《微生物与食品加工》课件

微生物与食品加工欢迎各位同学参与《微生物与食品加工》课程的学习本课程将深入探讨微生物与食品加工之间的密切关系，包括微生物在食品发酵、腐败、安全控制等方面的重要作用通过系统学习，你将了解微生物学基础知识，掌握食品中常见微生物的特性，理解微生物在食品加工中的积极与消极影响，以及如何通过科学技术手段控制食品中的微生物风险，提高食品品质和安全性本课程结合理论与实例，旨在培养学生分析和解决食品微生物相关问题的能力，为将来在食品科学与工程领域的深入研究或实际工作打下坚实基础微生物学基础回顾微生物的定义微生物的主要分类微生物是指体积微小、结构简单、仅能在显微镜下观察的单细胞根据细胞结构和遗传特性，微生物主要分为原核微生物（细菌、或多细胞生物体它们广泛分布于自然界的各种环境中，包括土放线菌、蓝藻等）、真核微生物（酵母菌、霉菌等）和非细胞型壤、水体、空气以及动植物体内外微生物虽小，但在物质循环微生物（病毒、类病毒等）在食品领域中，细菌、酵母和霉菌和生命活动中发挥着不可替代的作用尤为重要，它们直接参与食品的发酵、腐败及安全性微生物的基本特征形态特征代谢特性微生物形态多样，细菌形态主要有球形（球菌）、杆形（杆微生物代谢活动主要包括分解代谢和合成代谢在分解代谢过菌）、螺旋形（螺旋菌）；霉菌则具有丝状菌丝体和孢子结构；程中，微生物分泌各种酶类分解有机物获取能量和营养；在合酵母菌通常呈椭圆形或球形，有些种类会形成假菌丝成代谢中，合成自身结构物质和代谢产物这些形态特征是鉴别微生物种类的重要依据，通过显微镜观察不同微生物的代谢能力差异很大，有些微生物能够利用特定底可初步判断微生物类型，为后续食品安全分析提供基础信息物产生特殊产物，这成为食品发酵工业的基础同时，某些代谢产物也可能导致食品腐败或安全风险常见食品相关微生物酵母酵母是单细胞真菌，具有较强的发酵能力啤酒酵母和酿酒酵母是食品工业中最常用的酵母菌种，主要参与面包、啤酒、葡萄酒等食品的细菌霉菌发酵过程，产生二氧化碳和乙醇，赋予产品特细菌是食品中最常见的微生物类群，包括乳酸霉菌是多细胞真菌，能形成明显的菌丝体和孢殊风味菌（如乳杆菌、链球菌）、芽孢杆菌（如枯草子结构常见的有青霉、曲霉、根霉等某些芽孢杆菌）、肠杆菌科（如大肠杆菌）等它霉菌用于豆豉、奶酪等发酵食品的制作，但多们在食品发酵中起重要作用，但某些种类也是数霉菌会引起食品腐败变质，部分还会产生危食品腐败和食源性疾病的主要原因害健康的霉菌毒素微生物在食品加工中的重要性有益微生物的应用有益微生物在食品发酵、食品添加剂生产中扮演核心角色，通过特定微生物的代谢活动，改变食品原料的理化性质，提高风味、延长保质期，甚至增加营养价值和健康功能有害微生物的控制有害微生物可导致食品腐败变质、风味劣化和食源性疾病食品加工必须严格控制有害微生物，通过物理、化学或生物学方法抑制或消灭它们，确保食品的品质和安全食品品质的影响微生物活动直接影响食品的感官品质、风味特性、营养价值和保质期了解和控制食品中的微生物生态，是保证食品质量和安全的重要环节，也是食品加工技术创新的基础微生物与食品发酵发酵的基本概念发酵是微生物在厌氧或兼性条件下，将有机物质分解产生能量的过程在食品加工中，发酵通常指微生物对食品原料中碳水化合物、蛋白质等进行分解转化，产生特定风味物质的生物化学过程谷物发酵食品包括面包、米酒、啤酒等这些食品通过酵母菌的作用，将淀粉分解为糖分，进一步转化为乙醇和二氧化碳，产生特有的风味和组织结构蛋白质发酵食品如奶酪、豆豉等这类食品通过微生物分泌蛋白酶等，分解蛋白质为肽和氨基酸，形成独特风味化合物，增强食品风味和营养价值果蔬发酵食品如泡菜、酸菜和腌制水果这类食品主要通过乳酸菌发酵，产生乳酸，降低值，pH抑制有害微生物生长，同时产生特有的酸味和风味物质酸奶中的乳酸菌作用乳糖分解乳酸菌（如保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌）将牛奶中的乳糖分解为葡萄糖和半乳糖，进一步分解产生乳酸乳酸的积累使值降低至左右，使牛奶中的酪蛋白等蛋白质pH

