微生物食品教学课件

微生物食品教学课件什么是微生物微生物的定义主要微生物类型微生物是指肉眼不可见、需要借助显微镜才能观察到的微小生物，它们通常是单细胞生物体，虽然某些微生物可•细菌单细胞原核生物，无核膜结构，形态多样（球菌、杆菌、螺旋菌等）以形成多细胞的群体或结构微生物的大小通常在

0.1-100微米之间，其中包括原核微生物（如细菌）和真核微•真菌包括酵母菌（单细胞）和霉菌（多细胞），具有细胞核生物（如酵母菌、霉菌）以及非细胞型微生物（如病毒）•病毒非细胞型微生物，只含有DNA或RNA，必须在活细胞内繁殖微生物的分布•原生动物单细胞真核生物，如草履虫、变形虫等微生物广泛分布于自然界的各个角落，从极地到热带，从深海到高山，从土壤到空气，几乎无处不在人体内外也存在大量微生物，形成复杂的微生物群落食品作为微生物的良好载体和培养基，为各类微生物提供了丰富的生长环境微生物在食品中的重要性有益作用食品发酵与品质提升•参与各类食品发酵过程，如酒类、乳制品、面包、酱油等传统发酵食品的制作•生产各种风味物质，形成特殊风味，如乳酸菌发酵产生的乳酸提供酸味•合成维生素、氨基酸等营养物质，提高食品营养价值•生产酶类物质，改善食品质构、口感和消化率•参与益生菌食品制备，促进人体肠道健康有害作用食品腐败与安全隐患•引起食品腐败变质，产生不良气味和滋味，降低食品品质•产生各种毒素，如黄曲霉毒素、肉毒毒素等，威胁人体健康•引发食源性疾病，如沙门氏菌感染、李斯特菌病等•降低食品保质期，增加经济损失•可能导致食品过敏反应或其他不良反应原核微生物的形态与结构原核微生物以细菌为主要代表，是食品微生物学中最重要的研究对象之一它们具有独特的细胞结构特点，直接影响着其在食品中的生长、繁殖及代谢特性基本特征•无真正的细胞核，DNA裸露在细胞质中，形成拟核区•缺乏膜包被的细胞器（如线粒体、内质网等）•具有刚性的细胞壁，提供保护和形态维持•大多数进行无性繁殖，主要通过二分裂方式•体积小，一般在

0.5-5微米之间细胞壁结构差异依据细胞壁结构不同，细菌可分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，这一差异直接影响细菌对环境条件的耐受性和对抗生素的敏感性•革兰氏阳性菌细胞壁厚，主要成分为肽聚糖，对理化因素抵抗力强•革兰氏阴性菌细胞壁薄，外有脂蛋白膜，对环境变化适应性更好细菌的形态多样性•球菌（Cocci）如葡萄球菌、链球菌，常见于乳制品中•杆菌（Bacilli）如乳酸杆菌、芽孢杆菌，广泛应用于食品发酵•螺旋菌（Spirilla）如螺旋体、弧菌，部分可引起食源性疾病•分枝杆菌如放线菌，重要的抗生素和酶制剂生产菌特殊结构•鞭毛用于细菌运动，影响细菌对食品表面的附着能力真核微生物概述酵母菌霉菌酵母是单细胞真核微生物，在食品工业中应用广泛它们通常呈球形、椭圆形或柱形，大小一般在5-10微米之间酵母菌的细胞结构包括细胞核、线粒体、内质霉菌是多细胞真核微生物，由菌丝体构成，能在食品表面形成肉眼可见的菌落霉菌的基本结构单位是菌丝，菌丝由许多细胞连接而成，形成网状结构霉菌的繁网、高尔基体等完整的细胞器系统在食品工业中，酵母主要通过芽殖方式繁殖，某些种类在特定条件下可形成假菌丝或真菌丝殖方式多样，包括有性繁殖和无性繁殖，常通过产生大量孢子进行传播代表菌种酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、汉逊酵母（Hanseniaspora）、毕赤酵母（Pichia）等这些酵母在面包制作、酒类发酵、调味品发酵中代表菌种青霉（Penicillium）、曲霉（Aspergillus）、根霉（Rhizopus）、毛霉（Mucor）等这些霉菌既可用于干酪、豆豉等发酵食品的制作，也可能产生扮演着关键角色黄曲霉毒素等有害物质，引起食品安全问题非细胞型微生物病毒病毒的基本特征病毒是一类非细胞型微生物，是介于生命体和非生命体之间的特殊存在它们不具备完整的细胞结构，只含有一种核酸（DNA或RNA）和蛋白质外壳，有些还具有脂质包膜病毒必须在活细胞内寄生繁殖，不能独立完成能量代谢和蛋白质合成病毒的基本结构•核酸DNA或RNA，单链或双链，作为遗传物质•衣壳由蛋白质亚基组成，保护内部核酸•包膜某些病毒具有从宿主细胞获得的脂质双层膜•尾部结构某些噬菌体特有，用于注入核酸病毒的增殖方式

