第二章微生物与卫生的关系 为了更好地理解食品卫生原理,必须了解微生物在食品腐败和食源性疾病中所起的作 用。微生物存在于整个自然环境中,一旦食品被某些微生物污染(这类微生物通常都与公 众健康有关),这些微生物就会通过分解食品组成成分、改变食品的颜色和风味,并导致 食品腐败以及食源性感染。微生物与食品卫生的关系很重要,因为许多致病微生物有可能 是通过食物传播的。所以,食品企业需要采取卫生操作以抑制或消除能引起食品腐败和有 毒有害之微生物的生长与繁殖。 第一节微生物与食品卫生的关系 微生物学是专门研究构造简单、个体微小生物体(称作微生物)的科学。对卫生专家 来说,有关微生物方面的知识是很重要的,因为控制微生物是整个卫生程序的一个部分。 、什么是微生物 微生物是一群极微小的生物体,在所有未经灭菌并且可分解的物质上都能发现微生物。 微生物一词来源于希腊语,其意义为“小”和“活的生物体”。微生物的代谢与人类相似, 它们吸收营养物质,排泄废物,并且繁殖后代。1693年,荷兰商人安东呓咧文虎克( Anton van leeuwenhoek)利用自制显微镜首次看到这些微小的生物体,并将其称为“微动体” 约100年后,法国人路易斯·巴斯德( Louis Pasteur)及其同事经研究发现微生物能致病 但是,加热可破坏这些致病菌。英国物理学家约瑟芬·里斯特( Joseph Lister)在尝试利用 抗菌技术防止外伤病人被感染的过程中,发现疾病和感染是由侵入伤口的微生物所引起 的,从而进一步证实路易斯·巴斯德等科学家的发现。这些先驱者的工作激励人们对微生 物进行深入研究,同时也使我们懂得如何控制微生物 由于绝大部分食品都含有微生物生长所需的营养,因此极易发生腐败。为了降低食品 腐败和消除食源性疾病,必须控制食品中微生物的繁殖,将食品败坏降低到最低限度,从 而延长食品保持可接受风味、安全和卫生的时间,即延长食品的货架期。如果在食品加工、 制备和销售过程中不遵守适当的卫生操作,那么将会增加食品腐败的速度和程度。 、微生物普遍存在于食品中 卫生专家面临的主要挑战是保护生产区域和其它相关区域,免受能降低食品卫生质量 之微生物的污染。微生物无处不在,它们能污染和影响许多食品,并对消费者产生危险的 后果。食品中常见的微生物是细菌和真菌。真菌比细菌少见,它含有两类主要微生物:霉 菌(多细胞)和酵母(通常为单细胞)。细菌是单细胞的,其生长通常以牺牲霉菌为代价。 虽然病毒在人与人之间的传播多于通过食品媒介的传播,但是对不健康的雇员而言,这仍
1 第二章 微生物与卫生的关系 为了更好地理解食品卫生原理 必须了解微生物在食品腐败和食源性疾病中所起的作 用 微生物存在于整个自然环境中 一旦食品被某些微生物污染 这类微生物通常都与公 众健康有关 这些微生物就会通过分解食品组成成分 改变食品的颜色和风味 并导致 食品腐败以及食源性感染 微生物与食品卫生的关系很重要 因为许多致病微生物有可能 是通过食物传播的 所以 食品企业需要采取卫生操作以抑制或消除能引起食品腐败和有 毒有害之微生物的生长与繁殖 第一节 微生物与食品卫生的关系 微生物学是专门研究构造简单 个体微小生物体 称作微生物 的科学 对卫生专家 来说 有关微生物方面的知识是很重要的 因为控制微生物是整个卫生程序的一个部分 一 什么是微生物 微生物是一群极微小的生物体 在所有未经灭菌并且可分解的物质上都能发现微生物 微生物一词来源于希腊语 其意义为 小 和 活的生物体 