1.1.2微生物
在食品发生腐败变质的过程中,起重要作用的是微生物。如果某一食品经过彻底灭菌或过滤除菌,则食品长期贮藏也不会发生腐败。反之,如果某一食品污染了微生物,一旦条件适宜,就会引起该食品腐败变质。所以说,微生物的污染是导致食品发生腐效变质的根源。
能引起食品发生腐败变质的微生物种类很多,主要有细菌、酵母和霉菌。一般情况下细菌常比酵母菌占优势。在这些微生物中,有病原菌和非病原菌,有芽孢和非芽孢菌,有嗜热性、嗜温性和嗜冷性菌,有好气或厌气菌,有分解蛋白质、糖类、脂肪能力强的菌。下面对容易引起不同食品腐败变质的微生物概括如表9-2:
表 9-2 部分食品腐败类型和引起腐败的微生物
食 品
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腐败类型
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微 生 物
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面包
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发霉产生粘液
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黑根霉 (Rhizopus nigricans)、青霉属 (Penicillium)、黑曲霉 (Aspergillus niger)枯草芽孢杆菌 (Bacillus subtilis)
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糖浆
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产生粘液发酵呈粉红色发霉
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产气肠杆菌 (Enterobacter aerogenes)、酵母属 (Saccharomyces)接合酵母属 (Zygosacchromyces)玫瑰色微球菌 (Micrococcus roseus)、曲霉属 (Aspergillus)、青霉属
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新鲜水果和蔬菜
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软腐灰色霉菌腐烂黑色霉菌腐烂
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根霉属 (Rhizopus)、欧文氏杆菌属 (Erwinia)葡萄孢属 (Botrytis)黑曲霉 、假单胞菌属 (Pseudomonas)
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泡菜、 酸菜
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表面出现白膜
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红酵母属 (Rhodotorula)
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新鲜
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腐败变黑
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产碱菌属 (Alcaligenes)、梭菌属 (Clostridium)、普通变形菌 (Proteus vulgaris)荧光假单胞菌 (Pseudomonas fluorescens)、腐败假单胞菌 (Pseudomonas putrefaciens)
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肉的
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发霉
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曲霉属、根霉属、青霉属
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保存
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变酸变绿色、变粘
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假单胞菌属、微球菌属 (Micrococcus)、乳杆菌属 (Lactobacillus)明串珠菌属 (Leuconostoc)
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鱼
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变色腐败
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假单胞菌属、产碱菌属、黄杆菌属 (Flavobacterium)腐败桑瓦拉菌 (Shewanella putrefaciens)
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蛋
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绿色腐败、褪色腐败黑色腐败
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荧光假单胞菌、假单胞菌属、产碱菌属、变形菌属
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家禽
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变粘、有气味
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假单胞菌属、产碱菌属
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浓缩桔汁
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失去风味
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乳杆菌属、明串珠菌属醋杆菌属 (Acetobacter)
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⑴ 分解蛋白质类食品的微生物