1.吸附病毒颗粒特异性吸附在宿主细胞表面

2.穿透核酸进入宿主细胞内

3.复制利用宿主细胞的物质和能量合成新的病毒组分

4.组装形成完整的病毒粒子

5.释放宿主细胞裂解，新病毒粒子释放食源性病毒及其危害食源性病毒主要通过污染的食品和水传播，引起人体感染与细菌不同，病毒不能在食品中增殖，但其感染剂量极低，存活能力强，对常规食品加工处理方法有较强抵抗力常见食源性病毒•诺如病毒最常见的食源性病毒，引起急性胃肠炎•甲型肝炎病毒通过污染的食物和水传播，引起肝炎•轮状病毒主要影响婴幼儿，引起严重腹泻•肠道病毒包括柯萨奇病毒、埃可病毒等，可引起多种症状案例2019年广东某学校诺如病毒爆发微生物的营养类型能源利用类型微生物按能源获取方式可分为•光能微生物利用光能，如蓝藻、光合细菌•化能微生物利用化学能，如大多数细菌、真菌在食品中，化能微生物更为常见，它们通过氧化食品中的有机物获取能量，导致食品成分变化，产生新的风味物质或导致腐败碳源利用类型微生物按碳源利用方式可分为•自养微生物利用CO₂作为唯一或主要碳源•异养微生物利用有机物作为碳源食品微生物以异养型为主，它们利用食品中的糖类、蛋白质、脂肪等有机物作为碳源，不同微生物对碳源的利用偏好不同，决定了它们在特定食品中的生长能力按照能源和碳源利用方式的组合，微生物可分为四大类光合自养型利用光能和CO₂合成有机物，如蓝藻、光合细菌这类微生物在水产品表面可能生长，但在大多数食品加工环境中并不常见光合异养型利用光能和有机物，如紫非硫细菌这类微生物在食品领域应用相对较少，但在某些特殊发酵过程中可能参与化能自养型利用无机物氧化释放的能量和CO₂，如硝化细菌在食品工业中，这类微生物可能参与某些特殊发酵过程化能异养型微生物的生长及其测定方法延滞期指数期微生物适应新环境的阶段，细胞数量变化不明显，但细胞体积增大，酶系统活化，为快速生长做准备微生物迅速繁殖的阶段，细胞数量呈指数增长，代谢活动旺盛食品发酵通常在这一阶段进行，以充分食品保藏技术主要目标之一就是延长这一时期，推迟微生物进入指数期利用微生物的代谢活性此阶段微生物对环境因素（如温度、pH值）的变化最敏感衰亡期稳定期微生物死亡速率超过新生速率的阶段，细胞数量逐渐减少此阶段细胞自溶现象明显，释放多种胞内微生物新生与死亡平衡的阶段，细胞总数保持相对稳定此阶段微生物常产生次级代谢产物，如抗生酶，可能导致食品品质劣变或形成特殊风味（如某些干酪的成熟）素、毒素等许多食品发酵的特殊风味物质在此阶段形成常用微生物生长测定方法

1.直接计数法显微镜下直接计数细胞数量，如血球计数板法

2.平板计数法将样品稀释后在固体培养基上培养，计算菌落数

3.浊度法测量微生物悬液的浊度，如分光光度计法

4.干重法测定微生物细胞的干重

5.代谢产物测定法测定微生物生长过程中产生的代谢产物微生物繁殖方式原核微生物的繁殖方式真核微生物的繁殖方式原核微生物主要通过无性繁殖进行种群扩大，其中最主要的方式是二分裂真核微生物的繁殖方式更为多样，包括无性繁殖和有性繁殖两大类二分裂过程酵母的繁殖

1.细胞DNA复制，形成两套相同的遗传物质•芽殖最常见的方式，母细胞表面形成芽体，逐渐长大后脱离

2.细胞质分裂，细胞膜向内凹陷•裂殖少数酵母如裂殖酵母通过形成隔膜分裂为两个子细胞

3.细胞壁形成，将母细胞分为两个大小相近的子细胞•假菌丝形成在某些条件下，芽体不脱离母细胞，形成链状结构

4.两个子细胞完全分离，各自生长发育•有性繁殖通过孢子囊或接合生殖，增加基因多样性在适宜条件下，细菌的二分裂速度极快，如大肠杆菌在37℃时，每20分钟可完成一次分裂这种快速繁殖能力使细菌在短时间内大量繁殖，是食品快速霉菌的繁殖腐败的主要原因之一•孢子繁殖产生大量的无性孢子（如分生孢子、孢子囊孢子）其他特殊繁殖方式•菌丝体碎片菌丝断裂后，每个片段可发育成新的菌落•芽殖少数细菌通过在母细胞表面形成芽体进行繁殖•有性繁殖通过接合生殖或产生子囊孢子、担孢子等方式•孢子形成某些细菌在不良环境下形成芽孢或内生孢子•分枝放线菌等通过菌丝分枝形成新个体环境因素对微生物生长的影响温度微生物按照适宜生长温度可分为•嗜冷微生物最适温度0-20℃，如假单胞菌•嗜温微生物最适温度20-45℃，如大多数食品微生物•嗜热微生物最适温度45-70℃，如嗜热芽孢杆菌•超嗜热微生物最适温度70℃以上，在食品中罕见食品保藏中，低温储藏主要抑制嗜温菌生长，但嗜冷菌仍可缓慢生长；高温杀菌则利用微生物的热敏感性，但需考虑芽孢的热抵抗力pH值大多数微生物在中性或弱酸性条件下生长最好，但不同类型有明显差异•细菌大多数在pH

6.5-

7.5范围内生长最佳•酵母适宜pH范围较宽，多在pH

4.5-

6.0最活跃•霉菌耐酸性强，可在pH

3.0-

8.0范围内生长食品发酵中，pH变化是微生物种群动态变化的重要因素；食品保藏中，降低pH是常用的防腐手段，如腌制、酸化等工艺氧气微生物按照对氧气的需求可分为•好氧微生物需要氧气生长，如醋酸菌、霉菌•兼性厌氧微生物有无氧气均可生长，如大多数酵母•专性厌氧微生物在有氧条件下不能生长，如梭菌属•微需氧微生物需要低浓度氧气，如乳杆菌真空包装、气调包装等技术通过控制氧气浓度来延长食品保质期；而某些发酵工艺则需严格控制氧气供应，以优化产品品质水分活度与渗透压水分活度aw是衡量微生物可利用水分的指标•细菌大多需要aw

0.91，最低耐受约

0.85•酵母可在aw

0.85的环境生长•霉菌某些可在aw低至

0.65的环境生长•嗜渗微生物能在高盐、高糖环境中生长干燥、盐腌、糖渍等传统保藏方法主要通过降低水分活度来抑制微生物生长微生物的能量与物质代谢微生物代谢的基本类型微生物代谢过程可分为两大类•分解代谢将复杂有机物分解为简单物质，同时释放能量•合成代谢利用能量将简单物质合成复杂有机物这两类代谢过程紧密偶联，分解代谢提供的能量和中间产物为合成代谢所利用，共同维持微生物的生命活动能量代谢的基本途径