微生物的代谢与人类相似 它们吸收营养物质 排泄废物 并且繁殖后代 1693 年 荷兰商人安东 范 列文虎克 Anton van Leeuwenhoek 利用自制显微镜首次看到这些微小的生物体 并将其称为 微动体 约 100 年后 法国人路易斯 巴斯德 Louis Pasteur 及其同事经研究发现微生物能致病 但是 加热可破坏这些致病菌 英国物理学家约瑟芬 里斯特 Joseph Lister 在尝试利用 抗菌技术防止外伤病人被感染的过程中 发现疾病和感染是由侵入伤口的微生物所引起 的 从而进一步证实路易斯 巴斯德等科学家的发现 这些先驱者的工作激励人们对微生 物进行深入研究 同时也使我们懂得如何控制微生物 由于绝大部分食品都含有微生物生长所需的营养 因此极易发生腐败 为了降低食品 腐败和消除食源性疾病 必须控制食品中微生物的繁殖 将食品败坏降低到最低限度 从 而延长食品保持可接受风味 安全和卫生的时间 即延长食品的货架期 如果在食品加工 制备和销售过程中不遵守适当的卫生操作 那么将会增加食品腐败的速度和程度 二 微生物普遍存在于食品中 卫生专家面临的主要挑战是保护生产区域和其它相关区域 免受能降低食品卫生质量 之微生物的污染 微生物无处不在 它们能污染和影响许多食品 并对消费者产生危险的 后果 食品中常见的微生物是细菌和真菌 真菌比细菌少见 它含有两类主要微生物 霉 菌 多细胞 和酵母 通常为单细胞 细菌是单细胞的 其生长通常以牺牲霉菌为代价 虽然病毒在人与人之间的传播多于通过食品媒介的传播 但是对不健康的雇员而言 这仍
然是个问题,需要加以注意 (一)霉菌 霉菌属多细胞微生物(真核细胞),形态上有鞭毛。它们由直径30-100μm管状细胞 (又称为 hyphae)组成,进而形成肉眼可见的菌团(常称之为菌丝体)。霉菌的特征是它们 有各种颜色,并且可通过发霉的或模糊的棉花样外观加以辨别。霉菌能产生大量小孢子散 发到空气中,并通过气流扩散传播。如果这些孢子散落到一个有利于其萌芽的区域,便会 产生新的霉菌菌株。 般来说,霉菌比细菌和酵母更能耐受pH的变化,并且能耐受较大的温度变化。霉 菌在pH70左右生长最好,但在pH20-80的范围内均能生长,不过在酸性至中性pH范 围生长情况更好。尽管霉菌可在0℃以下生长,但是其在温暖环境中比寒冷环境中生长得 更好。大部分霉菌能适应的最髙水分活度(Aw)约为090,一些耐渗霉菌能够在Aw为 060的环境中生长。当Aw等于或大于09时,在牺牲霉菌的情况下,细菌和酵母能更有 效地利用可得到的营养物质生长和繁殖。当Aw低于090时,霉菌能更好地生长。因此, 馅饼、干酪和坚果类水分含量较低的食品,常常会因霉菌的生长而腐败。 霉菌是一种既有好处又有麻烦,而且无处不在的微生物。许多天然发酵食品就是霉菌 与酵母和细菌共同作用而产生的。工业上常利用霉菌生产有机酸和酶。但是,霉菌是导致 大量食品被销毁的最主要的罪魁祸首,同时也是使食品加工和贮藏更加复杂的主要因素。 大部分霉菌不会对健康造成危害,但有些霉菌在特定条件下能产生真菌毒素,这些毒素对 人类是有害的。 几乎所有的食品都有可能被霉菌侵入。谷物、蔬菜、坚果和水果在收获前以及贮存期 间都容易受到霉菌污染。这些霉菌可能分散到整个食品加工链中。霉菌容易在空气生成, 这是加工过程中发生霉菌污染的一种可能方式。霉菌常导致能直接观察到的不同程度的食 品败坏和分解。其生长可通过腐烂点、斑点、粘液、棉花状菌丝体或有色的产孢子的霉菌 来鉴别。