4.6发生凝固，形成酸奶特有的凝乳结构风味物质生成乳酸菌代谢过程中产生多种风味物质，包括乙醛、乙酸、双乙酰等，赋予酸奶独特的酸味和芳香气味不同的乳酸菌种类产生的风味谱不同，这也是不同品牌酸奶口味差异的重要原因益生性作用某些乳酸菌（如嗜酸乳杆菌、双歧杆菌）是重要的益生菌，能够在人体肠道中定植，调节肠道菌群平衡此外，发酵过程中产生的乳酸和抗菌肽，抑制有害菌的生长，提高产品安全性质构改良乳酸菌产生的胞外多糖等物质，能够改善酸奶的粘稠度和口感，减少离水现象现代酸奶工艺常选用产胞外多糖能力强的菌株，提高产品的质构特性和感官品质酱油发酵的微生物群落曲霉阶段第一阶段以曲霉为主导微生物酵母菌阶段第二阶段以酵母菌发酵为主乳酸菌阶段第三阶段以乳酸菌发酵为主酱油发酵是一个复杂的微生物群落演替过程首先，曲霉（如黄曲霉、黑曲霉）生长并分泌大量蛋白酶和淀粉酶，分解大豆和小麦中的蛋白质和淀粉为小分子物质这一阶段产生的氨基酸和糖类为后续发酵提供了底物随后，以酵母菌为主的阶段开始，酵母利用糖分进行发酵，产生乙醇和多种风味物质最后，乳酸菌逐渐占据优势，将乙醇氧化为醋酸，并产生多种有机酸，使酱油获得特有的酸味和浓郁风味整个过程需要数月甚至数年，形成复杂的风味物质体系面包发酵与酵母糖分转化酵母分解面团中的糖分气体产生生成二氧化碳气泡膨胀成型面团膨胀形成多孔结构面包发酵过程中，酵母（主要是萨卡罗米赛斯谢里维仙酵母）通过糖酵解途径将面团中的糖分转化为乙醇和二氧化碳二氧化碳气体被面筋网·络截留，形成无数微小气泡，使面团体积增大烘焙过程中，这些气泡进一步膨胀，最终形成面包特有的多孔蜂窝状结构除了产生二氧化碳外，酵母发酵还会产生多种风味物质，如酯类、醇类和有机酸，赋予面包特有的香味不同的发酵温度、时间和酵母菌种会影响风味物质的种类和含量，这也是不同类型面包风味差异的重要原因现代面包工艺中，通常采用特定的工业化酵母菌种，以保证产品风味和品质的一致性醋的发酵原理原料准备酒精发酵水果或谷物原料提取糖分酵母将糖转化为乙醇陈酿熟化醋酸发酵风味物质形成与平衡醋酸菌将乙醇氧化为醋酸醋的发酵是一个典型的二次发酵过程首先，通过酵母菌将原料中的糖分转化为乙醇，形成酒精液；随后，醋酸菌（如醋酸杆菌、葡糖糖醋杆菌等）在有氧条件下，将乙醇氧化为醋酸和水，产生醋特有的酸味传统的静态发酵法（如榨汁法、法）需要数月时间，虽然工艺简单，但效率低下现代工业化生产多采用深层发酵法或表面发酵法，通过控制温度、Orleans通气量等条件，大大缩短了发酵周期不同原料和发酵工艺产生的醋在风味成分上有很大差异，如米醋、陈醋、苹果醋等各具特色啤酒酿造的微生物参与°4-12C拉格啤酒发酵温度底层发酵酵母工作温度范围°15-25C艾尔啤酒发酵温度顶层发酵酵母工作温度范围天7-14主发酵时间酵母主要发酵阶段持续时间3-6%酒精含量普通啤酒中的乙醇含量范围啤酒酿造过程中，酵母是主导微生物，按照发酵特性分为顶层发酵酵母（艾尔啤酒）和底层发酵酵母（拉格啤酒）顶层发酵酵母在较高温度下工作，产生较多酯类等风味物质，赋予啤酒丰富香气；底层发酵酵母在低温下缓慢发酵，产物更为纯净，风味更为清爽啤酒发酵过程中，酵母除了将麦芽糖转化为乙醇和二氧化碳外，还产生多种风味活性物质，如高级醇、酯类和有机酸等此外，酵母菌株的自溶也会释放出氨基酸、核苷酸等物质，影响啤酒的口感和风味稳定性某些野生酵母和细菌（如乳酸菌）的污染可能导致啤酒产生异味，如酸味、纸板味、腥臭味等，影响产品质量乳制品发酵乳制品发酵是人类最古老的食品加工技术之一，主要依靠乳酸菌的作用常见的乳酸菌包括乳杆菌属（如嗜热乳杆菌、酸奶乳杆菌）、链球菌属（如乳酸链球菌）和双歧杆菌属等这些微生物通过发酵乳糖产生乳酸，降低值，使牛奶中的酪蛋白凝固，形成独特的质地和风味pH不同乳制品采用的微生物种类和发酵工艺各异酸奶主要使用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的混合发酵；奶酪则根据品种不同，可能添加特定的霉菌或细菌；开菲尔是一种特殊的发酵乳饮料，由乳酸菌和酵母组成的开菲尔粒共同发酵而成，具有独特的微酸和微弱酒精风味腌制食品发酵食品类型主要微生物发酵特点代表产品蔬菜腌制品乳酸菌为主产生乳酸，降泡菜、酸菜pH低至

