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微生物在食品中的作用 5000/字 谢谢

Answer 1

微生物的作用

微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。在人类疾病中有50％是由病毒引起。世界卫生组织公布资料显示：传染病的发病率和病死率在所有疾病中占据第一位。微生物导致人类疾病的历史，也就是人类与之不断斗争的历史。在疾病的预防和治疗方面，人类取得了长足的进展，但是新现和再现的微生物感染还是不断发生，像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力，使许多菌株发生变异，导致耐药性的产生，人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间可以通过重组或重配发生变异，最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大流行流感病毒都与前次导致感染的株型发生了变异，这种快速的变异给疫苗的设计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核感染又在世界范围内猖獗起来。
微生物千姿百态，有些是腐败性的，即引起食品气味和组织结构发生不良变化。当然有些微生物是有益的，它们可用来生产如奶酪，面包，泡菜，啤酒和葡萄酒。微生物非常小，必须通过显微镜放大约1000 倍才能看到。比如中等大小的细菌，1000个叠加在一起只有句号那么大。想像一下一滴牛奶，每毫升腐败的牛奶中约有5千万个细菌，或者讲每夸脱牛奶中细菌总数约为50亿。也就是一滴牛奶中可有含有50 亿个细菌。
微生物能够致病，能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂，但微生物也有有益的一面。最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素，这对医药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。一些微生物被广泛应用于工业发酵，生产乙醇、食品及各种酶制剂等；一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等，并且可再生资源的潜力极大，称为环保微生物；还有一些能在极端环境中生存的微生物，例如：高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境，依然存在着一部分微生物等等。看上去，我们发现的微生物已经很多，但实际上由于培养方式等技术手段的限制，人类现今发现的微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。
微生物间的相互作用机制也相当奥秘。例如健康人肠道中即有大量细菌存在，称正常菌群，其中包含的细菌种类高达上百种。在肠道环境中这些细菌相互依存，互惠共生。食物、有毒物质甚至药物的分解与吸收，菌群在这些过程中发挥的作用，以及细菌之间的相互作用机制还不明了。一旦菌群失调，就会引起腹泻。
随着医学研究进入分子水平，人们对基因、遗传物质等专业术语也日渐熟悉。人们认识到，是遗传信息决定了生物体具有的生命特征，包括外部形态以及从事的生命活动等等，而生物体的基因组正是这些遗传信息的携带者。因此阐明生物体基因组携带的遗传信息，将大大有助于揭示生命的起源和奥秘。在分子水平上研究微生物病原体的变异规律、毒力和致病性，对于传统微生物学来说是一场革命。
以人类基因组计划为代表的生物体基因组研究成为整个生命科学研究的前沿，而微生物基因组研究又是其中的重要分支。世界权威性杂志《科学》曾将微生物基因组研究评为世界重大科学进展之一。通过基因组研究揭示微生物的遗传机制，发现重要的功能基因并在此基础上发展疫苗，开发新型抗病毒、抗细菌、真菌药物，将对有效地控制新老传染病的流行，促进医疗健康事业的迅速发展和壮大!
从分子水平上对微生物进行基因组研究为探索微生物个体以及群体间作用的奥秘提供了新的线索和思路。为了充分开发微生物（特别是细菌）资源，1994年美国发起了微生物基因组研究计划（MGP）。通过研究完整的基因组信息开发和利用微生物重要的功能基因，不仅能够加深对微生物的致病机制、重要代谢和调控机制的认识，更能在此基础上发展一系列与我们的生活密切相关的基因工程产品，包括：接种用的疫苗、治疗用的新药、诊断试剂和应用于工农业生产的各种酶制剂等等。通过基因工程方法的改造，促进新型菌株的构建和传统菌株的改造，全面促进微生物工业时代的来临。
