食品微生物在食品保鮮中的應(yīng)用及其作用機(jī)制研究

食品微生物不僅在傳統(tǒng)發(fā)酵食品的生產(chǎn)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，在非發(fā)酵食品的保鮮中也顯示出了巨大的應(yīng)用潛力。它們可通過產(chǎn)生抗菌物質(zhì)、調(diào)節(jié)食品pH、競(jìng)爭(zhēng)性抑制有害微生物的生長(zhǎng)等機(jī)制，為食品提供一種自然且有效的保鮮方式。盡管食品微生物在食品保鮮中具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但其作用機(jī)制復(fù)雜且受到多種因素影響。本文從食品微生物的基本特性入手，分析了不同食品微生物在保鮮中的作用機(jī)制并評(píng)估其實(shí)際應(yīng)用的效果，以期為食品保鮮提供更多天然、安全和有效的解決方案。

一、食品微生物概述

食品微生物包括三大類：有益微生物、變質(zhì)微生物和食源性病原微生物。其中，有益微生物主要包括各種酵母、乳酸菌等，能夠?qū)⑹称分械奶穷?、蛋白質(zhì)和脂肪轉(zhuǎn)化為具有特定風(fēng)味和保質(zhì)性能的代謝產(chǎn)物。有益微生物的發(fā)酵作用不僅能增強(qiáng)食品的口感和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，還可延長(zhǎng)食品保質(zhì)期。變質(zhì)微生物指的是引起食品變質(zhì)的微生物，通過分解食品中的有機(jī)物質(zhì)，產(chǎn)生異味、變色及有害物質(zhì)，從而導(dǎo)致食品的組織結(jié)構(gòu)被破壞、感官品質(zhì)下降。食源性病原微生物則能夠引起食物中毒和傳染病，常見的有沙門氏菌、李斯特菌等，可通過受污染的食品進(jìn)入人體，從而引發(fā)輕微的胃腸不適甚至嚴(yán)重的致命疾病。

比如沙門氏菌，這是一種常見的食源性病原菌，會(huì)污染肉類、蛋類和奶制品，人們?nèi)舫粤吮黄湮廴镜氖称窌?huì)引起消化系統(tǒng)疾?。ㄉ抽T氏菌感染），表現(xiàn)出腹瀉、發(fā)熱和腹痛等癥狀。檢測(cè)人員一般通過微生物培養(yǎng)和分子生物學(xué)檢測(cè)技術(shù)識(shí)別沙門氏菌，即采用賽璐珞-威爾遜培養(yǎng)基進(jìn)行初步篩查，隨后運(yùn)用聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)快速、精確地檢測(cè)食品樣本中的沙門氏菌特異性基因序列，從而大幅提高識(shí)別的效率和準(zhǔn)確性。

再如諾如病毒，這是導(dǎo)致急性胃腸炎的一個(gè)主要病原體，常通過被污染的水和食物傳播，如貝類海產(chǎn)品和未經(jīng)充分處理的蔬菜等。諾如病毒極其微小且只能在人體內(nèi)被復(fù)制，傳統(tǒng)的微生物培養(yǎng)方法對(duì)其無(wú)效，因此主要依賴分子檢測(cè)技術(shù)。實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)能夠在短時(shí)間內(nèi)，高效地從食品樣本中檢測(cè)出這一病毒。

黃曲霉菌也是一種常見的食品污染真菌，特別是在谷物和堅(jiān)果中，不僅會(huì)影響食品的感官品質(zhì)，還能產(chǎn)生強(qiáng)致癌物質(zhì)黃曲霉毒素。識(shí)別黃曲霉菌時(shí)需要在特定的培養(yǎng)基上對(duì)其進(jìn)行培養(yǎng)，觀察其典型的黃綠色粉末狀孢子頭，再使用高效液相色譜等化學(xué)分析方法檢測(cè)并定量。

二、食品微生物在食品保鮮中的應(yīng)用

（一）乳制品保鮮

乳酸菌是一類廣泛存在于乳制品中的有益細(xì)菌，通過發(fā)酵乳糖產(chǎn)生乳酸，降低產(chǎn)品的pH，從而創(chuàng)造出不利于許多有害微生物生長(zhǎng)的酸性環(huán)境。這種自然發(fā)酵過程不僅能夠抑制致病菌和腐敗菌的繁殖，還能在一定程度上分解乳制品中的乳糖，減少乳糖不耐受者的消化不適。