霉菌能导致食品中碳水化合物、脂肪和蛋白质的酶作用,引起发酵、脂肪水解和 蛋白质分解等变化,并因此产生不良的风味和气味 霉菌绝对需氧,并受高浓度CO2(5~8%)的抑制。它们的多样性是很明显的,有的霉 菌可作为氧气清除剂,能在氧气含量很低的环境中生长,甚至能在真空包装中生长。一些 耐盐霉菌能耐受20%以上的盐浓度。 由于霉菌难以控制,很多食品加工者都曾遭遇过霉菌引起的食品腐败问题。过去曾发 生过6000盒即食布丁因霉菌污染而被销毁的事件(FDA,1996a)。1996年间,有两家食
2 然是个问题 需要加以注意 (一) 霉菌 霉菌属多细胞微生物 真核细胞 形态上有鞭毛 它们由直径 30~100 m 管状细胞 又称为 lyphae 组成 进而形成肉眼可见的菌团 常称之为菌丝体 霉菌的特征是它们 有各种颜色 并且可通过发霉的或模糊的棉花样外观加以辨别 霉菌能产生大量小孢子散 发到空气中 并通过气流扩散传播 如果这些孢子散落到一个有利于其萌芽的区域 便会 产生新的霉菌菌株 一般来说 霉菌比细菌和酵母更能耐受 pH 的变化 并且能耐受较大的温度变化 霉 菌在 pH7.0 左右生长最好 但在 pH 2.0~8.0 的范围内均能生长 不过在酸性至中性 pH 范 围生长情况更好 尽管霉菌可在 0 以下生长 但是其在温暖环境中比寒冷环境中生长得 更好 大部分霉菌能适应的最高水分活度 Aw 约为 0.90 一些耐渗霉菌能够在 Aw 为 0.60 的环境中生长 当 Aw 等于或大于 0.9 时 在牺牲霉菌的情况下 细菌和酵母能更有 效地利用可得到的营养物质生长和繁殖 当 Aw 低于 0.90 时 霉菌能更好地生长 因此 馅饼 干酪和坚果类水分含量较低的食品 常常会因霉菌的生长而腐败 霉菌是一种既有好处又有麻烦 而且无处不在的微生物 许多天然发酵食品就是霉菌 与酵母和细菌共同作用而产生的 工业上常利用霉菌生产有机酸和酶 但是 霉菌是导致 大量食品被销毁的最主要的罪魁祸首 同时也是使食品加工和贮藏更加复杂的主要因素 大部分霉菌不会对健康造成危害 但有些霉菌在特定条件下能产生真菌毒素 这些毒素对 人类是有害的 几乎所有的食品都有可能被霉菌侵入 谷物 蔬菜 坚果和水果在收获前以及贮存期 间都容易受到霉菌污染 这些霉菌可能分散到整个食品加工链中 霉菌容易在空气生成 这是加工过程中发生霉菌污染的一种可能方式 霉菌常导致能直接观察到的不同程度的食 品败坏和分解 其生长可通过腐烂点 斑点 粘液 棉花状菌丝体或有色的产孢子的霉菌 来鉴别 霉菌能导致食品中碳水化合物 脂肪和蛋白质的酶作用 引起发酵 脂肪水解和 蛋白质分解等变化 并因此产生不良的风味和气味 霉菌绝对需氧 并受高浓度 CO2 5~8% 的抑制 它们的多样性是很明显的 有的霉 菌可作为氧气清除剂 能在氧气含量很低的环境中生长 甚至能在真空包装中生长 一些 耐盐霉菌能耐受 20%以上的盐浓度 由于霉菌难以控制 很多食品加工者都曾遭遇过霉菌引起的食品腐败问题 过去曾发 生过 6,000 盒即食布丁因霉菌污染而被销毁的事件 FDA 1996a 1996 年间 有两家食