1.糖酵解途径（EMP）几乎所有微生物都具有的基本代谢途径，将葡萄糖分解为丙酮酸

2.柠檬酸循环（TCA）好氧条件下，将丙酮酸彻底氧化为CO₂和H₂O，释放大量能量

3.磷酸戊糖途径（HMP）提供NADPH和核糖等合成代谢所需物质

4.电子传递链与氧化磷酸化将代谢过程中释放的电子能量转化为ATP物质代谢的主要类型•碳水化合物代谢为微生物提供主要能量来源，同时产生有机酸、醇类等发酵产物•蛋白质代谢分解为氨基酸，进一步脱氨基转化为有机酸等；合成细胞所需蛋白质•脂类代谢分解为甘油和脂肪酸，可导致食品酸败；也合成细胞膜所需脂类•核酸代谢合成DNA、RNA等遗传物质，控制细胞生长和代谢活动典型能量代谢途径实例•酒精发酵酵母将葡萄糖转化为乙醇和CO₂，应用于酒类生产•乳酸发酵乳酸菌将葡萄糖转化为乳酸，应用于乳制品发酵•丙酸发酵丙酸菌将乳酸转化为丙酸，参与瑞士干酪发酵微生物的发酵作用酒精发酵乳酸发酵主要由酵母进行，将糖类转化为乙醇和二氧化碳主要由乳酸菌进行，将糖类转化为乳酸•基本反应C₆H₁₂O₆→2C₂H₅OH+2CO₂•基本反应C₆H₁₂O₆→2CH₃CHOHCOOH•应用葡萄酒、啤酒、白酒等酒类生产•应用酸奶、奶酪、泡菜等发酵食品•关键微生物酿酒酵母、汉逊酵母等•关键微生物乳杆菌、乳球菌等•副产物高级醇、酯类等风味物质•发酵类型同型发酵和异型发酵面包发酵醋酸发酵由酵母和乳酸菌共同作用，产生气体和风味主要由醋酸菌进行，将乙醇氧化为醋酸•主要作用产生CO₂使面团膨胀，形成多孔结构•基本反应C₂H₅OH+O₂→CH₃COOH+H₂O•应用面包、馒头等发酵面制品•应用食醋、水果醋等酸味调味品•关键微生物酿酒酵母、乳酸菌等•关键微生物醋酸杆菌、葡糖醋杆菌•风味形成有机酸、醇类、酯类等物质•工艺特点需要充足氧气供应微生物发酵作用在食品工业中具有广泛应用，通过发酵可以•改善食品风味产生特殊香气、酸味、鲜味等•提高食品营养价值增加维生素含量，提高蛋白质消化率•延长保质期产生有机酸、抗菌物质等，抑制有害微生物生长•减少反营养因子降低植酸、单宁等抗营养物质含量•改善食品质构形成特殊组织结构，如面包的蜂窝状结构现代食品工业通过选用特定菌种、优化发酵条件、应用先进设备，实现了对发酵过程的精准控制，生产出品质稳定、风味独特的发酵食品，满足消费者日益增长的健康和美味需求初级与次级代谢简介初级代谢次级代谢初级代谢是指微生物生长和繁殖所必需的代谢过程，主要发生在对数生长期次级代谢是指非微生物生长必需的代谢过程，通常发生在生长后期或稳定期特点特点•与微生物生长紧密相关，停止生长时代谢产物合成减少•与微生物生长关系不紧密，常在生长减缓或停止时大量合成•代谢途径在不同微生物间相对保守•代谢途径具有种属特异性，不同微生物差异大•代谢产物直接参与细胞合成和能量供应•代谢产物不直接参与基本生命活动•代谢调控机制明确，受反馈抑制•代谢调控复杂，易受环境因素影响主要产物主要产物•氨基酸构成蛋白质的基本单位•抗生素如青霉素、链霉素等•核苷酸DNA和RNA的组成成分•毒素如黄曲霉毒素、肉毒毒素等•维生素辅酶前体，参与多种代谢过程•色素如红曲红色素、β-胡萝卜素等•有机酸如乳酸、丙酸等，参与能量代谢•香味物质如酯类、醛类、酮类等•脂类细胞膜的主要成分•酶类如淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶等在食品工业中的应用初级和次级代谢产物在食品工业中具有广泛应用•发酵食品利用微生物初级代谢产生有机酸、醇类等风味物质•酶制剂生产提取微生物产生的各种酶类，用于食品加工•食品添加剂利用微生物生产氨基酸、维生素、色素等•发酵工程通过控制条件优化代谢产物产量和种类微生物遗传与变异基础遗传物质的结构与功能微生物的遗传物质主要是DNA（脱氧核糖核酸），少数病毒使用RNA（核糖核酸）作为遗传物质DNA是由两条多核苷酸链按照碱基互补配对原则缠绕成双螺旋结构基因的结构与表达基因是遗传的基本单位，由DNA片段组成，包含编码特定蛋白质或RNA的遗传信息基因表达过程包括转录（DNA→RNA）和翻译（RNA→蛋白质）两个主要步骤原核生物基因表达调控•操纵子模式由启动子、操纵基因、结构基因组成•正调控激活剂与DNA结合促进转录•负调控阻遏物与DNA结合抑制转录•核糖体水平调控翻译效率的调节真核微生物基因表达调控•染色质水平调控组蛋白修饰、DNA甲基化等•转录水平调控转录因子、增强子等•RNA加工水平调控RNA剪接、修饰等•翻译水平调控翻译起始因子等基因突变与诱变育种物理诱变因素化学诱变因素•紫外线（UV）主要引起胸腺嘧啶二聚体形成，导致DNA复制错误•碱基类似物如5-溴尿嘧啶5-BU，可导致碱基替换•电离辐射（X射线、γ射线）导致DNA链断裂和碱基损伤•烷化剂如N-甲基-N-硝基-N-亚硝基胍MNNG，引起碱基对错配•超声波引起DNA物理破坏•亚硝酸导致脱氨基作用，引起碱基转换•高温增加自发突变率•丙烯酰胺引起DNA链断裂辐射诱变在工业菌种改良中应用广泛，可获得产酶量高、耐受性强的菌株化学诱变对食品工业菌种改良效果显著，但需注意残留毒性筛选方法工业应用•平板筛选法直接观察菌落形态、大小、颜色等变化•高产菌株提高酶、有机酸、氨基酸等产量•抗性标记筛选利用抗生素、抗菌剂等选择性培养•耐受性改良增强对温度、pH、盐度等的耐受性•营养缺陷型筛选利用辅助因子或特定营养物质需求•代谢调控减少副产物，提高目标产物纯度•产物检测筛选测定目标代谢产物产量•风味改良优化发酵食品风味物质产生高通量筛选技术已广泛应用于工业菌种选育中诱变育种已成功应用于酿造、乳制品、发酵食品等领域诱变育种技术的应用案例中国科学家通过诱变育种获得高产青霉素菌株，产量提高了数百倍；日本研究人员通过UV诱变获得产谷氨酸能力增强的菌株，应用于味精生产；乳酸菌通过诱变育种改良风味特性，应用于特色乳制品生产现代诱变育种技术已从传统随机诱变向定向诱变发展，结合组学技术和计算机模拟，大大提高了育种效率和精准度基因重组和杂交育种自然基因重组机制微生物在自然环境中可通过多种途径进行基因交换•转化吸收环境中的裸露DNA，整合到自身基因组中•接合通过直接细胞接触传递基因，由性菌毛介导•转导通过噬菌体介导的DNA传递•移动遗传元件如质粒、转座子等自主转移的DNA片段这些自然重组机制在微生物进化中起重要作用，也是微生物获得新特性（如抗生素抵抗力）的重要途径原生质体融合技术原生质体融合是一种常用的微生物杂交技术，步骤包括