3.5-

4.0肉类腌制品乳酸菌、微球菌产酸、分解蛋白发酵香肠质、风味形成鱼类腌制品盐杆菌、乳酸菌高盐环境下缓慢鱼露、虾酱发酵腌制食品发酵主要利用乳酸菌发酵产生的乳酸来抑制腐败菌和病原菌的生长在蔬菜腌制品中，最初的微生物多样性较高，包括肠杆菌科、假单胞菌等，随着发酵进行，乳酸菌逐渐占据优势地位，形成稳定的微生物生态系统泡菜发酵过程中，乳杆菌、明串珠菌和魏斯氏菌等是主要的乳酸菌这些微生物不仅产生乳酸降低值，还合成多种芳香物质（如醛类、酯类）和抗菌物质，赋予产品特有的风pH味，并延长保质期乳酸菌发酵的优势在于能够在较低和较高盐浓度条件下抑制大多pH数腐败菌和病原菌的生长，提高食品安全性霉菌在发酵中的应用特种奶酪豆制品发酵发酵曲制作蓝纹奶酪中使用青霉豆腐乳主要使用毛霉曲是东亚传统发酵食品（如罗克福特青霉），（如毛霉菌）和粘霉（如黄酒、白酒、酱油通过酶解蛋白质和脂肪，（如粘质粘霉）进行发等）的发酵起始剂制产生独特的蓝色纹路和酵这些霉菌能够分泌曲过程中，主要使用曲浓郁风味白霉奶酪则蛋白酶和脂肪酶，分解霉（如黄曲霉、黑曲霉）使用白念珠霉，在表面豆腐中的蛋白质和脂肪，接种于谷物基质上，霉形成白色菌毡，赋予产产生多种呈味物质和风菌生长过程中产生大量品柔软质地和特殊香气味化合物，使豆腐变得淀粉酶和蛋白酶，为后柔软多汁且风味独特续发酵提供必要的酶系统微生物在食品酶制剂中的作用微生物酶的筛选工业规模发酵从自然界分离高产酶微生物菌株，通过大型发酵罐培养微生物，控或通过基因工程手段构建高效表制温度、、通气量等条件，pH达系统常用的工业酶生产菌包最大化酶的产量发酵过程通常括枯草芽孢杆菌、黑曲霉、酿酒持续小时，期间需要实24-72酵母等，它们能够分泌大量细胞时监测溶氧量、底物浓度等关键外酶，便于提取纯化参数，确保发酵效率酶的分离纯化发酵结束后，通过离心、过滤等方法分离菌体，提取发酵液中的粗酶，再经过沉淀、层析等技术纯化，最终制成干燥的酶制剂产品，用于各类食品加工领域微生物生产的酶在食品工业中应用广泛，如淀粉酶用于淀粉糖浆生产和烘焙改良；蛋白酶用于肉类嫩化和乳制品加工；果胶酶和纤维素酶用于果蔬汁澄清；葡萄糖氧化酶用作面粉改良剂等相比植物和动物来源的酶，微生物酶具有生产成本低、酶活性高、特异性强等优势食品微生物检测基本方法传统培养方法分子生物学检测方法平板计数法是最基本的微生物定量检测方法，通过将样品稀释后聚合酶链式反应（）技术能够特异性扩增目标微生物的PCR接种于适宜培养基上，培养一定时间后计数菌落数，推算原样品片段，实现快速检测实时荧光定量进一步提高了检DNA PCR中的微生物数量该方法适用于各类可培养微生物的检测，但周测的定量性和灵敏度，能在数小时内完成检测高通量测序技术期较长（通常需要小时）则能全面分析食品中的微生物组成，甚至发现未知的微生物种类24-72常用的选择性培养基能够抑制特定微生物生长或使目标微生物形成特征性菌落，如大肠菌群、金黄色葡萄球菌等的检测然而，其他常用的分子检测技术还包括荧光原位杂交（）、环介FISH传统培养法无法检测到处于可存活但不可培养状态的微生物导等温扩增（）等这些技术不依赖于微生物的可培养性，LAMP检测速度快，特异性高，已广泛应用于食品安全监测领域微生物在食品腐败中的角色环境因素影响温度、水分、氧气等影响腐败过程主要腐败微生物细菌、酵母和霉菌引起不同类型腐败食品成分易感性蛋白质、脂肪和碳水化合物的分解食品腐败是指食品在微生物作用下发生的感官性状、理化性质和营养价值的劣变过程腐败过程通常由多种微生物参与，它们利用食品中的营养物质进行代谢，产生异味物质、有害代谢产物或改变食品结构不同类型的食品易感染不同类型的腐败微生物高蛋白食品（如肉类、水产品）易被蛋白分解菌（如假单胞菌、芽孢杆菌）腐败；高糖食品易被酵母和霉菌污染；高脂食品则易发生氧化酸败，通常由产脂肪酶的微生物（如假单胞菌、曲霉）引起腐败初期可能不明显，但随着微生物的大量繁殖，会产生气味异常、颜色变化、组织软化等明显腐败特征，最终导致食品不宜食用蛋白质分解微生物假单胞菌产气荚膜梭菌腐败产物假单胞菌是低温条件下肉类和水产品腐败这是一种厌氧芽孢杆菌，是罐头食品腐败蛋白质分解微生物产生的主要腐败产物包的主要微生物，它们能在℃左右的冷藏的主要原因之一它们产生强力蛋白酶和括氨、胺类（如腐胺、组胺）、硫化氢、4温度下缓慢生长这类微生物产生强力蛋气体，使罐头胀气、内容物腐败变质此吲哚等这些物质不仅导致食品产生异味，白酶，分解蛋白质产生氨、硫化氢等具有菌还可产生神经毒素，引起致命的肉毒中部分还具有生物活性，可能引起过敏、头腥臭味的物质，使食品变味、软化毒，是食品安全的重大威胁痛、高血压等不良反应，严重威胁消费者健康淀粉分解微生物分解机理常见淀粉分解微生物淀粉分解微生物通过分泌淀粉酶、淀粉芽孢杆菌（如枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌）α-β-酶、葡萄糖淀粉酶等一系列酶，将淀粉大分子是重要的产淀粉酶微生物，能在较高温度下产逐步水解为麦芽糖、葡萄糖等小分子糖类这生耐热淀粉酶，常见于米饭、面食等淀粉类食些小分子糖类为微生物提供碳源和能量，同时品的腐败也改变了食品的质构和风味特性霉菌中的黑曲霉、根霉等也能产生大量淀粉酶，不同微生物产生的淀粉酶特性各异，如细菌淀是面包、糕点等烘焙食品霉变的常见原因酵粉酶耐热性通常强于霉菌淀粉酶，而霉菌淀粉母虽然也能利用淀粉，但通常需要先由其他微酶在酸性条件下活性较高，这决定了它们在食生物将淀粉水解为小分子糖后才能利用品中的作用方式和适用条件风险控制控制淀粉类食品中微生物生长的关键在于水分管理降低水分活度（如通过干燥、添加糖或盐）可有效抑制大多数淀粉分解微生物此外，适当的热处理可灭活微生物和酶，延长保质期；改良包装（如气调包装）可抑制需氧微生物生长；添加防腐剂（如丙酸钙）则可特异性抑制霉菌生长，是烘焙食品常用的防腐手段脂肪分解微生物脂肪酶作用脂肪分解微生物产生的脂肪酶能水解甘油三酯，释放出游离脂肪酸和甘油短链脂肪酸（如丁酸、己酸）具有强烈的不愉快气味，是奶制品和肉类腐败的典型异味来源脂肪氧化游离脂肪酸在氧气、光线和微生物氧化酶的共同作用下，进一步氧化生成醛、酮等含氧化合物，产生哈喇味（即油脂酸败的特征性气味）这个过程会破坏食品的感官品质和营养价值主要微生物类群假单胞菌、芽孢杆菌和微球菌是主要的产脂肪酶细菌，常见于肉类和乳制品的腐败霉菌中的毛霉、根霉和曲霉也能产生强力脂肪酶，是油脂类食品霉变的常见原因防控措施防止脂肪类食品腐败的关键措施包括降低储存温度、减少氧气接触（真空或气调包装）、添加抗氧化剂（如、）、使用脂肪酶抑制剂等适当的热处理可灭活大部VC VE分脂肪酶，但某些微生物（如芽孢杆菌）产生的脂肪酶具有较强的耐热性食品中常见致病微生物食品中的霉菌毒素毒素类型产毒霉菌常见污染食品毒性特点黄曲霉毒素黄曲霉、寄生曲霉花生、玉米、坚果、强致癌性，肝毒性谷物赭曲霉毒素赭曲霉、产赭曲霉咖啡、葡萄干、谷肾毒性，免疫抑制毒素青霉物伏马菌素镰刀菌属玉米及制品神经毒性，致癌性单端孢霉烯族毒素镰刀菌属小麦、大麦、燕麦消化道毒性，免疫抑制霉菌毒素是霉菌在生长过程中产生的次级代谢产物，对人畜健康构成严重威胁黄曲霉毒素是最为严重的食品污染物之一，是已知最强的天然致癌物质，主要危害肝脏；赭曲霉毒素则主要损害肾脏功能，并可能引起免疫系统抑制霉菌毒素的产生受多种因素影响，包括温度、湿度、基质成分等一般而言，高温高湿条件有利于霉菌生长和毒素产生然而，即使霉菌被杀死，已产生的毒素仍可残留在食品中，且多数霉菌毒素具有较强的热稳定性，常规加工难以完全去除因此，霉菌毒素防控的关键在于预防霉菌污染和生长，包括原料选择、储存条件控制和添加抑霉剂等措施微生物生长的环境条件温度不同微生物的生长温度范围各异嗜冷微生物（如假单胞菌）在℃下生长良好，是冷藏食品0-20主要腐败菌；嗜温微生物（如大多数致病菌）在℃生长最快；嗜热微生物（如嗜热脂肪芽20-45孢杆菌）则喜欢℃以上的高温，是热带罐头食品的主要腐败原因45-65水分活度水分活度（）是反映水分可利用性的指标，对微生物生长至关重要一般细菌需要较高的水分aw活度（），酵母可在较低水分活度下生长（），而某些霉菌能够在更低水分aw