其中，嗜熱鏈球菌和乳酸乳球菌是酸奶和發(fā)酵乳制造中常用的兩種菌種，能夠有效地將乳糖轉(zhuǎn)化為乳酸，增加乳制品的稠度和酸味，提升其感官品質(zhì)。雙歧桿菌是人體腸道中的正常菌群之一，可抑制消化道中有害菌的生長(zhǎng)，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)素的吸收，增強(qiáng)人體免疫力，因此被廣泛應(yīng)用于乳制品生產(chǎn)中。

總體而言，這些微生物通過調(diào)節(jié)乳制品內(nèi)的微生態(tài)環(huán)境有效延長(zhǎng)了食品的保質(zhì)期，也為消費(fèi)者提供了健康益處。

（二）面包保鮮

面包中常用的保鮮劑是酵母，其防腐效果主要來自發(fā)酵過程中產(chǎn)生的酒精及其對(duì)面包內(nèi)環(huán)境的改變。酒精作為一種天然的防腐劑，能有效抑制面包中腐敗和病原微生物的生長(zhǎng)；酵母能使面包結(jié)構(gòu)變得更加松軟且富有彈性，減緩面包在存儲(chǔ)過程中的硬化速度，從而延長(zhǎng)面包的新鮮感和可食用期限。

巴西利斯菌也被應(yīng)用于面包保鮮，其所產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)能夠直接作用于微生物的細(xì)胞壁或蛋白質(zhì)合成機(jī)制，從而抑制它們?cè)诿姘械纳L(zhǎng)和繁殖。同時(shí)，這些細(xì)菌還可以在烘焙后形成保護(hù)層，為面包提供一個(gè)額外的保護(hù)屏障，減少環(huán)境微生物的侵入和生長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)面包的保質(zhì)期。

（三）果蔬保鮮

在眾多微生物中，拮抗細(xì)菌如假單胞菌、芽孢桿菌，因其在抑制病原微生物方面的高效性而被應(yīng)用于果蔬保鮮中。

假單胞菌屬于廣泛分布的細(xì)菌類群，其中的一些菌株具有產(chǎn)生天然抗生素和抗菌物質(zhì)的能力，能夠有效抑制果蔬表面常見的腐敗和病原微生物。假單胞菌通過分泌酚類化合物、蛋白酶和抗生素顯著降低果蔬表面微生物的總生物量，延緩微生物引起的腐敗過程，從而達(dá)到維護(hù)果蔬貯藏品質(zhì)、延長(zhǎng)保鮮期限的效果。同時(shí)，假單胞菌還能形成一種覆蓋在果蔬表面的生物膜，阻止外界病原微生物的侵入，并減少果蔬水分蒸發(fā)，從而保持果蔬的鮮嫩和營(yíng)養(yǎng)成分。

芽孢桿菌在果蔬保鮮中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在其產(chǎn)生的抗菌肽和酶類物質(zhì)上?？咕木哂休^強(qiáng)的穩(wěn)定性，能夠在果蔬儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中持續(xù)發(fā)揮作用，為果蔬提供持久的保護(hù)。芽孢桿菌還能產(chǎn)生溶菌酶等有益酶，從而進(jìn)一步分解病原菌的細(xì)胞組成，加強(qiáng)保鮮效果。

三、食品微生物污染的控制方法

食品微生物的生長(zhǎng)受到多種環(huán)境因素的影響，其中，溫度和濕度直接決定了微生物的繁殖速度和代謝活性。

根據(jù)微生物最適生長(zhǎng)溫度的不同，可將其分為嗜冷菌、中溫菌和嗜熱菌。嗜冷菌能在低至0℃的環(huán)境中生長(zhǎng)；嗜熱菌的生長(zhǎng)溫度則高達(dá)60℃或更高；中溫菌則適宜在日常的環(huán)境溫度下生長(zhǎng)，包括常見的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌。溫度不僅直接調(diào)控著食品微生物的生物學(xué)活動(dòng)，還間接影響著其生化反應(yīng)的速率。溫度降低，食品微生物細(xì)胞內(nèi)酶的活性下降，代謝速度減緩，生長(zhǎng)周期延長(zhǎng)；相反，溫度升高則會(huì)加速食品微生物的代謝反應(yīng)，提高其生長(zhǎng)速度。

濕度即水分活性，是決定食品微生物能否在食品中生長(zhǎng)的另一個(gè)重要因素。水分是細(xì)胞生命活動(dòng)的介質(zhì)，也是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶解和運(yùn)輸?shù)拿浇?，因此大多?shù)食品微生物要求有較高的水分活性才能生長(zhǎng)，只要調(diào)控食品中的水分活性，便可以有效控制食品微生物的生長(zhǎng)。比如，干燥、腌制、加糖或加鹽等方法就是通過抽離食品中的自由水分，限制食品微生物的代謝活動(dòng)，從而達(dá)到延長(zhǎng)食品保鮮期的效果。