分解蛋白质而使食品变质的微生物,主要是细菌、霉菌和酵母菌,它们多数是通过分泌胞外蛋白酶来完成的。
细菌中,芽孢杆菌属、梭状芽孢杆菌属、假单孢菌属、变形杆菌属、链球菌属等分解蛋白质能力较强,即使无糖存在,它们在以蛋白质为主要成分的食品上生长良好;肉毒梭状芽孢杆菌分解蛋白质能力很微弱,但该菌为厌氧菌,可引起罐头的腐败变质;小球菌属、葡萄球菌属、黄杆菌属、产碱杆菌属、埃希氏杆菌属等分解蛋白质较弱。
许多霉菌都具有分解蛋白质的能力,霉菌比细菌更能利用天然蛋白质。常见的有:青霉属、毛霉属、曲霉属、木霉属、根霉属等。而多数酵母菌对蛋白质的分解能力极弱。如啤酒酵母属、毕赤氏酵母属、汉逊氏酵母属、假丝酵母属、球拟酵母属等能使凝固的蛋白质缓慢分解。但在某些食品上,酵母菌竞争不过细菌,往往是细菌占优势。
⑵ 分解碳水化合物类食品的微生物
细菌中能高活性分解淀粉的为数不多,主要是芽孢杆菌属和梭状芽孢杆菌属的某些种,如枯草杆菌、巨大芽孢杆菌、马铃薯芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、淀粉梭状芽孢杆菌等,它们是引起米饭发酵、面包粘液化的主要菌株;能分解纤维素和半纤维素只有芽孢杆菌属、梭状芽孢杆菌属和八叠球菌属的一些种;但绝大多数细菌都具有分解某些糖的能力,特别是利用单糖的能力极为普遍;某些细菌能利用有机酸或醇类;能分解果胶的细菌主要有芽孢杆菌属、欧氏植病杆菌属、梭状芽孢杆菌属中的部分菌株,它们参与果蔬的腐败。
多数霉菌都有分解简单碳水化合物的能力;能够分解纤维素的霉菌并不多,常见的有青霉属、曲霉属、木霉属等中的几个种,其中绿色木霉、里氏木霉、康氏木霉分解纤维素的能力特别强。分解果胶质的霉菌活力强的有曲霉属、毛霉属、蜡叶芽枝霉等;曲霉属、毛霉属和镰刀霉属等还具有利用某些简单有机酸和醇类的能力。
绝大多数酵母不能使淀粉水解;少数酵母如拟内胞霉属能分解多糖;极少数酵母如脆壁酵母能分解果胶;大多数酵母有利用有机酸的能力。
⑶ 分解脂肪类食品的微生物
分解脂肪的微生物能生成脂肪酶,使脂肪水解为甘油和脂肪酸。一般来讲,对蛋白质分解能力强的需氧性细菌,同时大多数也能分解脂肪。细菌中的假单孢菌属、无色杆菌属、黄色杆菌属、产碱杆菌属和芽孢杆菌属中的许多种,都具有分解脂肪的特性。
能分解脂肪的霉菌比细菌多,在食品中常见的有曲霉属、白地霉、代氏根霉、娄地青霉和芽枝霉属等。
酵母菌分解脂肪的菌种不多,主要是解脂假丝酵母,这种酵母对糖类不发酵,但分解脂肪和蛋白质的能力却很强。因此,在肉类食品、乳及其制品中脂肪酸败时,也应考虑到是否因酵母而引起。
1.1.3 食品的环境条件
在某种意义上讲,引起食品变质,环境因素也是非常重要的。食品中污染的微生物能否生长,还要看环境条件,例如,天热饭菜容易变坏,潮湿粮食容易发霉。影响食品变质的环境因素和影响微生物生长繁殖的环境因素一样,也是多方面的。有些内容已在前面有关章节中加以讨论,故不再重复。在这里,仅就影响食品变质的最重要的几个因素,例如温度、湿度和气体等进行讨论。
温度
前面章节已经讨论了温度变化对微生物生长的影响。根据微生物对温度的适应性,可将微生物分为三个生理类群,即嗜冷、嗜温、嗜热三大类微生物。每一类群微生物都有最适宜生长的温度范围,但这三群微生物又都可以在20℃~30℃之间生长繁殖,当食品处于这种温度的环境中,各种微生物都可生长繁殖而引起食品的变质。
⑴ 低温对微生物生长的影响
低温对微生物生长极为不利,但由于微生物具有一定的适应性,在5℃左右或更低的温度(甚至-20℃以下)下仍有少数微生物能生长繁殖,使食品发生腐败变质,我们称这类微生物为低温微生物。低温微生物是引起冷藏、冷冻食品变质的主要微生物。食品在低温下生长的微生物主要有:假单孢杆菌属、黄色杆菌属、无色杆菌属等革兰氏阴性无芽孢杆菌;小球菌属、乳杆菌属、小杆菌属、芽孢杆菌属和梭状芽孢杆菌属等革兰氏阳性细菌;假丝酵母属、隐球酵母属、圆酵母属、丝孢酵母属等酵母菌;青霉属、芽枝霉属、葡萄孢属和毛霉属等霉菌。食品中不同微生物生长的最低温度见表9-3
表9-3 食品中微生物生长的最低温度
食 品
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微 生 物
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生长最低温度(℃)
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猪 肉
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细菌
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-4
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牛 肉
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霉菌、酵母菌、细菌
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-1~1.6
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羊 肉
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霉菌、酵母菌、细菌
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-1~-5
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火 腿
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细菌
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1~2
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腊 肠
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细菌
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5
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熏肋肉
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细菌
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-5~-10
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鱼贝类
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细菌