0.91aw

0.88活度条件下生存（），这也解释了为何干燥食品通常先发生霉变而非细菌腐败aw

0.80值pH大多数微生物喜欢在中性或弱酸性环境（）下生长，但乳酸菌等能在较低（pH

6.0-

7.5pH

3.5-）条件下生长良好，而酵母和霉菌对酸性环境的耐受性更强，能够在的广泛范围

5.5pH

2.0-

8.0内生长，这也是为什么果酱等高酸性食品主要发生霉变而非细菌腐败氧气按照对氧气的需求，微生物可分为好氧、兼性厌氧、微需氧和严格厌氧四类常见的腐败霉菌多为好氧微生物，需要氧气生长；乳酸菌等为兼性厌氧菌，能在有氧或无氧环境中生长；梭菌等严格厌氧菌则只能在无氧条件下生长，这一特性是气调包装和真空包装技术的理论基础微生物群落动态与产品稳定性初始污染选择性生长原始微生物群落的组成和数量环境条件筛选适宜微生物群落稳定或失衡微生物间相互作用形成稳定生态系统或导致腐败竞争、协同或拮抗效应食品中的微生物并非独立存在，而是形成复杂的微生物群落这些微生物之间存在着多种相互关系，包括竞争（争夺营养或空间）、协同（一种微生物的代谢产物为另一种提供营养）和拮抗（产生抑制其他微生物生长的物质）群落的动态平衡对食品的稳定性至关重要微生物群落演替是指微生物群落随时间变化的过程，这一过程受食品成分、加工条件和储存环境等多种因素影响一般而言，初始阶段多种微生物共同存在，随着环境条件的变化和微生物间相互作用，逐渐形成以特定优势菌为主导的群落结构了解这一过程对预测食品保质期、控制腐败变质和设计发酵工艺具有重要指导意义食品微生物危害与安全标准微生物危害等级微生物限量标准微生物检验方法标准根据微生物对人体健康的危害程度，食品我国《食品安全国家标准食品微生物学检为确保检测结果的准确性和可比性，微生微生物危害可分为三个等级类（严重危验微生物限量》（）规定了物检验方法也有相应标准，如A GB29921GB4789害，如产毒梭菌、沙门氏菌等），可导致各类食品中致病菌的限量要求如即食食系列标准规定了各类食品微生物的检验方严重疾病甚至死亡；类（中度危害，如金品中沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌等法，包括样品制备、培养基配制、菌落计B黄色葡萄球菌等），可引起自限性疾病；致病菌通常要求不得检出；对细菌总数、数和致病菌检测等详细规程，是食品生产C类（轻度危害，如大多数腐败微生物），大肠菌群等指示菌则设有具体的数量限值，企业和监管部门开展微生物检测的重要依主要影响食品品质而非直接危害健康反映食品加工卫生状况据食品加工过程中的微生物监控危害分析系统识别食品加工链各环节可能存在的微生物危害，评估其发生概率和严重程度，确定需要重点控制的微生物风险点危害分析需结合原料特性、加工工艺、产品特性和目标消费群体等因素，全面评估潜在风险关键控制点（）确定CCP基于危害分析结果，确定能有效控制微生物风险的关键工艺步骤典型的微生物控制包括热处理（巴氏杀菌、灭菌）、冷却、酸化、CCP UHT干燥等能显著降低微生物数量或抑制其生长的工艺环节每个都应CCP建立明确的控制界限和监控方案监控系统建立为每个设计适当的监测系统，包括监测参数（如温度、时间、CCP值等）、监测频率、监测方法和负责人员有效的监控应能及时pH发现偏差并采取纠正措施，防止不合格产品流入市场同时，建立完善的记录系统，确保监控过程可追溯和可验证快速微生物检测技术分子生物学技术和基因芯片等技术实现了对特定微生物的高特异性、高灵敏度检测PCR实时荧光定量能在数小时内完成定量检测；高通量测序则能全面揭示PCR食品中的微生物组成，包括难以培养的微生物种类免疫学技术酶联免疫吸附试验（）和侧向流动免疫层析技术（如条带测试）能ELISA快速检测食品中的特定微生物或毒素这些方法操作简便，检测时间短（通常分钟），适合现场快速筛查，但灵敏度和特异性不如分子生10-30物学方法生物传感技术生物传感器将生物特异性识别元件与物理化学传感器结合，实现微生物的快速、自动化检测如基于抗体、核酸适配体或噬菌体的生物传感器，能在复杂食品基质中特异性识别目标微生物，并通过光学、电化学或质量变化等信号实时反映检测结果食品杀菌与防腐措施物理杀菌方法化学防腐技术物理杀菌主要通过改变微生物生存环境实现灭菌或抑菌效果热化学防腐剂通过干扰微生物的代谢活动或破坏细胞结构，抑制微处理是最常用的方法，根据温度和时间不同，分为巴氏杀菌生物生长常用的食品防腐剂包括有机酸及其盐类（如苯甲酸钠、（℃，数十分钟）和超高温瞬时灭菌（，山梨酸钾），主要抑制酵母和霉菌；亚硝酸盐用于肉制品防腐，63-75UHT135-℃，数秒）前者主要灭活病原菌和大部分腐败菌，后者能抑制产毒梭菌生长；天然植物提取物（如茶多酚、肉桂醛）也150可达到商业无菌，显著延长保质期因其广谱抗菌活性受到关注除热处理外，辐照灭菌（电离辐射破坏微生物）、高压处化学防腐剂的使用应遵循相关法规标准，控制使用量和适用范围，DNA理（破坏微生物细胞结构）和紫外线臭氧处理（氧化损伤微生防止过量使用导致安全风险现代食品工业通常采用障碍技术，/物细胞）等新型物理杀菌技术也日益广泛应用，特别适用于对热将多种杀菌防腐措施（如物理、化学和生物学方法）结合使用，敏感的食品实现协同效应，在保证安全的前提下最大限度减少单一方法的副作用低温冷藏与冷冻技术冷链基本原理从生产到消费全程低温控制冷藏温度区间℃控制微生物繁殖速度0-10冷冻温度效应℃以下抑制微生物代谢活动-18低温技术是控制食品微生物的重要手段，其原理在于降低微生物的代谢活性和繁殖速度冷藏（℃）能显著减缓多数中温微生物的生长0-10速率，但不能完全抑制嗜冷微生物（如李斯特菌、假单胞菌）的生长因此，冷藏食品仍有一定保质期限制，且需特别关注耐冷致病菌的风险冷冻（℃以下）则能使自由水结晶，导致微生物细胞脱水和冻伤，同时几乎完全抑制微生物代谢活动然而，冷冻并非灭菌过程，大多数-18微生物仅处于休眠状态，解冻后可恢复活性冷链管理是确保低温效果的关键，任何环节温度异常都可能导致微生物快速增殖，引发品质劣变或安全风险实际应用中，应结合产品特性、目标微生物和物流条件，确定最适宜的温度控制范围干燥与脱水保藏干燥脱水是最古老的食品保藏技术之一，其原理是通过降低食品中的水分含量，减少水分活度（），从而抑制微生物生长当降至aw aw以下时，几乎所有微生物都无法生长繁殖不同微生物对水分活度的要求不同大多数细菌需要，酵母需要，而

