食品微生物在食品保鲜中的应用及其作用机制研究

食品微生物不仅在传统发酵食品的生产过程中发挥着关键作用，在非发酵食品的保鲜中也显示出了巨大的应用潜力。它们可通过产生抗菌物质、调节食品pH、竞争性抑制有害微生物的生长等机制，为食品提供一种自然且有效的保鲜方式。尽管食品微生物在食品保鲜中具有明显的应用优势，但其作用机制复杂且受到多种因素影响。本文从食品微生物的基本特性入手，分析了不同食品微生物在保鲜中的作用机制并评估其实际应用的效果，以期为食品保鲜提供更多天然、安全和有效的解决方案。

一、食品微生物概述

食品微生物包括三大类：有益微生物、变质微生物和食源性病原微生物。其中，有益微生物主要包括各种酵母、乳酸菌等，能够将食品中的糖类、蛋白质和脂肪转化为具有特定风味和保质性能的代谢产物。有益微生物的发酵作用不仅能增强食品的口感和营养价值，还可延长食品保质期。变质微生物指的是引起食品变质的微生物，通过分解食品中的有机物质，产生异味、变色及有害物质，从而导致食品的组织结构被破坏、感官品质下降。食源性病原微生物则能够引起食物中毒和传染病，常见的有沙门氏菌、李斯特菌等，可通过受污染的食品进入人体，从而引发轻微的胃肠不适甚至严重的致命疾病。

比如沙门氏菌，这是一种常见的食源性病原菌，会污染肉类、蛋类和奶制品，人们若吃了被其污染的食品会引起消化系统疾病（沙门氏菌感染），表现出腹泻、发热和腹痛等症状。检测人员一般通过微生物培养和分子生物学检测技术识别沙门氏菌，即采用赛璐珞-威尔逊培养基进行初步筛查，随后运用聚合酶链反应技术快速、精确地检测食品样本中的沙门氏菌特异性基因序列，从而大幅提高识别的效率和准确性。

再如诺如病毒，这是导致急性胃肠炎的一个主要病原体，常通过被污染的水和食物传播，如贝类海产品和未经充分处理的蔬菜等。诺如病毒极其微小且只能在人体内被复制，传统的微生物培养方法对其无效，因此主要依赖分子检测技术。实时荧光定量PCR技术能够在短时间内，高效地从食品样本中检测出这一病毒。

黄曲霉菌也是一种常见的食品污染真菌，特别是在谷物和坚果中，不仅会影响食品的感官品质，还能产生强致癌物质黄曲霉毒素。识别黄曲霉菌时需要在特定的培养基上对其进行培养，观察其典型的黄绿色粉末状孢子头，再使用高效液相色谱等化学分析方法检测并定量。

二、食品微生物在食品保鲜中的应用

（一）乳制品保鲜

乳酸菌是一类广泛存在于乳制品中的有益细菌，通过发酵乳糖产生乳酸，降低产品的pH，从而创造出不利于许多有害微生物生长的酸性环境。这种自然发酵过程不仅能够抑制致病菌和腐败菌的繁殖，还能在一定程度上分解乳制品中的乳糖，减少乳糖不耐受者的消化不适。

其中，嗜热链球菌和乳酸乳球菌是酸奶和发酵乳制造中常用的两种菌种，能够有效地将乳糖转化为乳酸，增加乳制品的稠度和酸味，提升其感官品质。双歧杆菌是人体肠道中的正常菌群之一，可抑制消化道中有害菌的生长，促进营养素的吸收，增强人体免疫力，因此被广泛应用于乳制品生产中。

总体而言，这些微生物通过调节乳制品内的微生态环境有效延长了食品的保质期，也为消费者提供了健康益处。

（二）面包保鲜

面包中常用的保鲜剂是酵母，其防腐效果主要来自发酵过程中产生的酒精及其对面包内环境的改变。酒精作为一种天然的防腐剂，能有效抑制面包中腐败和病原微生物的生长；酵母能使面包结构变得更加松软且富有弹性，减缓面包在存储过程中的硬化速度，从而延长面包的新鲜感和可食用期限。

巴西利斯菌也被应用于面包保鲜，其所产生的抗菌物质能够直接作用于微生物的细胞壁或蛋白质合成机制，从而抑制它们在面包中的生长和繁殖。同时，这些细菌还可以在烘焙后形成保护层，为面包提供一个额外的保护屏障，减少环境微生物的侵入和生长，从而延长面包的保质期。

（三）果蔬保鲜

在众多微生物中，拮抗细菌如假单胞菌、芽孢杆菌，因其在抑制病原微生物方面的高效性而被应用于果蔬保鲜中。

假单胞菌属于广泛分布的细菌类群，其中的一些菌株具有产生天然抗生素和抗菌物质的能力，能够有效抑制果蔬表面常见的腐败和病原微生物。假单胞菌通过分泌酚类化合物、蛋白酶和抗生素显著降低果蔬表面微生物的总生物量，延缓微生物引起的腐败过程，从而达到维护果蔬贮藏品质、延长保鲜期限的效果。同时，假单胞菌还能形成一种覆盖在果蔬表面的生物膜，阻止外界病原微生物的侵入，并减少果蔬水分蒸发，从而保持果蔬的鲜嫩和营养成分。

