包邮现代食品微生物学

**章 绪论 　　**节 食品微生物学概述 　　食品工业是国家经济发展水平和人民生活质量的重要标志，是国民经济支柱产业之一。除极少数食品无菌外，几乎所有的食品都含有一种或多种微生物，微生物在现代食品工业中发挥了重要的作用，除利用微生物进行食品发酵，或将微生物产生的活性物质作为食品添加剂外，很多微生物本身就可用作食品或保健品。食品的微生物污染是食品工业、经销商和消费者面临的一大主要问题。特别是近年来人们对食品安全问题越来越关注，而引起食品安全的主要因素是微生物，特别是致病性细菌。因此，深入开展食品微生物学研究，可为人类提供健康营养的食品，避免有害微生物的污染而保障食品安全，同时对提升食品工业的附加值，提高国际竞争力，具有十分重要的意义。Giovanna和Aldo（2020）发现过去10年发表的食品微生物学论文具有多学科综合的特点，越来越多的证据表明微生物学已渗透到食品的不同领域，包括食品技术、食品安全与卫生、食物中毒、食品基因组学，以及更广泛的食品组学、功能性食品和益生菌，此外还包括已应用于食品分析的新方法。Marta等（2019）总结了出版的食品微生物学专辑，发现由15个国家的作者提供的研究论文内容主要集中在食品中细菌的抗药性；食品致病菌的遗传多样性；食品加工技术、保藏技术、包装、运输，以及其他因素对食品微生物组的调节对食品安全的影响；食品发酵的微生物；益生菌。 　　微生物（microorganism）是一群形体微小、结构简单，必须借助光学显微镜或电子显微镜才能看清的低等生物的统称。其包括属于原核类的细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体；属于真核类的真菌（酵母、霉菌和蕈菌）、原生动物和显微藻类；以及属于非细胞类的病毒和亚病毒（类病毒、拟病毒、卫星病毒和朊病毒）。微生物不仅种类繁多，而且在自然界中分布广泛，土壤、空气、水及人和动物体内外都有数量不等的微生物存在，微生物学知识已涉及人类生产、生活的方方面面。随着人们对微生物认识的日益增加，微生物学科研究成果的积累越来越多、内容越来越庞杂，因此，在特定领域中专门而深入地研究微生物已显得越来越重要，这就导致逐步形成了众多的微生物学分支学科，如依据所研究微生物学的基本问题分为普通微生物学、微生物分类学、微生物生理学、微生物生态学、微生物遗传学等；依据研究对象分为细菌学、真菌学、病毒学等；依据微生物学应用研究情况分为农业微生物学、工业微生物学、医学微生物学、兽医微生物学、食品微生物学、石油微生物学、海洋微生物学、土壤微生物学等（图1-1）。各分支学科相互融合、相互促进，推动了微生物学全面而深入的发展。 　　食品中微生物菌群的分布与其原料来源、加工方式、保藏条件等有关，人们认为其中有些微生物是安全的、食品级的，可以用来生产发酵食品或者作为食品配料。而另一些微生物则会引起食品变质甚至引起食源性疾病，需要进行有效的检验和控制。因此，食品微生物学一方面研究如何开发、利用食品相关的有益微生物，为人类提供更多营养丰富、安全健康的食品；另一方面，研究与食品腐败、食品安全相关的微生物的特性、危害及检验、监测、预防、控制技术，建立起食品质量与安全微生物学指标及预防控制体系，以保证人们身体健康。作为微生物学的一个应用分支学科，食品微生物学研究的是与食品有关的微生物特性、微生物与食品之间的相互关系，必将在食品原料资源利用、食品加工、食品保藏、食品检验、食品质量与安全等方面发挥重要作用。 　　图1-1 微生物学的主要分支学科 　　第二节 食品微生物学发展史 　　远古时代人类的祖先，那些狩猎者和食物采集者，已经逐渐无意识地学会利用微生物生产食物，并逐步掌握食物的腐烂和食源性疾病的一些知识。尽管当时他们并不知道微生物的存在，但能酿出美酒，还能利用冰和火来保存食物，表明人类已逐步掌握了一些微生物利用和控制的技术。 　　