工业微生物涉及食品、制药、冶金、采矿、石油、皮革、轻化工等多种行业。通过微生物发酵途径生产抗生素、丁醇、维生素C以及一些风味食品的制备等；某些特殊微生物酶参与皮革脱毛、冶金、采油采矿等生产过程，甚至直接作为洗衣粉等的添加剂；另外还有一些微生物的代谢产物可以作为天然的微生物杀虫剂广泛应用于农业生产。通过对枯草芽孢杆菌的基因组研究，发现了一系列与抗生素及重要工业用酶的产生相关的基因。乳酸杆菌作为一种重要的微生态调节剂参与食品发酵过程，对其进行的基因组学研究将有利于找到关键的功能基因，然后对菌株加以改造，使其更适于工业化的生产过程。国内维生素C两步发酵法生产过程中的关键菌株氧化葡萄糖酸杆菌的基因组研究，将在基因组测序完成的前提下找到与维生素C生产相关的重要代谢功能基因，经基因工程改造，实现新的工程菌株的构建，简化生产步骤，降低生产成本，继而实现经济效益的大幅度提升。对工业微生物开展的基因组研究，不断发现新的特殊酶基因及重要代谢过程和代谢产物生成相关的功能基因，并将其应用于生产以及传统工业、工艺的改造，同时推动现代生物技术的迅速发展。
据资料统计，全球每年因病害导致的农作物减产可高达20％，其中植物的细菌性病害最为严重。除了培植在遗传上对病害有抗性的品种以及加强园艺管理外，似乎没有更好的病害防治策略。因此积极开展某些植物致病微生物的基因组研究，认清其致病机制并由此发展控制病害的新对策显得十分紧迫。
经济作物柑橘的致病菌是国际上第一个发表了全序列的植物致病微生物。还有一些在分类学、生理学和经济价值上非常重要的农业微生物，例如：胡萝卜欧文氏菌、植物致病性假单胞菌以及中国正在开展的黄单胞菌的研究等正在进行之中。日前植物固氮根瘤菌的全序列也刚刚测定完成。借鉴已经较为成熟的从人类病原微生物的基因组学信息筛选治疗性药物的方案，可以尝试性地应用到植物病原体上。特别像柑橘的致病菌这种需要昆虫媒介才能完成生活周期的种类，除了杀虫剂能阻断其生活周期以外，只能通过遗传学研究找到毒力相关因子，寻找抗性靶位以发展更有效的控制对策。固氮菌全部遗传信息的解析对于开发利用其固氮关键基因提高农作物的产量和质量也具有重要的意义。
在全面推进经济发展的同时，滥用资源、破坏环境的现象也日益严重。面对全球环境的一再恶化，提倡环保成为全世界人民的共同呼声。而生物除污在环境污染治理中潜力巨大，微生物参与治理则是生物除污的主流。微生物可降解塑料、甲苯等有机物；还能处理工业废水中的磷酸盐、含硫废气以及土壤的改良等。微生物能够分解纤维素等物质，并促进资源的再生利用。对这些微生物开展的基因组研究，在深入了解特殊代谢过程的遗传背景的前提下，有选择性的加以利用，例如找到不同污染物降解的关键基因，将其在某一菌株中组合，构建高效能的基因工程菌株，一菌多用，可同时降解不同的环境污染物质，极大发挥其改善环境、排除污染的潜力。美国基因组研究所结合生物芯片方法对微生物进行了特殊条件下的表达谱的研究，以期找到其降解有机物的关键基因，为开发及利用确定目标。
在极端环境下能够生长的微生物称为极端微生物，又称嗜极菌。嗜极菌对极端环境具有很强的适应性，极端微生物基因组的研究有助于从分子水平研究极限条件下微生物的适应性，加深对生命本质的认识。
有一种嗜极菌，它能够暴露于数千倍强度的辐射下仍能存活，而人类一个剂量强度就会死亡。该细菌的染色体在接受几百万拉德a射线后粉碎为数百个片段，但能在一天内将其恢复。研究其DNA修复机制对于发展在辐射污染区进行环境的生物治理非常有意义。开发利用嗜极菌的极限特性可以突破当前生物技术领域中的一些局限，建立新的技术手段，使环境、能源、农业、健康、轻化工等领域的生物技术能力发生革命。来自极端微生物的极端酶，可在极端环境下行使功能，将极大地拓展酶的应用空间，是建立高效率、低成本生物技术加工过程的基础，例如PCR技术中的TagDNA聚合酶、洗涤剂中的碱性酶等都具有代表意义。极端微生物的研究与应用将是取得现代生物技术优势的重要途径，其在新酶、新药开发及环境整治方面应用潜力极大。
食品因富含有微生物可依赖生长的营养成分，因此会不同程度的受微生物污染。如何控制好微生物对食品的污染，已成为人们关注的话题。下面就食品加工中如何控制好微生物污染提出几种方法：
对食品加工来讲，通过控制病原体所需的营养成分来控制病原体难以达到目的，因为除特别情形之外，大多数食品为病原体生长提供了充足的营养。食品加工可以通过分别控制食品中水分活度和pH值，或通过特定的包装技术调节气体来控制病原体的生长。