1.制备原生质体使用溶菌酶等去除细胞壁

2.原生质体融合使用聚乙二醇PEG等促进细胞膜融合

3.再生提供适宜条件使融合体形成细胞壁并生长

4.筛选选择具有目标性状的杂种原生质体融合技术可跨越种属障碍，实现远缘杂交，是工业菌种改良的重要手段杂交育种的应用杂交育种在食品工业菌种改良中具有广泛应用•酿酒酵母通过杂交获得发酵能力强、耐受性高的菌株•乳酸菌杂交改良风味特性和产酸能力•霉菌杂交提高酶的产量和稳定性•放线菌获得高产抗生素菌株微生物基因工程简介食品工业应用常用技术方法转基因微生物在食品添加剂生产（如氨基酸、酶制剂）、发酵工艺改良、功能食包括基因克隆、PCR技术、DNA测序、基因编辑（如CRISPR-Cas9系统）等品开发等领域有广泛应用例如，通过基因工程改良的乳酸菌可提高发酵效率和这些技术使科学家能够精确修改微生物的遗传物质，定向改变其性状产品稳定性基因工程基本原理安全与伦理问题基因工程是指利用DNA重组技术，将目的基因导入受体细胞，使其稳定遗传并表达特定性状的技术体系主要步骤包括目的基因获取、基因克隆、载体构建、基转基因微生物应用面临安全评估、环境风险、伦理争议等问题各国建立了严格因转移和表达检测等的安全评价体系，确保转基因微生物食品的安全性转基因微生物食品实例