0.60aw

0.91aw

0.88霉菌能在更低水分活度（）下生存，这也是干燥食品主要面临霉菌污染的原因aw

0.80常用的干燥方法包括自然晾晒（利用太阳能和自然空气流动），简单但受气候限制；热风干燥（强制热空气流通），效率高但可能导致营养流失；真空干燥（低压条件下降低水分沸点），减少热损伤；冷冻干燥（冻结后在真空下升华水分），最大程度保持食品原有品质但成本高干燥食品虽然微生物稳定性高，但仍需防止吸湿和氧化变质，通常需配合适当包装材料和储存条件食品加添加剂的抗菌机理有机酸类防腐剂亚硝酸盐天然抗菌物质苯甲酸、山梨酸及其盐类亚硝酸盐主要用于肉制品植物源抗菌物质如茶多酚、是最常用的食品防腐剂防腐，尤其是对产气荚膜香辛料精油（如丁香酚、它们的抗菌机理主要是在梭菌等厌氧芽孢菌有特效肉桂醛）等，通过破坏细未解离状态下穿透微生物抑制作用其抗菌机理涉胞膜结构、干扰细胞壁合细胞膜，在细胞内解离释及干扰细胞中含铁酶系统，成或抑制特定酶系统发挥放质子，破坏细胞内平抑制微生物能量代谢此抗菌作用这类物质通常pH衡，抑制关键酶活性和能外，亚硝酸盐还能与肉色具有广谱抗菌活性，且消量代谢这类防腐剂在酸素形成亮红色的亚硝基肌费者接受度高，是传统化性条件（）下抗菌红蛋白，改善肉制品色泽学防腐剂的重要替代品pH