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-4~-7
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乳
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细菌
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0~-1
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冰淇凌
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细菌
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-3~-10
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大 豆
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霉菌
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-6.7
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豌 豆
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霉菌、酵母菌
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-4~6.7
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苹 果
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霉菌
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0
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葡萄汁
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酵母菌
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0
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浓桔汁
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酵母菌
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-10
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草 莓
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霉菌、酵母菌、细菌
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这些微生物虽然能在低温条件下生长,但其新陈代谢活动极为缓慢,生长繁殖的速度也非常迟缓,因而它们引起冷藏食品变质的速度也较慢。
有些微生物在很低温度下能够生长,其机理还不完全清楚。但至少可以认为它们体内的酶在低温下仍能起作用。另外也观察到嗜泠微生物的细胞膜中不饱和脂肪酸含量较高,推测可能是由于它们的细胞质膜在低温下仍保持半流动状态,能进行活跃的物质传递。而其它生物则由于细胞膜中饱和脂肪酸含量高,在低温下成为固体而不能履行其正常功能。
⑵ 高温对微生物生长的影响
高温,特别在45℃以上,对微生物生长来讲,是十分不利的。在高温条件下,微生物体内的酶、蛋白质、脂质体很容易发生变性失活,细胞膜也易受到破坏,这样会加速细胞的死亡。温度愈高,死亡率也愈高。
然而,在高温条件下,仍然有少数微生物能够生长。通常把凡能在45℃以上温度条件下进行代谢活动的微生物,称为高温微生物或嗜热微生物(theophiles)。嗜热微生物之所以能在高温环境中生长,是因为它们具有与其它微生物所不同的特性,如它们的酶和蛋白质对热稳定性比中温菌强得多;它们的细胞膜上富含饱和脂肪酸。由于饱和脂肪酸比不饱和脂肪酸可以形成更强的疏水键,从而使膜能在高温下保持稳定;它们生长曲线独特,和其它微生物相比,延滞期、对数期都非常短,进入稳定期后,迅速死亡。
在食品中生长的嗜热微生物,主要是嗜热细菌,如芽孢杆菌属中的嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)、凝结芽孢杆菌(B. coagulans);梭状芽孢杆菌属中的肉毒梭菌(Clostridium botulinum)、热解糖梭状芽孢杆菌(Cl.thermosaccharolyticum)、致黑梭状芽孢杆菌(Cl.nigrificans);乳杆菌属和链球菌属中的嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)、嗜热乳杆菌等。霉菌中纯黄丝衣霉(Byssochlamys fulva)耐热能力也很强。
在高温条件下,嗜热微生物的新陈代谢活动加快,所产生的酶对蛋白质和糖类等物质的分解速度也比其它微生物快,因而使食品发生变质的时间缩短。由于它们在食品中经过旺盛的生长繁殖后,很容易死亡,所以在实际中,若不及时进行分离培养,就会失去检出的机会。高温微生物造成的食品变质主要是酸败,分解糖类产酸而引起。
气体
微生物与O2有着十分密切的关系。一般来讲,在有氧的环境中,微生物进行有氧呼吸,生长、代谢速度快,食品变质速度也快;缺乏O2条件下,由厌氧性微生物引起的食品变质速度较慢。O2存在与否决定着兼性厌氧微生物是否生长和生长速度的快慢。例如当Aw值是O.86时,无氧存在情况下金黄色葡萄球菌不能生长或生长极其缓慢;而在有氧情况下则能良好生长。
新鲜食品原料中,由于组织内一般存在着还原性物质(如动物原料组织内的巯基),因而具有抗氧化能力。在食品原料内部生长的微生物绝大部分应该是厌氧性微生物;而在原料表面生长的则是需氧微生物。食品经过加工,物质结构改变,需氧微生物能进入组织内部,食品更易发生变质。
另外,H2和CO2等气体的存在,对微生物的生长也有一定的影响。实际中可通过控制它们的浓度来防止食品变质。
湿度
空气中的湿度对于微生物生长和食品变质来讲,起着重要的作用,尤其是未经包装的食品。例如把含水量少的脱水食品放在湿度大的地方,食品则易吸潮,表面水分迅速增加。长江流域梅雨季节,粮食、物品容易发霉,就是因为空气湿度太大(相对湿度70% 以上)的缘故。
Aw值反映了溶液和作用物的水分状态,而相对湿度则表示溶液和作用物周围的空气状态。当两者处于平衡状态时,Aw×100就是大气与作用物平衡后的相对湿度。每种微生物只能在一定的Aw值范围内生长,但这一范围的Aw值要受到空气湿度的影响。