1.酶制剂生产转基因微生物生产的α-淀粉酶、葡萄糖异构酶等广泛应用于食品加工

2.氨基酸生产通过基因工程改良的微生物生产谷氨酸、赖氨酸等氨基酸

3.维生素生产转基因微生物生产维生素B

2、B12等

4.乳酸菌改良通过基因工程提高乳酸菌的产酸能力和抗菌素生产能力

5.酵母改良增强面包酵母的发酵能力和抗逆性案例色氨酸高产菌株研究人员通过基因工程技术，将大肠杆菌中色氨酸合成途径的关键酶基因进行过表达，同时敲除反馈抑制相关基因，获得了色氨酸高产菌株该菌株色氨酸产量比野生型提高15倍以上，大大降低了生产成本菌种的衰退与复壮菌种衰退的表现1•生长速度减慢，生物量降低•代谢产物产量下降或质量变化2衰退原因分析•形态变异，如菌落大小、颜色改变•生理特性变化，如抗逆性降低•长期传代培养导致的基因突变积累•遗传稳定性下降，易发生突变•质粒丢失导致某些特性消失•培养条件不当引起的选择压力复壮措施3•储存条件不适宜导致的生理损伤•单菌落筛选挑选性能优良的单菌落重新培养•微生物间相互作用导致的群体变化•营养激活使用富含生长因子的培养基•传代优化控制传代次数和条件4菌种管理•低温保存液氮冻存或冻干保存•建立菌种库原始菌种和工作菌种分级保存•压力刺激适当的环境压力刺激可提高菌株活力•定期检测监测菌种性能变化•标准化流程规范菌种传代和保存操作•备份储存多地点、多方式保存重要菌种•系统记录详细记录菌种来源、性状和使用情况工业菌种性能稳定性的重要性工业菌种的性能稳定性直接关系到发酵产品的质量和生产效率以下方面尤为重要•产品质量一致性菌种性能波动会导致产品品质不稳定•生产成本控制性能下降的菌种会增加生产成本•生产周期影响菌种活力降低会延长发酵周期•安全性保障某些菌种衰退可能引发安全风险特殊复壮技术针对不同类型微生物的特殊复壮技术•原生质体再生通过原生质体制备和再生，恢复菌株活力•紫外线适量照射低剂量紫外线可刺激某些菌株代谢活性•重组培养混合多个衰退菌株进行培养，促进基因交换•连续培养筛选通过化学突变诱导和定向筛选获得稳定性高的变异株典型食品微生物种类乳酸菌酵母包括乳杆菌属、乳球菌属、明串珠菌属等，广泛应用于乳制品发酵单细胞真核微生物，主要包括酿酒酵母、食用酵母等主要特性主要特性•革兰氏阳性，不形成芽孢•能进行酒精发酵和呼吸作用•产生乳酸，降低pH值•产生CO₂，使面团膨胀•部分产生细菌素等抗菌物质•合成多种维生素和风味物质•某些具有益生功能•耐受较低pH环境应用应用•酸奶、奶酪等乳制品发酵•各类酒类酿造•泡菜、酸菜等蔬菜发酵•面包、馒头等发酵面食•香肠等肉制品发酵•单细胞蛋白生产工业用细菌霉菌包括醋酸菌、芽孢杆菌、丙酸菌等多种细菌多细胞丝状真菌，包括曲霉属、青霉属、根霉属等主要特性主要特性•代谢多样，产物种类丰富•产生丰富的胞外酶类•部分形成耐热芽孢•能分解复杂有机物•适应性强，生长条件范围广•部分产生抗生素或毒素•遗传稳定性较好•耐受低水分活度环境应用应用•醋酸发酵（醋酸菌）•酱油、豆瓣酱等发酵调味品•纳豆发酵（枯草芽孢杆菌）•特种干酪（如蓝纹奶酪）•特种奶酪（丙酸菌）•酶制剂和有机酸生产这些微生物在食品工业中扮演着不同角色，它们通过各自的代谢特性，参与食品发酵过程，形成特有的风味和质构同时，它们也可能在适当条件下引起食品腐败或安全问题现代食品工业通过菌种选育、发酵条件控制和混合菌种应用等技术，最大化利用这些微生物的有益作用，生产出风味独特、营养丰富的发酵食品，满足消费者不断提高的品质需求微生物在日常食品中的作用酱油发酵酸奶发酵面包发酵酱油是中国传统发酵调味品，其微生物作用主要包括酸奶是乳酸菌发酵牛奶的产物，主要微生物作用包括面包发酵是酵母和乳酸菌共同作用的过程•曲霉菌（如黄曲霉）产生蛋白酶和淀粉酶，分解大豆蛋白和小麦淀粉•嗜热链球菌产生乳酸，使牛奶凝固，形成酸味•酿酒酵母将面团中的糖分转化为CO₂和乙醇，使面团膨胀•乳酸菌产生乳酸，降低pH值，抑制有害微生物生长•保加利亚乳杆菌产生乙醛等风味物质•乳酸菌产生有机酸和风味物质，丰富面包风味•酵母产生醇类和酯类等芳香物质•双歧杆菌等益生菌具有促进肠道健康的作用•酵母产生的酶类影响面筋网络结构，改善面包质构•芽孢杆菌参与氨基酸转化，形成鲜味物质•凝乳酶促进蛋白质凝固，改善质构•微生物代谢产物参与美拉德反应，形成面包特有的色泽和香气这些微生物的协同作用，使酱油具有独特的色、香、味特点现代酸奶工艺通过控制菌种组合和发酵条件，生产出风味多样、质构丰富的传统酵种面包利用自然微生物群落发酵，风味更加复杂多样产品微生物在食品中的作用不仅限于风味形成，还包括营养价值提升食品保藏微生物发酵可以增加食品的营养价值，主要表现在有益微生物可通过多种机制延长食品保质期•合成B族维生素，如维生素B

12、核黄素等•产生有机酸降低pH值，抑制腐败菌生长•增加蛋白质的消化率和生物利用率•产生细菌素、过氧化氢等抗菌物质•减少反营养因子，如植酸、胰蛋白酶抑制剂等•与有害微生物竞争营养和生存空间•产生生物活性肽，具有抗氧化、免疫调节等功能•降低水分活度，抑制微生物生长食品腐败及其危害食品腐败的定义与特征食品腐败的类型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不良变化，使食品不适于人类食用的过程主根据食品性质和腐败特点，可分为要特征包括•肉类腐败主要表现为腐臭味、绿变、黏液形成，主要由假单胞菌、肠杆菌科细菌等引起•感官变化出现异味、变色、黏液、气泡等•鱼类腐败三甲胺臭、组织软化，主要由海洋弧菌、假单胞菌等引起•组织结构破坏变软、溶解、分层等•乳制品腐败酸败、苦味、气胀，主要由产气荚膜杆菌、耐热菌等引起•营养成分降解蛋白质分解、脂肪氧化等•水果蔬菜腐败软腐、黑斑、霉变，主要由青霉、灰葡萄孢、软腐杆菌等引起•有害物质产生生物胺、毒素等•谷物制品腐败发霉、虫蛀、酸败，主要由曲霉、黑曲霉等引起•微生物数量增加菌落总数超标食品腐败的危害食品腐败带来的危害多方面•健康风险微生物毒素可引起食物中毒•经济损失缩短保质期，增加产品报废率•营养损失破坏维生素、蛋白质等营养成分•质量下降影响感官品质，降低消费者满意度危害性毒素•贸易障碍微生物超标导致产品退货或禁止进口某些腐败微生物可产生危害人体健康的毒素典型腐败微生物•黄曲霉毒素强致癌性，主要污染坚果、谷物常见的食品腐败微生物包括•赭曲霉毒素肾毒性，主要污染咖啡、可可•细菌假单胞菌、肠杆菌科、芽孢杆菌、乳酸菌、醋酸菌•肉毒毒素极强神经毒性，主要存在于不当保存的罐头•酵母汉逊酵母、毕赤酵母、红酵母•魏氏梭菌肠毒素引起腹泻，主要污染肉类、调理食品•霉菌青霉、曲霉、根霉、毛霉、灰葡萄孢•组胺引起过敏样反应，主要存在于腐败鱼类案例冷藏肉制品中的单核细胞增生李斯特菌李斯特菌能在4℃低温环境中生长繁殖，是冷藏肉制品的主要风险2018年欧洲某国发生李斯特菌感染事件，导致多人死亡，源头为受污染的熟食肉制品这表明即使在冷藏条件下，某些微生物仍能生长并产生危害食品腐败的机制与微生物来源原料携带原材料表面和内部的微生物是食品腐败的主要来源例如，肉类表面携带的肠杆菌科细菌，水果表面的霉菌孢子，牛奶中的嗜冷菌等新鲜农产品通常携带10³~10⁷CFU/g的微生物环境污染加工环境中的空气、水、设备表面、地面等均可成为微生物污染源空气中的霉菌孢子可附着在食品表面；设备表面形成的生物膜可持续释放微生物；冷凝水滴落可直接污染食品人员操作食品加工人员的手部、衣物、头发等可携带微生物研究表明，人手表面平均携带10³~10⁵CFU/cm²的微生物，不当操作可将这些微生物转移到食品中，引起交叉污染加工过程切割、混合、填充等加工过程增加了微生物接触食品的机会；热处理不足导致微生物未被完全杀灭；冷却过程缓慢使微生物有时间繁殖；二次污染引入新的微生物包装与储运包装材料可能携带微生物；包装密封不良使微生物进入；储运条件不当（温度波动、湿度过高）促进微生物生长；配送过程中的温度滥用给微生物生长创造条件微生物与食品基质互动关系微生物腐败食品的过程是微生物与食品成分相互作用的结果