針對(duì)微生物的特性和行為，目前常用的微生物污染控制方法包括熱處理、輻照處理以及添加防腐劑三種。

熱處理是利用高溫對(duì)食品進(jìn)行處理，以達(dá)到殺死或滅活微生物的目的。熱處理包括煮沸、蒸煮、烘焙、煎炸等多種形式，具體的處理方式和溫度需依據(jù)食品的種類和微生物的耐熱性確定。以牛奶為例，巴氏殺菌法是將牛奶加熱至72℃并保持15s，就可以殺死大部分致病菌和腐敗菌，并且不會(huì)對(duì)牛奶的營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味造成顯著影響。

輻照處理是通過使用伽瑪射線、電子束或X射線對(duì)食品進(jìn)行輻照，從而殺滅食品中的微生物。輻照能夠穿透食品包裝，直接作用于食品中的微生物，破壞其DNA，使其無(wú)法繁殖和生長(zhǎng)。該方法常用于容易受到微生物污染且對(duì)保質(zhì)期要求較高的干貨、香料、肉類和海鮮的殺菌中。

添加防腐劑也是一種常用的控制食品微生物污染的方法，包括天然防腐劑和合成防腐劑兩大類。常用的天然防腐劑有苯甲酸鈉、山梨酸鉀等，能夠干擾微生物的代謝過程，抑制其生長(zhǎng)。合成防腐劑包括丙酸鈉和二氧化硫等，具有高效的抗菌性。需要注意的是，使用防腐劑時(shí)必須嚴(yán)格遵守食品安全標(biāo)準(zhǔn)，以確保食品的安全性和消費(fèi)者健康不受影響。

為了從源頭上防止食品微生物污染，食品企業(yè)應(yīng)該從工作環(huán)境和個(gè)人衛(wèi)生兩方面下手。

工作環(huán)境方面，食品加工前期的原料處理、后期的產(chǎn)品包裝以及維護(hù)工作環(huán)境的清潔都至關(guān)重要。應(yīng)確保生產(chǎn)車間的空氣質(zhì)量、設(shè)備和工具的潔凈度以及工作場(chǎng)所的整體衛(wèi)生達(dá)標(biāo)，生產(chǎn)設(shè)備和工具在每次使用后必須進(jìn)行徹底的清洗和消毒，以防止微生物殘留和交叉污染?？諝赓|(zhì)量也直接影響著食品安全，需要使用高效的空氣過濾系統(tǒng)減少空氣中微生物的含量，預(yù)防空氣污染對(duì)食品安全的影響。地面和墻面的清潔同樣重要，應(yīng)使用適合的清潔劑和消毒劑定期進(jìn)行徹底的清潔和消毒，這不僅有助于消除污染源，還可防止微生物在不易察覺的角落滋生。

個(gè)人衛(wèi)生方面，所有的食品加工人員都必須接受關(guān)于個(gè)人衛(wèi)生和食品安全的專業(yè)培訓(xùn)并嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定。具體而言，工作人員在進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)前應(yīng)徹底清潔雙手，處理不同類型的食品后要重新洗手；應(yīng)穿著清潔的工作服，工作服被污染時(shí)應(yīng)立即更換；應(yīng)禁止員工在生產(chǎn)區(qū)內(nèi)吃喝、吸煙或嚼口香糖，這些行為均可能導(dǎo)致食品被直接或間接污染；工作人員出現(xiàn)發(fā)熱、咳嗽或腹瀉等狀況時(shí)，應(yīng)立即停止工作并尋求醫(yī)療建議。

綜上，食品微生物有著兩面性，既在食品保鮮領(lǐng)域起到了重要作用，也會(huì)導(dǎo)致食品被污染。未來，隨著微生物學(xué)和食品科技的進(jìn)一步發(fā)展，將最大化發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)、減少其劣勢(shì)，從而為食品安全和食品質(zhì)量提升作出更大的貢獻(xiàn)。

基金項(xiàng)目：安徽省2022年度高等學(xué)校省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目“安慶醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校合肥恩瑞特藥業(yè)有限公司安慶分公司產(chǎn)教融合實(shí)訓(xùn)基地”（2022cjrh033）。

作者簡(jiǎn)介：馮倫元（1993-），男，漢族，湖北黃岡人，助教，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称肺⑸锱c生物技術(shù)、食品化學(xué)、食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)。