品制造商宣布回收并销毁其生产的被霉菌污染的产品(FDA,1996b)。 (二)酵母 酵母通常是单细胞的,它们与细菌的不同之处在于酵母有较大的细胞体积和形态;酵 母通过分裂繁殖,繁殖时产生小芽;酵母繁殖一代所需的时间比细菌长,在食品中通常需 要2~3h。从酵母初始污染状态(1个酵母g)到食品腐败约需40~60h。与霉菌相似,酵母 可通过空气或其它手段扩散传播,并能落在食品原料的表面。酵母菌落通常是潮湿的或外 观粘稠且呈奶白色的,其在Aw090-0.94之间极易生长繁殖,但是,在Aw090以下也能 生长。实际上,一些耐高渗酵母在Aw低至060时也能生长。这些微生物在中等酸性范围 内(即pH40-45)生长最好。酵母较喜欢在偏酸性食品中生长,而且喜欢在真空包装食 品中生长。被酵母高度污染的食品经常有一股轻微的水果味。 (三)细菌 细菌是单细胞微生物(原核细胞),直径约1μm,形态各异,从短的或长的杆状(杆 菌)到球形或卵形。球菌(coci,意为“咖啡豆”)是球形细菌。不同种类的细菌按照不 同方式紧密结合成各种形态。有些聚集成簇的球形细菌类似于一串葡萄(例如葡萄球菌), 有些细菌(棒形或杆形)相互连接成链(如链球菌)。还有些细菌成对结合(二倍体形式), 如肺炎球菌。八叠球菌的微生物形成四聚体(四倍体形式)。其它一些属的细菌通常单独 存在。还有些细菌具有鞭毛,能运动。 细菌产生的色素从黄色至深色,例如棕色或黑色。有些细菌产生中间色调的色素—红、 粉红、橙、蓝、绿或紫。这些细菌常导致食品变色,特别是那些具有不稳定色素的食品, 例如肉。有些细菌能分泌黏液并引起食品变色 有些种类的细菌能产生芽孢,对热、化学品和其它环境条件有抵抗力。这些能形成芽 孢的细菌中有许多是耐热细菌,会产生毒素,引起食源性疾病。 (四)病毒 病毒是传染性微生物,其长度为20-300nm,即细菌体积的1/00~110。绝大多数病 毒只能通过电子显微镜观察。每个病毒粒子含一个单分子DNA或RNA,并由蛋白质组成 的外壳包裹起来。病毒不能在另一个有机体外复制,而且对所有活的生物都是专性寄生的, 例如细菌、真菌、藻类、原生动物、髙等植物及无脊椎动物和脊椎动物。当一个病毒细胞 连接到合适的宿主细胞表面时,不是宿主细胞吞没病毒粒子,就是病毒粒子将核酸注入宿 主细胞,就象噬菌体作用于细菌一样。 对于动物而言,有些被感染的宿主细胞可能会死亡,但其它细胞在被病毒感染后仍能
3 品制造商宣布回收并销毁其生产的被霉菌污染的产品 FDA 1996b (二) 酵母 酵母通常是单细胞的 它们与细菌的不同之处在于酵母有较大的细胞体积和形态 酵 母通过分裂繁殖 繁殖时产生小芽 酵母繁殖一代所需的时间比细菌长 在食品中通常需 要 2~3h 从酵母初始污染状态 1 个酵母/g 到食品腐败约需 40~60h 与霉菌相似 酵母 可通过空气或其它手段扩散传播 并能落在食品原料的表面 酵母菌落通常是潮湿的或外 观粘稠且呈奶白色的 其在 Aw 0.90~0.94 之间极易生长繁殖 但是 在 Aw 0.90 以下也能 生长 实际上 一些耐高渗酵母在 Aw 低至 0.60 时也能生长 这些微生物在中等酸性范围 内 即 pH4.0~4.5 生长最好 酵母较喜欢在偏酸性食品中生长 而且喜欢在真空包装食 品中生长 被酵母高度污染的食品经常有一股轻微的水果味 (三)细菌 细菌是单细胞微生物 原核细胞 直径约 1 m 形态各异 从短的或长的杆状 杆 菌 到球形或卵形 球菌 cocci 意为 咖啡豆 是球形细菌 不同种类的细菌按照不 同方式紧密结合成各种形态 有些聚集成簇的球形细菌类似于一串葡萄 例如葡萄球菌 有些细菌 棒形或杆形 相互连接成链 如链球菌 还有些细菌成对结合 二倍体形式 如肺炎球菌 八叠球菌的微生物形成四聚体 四倍体形式 其它一些属的细菌通常单独 存在 