物理或化学作用暂时附着于表面，运动着的细菌也可以因营养物质的引诱而朝着它做定向运动，进而附着在表面上。这时细菌只是以一端附着，使菌体与表面呈直角，因而附着往往不很牢固；第三阶段是，当初步吸附在表面的细菌分泌出胞外聚合物时，就使细菌和表面粘连在一起，形成牢固的吸附层，此即微生物表面膜。至于气－液界的面问题，主要与表面积有关。表面积与体积之比越大，细菌活力愈强，单位体积内含菌量愈高。