1.附着与定植微生物通过物理吸附、特异性结合等方式附着在食品表面

2.适应与生长微生物适应食品环境条件，开始繁殖

3.酶的产生微生物分泌各种胞外酶，如蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等

4.食品成分分解酶将食品大分子分解为小分子，微生物吸收利用

5.代谢产物积累产生有机酸、醇类、气体、色素等代谢产物

6.质构破坏组织结构被破坏，导致软化、液化等变化典型食品腐败微生物℃

1895374.57D肉毒梭菌发现年份单核李斯特菌最适生长温度黄曲霉生长最低pH值沙门氏菌在室温下的生存时间1895年由范·埃门格姆首次分离鉴定，是已知最致命的细菌毒素产生者，其虽有最适温度，但能在0-45℃范围内生长，是重要的冷藏食品病原菌黄曲霉耐酸性强，能在酸性食品中生长，并产生强致癌性的黄曲霉毒素在食品表面和加工环境中能长期存活，是食源性疾病的主要致病菌之一毒素LD₅₀仅

0.001μg/kg肉毒梭菌Clostridium botulinum黄曲霉Aspergillus flavus革兰氏阳性厌氧芽孢杆菌，产生世界上最强的生物毒素之一——肉毒毒素常见霉菌，能产生强致癌性的黄曲霉毒素，全球食品安全重要威胁•生长特性严格厌氧，pH

4.6环境生长，芽孢耐热•生长特性最适温度30-35℃，能在低水分活度

0.78环境生长•危害食品低酸罐头、真空包装食品、蜂蜜等•危害食品坚果、谷物、香料、干果等•毒素作用阻断神经肌肉接头处乙酰胆碱释放，导致肌肉麻痹•毒素特性耐热（最高250℃），肝毒性、致癌性、免疫抑制•防控措施严格热处理（121℃，3分钟可杀灭芽孢），酸化（pH

4.6）•防控措施控制水分活度

0.70，适当添加防腐剂，低温储存单核李斯特菌Listeria monocytogenes中毒事件案例革兰氏阳性兼性厌氧杆菌，能在低温环境中生长的重要病原菌2018年浙江某学校发生集体食物中毒事件，36名学生出现恶心、呕吐、腹痛症状调查发现，食堂提供的米饭在烹饪后室温放置时间过长，导致米饭中蜡样芽孢杆菌Bacillus cereus大量繁殖并产生耐热性呕吐毒素这种毒素在常规加热条件下不会被破坏，即使食用前对米饭进行了加热，仍然引起食•生长特性能在4℃冷藏温度生长，耐盐（10%NaCl），pH范围

4.4-

9.6物中毒•危害食品即食冷藏食品、软质奶酪、熟食肉制品•致病机制侵入宿主细胞，引起脑膜炎、败血症，孕妇感染可导致流产•防控措施加热至75℃以上，严格防止交叉污染，控制保质期食品保藏技术及微生物控制加热保藏低温保藏利用高温杀灭或抑制微生物的方法通过降低温度减缓微生物代谢活动•巴氏杀菌60-85℃，杀灭病原菌和大部分腐败菌，但不杀灭芽孢•冷藏（0-7℃）抑制大多数中温菌生长，延缓代谢•商业无菌121℃/3分钟或同等效果，杀灭所有病原菌和腐败菌•冷冻（-18℃以下）停止微生物生长，部分细胞受损•UHT超高温135-150℃/2-5秒，瞬时杀菌，减少热损伤•超低温冷冻（-40℃以下）用于长期保存•微波杀菌热效应和非热效应共同作用，快速升温•速冻技术减少冰晶形成，保持食品结构完整加热保藏广泛应用于罐头、牛奶、果汁等食品低温保藏适用于新鲜食品、乳制品、肉类等调控水分活度化学防腐降低食品中微生物可利用的水分添加安全合法的防腐剂抑制微生物生长•干燥热风干燥、冷冻干燥、喷雾干燥等•有机酸及其盐如苯甲酸钠、山梨酸钾等•盐腌NaCl增加渗透压，抑制微生物生长•亚硝酸盐肉制品防腐，抑制肉毒梭菌•糖渍高浓度糖降低水分活度，抑制大多数微生物•二氧化硫抑制酵母和霉菌，防止褐变•浓缩减少水分含量，增加溶质浓度•抗生素如乳酸链球菌素，特异性抑制某些菌广泛应用于肉制品、水产品、果脯等化学防腐需遵循使用范围和限量规定新型物理保藏技术•高压处理300-800MPa，非热杀菌，保持食品风味和营养•脉冲电场短时高压电脉冲破坏微生物细胞膜•紫外线照射用于表面杀菌和水处理•辐照保藏电离辐射破坏微生物DNA，延长保质期•冷等离子体活性粒子破坏微生物细胞结构生物保藏技术•发酵保藏利用有益微生物抑制有害微生物•益生菌添加通过竞争抑制病原菌生长•生物防腐剂如乳酸菌素、芽孢杆菌素等•植物源抗菌物质如香辛料中的精油成分食品发酵的工艺流程1原料处理2菌种准备包括清洗、破碎、去杂、调配等步骤，目的是提供适宜的发酵基质选择和培养适宜的微生物菌种，为发酵提供优质发酵剂•选择优质原料，控制微生物初始负荷•纯种培养从菌种库活化、扩大培养•去除抑制发酵的物质（如抗生素残留）•混合菌种按比例混合多种微生物•调整水分、pH、营养成分等•发酵剂制备如酒曲、酱油曲、乳酸菌发酵剂等•必要时进行热处理，降低竞争微生物数量•品质控制检测活力、纯度和功能特性3接种与发酵4后处理将准备好的菌种接入处理后的原料中，在控制条件下进行发酵发酵完成后，进行各种处理使产品达到最终品质要求•接种量控制通常为原料的2-5%•终止发酵加热、冷却、过滤等•温度控制根据微生物最适生长温度设定•成熟处理陈酿、熏制、干燥等•pH控制维持在微生物生长的最适范围•澄清与过滤去除微生物细胞和残渣•氧气供应好氧、微需氧或厌氧条件•调配与均质调整风味、质构等•发酵时间根据产品类型从几小时到数月不等•灌装与包装防止二次污染酿酒工艺流程以黄酒酿造为例

