大学课件之食品微生物学第二章(2)

1.影响微生物生长的内在因素pH水分活度微生物耐渗透压原理在细胞体内积累合适的溶质(盐、多元醇和AA)至一定的浓度，从而防止细胞脱水，甚至从环境中吸收水分。G-：Pro嗜盐细菌：KCl耐盐和耐旱真菌：甘油等多元醇单核细胞增生李斯特菌、小肠结肠炎耶尔森氏菌：Gly和甜菜碱SaltStressProteinsInducedinListeriamonocytogenes存活的环境很广：渗透压：10%NaClT：0.1–45℃pH：在pH5.5调节后可低至3.5经常从高盐制品中分离得到，如烟薰鲑鱼。甚至在22℃放置150天的纯盐中还能检测出来。SaltStressProteinsInducedinListeriamonocytogenes当细菌生存的环境中一些影响生长或存活的参数发生改变后，会启动新的基因表达程序，一些蛋白的表达量会增加或降低以应对环境压力。2-Dgel：在盐压力下有40个蛋白/400-500个的表达被明显诱导或抑制。12个与普通应力蛋白(Ctc和DnaK)、转运子(GbuA和甘露糖特异的磷酸转移酶IIAB)和普通代谢蛋白(丙氨酸脱氢酶等)相似的蛋白被高诱导表达。APPLIEDANDENVIRONMENTALMICROBIOLOGY,2002,68(4):1491–14983)氧化还原电位(Eh)当电子从一个化合物转移到另一个化合物时，两物质间就产生电势差。物质被氧化得越多，Eh越高，当氧化物和还原物浓度相等时，电势为零。分子态氧影响基质的氧化还原状态。好氧微生物需要正的Eh(被氧化)，其生长繁殖能降低环境中的Eh。食品中有利于维持还原条件的物质：肉中SH基、VC，果蔬中的还原糖等。食品的Eh和微生物繁殖+820mV-420mV+436mV+409mV+383mV+220～+340mV梨汁葡萄汁柠檬汁奶生碎肉+225mV荷兰干酪-20～-310mV僵硬后肌肉-150mV整粒小麦-320～-360mV+100mV好氧微生物+300～+400mV厌氧微生物兼性厌氧微生物有氧呼吸兼性厌氧微生物无氧呼吸4)营养成分微生物生长需要的营养物质：水、能源、氮源、维生素及相关的生长因子、矿物质微生物对营养物质的利用–简单化合物（AA、单糖等）、大分子（多肽、简单多糖等）、复杂化合物（蛋白质、淀粉、纤维素、油脂）蛋白质（变性）蛋白酶胞外短肽肽酶胞内AA脱氨脱羧有机酸、吲哚、胺H2S、NH3等–先简单，后复杂（二次生长现象）二次生长现象微生物的分解能力蛋白质脂肪单糖或双糖有机酸和醇类淀粉、(半)纤维素细菌大多数大多数绝大多数部分少数酵母较弱少数绝大多数大多数极少数真菌大多数，且多强于细菌大多数大多数少数极少数5)抗微生物成分具有抗微生物成分的食品，有较强的抗菌能力部分食品含有具抗菌能力的油鸡蛋、牛乳中的溶菌酶乳免疫球蛋白IgG（牛）、IgA（人）、IgD、IgE、IgM）乳过氧化物酶/SCN-/H2O2体系抑制期→乳链球菌期→乳酸杆菌期→真菌期→胨化菌期外源性的抗微生物成分生物杀菌剂、化学杀菌剂A.S.Naidu,NaturalFoodAntimicrobialSystems,2000,CRCPress.6)生物结构天然食品自身的外层结构种子的种皮水果的外皮坚果的壳动物的皮毛蛋壳加工食品的外包装有类似作用肠衣、包装袋、瓶罐2.影响微生物生长的外在因素贮藏温度环境中的气体以及其浓度环境的相对湿度其他微生物的存在及其活性1)温度微生物的生长温度范围类群生长温度(℃)分布最低最适最高嗜冷微生物＜010-2020-25芽孢杆菌属，分枝杆菌属、微球菌属，链霉菌属、诺卡氏菌属，酵母菌适冷微生物02540L.monocytogenes嗜温微生物10-2025-3040-45绝大多数食品微生物嗜热微生物25-4550-5570-80芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌、乳球菌、乳杆菌超嗜热微生物50-6580-90＞100甲烷嗜热菌、热网菌-34℃-121℃如红色酵母中的一个种，在-34℃仍能生长太平洋深海热泉的过热水流中寻找到铁代谢细菌，在121℃能生长，在130℃能存活微生物生长速度与温度的关系温度系数Q10=V(t+10℃)/Vt=1.5-2.5同一微生物在不同温度下增代时间不同不同微生物在最适温度下增代时间不同影响微生物对热抵抗力的因素菌种菌龄个体数量基质含水量、营养成分、盐类、pH、抑制性物质加热温度和时间高温对微生物的影响菌体蛋白质、核酸、酶系统等生物高分子的氢键受到破坏–菌体蛋白质变性–核酸发生降解变性失活–破坏细胞的组成–热溶解细胞膜上类脂质成分形成极小的孔，使细胞内容物泄漏嗜热微生物耐高温原因耐高温酶：嗜热脂肪芽孢杆菌α-淀粉酶，呼吸链蛋白质的热稳性高。特殊的DNA构成和结构–G+C含量高–核苷酸排列非常有序–嗜温菌的DNA螺距短tRNA：增加G+C含量，加入硫原子膜脂的特殊结构：细胞膜中UFA含量降低，SFA含量增加特殊因子：多聚胺、Ca2+嗜热菌的生长曲线低温对微生物的影响降低代谢速率，抑制菌体生长，导致敏感菌的死亡冰冻对微生物的影响–物理效应：冰晶刺伤–化学效应：脱水冷冻对微生物的杀灭作用冷休克–指生长在适宜温度下的G-嗜温菌活菌体在温度骤然下降时发生的大量菌体细胞死亡的现象。–原因：急冷使膜脂质“冻结”，在细胞膜上形成致命的“小孔”，常伴随着低分子量细胞组分的释放。刚好在冰点以下，尤其在-2℃时死亡速率相对最快；冷冻后存活的微生物在冷冻状态下会逐渐死亡。低温对芽孢和微生物毒素几乎没有作用。影响冰冻对微生物作用的因素冷冻方式和温度–速冻－20℃/30min缓冻3－72h–冷休克微生物特性冷冻基质嗜冷菌定义：在-10～20℃能够生长，最适生长温度在10～15℃的微生物。专性嗜冷菌(Psychrophile)–最适15℃±或更低，最高为20℃±，最低≤0℃兼性嗜冷菌(适冷菌,Psychrotroph)–在5℃或更低温度下可生长，但最适温度却在25～30℃的微生物。嗜冷菌低温生长的机理有较低的代谢速率。细胞膜UFA含量较高，或脂肪链变短(嗜冷小球菌)，使膜有较高的流动性，有利于低温下膜上物质的输送。最高生长温度与热敏感的呼吸酶系有关。2)环境中的气体以及其浓度1)O2好氧性微生物–大多数细菌、所有放线菌和霉菌。厌氧性微生物–O2存在时，形成的H2O2无法分解，反而对它有毒性作用。兼性厌氧微生物–有O2存在时，进行有氧呼吸；无氧时，进行无氧呼吸或发酵。环境中的气体以及其浓度2)CO2–含量稍高于正常含量：促进生长。–高浓度：抑制需氧性细菌和霉菌生长，但酵母和乳酸菌的耐受力强。3)N2–对霉菌的生长和产毒素有抑制作用。4)O3–除芽孢外，对各种微生物细胞有强烈杀菌作用，已广泛用于果品的保鲜贮藏。混合气体保鲜气调贮藏–抑制苹果、梨等水果的真菌性腐烂。鲜肉的充气包装–O2:N2:CO27:2:1O2:CO275:25鱼类气调贮藏–CO280%+空气3)相对湿度干燥食品：防潮失水：品质变差食品水分活度环境相对湿度H2O4)生物因素(1)1)拮抗（Antagonism)–常见拮抗作用：乳酸、抗菌素、pH抑制、有机酸、H2O2、双乙酰–拮抗机理对营养物的竞争吸附或附着位点的竞争提供不良环境产生抗菌素–产生拮抗作用的微生物要求生物因素(2)2)互生–共培养技术，活菌制剂3)共生–根瘤菌、地衣4)寄生–噬菌体、病原微生物3.栅栏技术栅栏技术(HurdleTechnology)：在食品设计和加工过程中，利用食品内部能阻止微生物生长繁殖的因素间的协同作用，控制食品安全性的综合性技术措施。栅栏因子(hurdlefactors):阻止食品内微生物生长繁殖的因素。–内在的栅栏因子：pH、Aw、Eh–外在的栅栏因子：温度(热加工，低温保藏)、防腐剂(Pres，如NaCl，NaNO2等)、竞争性菌群(乳酸菌)、高压、辐照、气调或真空包装等。