4.5效果最佳，主要用于抑制但使用量需严格控制，防乳酸菌产生的细菌素（如酵母和霉菌止过量导致亚硝胺形成的乳酸链球菌素）也是重要风险的生物防腐剂，能特异性抑制李斯特菌等致病菌包装技术与微生物控制真空包装通过抽除包装内空气，创造缺氧环境，抑制好氧微生物生长适用于低水分食品和肉制品，但需注意对厌氧菌（如肉毒梭菌）可能的选择性促进作用真空包装通常与其他保藏措施（如冷藏）结合使用，以确保产品安全气调包装（）MAP通过调整包装内气体组成（如提高浓度，降低浓度），创造不利于微生物生长的环境具有直接抑菌作用，能溶解在食品表面水分中形成CO2O2CO2碳酸，降低局部值，抑制多数细菌和霉菌生长气调包装技术在保鲜肉类、蔬果和烘焙食品方面应用广泛pH3活性包装包装材料本身具有抗菌功能或能释放抗菌物质，如含有纳米银、壳聚糖或精油的抗菌包装膜；或包装内添加吸氧剂、乙醇释放剂等活性物质，持续调节包装内环境，抑制微生物生长活性包装能延长食品保质期，减少防腐剂添加，是现代包装技术的重要发展方向食品工厂的卫生管理清洁与消毒程序区域划分与人流物流管理环境微生物监测有效的清洁消毒是预防微生物污染的基食品工厂应按清洁程度划分为不同区域，定期对生产环境、设备表面、空气和水础首先进行物理清洁，去除可见污染如原料区、加工区、包装区等，并严格质进行微生物监测，评估卫生管理效果，物和有机物；随后使用适宜的消毒剂杀控制人员和物料流动，防止交叉污染及时发现潜在污染源建立微生物监测灭残留微生物常用消毒剂包括含氯消高清洁区域应实施更严格的卫生管理措计划，包括采样点、采样频率、检测指毒剂（如次氯酸钠）、季铵盐类、过氧施，如空气过滤、正压系统和更频繁的标和警戒限值，并根据监测结果调整清化物类等，应根据污染类型和设备材质环境监测员工应接受卫生培训，遵守洁消毒程序对于高风险产品（如即食选择适宜的消毒方案，并定期轮换使用，手部卫生规程，穿戴适当的工作服和防食品），还应特别关注环境中的致病菌防止微生物产生抗性护装备（如李斯特菌）监测食品链中微生物污染途径原材料环节生产加工环节成品贮运环节农产品可能在种植、养殖过程中受到土壤、灌溉食品加工过程中，微生物污染可来自设备、工具、产品在储存、运输和销售过程中，温度波动、包水、肥料或动物粪便中微生物的污染畜禽肠道操作人员和加工环境不当的温度控制、交叉污装破损和环境交叉污染是主要微生物风险建立中的沙门氏菌、空肠弯曲菌等可污染肉类；土壤染和卫生管理不足是主要风险因素实施良好生完善的冷链物流系统，确保温控食品全程保持适中的芽孢杆菌、李斯特菌可污染蔬果；环境水中产规范（）和危害分析关键控制点宜温度；采用适当的包装技术，防止外源性污染；GMP的副溶血性弧菌可污染海产品加强农牧业生产（）体系，严格控制加工卫生条件，确合理预估保质期，避免过长货架期导致微生物超HACCP的卫生管理，实施良好农业规范（），是保关键控制点（如热处理、速冷等）有效实施，标消费者教育也是重要环节，确保家庭食品处GAP控制源头污染的关键是保证加工安全的核心措施理和储存得当食品安全典型事件案例沙门氏菌污染事件诺如病毒爆发李斯特菌污染年美国发生的罗马生菜沙门氏菌污染事诺如病毒是导致非细菌性急性胃肠炎的主要病年加拿大发生的熟肉制品李斯特菌污染20182008件导致数百人感染，事件追溯发现灌溉水源被原体，常通过污染的食品、水或人与人直接接事件造成人死亡，调查发现肉类切片机的23动物粪便污染是主要原因该事件凸显了新鲜触传播年某国际邮轮上发生的诺如病不当清洁消毒导致长期污染李斯特菌能在低2019蔬菜前处理不足的风险，以及农业生产环境管毒爆发导致近名乘客感染，调查显示，温下生长，对即食食品构成特殊风险事件后，300理的重要性随后，美国修订了农产品感染员工在没有充分洗手的情况下处理食品是加拿大强化了即食食品的李斯特菌控制要求，FDA安全规范，加强了灌溉水质量监测要求主要传播途径该事件强调了食品处理人员个包括环境监测和产品测试频率的提高人卫生的关键作用合理利用有益微生物发酵剂株筛选发酵食品生产1选育性能稳定的工业菌株利用微生物发酵改良食品特性益生菌产品制备功能性成分开发促进肠道健康的特定菌株应用微生物合成生物活性物质有益微生物在食品中的应用远超过传统发酵领域微生物强化食品（如添加益生菌的乳制品、谷物和果汁）通过摄入特定功能菌株，为消费者提供额外健康益处常用的益生菌包括双歧杆菌、乳杆菌和乳酸链球菌等，它们能够调节肠道菌群平衡，增强免疫功能，甚至可能改善特定健康状况益生元是选择性促进益生菌生长的不可消化食物成分，如低聚果糖、低聚半乳糖等益生元与益生菌配合使用（称为合生元）可产生协同效应此外，某些发酵食品中的微生物代谢产物（如乳酸菌产生的短链脂肪酸、抗菌肽等）也具有生物活性，可作为功能性成分添加到各类食品中科学合理利用有益微生物，是现代食品工业与营养健康结合的重要方向益生菌食品的开发与应用益生菌的选择标准有效的益生菌应满足以下条件人体来源且安全无害；能耐受胃酸和胆盐环境；能在肠道内定植并发挥功能；具有明确的健康益处且有足够临床证据支持；在产品中保持足够的活菌数量和稳定性常用的益生菌包括嗜酸乳杆菌、乳双歧杆菌、鼠李糖乳杆菌和动物双歧杆菌等益生菌乳制品乳制品是最常见的益生菌载体，酸奶中的活性乳酸菌可调节肠道菌群，改善乳糖不耐受；特殊配方的益生菌发酵乳针对特定人群需求，如儿童、老年人或肠道敏感人群产品开发中需解决菌株兼容性、风味平衡和活菌数量维持等技术挑战非乳益生菌食品为满足乳糖不耐受或素食人群需求，植物基益生菌食品（如豆奶、果蔬汁、谷物饮料等）正日益流行这类产品需要筛选适合非乳基质生长的特殊菌株，并解决酸度、营养供应和感官品质等问题包埋技术和微胶囊化等保护技术有助于提高益生菌在各类食品基质中的存活率功效验证与规范益生菌产品应有科学研究支持其功效声称不同菌株功效各异，不应一概而论目前研究较为确证的功效包括改善腹泻、便秘，增强免疫力和减轻乳糖不耐受症状等产品标签应明确标示菌种名称、菌株编号和活菌数量，并遵循相关法规对健康声称的规范要求功能性发酵食品实例100+常见益生菌种类可用于食品的益生菌菌种数量10^6最低活菌数量每克产品中的有效益生菌数量CFU/g30%市场年增长率功能性发酵食品市场增速75%消费者认可度了解益生菌健康益处的消费者比例功能性发酵乳是益生菌应用最为成熟的产品类型传统酸奶主要使用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌发酵，现代功能性酸奶则添加了特定益生菌菌株，如嗜酸乳杆菌（）和比菲德氏菌（），这些菌株具有更强的肠道定植能力和健康调节作用某些产品还添加了益生元（如低聚糖、L.acidophilus