1 控制pH
每种微生物生长都有最低、最佳、最高pH值，酵母菌和霉菌可在低pH下生长，当pH值为 4.6或以下时可抑制致病菌生长和产生毒素。但有些病原体，特别是艾希氏大肠杆菌0157:H7，虽然在酸性条件下生长被抑制，仍可存活较长时间。pH 是一种抑制病菌生长的方法，而不能破坏现存的致病菌。但是，在低pH值保持时间较长时，很多微生物将被破坏。

pH 4.6 是酸性食品和低酸食品的分界限。有些食品开始是低酸食品，加工后成为酸性食品。天然酸性食品是那些自然含酸的食品，大部分水果属天然酸性的食品。但有些热带水果如菠萝，根据生长条件pH可能大于4.6。低酸食品包括含蛋白质食品、各种蔬菜、淀粉质食品及其它多种食品。

酸化是直接向低酸食品加酸的过程。目标通常为 pH 4.6或更低。这些食品称为酸化食品，要符合相应的法规如FDA 21CFR PART 114。 有些情况食品虽然经过加酸，但最终pH仍高于4.6，这就需要其他方法来加以控制，如冷藏。

发酵是使用某些无害微生物来促进食品化学变化的过程。这些微生物作用的结果是产生酸或乙醇。细菌一般产生醋酸或乳酸，酵母菌一般产生乙醇。

通过发酵产生酸或乙醇有两个目的。一是赋予食品特定的品质以产生预期的味道或均匀结构。酸奶就是通过发酵加工具有独特的香味和结构。另一个目的是食品防腐，如腌渍产品，但这类发酵食品的pH一般达不到4.6或以下，所以在冷藏温度下贮存才是安全的。

1.1 酸化

酸化是直接向低酸食品加酸的过程。向产品中加酸有几种不同方法：一种方法称为直接酸化，即在生产低酸食品过程中，在单个制成品容器中加入预先确定数量的酸。用此方法，重要的是加工者控制酸与食品比例，酸化蔬菜最常用的方法。另一种方法是批酸化，顾名思义，酸和食品大批混合后让其平衡，然后包装酸化食品。添加的酸有很多种，主要有醋酸、乳酸和柠檬酸，根据预期成品的特性而选用。

除用酸酸化食品外，可用天然酸性食品如蕃茄作为添加配料，来酸化低酸食品。使用蕃茄的产品包括装有整形芹菜、洋葱或辣椒意大利面条酱。罐装蕃茄通常pH为约4.2，而其它蔬菜为低酸性。