还有些细菌具有鞭毛 能运动 细菌产生的色素从黄色至深色 例如棕色或黑色 有些细菌产生中间色调的色素——红 粉红 橙 蓝 绿或紫 这些细菌常导致食品变色 特别是那些具有不稳定色素的食品 例如肉 有些细菌能分泌黏液并引起食品变色 有些种类的细菌能产生芽孢 对热 化学品和其它环境条件有抵抗力 这些能形成芽 孢的细菌中有许多是耐热细菌 会产生毒素 引起食源性疾病 (四)病毒 病毒是传染性微生物 其长度为 20~300 即细菌体积的 1/100~1/10 绝大多数病 毒只能通过电子显微镜观察 每个病毒粒子含一个单分子 DNA 或 RNA 并由蛋白质组成 的外壳包裹起来 病毒不能在另一个有机体外复制 而且对所有活的生物都是专性寄生的 例如细菌 真菌 藻类 原生动物 高等植物及无脊椎动物和脊椎动物 当一个病毒细胞 连接到合适的宿主细胞表面时 不是宿主细胞吞没病毒粒子 就是病毒粒子将核酸注入宿 主细胞 就象噬菌体作用于细菌一样 对于动物而言 有些被感染的宿主细胞可能会死亡 但其它细胞在被病毒感染后仍能
存活下来并恢复其正常功能。对人而言,并不一定要宿主细胞死亡才会患病( Shapton, 1991)。那些携带病毒的雇员能将病毒传播到食品上。这些被病毒感染的食品加工者常常 通过粪便或呼吸道传播病毒。咳嗽、打喷嚏、擤鼻涕以及上厕所后不洗手都会导致病毒的 传播。寄主细胞不能执行正常的功能就会导致疾病。当寄主细胞重新恢复并行使正常功能 后,才能从疾病中康复。病毒不能在寄主体外复制,由于它们体积极小,所以很难将其从 被污染的食品中分离出来。没有证据表明人类免疫缺乏病毒(HIV)(获得性免疫缺乏症 AIDS)能通过食品传播。灭菌剂能消灭病毒,例如碘灭菌剂(详见第8章)。 近十年来,肝炎病毒是导致餐馆就餐者患病的主要病毒。使用静脉药物也是引起肝炎 患者人数上升的因素之一。采用不卫生方式加工的食品常传播甲肝病毒。其症状包括恶心 抽筋,有时有黄疸,这些症状可能持续几周到几个月。甲肝病毒的主要来源是生长在污染 水域中的贝类。最有可能传播病毒性疾病的食品是那些经常加工以及那些加工后不再加热 的食品,例如三明治、色拉和甜点。因为这些病毒传染性很强,必须强制规定雇员在上厕 所后洗手,在接触食品和器皿前洗手,在给婴儿换尿布、抱孩子及哺乳后洗手。病毒也会 引起流感和普通感冒这类疾病。 微生物生长动力学 除了少数例外,微生物细胞以分裂方式进行繁殖,其生长过程可分为不同的阶段,典 型微生物生长曲线如图2-1所示。 (一)迟滞期 在污染发生后,微生物细胞内各种酶系需要一定时间的调整以适应环境,微生物总量 略有减少(图2-1),接着会发生有限增长,这段时间称为微生物生长的迟滞期。降低温度 可减少微生物繁殖,从而延长微生物生长的迟滞期,增加微生物的“世代间隔”。通过减 少污染食品、设备和建筑物的微生物数量也可以减缓微生物的繁殖。改进操作卫生和公共 卫生可降低微生物的初始数量,从而降低初始污染量,延长迟滞期以及进入下一个生长阶 段的时间。图2-2表示不同温度和初始污染量对微生物繁殖的影响。 (二)对数生长期 以分裂方式繁殖的细菌,其特点是首先对每个细胞的成分进行复制,然后快速分裂形 成两个子细胞。在这一阶段,随着细胞的分裂,微生物一直以对数速率增长,直至某些环 境因素成为其繁殖的限制条件。这个阶段大约有點h或数小时。微生物的数量和环境因素 (如营养和温度)影响微生物的对数増长速率。保持卫生能减少微生物数量,从而减少进 入对数生长期的微生物数量,因此,能有效限制微生物的繁殖