Aw与其他因子间的关系温度：在最适温度下，微生物生长的Aw最广；若降低温度，最低Aw会有所提高；营养：能拓宽微生物生长的Aw范围；pH、Eh不合适时，微生物生长的最低Aw会有所提高。供氧：好氧菌在有氧时最低生长的Aw较低，厌氧菌反之。Effectofoxygenavailabilityonheat,acid,saltandhydrogenperoxidestresssurvivalofB.cereusAerobicallygrownandexposedcultures■Culturesgrownmicroaerobically◆Anaerobically▲Thecellsgrownandexposedmicroaerobicallyandanaerobicallyweremoreresistanttoheatandacidthancellsthatwereculturedandexposedaerobically.InternationalJournalofFoodMicrobiology135(2009)303–311Effectofoxygenavailabilityonheat,acid,saltandhydrogenperoxidestresssurvivalofB.cereusInternationalJournalofFoodMicrobiology135(2009)303–311Aerobicallygrownandexposedcultures■Culturesgrownmicroaerobically◆Anaerobically▲各因素相互间存在影响栅栏技术原理栅栏效应(魔方原理)：栅栏因子间的相互作用及与食品中微生物相互作用的结果，不仅仅是这些因子单独效应的简单叠加，而是相乘作用。天平原理：对于某一个单独的栅栏因子来说，其作用强度的轻微增加即可对食品的货架寿命产生显著的影响。14065亿吨发酵香肠中栅栏因子交互作用顺序绞肉→斩拌→灌肠→接种霉菌或酵母菌→发酵→干燥/成熟→包装特点：最终产品通常在常温下贮存、运输，并且不经过熟制处理直接食用NOVC、糖乳酸菌非制冷可贮高水分扇贝调味干制品1.加入有机酸(pH＜6.0)2.加热杀菌(80-90℃，30-40min)3.真空包装4.水分(45%)：相当于AW0.9作业在影响微生物生长的各因素中，你认为哪两个因素最重要。根据这两个因素的影响机制，阐述应采取些什么措施来控制食品微生物的生长，并请举例说明。上交日期：9月27日。4.微生物环境响应的机制一般机制特殊机制AhmedE.Yousef,VijayK.JunejaMicrobialStressAdaptationandFoodSafety,2003byCRCPress1)GeneralstressresponsesofbacteriaMechanismofStressandAdaptiveResponseResponseofmicroorganismstostressincludesimmediateemergencyresponses(e.g.,thoseproducedinresponsetoshock)andlonger-termadaptation.应激响应和长期适应Stressadaptationisacomplexphenomenonthatdiffersdependingonthetypeofstressandthebacterialspecies.①SignaltransductionBacterialsensingofenvironmentalchangesisnotwellunderstood.–SomestressesmayaffectfoldingofmRNAorchangeaprotein’shalf-life,resultinginchangesingeneexpression.–Other