如制成食品的pH不同于酸性原料的pH，则认为该食品是酸化的，并适用于法规。例如，蕃茄原料pH是4.2，如制成品pH是4.5则食品已经酸化了，因为蕃茄中的部分酸被用来酸化蔬菜。或者，如制成品pH仍为4.2，则用来酸化蔬菜的蕃茄中的酸量没有明显变化，在这种情况下该产品不适用于酸化食品法规，并且认为不是配制成的酸性食物。这样的食品包括有芥木、蕃茄酱、沙拉调料和其它调味品，都是货架稳定的食品。

酸化食品加工者需科学地设定加工过程以保证最终pH肯定低于4.6。加工者需对每批制成品测试平衡后的pH ，因为所有配料达到自然pH平衡，这对较大颗粒食品可能需长达10天长的时间。需经几天达到平衡pH的产品在这段时间里可能需要冷藏，以防止肉毒梭菌或其它病原体的生长。为加速测试过程，可将产品混成均匀糊状。均质含油的食品时，均质前应将油除去。另一种方法是在产品加油前测试pH，因为油不影响最终pH。

按配方配制的酸化食品和酸性食品的，必须进行充分地热处理以灭活腐败微生物和病原体的繁殖体。其原因有两个，一是防止腐败导致经济损失，另外是腐败生物的繁殖可使pH升高，危及产品的安全。

1.2 测量pH值

如加工者要进行酸化处理，必须有某种测量pH的方法。加工者多数选用pH计，但也可使用指示溶液、试纸或进行滴定，确保最终pH低于4.0。

1.3 发酵

葡萄酒和啤酒，是用酵母菌使产品发酵产生乙醇，乙醇使产品防腐。在酸泡菜、发酵香肠、奶酪、甜酸泡菜、橄榄和酪乳的生产中，发酵时细菌产生了乳酸。霉菌也用于某些食品的发酵，主要是为了味道和其它特性，如酱油。

发酵一方面需要促进好的微生物生长，同时一方面阻止会引起腐败的不良微生物生长。通常的作法是向食品中加盐或发酵剂，或在某些情形中将其轻微地酸化。发酵剂可以是酵母菌或细菌。

在很多发酵产品中，一个普遍现象就是没有消除产酸细菌的加工过程。所以大部分发酵产品必须保持冷藏，以保证发酵细菌不会使产品腐败。

2 控制水分活度

2.1 常见食品的水分活度

如同pH，每种微生物体有其生长的最低、最佳、最高水分活度。酵母菌和霉菌可在低水分下生长，但是0.85是病原体生长的安全界限。0.85是根据金黄色葡萄球菌产生毒素的最低水分活度得来的。

常见食品的水分活度。水分活度分类控制要求：0.85以上水份较大的食品要求冷藏或其他措施控制病原体生长；0.6—0.85中等水份食品不需要冷藏控制病原体，由于因酵母和霉菌引起的腐败而限制货架期；0.6以下低水份食品有较长货架期，也不需要冷藏，这些食品称为低水分食品。

大部分生肉、水果和蔬菜属于水份较高的食品（水分活度高于0.85 ）。值得注意的是面包，多数人认为它是干燥，货架稳定的产品。实际上，它有相当高的水分活度，它只是因pH、水分活度的多重屏障，而使之安全，并且霉菌比病原体更容易生长，换言之，它变危险之前就长霉变绿了。

有些独特风味的产品如酱油外表像是高水分产品，但因盐、糖或其它成分结合了水分，它们的水分活度很低，其水分活度在0.80左右。因果酱和果冻的水分活度可满足酵母菌和霉菌生长，它们需在将包装前轻微加热将酵母菌霉菌杀灭以防止腐败。

2.2 控制水分活度

降低食品中水分有两种传统方法，即干燥和加盐或糖结合水分子。

干燥是食品防腐最古老的方法之一。除防腐之外，干燥产生了食品的自身特性，如同发酵。世界上很多地方还在用开放式空气干燥，一般而言有四种基本干燥方法：热空气干燥，用于固体食品如蔬菜、水果和鱼；喷雾干燥，用于流体和半流体如牛奶；真空干燥，用于流体如果汁；冷冻干燥，用于多种产品。