4 存活下来并恢复其正常功能 对人而言 并不一定要宿主细胞死亡才会患病 Shapton, 1991 那些携带病毒的雇员能将病毒传播到食品上 这些被病毒感染的食品加工者常常 通过粪便或呼吸道传播病毒 咳嗽 打喷嚏 擤鼻涕以及上厕所后不洗手都会导致病毒的 传播 寄主细胞不能执行正常的功能就会导致疾病 当寄主细胞重新恢复并行使正常功能 后 才能从疾病中康复 病毒不能在寄主体外复制 由于它们体积极小 所以很难将其从 被污染的食品中分离出来 没有证据表明人类免疫缺乏病毒 HIV 获得性免疫缺乏症 AIDS 能通过食品传播 灭菌剂能消灭病毒 例如碘灭菌剂 详见第 8 章 近十年来 肝炎病毒是导致餐馆就餐者患病的主要病毒 使用静脉药物也是引起肝炎 患者人数上升的因素之一 采用不卫生方式加工的食品常传播甲肝病毒 其症状包括恶心 抽筋 有时有黄疸 这些症状可能持续几周到几个月 甲肝病毒的主要来源是生长在污染 水域中的贝类 最有可能传播病毒性疾病的食品是那些经常加工以及那些加工后不再加热 的食品 例如三明治 色拉和甜点 因为这些病毒传染性很强 必须强制规定雇员在上厕 所后洗手 在接触食品和器皿前洗手 在给婴儿换尿布 抱孩子及哺乳后洗手 病毒也会 引起流感和普通感冒这类疾病 三 微生物生长动力学 除了少数例外 微生物细胞以分裂方式进行繁殖 其生长过程可分为不同的阶段 典 型微生物生长曲线如图 2-1 所示 一 迟滞期 在污染发生后 微生物细胞内各种酶系需要一定时间的调整以适应环境 微生物总量 略有减少 图 2-1 接着会发生有限增长 这段时间称为微生物生长的迟滞期 降低温度 可减少微生物繁殖 从而延长微生物生长的迟滞期 增加微生物的 世代间隔 通过减 少污染食品 设备和建筑物的微生物数量也可以减缓微生物的繁殖 改进操作卫生和公共 卫生可降低微生物的初始数量 从而降低初始污染量 延长迟滞期以及进入下一个生长阶 段的时间 图 2-2 表示不同温度和初始污染量对微生物繁殖的影响 二 对数生长期 以分裂方式繁殖的细菌 其特点是首先对每个细胞的成分进行复制 然后快速分裂形 成两个子细胞 在这一阶段 随着细胞的分裂 微生物一直以对数速率增长 直至某些环 境因素成为其繁殖的限制条件 这个阶段大约有 2h 或数小时 微生物的数量和环境因素 如营养和温度 影响微生物的对数增长速率 保持卫生能减少微生物数量 从而减少进 入对数生长期的微生物数量 因此 能有效限制微生物的繁殖
(10行) 细菌细胞数的对数时间迟滞期对数生长期稳定生长期加速生长期衰减死亡期 图2-1典型细菌生长曲线 细菌细胞数的对数时间迟滞期对数生长期稳定生长期加速生长期衰减死亡期 图2-2初始污染量和迟滞期对微生物生长曲线的影响 a较高初始污染量,较差温度控制(短迟滞期);b较低初始污染量,较差温度控制(短迟滞期);c较 低初始污染量,严格温度控制(长迟滞期);d典型微生物生长曲线 (三)稳定生长期
5 10 行 细菌细胞数的对数 时间 迟滞期 对数生长期 稳定生长期 加速生长期 衰减死亡期 图2-1 典型细菌生长曲线 细菌细胞数的对数 时间 迟滞期 对数生长期 稳定生长期 加速生长期 衰减死亡期 图2-2 初始污染量和迟滞期对微生物生长曲线的影响 a 较高初始污染量 较差温度控制 短迟滞期 b 较低初始污染量 较差温度控制 短迟滞期 c 较 低初始污染量 严格温度控制 长迟滞期 d 典型微生物生长曲线 三 稳定生长期