1.原料处理大米清洗、浸泡、蒸煮

2.糖化添加酒曲，30℃下糖化48小时

3.酒精发酵添加酵母，18-22℃发酵7-10天

4.压榨分离酒液和酒糟

5.陈酿低温陈酿3个月以上

6.过滤与灌装澄清、过滤、热灌装微生态控制要点•控制杂菌污染，防止产酸菌生长•维持适宜温度，防止高温抑制酵母活性•监控糖度和酒精度变化，判断发酵终点微生物与食品卫生标准食品微生物卫生标准的意义不同食品的菌落总数限值食品微生物卫生标准是保障食品安全的基础，具有以下意义10²•提供食品安全的科学依据和法律依据罐头食品•指导食品生产企业加强质量管理商业无菌要求，n=5,c=0,m=100CFU/g•作为食品检验和监督的技术依据•促进食品贸易的国际化和标准化•保护消费者健康和合法权益10⁴中国微生物卫生标准体系巴氏杀菌乳中国食品微生物卫生标准主要包括n=5,c=2,m=10⁴,M=10⁵CFU/g•国家标准（GB）如《食品安全国家标准食品微生物学检验总则》GB

4789.1•行业标准（SC）针对特定行业的微生物限量要求10⁵•地方标准（DB）考虑地方特色食品的特殊要求速冻调理食品•企业标准（Q/企业代号）企业自定标准，不低于国家标准n=5,c=2,m=10⁵,M=10⁶CFU/g微生物限量指标类型食品微生物卫生标准通常包括以下指标10⁶•菌落总数反映食品总体卫生状况发酵面制品•指示菌如大肠菌群、粪大肠菌群等，反映加工卫生状况•致病菌如沙门氏菌、单核李斯特菌等，直接关系到食品安全n=5,c=2,m=10⁶,M=10⁷CFU/g•条件致病菌如金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌等注n为采样件数，c为允许超过m但不超过M的样品数，m为标准值，M为限定值•真菌计数霉菌和酵母计数，反映防霉措施有效性国际标准对比不同国家和地区的微生物标准存在差异•欧盟强调致病菌零容忍，对菌落总数要求相对宽松•美国采用HACCP系统，侧重过程控制而非终产品检测•日本对进口食品微生物限量要求严格，特别是生食产品•中国综合考虑食品安全风险和生产实际，标准体系不断完善食品微生物检测方法传统培养法分子生物学检测基于微生物在特定培养基上生长形成可见菌落的原理基于核酸特异性识别的高灵敏度检测方法•平板计数法样品稀释后倒平板或涂布平板，计算菌落数•聚合酶链反应PCR扩增特定DNA片段，检测特定微生物•最大可能数法MPN利用统计学原理估计活菌数量•实时荧光PCR定量检测，检测限低至10个细胞/g•膜过滤法适用于液体样品中低浓度微生物的检测•多重PCR同时检测多种微生物•富集培养法用于检测少量致病菌，如沙门氏菌•基因芯片高通量检测多种微生物优点成本低，操作简单；缺点耗时长2-7天，劳动强度大优点特异性强，速度快数小时；缺点无法区分活菌与死菌免疫学检测快速检测新技术基于抗原-抗体特异性结合反应的检测方法结合多种技术原理的新型检测方法•酶联免疫吸附试验ELISA检测微生物细胞或毒素•ATP生物发光技术检测微生物ATP含量，评估总体污染•免疫荧光技术直接观察微生物细胞•流式细胞术快速计数和分析单个微生物细胞•免疫层析技术快速检测条，现场筛查•生物传感器特异性识别微生物并转换为可测信号•免疫磁分离技术富集目标微生物•质谱技术基于微生物特征蛋白图谱进行鉴定优点快速简便15分钟-2小时；缺点可能有交叉反应，灵敏度一般优点灵敏度高，自动化程度高；缺点设备昂贵，需专业人员操作检测方法的选择原则食品微生物检测方法的选择应考虑以下因素•检测目的总菌数、特定微生物或毒素•食品类型固体、液体、高脂、高蛋白等•时间要求常规检测或应急检测•检测限要求根据食品标准确定•实验室条件设备、人员、成本等•方法标准化程度是否有国家标准方法样品前处理技术样品前处理是检测的关键步骤，影响结果准确性•均质化使微生物均匀分布在样品中•稀释将微生物浓度调整到适合检测的范围•富集增加目标微生物数量，提高检出率•干扰物去除去除抑制检测的物质•微生物浓缩膜过滤、离心等方法提高浓度食品中毒类型与致病微生物细菌性食物中毒真菌性食物中毒病毒性食源性疾病由致病菌或其毒素引起，是最常见的食物中毒类型由霉菌产生的毒素或有毒蘑菇引起由污染食品的病毒引起，通过粪-口途径传播•感染型活菌进入肠道后生长繁殖引起（如沙门氏菌）•霉菌毒素如黄曲霉毒素、赭曲霉毒素、单端孢霉烯族毒素•诺如病毒最常见的食源性病毒，引起急性胃肠炎•毒素型预先形成的毒素引起（如金黄色葡萄球菌肠毒素）•麦角毒素麦角菌感染谷物产生的生物碱•甲型肝炎病毒通过污染的水产品、生食传播•感染-毒素型菌体在肠道内释放毒素（如产气荚膜梭菌）•有毒蘑菇如毒鹅膏、毒蝇伞等•轮状病毒主要影响婴幼儿，引起严重腹泻潜伏期从几小时到几天不等，症状主要为胃肠道不适潜伏期较长，可引起慢性损伤，部分具有致癌性•A组柯萨奇病毒可引起手足口病等潜伏期通常24-48小时，传染性强，易引起集体爆发常见致病微生物及其特点微生物种类常见污染食品主要症状潜伏期沙门氏菌禽肉、蛋、乳制品腹泻、发热、呕吐12-36小时金黄色葡萄球菌熟食、乳制品、甜点剧烈呕吐、腹泻1-6小时单核李斯特菌软质奶酪、熟食肉发热、败血症、脑膜炎3-70天肉毒梭菌低酸罐头、真空包装食品神经麻痹、呼吸困难12-36小时诺如病毒贝类、凉拌菜、水恶心、呕吐、腹泻24-48小时事件分析与防控措施食物中毒事件发生后的处理流程