另一种降低食品水分活度的方法是加盐或糖。这种类型食品的例子有酱油、果酱和腌鱼，这不需要非常特殊的设备。对流体或半流体产品，如酱油或果酱，用配方加工控制。对固体食品如鱼或熏火腿，可用盐干燥，即放入盐溶液或浸入盐水中。

控制水分活度分两步。第一，科学地设定可保证水分活度为0.85或更低的干燥、盐渍或加工配方，然后严格地执行。第二，可取制成品样品测试其水分活度。

3 控制包装

包装不同于其它控制方法，虽然包装有时用于控制微生物生长，但对腐败生物体的控制是有限的，不能作为可控制致病菌生长的单一方法，但通过改变包装有助于产品安全性。

从食品安全角度看，包装有两个功能：可防止食品污染，也可增加食品控制的有效性。

3.1 包装类型

很多产品是真空包装。真空包装是在将封口前用机械抽出包装中空气。产品放在低透氧性袋中，再放在真空机内用机械抽出袋中空气然后进行热封口。薄膜紧贴在产品上。袋中不残留空气或气体。

充气包装产品可包装于充气包装中。充气包装包括一次充气和封口处理。所充的气体有三种，可单独或混合使用，包括氮气、二氧化碳和氧气。这些气体都有各自不同功能：氮气取代氧气，因而减弱了需氧腐败生物的生长；二氧化碳能使很多微生物致死，破坏腐败生物以延长货架期；氧气是需氧腐败生物体生命线。但含有一定氧气可增加抑制肉毒梭菌的安全性，通常为浓度约2%至4％的氧。然而，包装中存在的氧可使腐败微生物生长，并消耗氧气以至降低至2 ％安全浓度之下，这样产品的保质期受到限制。

3.2 控制气体包装

控制气体包装是一个动态过程，包装中使用氧清除剂，在整个货架期内保持包装中的气体。吸收氧气有利于较长货架期产品，因为大部分包装对氧气都有某种程度的通透性。

不同的包装膜具有不同的透氧性。这些包装用于货架期较长产品的贮存。这类包装用于蔬菜如生菜。当植物体呼吸时，它们吸入氧气排出二氧化碳。如果薄膜限制了现有氧气的含量，则可降低呼吸的速度并延长货架期。

减氧包装——所有这些不同包装形式归为一类称为减氧包装。使用减氧包装可防止腐败生物的生长，因而延长产品的货架期。同时还对产品品质有其它益处，如减轻酸败和褪色。使用这种包装应注意，货架期较长的产品为病原体生长和产生毒素提供了更多的时间。氧浓度低时，比需氧腐败生物而言，更有利于有利于厌氧和兼性厌氧病原体的生长。因此，有可能在腐败前就已产生毒素。

3.3 肉毒梭菌的控制

重点要关注的是肉毒梭菌，除非有其它对肉毒梭菌的控制措施，否则不能使用这些包装技术。这些控制措施包括：水分活度低于0.93并且充分冷藏以控制其它病原体；pH低于4.6；盐分高于10％，数量较多的竞争微生物；在最终容器中热处理；在冷冻条件下贮存和销售。每种控制措施自身都能有效地控制肉毒梭菌生长。

真空包装生肉和禽肉，如同发酵奶酪，是利用竞争微生物抑制肉毒梭菌产生毒素的例子。像发酵产品如奶酪，发酵剂增殖产酸可防止肉毒梭菌生长。

零售和家庭冰箱的温度常常不能控制在能充分阻止肉毒梭菌生长的温度。单独通过真空包装、部分蒸煮、冷藏保存不能作为唯一的屏障。因此为了产品的安全，在加工、贮存和销售过程中必须严格控制冷藏。

追问

是微生物对食品的作用，麻烦再找下，谢谢了。