一、食品生产 　　人类利用微生物历史悠久，啤酒酿造可以追溯到6000年前苏美尔人时代，我国白酒的制造历史悠久，起源时间尚不明确，4000年前我国酿酒已十分普遍，从我国龙山文化遗址出土的陶器中有不少饮酒用具。殷代甲骨文中记载有不少的“酒”字。公元前14世纪《书经》中有“若作酒醴，尔惟曲蘖”的记载，这里的意思是酿造酒类，必须用曲蘖。同样，4000年前埃及人也已学会烘制面包和酿制果酒，2500年前我国人民已发明了酿酱、醋，知道了用曲治疗消化道疾病，很早以前就应用茯苓、灵芝等真菌治疗疾病（表1-1）。 　　表1-1 食品生产大事记 　　二、食品腐败与保藏 　　人类在公元前8000～前1000年就有许多食物贮藏的方法，如干燥、烹饪、烘焙、烟熏、盐渍、糖渍（用蜂蜜）、低温贮藏（冰中）、隔绝空气贮藏（地洞中）、发酵（水果、谷物、牛乳）、酸浸、加香辛料等。随着人类知识的积累，预防食品腐败的贮藏方法越来越多（表1-2）。 　　表1-2 食物保藏大事记 　　三、食源性疾病 　　据世界卫生组织（WHO）估计，全球每年发生的食源性疾病病例约10亿人次，据估计在美国每年大概有7600万人感染食源性疾病，食源性疾病造成的相关损失大概在100亿～830亿美元。在已知致病因子引起的食源性疾病中，微生物性食物中毒仍是首要危害。古代虽然没有食源性疾病的记载，但一些宗教典籍的戒律暗示那个时代人们已经认识到了疾病与某种食物的联系，其中有些规定*后发展成为人们为保持健康、预防食源性疾病的通用准则，如不吃患病动物的肉或被肉食动物杀死的动物，不吃外观不好的食品或由不卫生的人员制作的食品。在我国，2500年前孔子就提出著名的食品“五不食”原则：“鱼馁而肉败，不食。色恶，不食。臭恶，不食。失饪，不食。不时，不食。”在漫长的历史进程中，人类逐渐认识了食源性疾病的病因，并对预防措施进行了不断的探索（表1-3）。 　　表1-3 食物中毒大事记 　　四、食品分子生物学时代 　　20世纪90年代以后，以微生物为基础的DNA克隆和测序技术成为人类基因组计划的支撑，而人类基因组计划，是以大肠杆菌和酿酒酵母为基因组测序和注释的模式，微生物基因组技术促进了基因组学的迅速发展。基因组学的迅速发展使人类可以从宏观和全局的角度观察构成生命的所有基本信息，从而极大地开拓了人类的视野。基因组还是其他现代生命科学与技术的研究基础，转录组学、蛋白质组学、代谢组学、调控网络都极大地受惠于基因组学中得到的海量数据。因此，微生物学的研究已率先从分子生物学时代进入“组学”时代，在此数据基础上，全面进入认识生命规律的系统生物学时代（表1-4）。 　　表1-4 现代食品微生物大事记 　　第三节 食品微生物学研究范围 　　食品微生物学研究范围广泛，且随着微生物学理论研究的深入，其研究内容不断扩大，主要包括研究与食品有关的微生物的活动规律；如何利用有益微生物制造食品；如何控制有害微生物，防止食品发生腐败变质；食品中的微生物检测方法，制定食品微生物指标。下面对食品微生物研究与应用做一简单概述，后续章节中将详细叙述。 　　一、各种食品生产 　　（一）发酵食品 　　发酵食品（fermented food）是指原料经过微生物或微生物酶作用后，加工制成的一种食品。世界各地都有发酵食品的消费，并呈现出不断增长的趋势。发酵食品中的微生物扮演着许多角色，从食品保存到食品安全，以及改善营养和社会福利；并且不同的微生物参与不同的发酵过程，在这个过程中，微生物组的多样性很高。发酵食品在人体健康方面的用途众所周知，在从一般的肠道健康，到免疫支持、皮肤健康、胆固醇控制和乳糖不耐症等慢性疾病预防方面都发挥着有利作用。 　　传统发酵食品多是自然接种或辅以微生物强化的自然接种，发酵过程由多种微生物共同作用完成。近些年来，由于以聚合酶链反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术和高通