Bifidobacterium菊粉等），形成协同作用功能性发酵饮品是另一个快速发展的品类，如日本的可尔必思（）含有特殊乳酸菌株；韩国的米酒添加了益生菌提高健康功效；欧洲的克菲尔（）Calpis Kefir结合了乳酸菌和酵母的多重益处此外，发酵蔬果汁、发酵谷物饮料和低聚糖强化饮品等，也在不断创新中这些产品不仅有独特风味，还能提供微生物代谢产物带来的额外健康益处新型发酵工艺与微生物定向选育菌株联合发酵技术传统发酵多依赖自然微生物群落，现代工艺则注重定向选育特定联合发酵技术利用多种微生物的协同作用，形成更复杂的风味谱性能的菌株通过高通量筛选、诱变选育和基因工程等手段，获系和功能特性例如，酸奶中添加特定酵母与乳酸菌共同发酵，得风味特性更佳、生长速度更快、耐受性更强或代谢产物更丰富可产生更丰富的香气化合物；泡菜发酵中乳酸菌与酵母的序贯发的工业菌株酵，能形成独特的风味平衡目前已筛选出多种特种生产菌株，如高产脂肪酶的米根霉，用于现代联合发酵工艺强调微生物间相互作用的精确控制，通过调整奶酪风味增强；产乙醛能力强的酵母，用于改善酒类风味；高产接种比例、接种时序和环境参数，实现预期的发酵效果特别是胞外多糖的乳酸菌，用于改良酸奶质构等这些定向选育菌株显在复杂发酵系统（如酱油、醋、奶酪等）中，深入了解微生物群著提高了发酵效率和产品品质的一致性落演替规律，有助于设计更高效的工艺流程，提高产品品质基因工程微生物应用基因改造方向应用领域代表性成果潜在影响提高特定代谢产物食品添加剂生产高产柠檬酸曲霉降低生产成本产量增强特定酶活性食品加工辅助高产淀粉酶芽孢杆提高加工效率菌增加有益代谢产物功能性发酵食品产维生素乳酸增强营养价值B12菌降低有害物质产生发酵酒类低产甲醇酵母提高食品安全性基因工程微生物在食品领域的应用主要集中在两个方向一是生产食品添加剂和配料，如氨基酸、维生素、酶制剂等；二是直接作为发酵剂改良食品特性通过基因修饰，可以定向强化微生物的有益特性，如提高特定代谢产物产量、增强环境耐受性或赋予新的代谢功能例如，改造酵母使其能够产生更多特定香气化合物，可以增强啤酒、葡萄酒等发酵饮料的风味；工程化乳酸菌可以合成特定维生素或生物活性肽，提高发酵乳的营养价值然而，基因工程微生物的食品应用仍面临严格的安全评估和消费者接受度挑战目前大多数国家对转基因微生物直接用于食品生产有严格限制，但允许使用经纯化的基因工程微生物产物（如酶、氨基酸等）作为添加剂生物防腐剂与天然抗菌物质发酵产物复合防腐植物源抗菌物质某些微生物发酵产物如醋、乳清发酵液等，含有抗菌肽技术许多植物提取物具有天然抗菌活性，如茶多酚、多种抗菌成分（有机酸、抗菌肽、过氧化氢等），抗菌肽是微生物（尤其是乳酸菌）产生的一类蛋姜黄素、丁香酚、百里香酚等这些物质多具有具有协同抗菌效果此类复合防腐剂可作为整体白质或多肽物质，具有特异性抗菌活性乳酸链广谱抗菌活性，作用机理包括干扰细胞膜功能、应用，无需分离纯化单一成分，降低了成本，同球菌素（）是最成功的商业化抗菌肽，被抑制关键酶活性或干扰能量代谢等随着消费者时利用多重抗菌机制减少了微生物产生抗性的可Nisin广泛用于奶酪、罐头和肉制品防腐此外，乳杆对清洁标签食品的需求增加，植物源抗菌剂因能性发酵产物防腐剂在即食食品、沙拉酱和肉菌素、明串珠菌素等也具有良好应用前景抗菌其天然属性受到越来越多关注然而，强烈的气制品中应用前景广阔肽的作用机理主要是破坏靶微生物的细胞膜结构，味和风味限制了某些植物提取物在食品中的应用导致细胞物质泄漏和死亡食品微生物组测序宏基因组测序技术是研究食品中微生物群落结构和功能的强大工具与传统培养方法不同，宏基因组测序可以检测所有存在的微生物（包括不可培养微生物），提供更全面的微生物组成信息该技术通常包括以下步骤样品提取、文库构建、高通量测序和生物信息学分析DNA DNA在食品领域，宏基因组技术已广泛应用于发酵食品微生物群落分析，如奶酪、泡菜、酱油等传统发酵食品的微生物演替过程研究；食品腐败机制研究，通过比较不同阶段微生物群落变化，揭示关键腐败微生物；食品安全监测，如检测食品中潜在致病菌或有毒基因的存在；以及功能性食品研发，筛选具有特定功能的菌群或代谢途径此类研究为优化发酵工艺、延长保质期和提高食品安全性提供了科学依据食品微生物风险评估风险管理决策基于评估结果制定安全标准与控制措施风险特征描述整合评估结果确定风险级别与不确定性暴露评估计算消费者摄入危害的可能性与程度危害特征描述确定剂量反应关系和健康影响严重程度-危害识别确定食品中的微生物危害及其特性定量微生物风险评估是食品安全管理的科学基础，涉及从农场到餐桌全过程中微生物危害的系统分析危害识别阶段确定目标微生物（如沙门氏菌、李斯特菌等）；危害特征描述分析微生物的毒力特性和致病机制，建立剂量反应模型；暴露评估则通过食品消费数据和微生物污染水平，评估消费者实际接触致病菌的可能性-现代风险评估越来越依赖动态数据分析和计算机模拟预测微生物学模型可以模拟微生物在各种条件下的生长、灭活或存活情况；蒙特卡洛模拟等概率模型可以评估各种不确定因素对最终风险的影响这些工具为制定基于风险的食品安全标准和控制措施提供了科学依据，帮助监管机构和食品企业在保障食品安全的同时，平衡技术可行性和经济影响国际食品微生物安全管理趋势国际标准协调食品法典委员会（）作为联合国粮农组织（）和世界卫生组织（）建立的国际食品标准制定机构，致力于协调全球食品安全标准食品法典CAC