1.快速反应隔离患者，保存可疑食品样品

2.流行病学调查确定共同食品、接触史等

3.实验室检测对食品、患者样本进行微生物检测

4.污染源追踪确定污染环节和原因

5.防控措施制定和实施针对性预防措施案例乳制品发酵与安全保障原料乳质量控制1•原料标准体细胞数40万/mL，菌落总数200万CFU/mL•抗生素残留检测确保无抗生素抑制发酵2乳酸菌发酵工艺•致病菌检测重点筛查布鲁氏菌、结核杆菌等•冷链运输原料乳保持在4℃以下运输•杀菌预处理85-95℃/5-10分钟或132℃/2秒•可追溯体系建立原料来源记录•接种发酵剂活性乳酸菌数10⁸CFU/g•发酵条件37-45℃，pH降至

4.5-

4.6品控关键点3•冷却终止迅速冷却至10℃•发酵曲线监控pH、酸度、黏度变化•添加果料无菌操作，防止交叉污染•乳酸菌活力检测保证终产品中活菌数10⁶CFU/g•杂菌污染控制酵母、霉菌计数10CFU/g4卫生防控体系•感官品质评价口感、组织、风味统一•环境监控空气、水质、设备表面微生物检测•货架期验证确保保质期内品质稳定•CIP清洗碱洗、酸洗、消毒标准化流程•人员管理健康检查、卫生培训、操作规范•HACCP体系识别关键控制点，制定限值和监控措施•应急预案产品召回、危机处理流程乳酸菌发酵机制乳酸菌发酵是乳制品生产的核心工艺，涉及复杂的微生物代谢过程•乳糖分解β-半乳糖苷酶将乳糖水解为葡萄糖和半乳糖•糖酵解通过EMP途径将葡萄糖转化为丙酮酸•乳酸生成丙酮酸转化为乳酸，导致pH降低•蛋白质部分水解改善消化吸收，释放小肽和氨基酸•风味物质形成产生乙醛、乙酸、双乙酰等香味化合物•胞外多糖产生增加粘稠度，改善口感不同乳酸菌种具有不同的代谢特性，通过菌种组合可获得特定风味和质构特性微生物挑战试验为验证产品安全性，通常进行微生物挑战试验

1.接种致病菌如李斯特菌、沙门氏菌等

2.模拟储藏按实际条件储存一定时间

3.生存曲线监测致病菌数量变化

4.安全评估确定产品配方和工艺对致病菌的抑制能力总结与展望微生物食品学基础1了解微生物类型、结构、生理特性及其与食品相互作用的基本规律微生物代谢与发酵2掌握微生物能量与物质代谢、发酵机制及其在食品生产中的应用食品腐败与安全控制3认识食品腐败机制、危害微生物特性及各种食品保藏技术原理检测技术与标准体系4熟悉食品微生物检测方法、卫生标准及其在食品安全管理中的应用微生物食品学的实践应用5能够将微生物学知识应用于食品发酵生产、品质控制、安全保障等实际工作中微生物食品学未来发展方向随着科学技术的进步和消费需求的变化，微生物食品学正向以下方向发展•微生物组学应用利用宏基因组学、转录组学等研究复杂微生物群落•精准发酵基于大数据和人工智能的发酵过程智能控制•合成生物学设计改造微生物，创造新型食品发酵剂•个性化微生物食品针对不同人群需求的定制化发酵食品健康饮食与食品安全建议•替代蛋白质微生物蛋白作为可持续的食品蛋白质来源基于微生物食品学知识，提出以下健康饮食建议•微生物生物保鲜利用微生物或其代谢产物延长食品保质期•快速检测技术实时在线监测食品中的微生物变化

1.适量摄入发酵食品，如酸奶、泡菜、酱油等，有益肠道健康

2.注意食品储存温度，冷藏食品保持在4℃以下

3.生熟分开，防止交叉污染

4.肉类、水产品充分加热，中心温度应达到70℃以上

5.食用前检查食品感官性状，出现异味、变色等不要食用

6.注意个人卫生，饭前洗手，防止微生物污染

7.选择正规渠道购买食品，关注保质期和储存条件

8.食品加工过程中遵循快冷快热原则，减少微生物繁殖机会微生物食品学是连接微生物学与食品科学的桥梁，对保障食品安全、提高食品品质、促进产业发展具有重要意义随着人类对健康、美味和可持续食品需求的不断提高，微生物食品学将继续发挥关键作用，为人类提供更加安全、营养、美味的食品作为食品专业的学生，应扎实掌握微生物食品学基础知识，培养科学思维和创新能力，为未来食品工业的发展贡献力量。