芽孢杆菌在果蔬保鲜中的应用主要体现在其产生的抗菌肽和酶类物质上。抗菌肽具有较强的稳定性，能够在果蔬储存和运输过程中持续发挥作用，为果蔬提供持久的保护。芽孢杆菌还能产生溶菌酶等有益酶，从而进一步分解病原菌的细胞组成，加强保鲜效果。

三、食品微生物污染的控制方法

食品微生物的生长受到多种环境因素的影响，其中，温度和湿度直接决定了微生物的繁殖速度和代谢活性。

根据微生物最适生长温度的不同，可将其分为嗜冷菌、中温菌和嗜热菌。嗜冷菌能在低至0℃的环境中生长；嗜热菌的生长温度则高达60℃或更高；中温菌则适宜在日常的环境温度下生长，包括常见的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。温度不仅直接调控着食品微生物的生物学活动，还间接影响着其生化反应的速率。温度降低，食品微生物细胞内酶的活性下降，代谢速度减缓，生长周期延长；相反，温度升高则会加速食品微生物的代谢反应，提高其生长速度。

湿度即水分活性，是决定食品微生物能否在食品中生长的另一个重要因素。水分是细胞生命活动的介质，也是营养物质溶解和运输的媒介，因此大多数食品微生物要求有较高的水分活性才能生长，只要调控食品中的水分活性，便可以有效控制食品微生物的生长。比如，干燥、腌制、加糖或加盐等方法就是通过抽离食品中的自由水分，限制食品微生物的代谢活动，从而达到延长食品保鲜期的效果。

针对微生物的特性和行为，目前常用的微生物污染控制方法包括热处理、辐照处理以及添加防腐剂三种。

热处理是利用高温对食品进行处理，以达到杀死或灭活微生物的目的。热处理包括煮沸、蒸煮、烘焙、煎炸等多种形式，具体的处理方式和温度需依据食品的种类和微生物的耐热性确定。以牛奶为例，巴氏杀菌法是将牛奶加热至72℃并保持15s，就可以杀死大部分致病菌和腐败菌，并且不会对牛奶的营养成分和风味造成显著影响。

辐照处理是通过使用伽玛射线、电子束或X射线对食品进行辐照，从而杀灭食品中的微生物。辐照能够穿透食品包装，直接作用于食品中的微生物，破坏其DNA，使其无法繁殖和生长。该方法常用于容易受到微生物污染且对保质期要求较高的干货、香料、肉类和海鲜的杀菌中。

添加防腐剂也是一种常用的控制食品微生物污染的方法，包括天然防腐剂和合成防腐剂两大类。常用的天然防腐剂有苯甲酸钠、山梨酸钾等，能够干扰微生物的代谢过程，抑制其生长。合成防腐剂包括丙酸钠和二氧化硫等，具有高效的抗菌性。需要注意的是，使用防腐剂时必须严格遵守食品安全标准，以确保食品的安全性和消费者健康不受影响。

为了从源头上防止食品微生物污染，食品企业应该从工作环境和个人卫生两方面下手。

工作环境方面，食品加工前期的原料处理、后期的产品包装以及维护工作环境的清洁都至关重要。应确保生产车间的空气质量、设备和工具的洁净度以及工作场所的整体卫生达标，生产设备和工具在每次使用后必须进行彻底的清洗和消毒，以防止微生物残留和交叉污染。空气质量也直接影响着食品安全，需要使用高效的空气过滤系统减少空气中微生物的含量，预防空气污染对食品安全的影响。地面和墙面的清洁同样重要，应使用适合的清洁剂和消毒剂定期进行彻底的清洁和消毒，这不仅有助于消除污染源，还可防止微生物在不易察觉的角落滋生。

个人卫生方面，所有的食品加工人员都必须接受关于个人卫生和食品安全的专业培训并严格遵守相关规定。具体而言，工作人员在进入生产区前应彻底清洁双手，处理不同类型的食品后要重新洗手；应穿着清洁的工作服，工作服被污染时应立即更换；应禁止员工在生产区内吃喝、吸烟或嚼口香糖，这些行为均可能导致食品被直接或间接污染；工作人员出现发热、咳嗽或腹泻等状况时，应立即停止工作并寻求医疗建议。

综上，食品微生物有着两面性，既在食品保鲜领域起到了重要作用，也会导致食品被污染。未来，随着微生物学和食品科技的进一步发展，将最大化发挥其优势、减少其劣势，从而为食品安全和食品质量提升作出更大的贡献。

基金项目：安徽省2022年度高等学校省级质量工程项目“安庆医药高等专科学校合肥恩瑞特药业有限公司安庆分公司产教融合实训基地”（2022cjrh033）。

作者简介：冯伦元（1993-），男，汉族，湖北黄冈人，助教，硕士研究生，研究方向为食品微生物与生物技术、食品化学、食品营养学。