FAOWHO微生物标准委员会制定了多项微生物标准和采样计划，为国际贸易提供了重要参考框架区域性组织如欧盟食品安全局（）也在推动区域标准统一EFSA基于风险的监管国际食品安全监管正从传统的最终产品检验向全过程风险管理转变美国食品安全现代化法案（）要求食品企业建立预防性控制措施；欧盟强调食品FSMA企业的主体责任和可追溯体系基于风险的监管允许资源集中于高风险领域，提高监管效率，同时为创新留出空间大数据与智能监测全球食品安全监测网络如国际食品安全当局网络（）促进了食源性疾病爆发信息的快速共享大数据分析和人工智能技术正被用于识别新兴风险和INFOSAN预测潜在问题基因组数据库如实现了全球范围内的病原菌溯源，加速了疫情调查和应对未来趋势包括整合多源数据和实时监测系统PulseNet我国食品相关微生物标准国家标准体系检测规程要点标准实施与挑战我国食品微生物标准主要由标准构成，形成系列标准详细规定了微生物检验的采食品微生物标准的有效实施面临诸多挑战，如小GB GB4789了较为完整的标准体系《食品安样方法、样品前处理、检测步骤和结果判定等内微企业检测能力不足、区域执法水平不均、新型GB29921全国家标准食品微生物学检验致病菌限量》规容检测方法包括传统培养法和快速检测法，后食品缺乏针对性标准等针对这些问题，政府部定了各类食品中致病菌的限量要求；者如、等方法也已纳入标准体系门加强了标准宣贯和技术培训，建立了食品安全GB4789PCR ELISA系列标准规定了食品微生物检验方法；抽检计划和风险监测网络，推动标准的全面落实GB标准还规定了微生物检验的质量控制要求，包括和则规定了食品添加剂和污染2760GB2761实验室环境、人员资质、设备校准和阳性对照等，物限量近年来，我国食品微生物标准不断完善，如修订确保检测结果的准确性和可靠性监管部门依据未来标准发展趋势包括进一步细化特定食品类了即食食品中李斯特菌等致病菌限量要求，增加这些标准对市场食品进行监督抽检，而企业也需别的微生物指标，增加新型检测方法的标准化，了新型食品类别的微生物标准，与国际标准逐步按照相同标准进行自检，确保产品符合要求加强与国际标准的协调，以及发展更加科学的风接轨，但仍保持了符合我国国情的特点险评估方法，为标准制定提供依据食品微生物防控新进展微生物在食品加工业未来展望精准风味设计特定菌群定向产生目标风味物质营养增强技术微生物合成维生素和生物活性物质可持续加工模式微生物参与循环利用和低碳生产微生物在增强食品风味与营养方面具有广阔前景精准发酵技术能够控制特定微生物菌株产生目标风味物质，定制化满足消费者口味偏好；代谢工程改造的微生物能够在食品基质中原位合成维生素、多不饱和脂肪酸等营养成分，提高食品的营养价值；微生物醇化技术可以去除某些食品中的抗营养因子，提高营养生物利用度微生物技术对食品加工业可持续发展也至关重要微生物发酵可降低加工能耗，减少温室气体排放；微生物酶解可替代传统化学处理，减少化学品使用和废水排放；食品副产物通过微生物转化可生产高附加值产品，实现资源循环利用此外，微生物菌群调控技术有望减少防腐剂使用，发展更加清洁标签的天然食品，满足消费者对健康、自然食品的需求，推动食品工业向更加绿色、可持续的方向发展微生物与食品创新新型发酵饮料康普茶（）是由茶多酚、糖和特定微生物共同发酵而成的饮料，含有Kombucha乳酸菌、醋酸菌和酵母的复杂菌群发酵过程产生有机酸、多酚类和微量乙醇，具有独特风味和潜在健康功效水克菲尔（）则是以水、糖和柠檬为基Water Kefir质，通过特殊的水克菲尔粒（由乳酸菌和酵母组成）发酵而成，口感清爽，适合乳糖不耐受人群植物蛋白发酵微生物发酵能显著改善植物蛋白的风味和功能特性豆类蛋白通过特定微生物发酵，可减少豆腥味，改善消化性；发酵豆浆、发酵燕麦、发酵豌豆蛋白等产品正逐渐被开发出来，满足植物基饮食需求微生物发酵还能部分水解蛋白质，提高溶解性和乳化性，改善植物蛋白在食品中的应用性能个性化发酵食材基于肠道微生物组研究的个性化发酵食品是新兴领域通过分析个体肠道菌群特征，可定制特定的发酵食品配方，有针对性地补充有益菌群此外，结合基因组学和代谢组学，可筛选适合特定人群（如特殊年龄段、健康状况）的功能性菌株，开发出更具靶向性的发酵食品，为精准营养和个性化健康管理提供新途径本章小结与思考主要内容回顾知识联系本章系统介绍了微生物与食品加工的密微生物与食品加工的关系是一个多学科切关系，包括微生物的基本特性、在食交叉的领域，需要结合微生物学、食品品发酵与腐败中的作用、食品安全风险化学、工程技术和安全管理等多方面知与控制技术、检测方法与标准体系，以识理解微生物的基础生物学特性是掌及新兴应用与未来发展趋势通过多角握其在食品中应用和控制的前提；而工度的讲解，揭示了微生物在食品工业中程技术和管理体系则是将理论知识转化的双面性既是食品加工的有力工具，为实际应用的桥梁也是食品安全的潜在威胁思考题分析微生物在某一特定传统发酵食品中的作用机制，并思考如何利用现代技术优化其

1.发酵工艺？针对一种常见的食源性致病菌，设计从原料到成品的全面防控策略

2.探讨微生物组测序技术如何应用于食品安全风险评估和品质控制？

3.思考未来气候变化可能对食品微生物安全带来的挑战及应对策略

4.参考文献与感谢主要参考文献包括《食品微生物学》（张兰威，）；《食品发酵工艺学》（李铮，）；《食品安全微生物学》（王凤平，20202019）；《现代食品加工技术》（陈历俊，）；多期研究论文；以及中国食品安20212018International Journalof FoodMicrobiology全国家标准系列、等标准文件GB4789GB29921特别感谢参与本课程制作的教学团队成员，以及提供技术支持和实验指导的各位老师和助教感谢学校提供的实验设施和资源支持也感谢各位学生的积极参与和宝贵反馈，你们的学习热情是我们不断改进课程的动力期待在未来的学习和研究中，大家能将微生物与食品加工的知识应用于实践，为食品工业发展和食品安全保障做出贡献。