微生物控制技术

食品中主要微生物及其控制技术 一 微生物 细菌 细菌是一类细胞细而短 细胞直径约0 5 m 0 5 5 m 结构简单 细胞壁坚韧以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物 分布广泛 1 细菌的形态 细菌的形态分 球菌 包括双球菌 链球菌 四联球菌 八叠球菌 葡萄球菌 杆菌 螺旋菌 2 细菌的结构 细菌的基本结构包括 细胞壁 细胞膜 间质 细胞浆 核糖体 核质 3 细菌的繁殖 二分分裂繁殖是细菌最普遍 最主要的繁殖方式 在分裂前先延长菌体 染色体复制为二 然后垂直于长轴分裂 细胞赤道附近的细胞质膜凹陷生长 直至形成横隔膜 同时形成横隔壁 这样便产生两个子细胞 细菌细胞分裂的电镜超薄切片图 4 细菌的菌落 单个或少数细菌细胞生长繁殖后 会形成以母细胞为中心的一堆肉眼可见 有一定形态构造的子细胞集团 这就是菌落 细菌菌落常表现为湿润 粘稠 光滑 较透明 易挑取 质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位颜色一致等 细菌的菌落特征因种而异 可作为鉴定细菌种的依据 志贺氏菌的菌落特征沙门氏菌的菌落特征 霉菌 霉菌是丝状真菌的俗称 意即 发霉的真菌 它们往往能形成分枝繁茂的菌丝体 但又不象蘑菇那样产生大型的子实体 在潮湿温暖的地方 很多物品上长出一些肉眼可见的绒毛状 絮状或蛛网状的菌落 那就是霉菌 1 霉菌的形态 大小和结构霉菌的菌丝构成霉菌营养体的基本单位是菌丝 菌丝是一种管状的细丝 把它放在显微镜下观察 很像一根透明胶管 它的直径一般为3 10微米 比细菌和放线菌的细胞约粗几倍到几十倍 菌丝可伸长并产生分枝 许多分枝的菌丝相互交织在一起 就叫菌丝体 根据菌丝中是否存在隔膜 可把霉菌菌丝分成两种类型 无隔膜菌丝 菌丝中无隔膜 整团菌丝体就是一个单细胞 其中含有多个细胞核 这是低等真菌所具有的菌丝类型 有隔膜菌丝 菌丝中有隔膜 被隔膜隔开的一段菌丝就是一个细胞 菌丝体由很多个细胞组成 每个细胞内有1个或多个细胞核 在隔膜上有1至多个小孔 使细胞之间的细胞质和营养物质可以相互沟通 这是高等真菌所具有的菌丝类型 霉菌的菌丝上 无隔膜菌丝 下 有隔膜菌丝 霉菌菌丝的变态为适应不同的环境条件和更有效地摄取营养满足生长发育的需要 许多霉菌的菌丝可以分化成一些特殊的形态和组织 这种特化的形态称为菌丝变态 吸器 是从菌丝上产生的旁枝 假根 菌丝与营养基质接触处分化出的根状结构 有固着和吸收养料的功能 菌网和菌环 某些捕食性霉菌的菌丝变态成环状或网状 用于捕捉其它小生物如线虫 草履虫等 菌核 大量菌丝集聚成的紧密组织 是一种休眠体 可抵抗不良的环境条件 其外层组织坚硬 颜色较深 内层疏松 大多呈白色 如药用的茯苓 麦角都是菌核 子实体 是由大量气生菌丝体特化而成 子实体是指在里面或上面可产生孢子的 有一定形状的任何构造 2 霉菌的繁殖霉菌有着极强的繁殖能力 而且繁殖方式也是多种多样的 虽然霉菌菌丝体上任一片段在适宜条件下都能发展成新个体 但在自然界中 霉菌主要依靠产生形形色色的无性或有性孢子进行繁殖 孢子有点像植物的种子 不过数量特别多 特别小 霉菌的无性孢子直接由生殖菌丝的分化而形成 常见的有节孢子 厚垣孢子 孢囊孢子和分生孢子 经过两性细胞结合而形成的孢子称为有性孢子 霉菌的有性繁殖过程一般分为三个阶段 即质配 核配和减数分裂 3 霉菌的菌落由于霉菌的菌丝较粗而长 因而霉菌的菌落较大 有的霉菌的菌丝蔓延 没有局限性 其菌落可扩展到整个培养皿 有的种则有一定的局限性 直径1 2厘米或更小 菌落质地一般比放线菌疏松 外观干燥 不透明 呈现或紧或松的蛛网状 绒毛状或棉絮状 菌落与培养基的连接紧密 不易挑取 菌落正反面的颜色和边缘与中心的颜色常不一致 青霉的菌落 病毒 1 病毒的形态结构病毒的形态基本可归纳为三种 杆状 球状和这两种形态结合的复合型 没有细胞构造 病毒粒子的主要成分是核酸和蛋白质 在宿主细胞协助下 通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖 病毒粒子通常形成螺旋对称 二十面体对称和复合对称 病毒粒子是无法用光学显微镜观察的亚显微颗粒 但当他们大量聚集在一起并使宿主细胞发生病变时 就可以用光学显微镜加以观察 例如动 植物细胞中的病毒包涵体 有的还可用肉眼看到 如噬菌体的噬菌斑等 2 繁殖方式病毒只有在宿主细胞里才能进行繁殖 而且是通过复制的方式进行的 概括起来可分为吸附 侵入 脱壳生物合成 装配与释放五个步骤 酵母菌 1 酵母菌的形态 大小和结构酵母菌是单细胞真核微生物 酵母菌细胞的形态通常有球形 卵圆形 腊肠形 椭圆形 柠檬形或藕节形等 比细菌的单细胞个体要大得多 一般为1 5微米 5 30微米 酵母菌无鞭毛 不能游动 酵母菌具有典型的真核细胞结构 有细胞壁 细胞膜 细胞核 细胞质 液泡 线粒体等 有的还具有微体 酵母菌的细胞形态酵母菌的细胞形态酵母菌细胞结构的显微照片 2 酵母菌的菌落 大多数酵母菌的菌落特征与细菌相似 但比细菌菌落大而厚 菌落表面光滑 湿润 粘稠 容易挑起 菌落质地均匀 正反面和边缘 中央部位的颜色都很均一 菌落多为乳白色 少数为红色 个别为黑色 3 酵母菌繁殖酵母菌有多种繁殖方式 有人把只进行无性繁殖的酵母菌称作 假酵母 而把具有有性繁殖的酵母菌称作 真酵母 1 酵母菌的无性繁殖芽殖 酵母菌最常见的无性繁殖方式是芽殖 芽殖发生在细胞壁的预定点上 此点被称为芽痕 每个酵母细胞有一至多个芽痕 成熟的酵母细胞长出芽体 母细胞的细胞核分裂成两个子核 一个随母细胞的细胞质进入芽体内 当芽体接近母细胞大小时 自母细胞脱落成为新个体 如此继续出芽 如果酵母菌生长旺盛 在芽体尚未自母细胞脱落前 即可在芽体上又长出新的芽体 最后形成假菌丝状 酵母菌的芽殖过程1 泡 2 小管 3 核 4 液泡 酵母菌假菌丝的形成图中1 2 3 4 是出芽的顺序 裂殖 是少数酵母菌进行的无性繁殖方式 类似于细菌的裂殖 其过程是细胞延长 核分裂为二 细胞中央出现隔膜 将细胞横分为两个具有单核的子细胞 左图为酵母菌子囊孢子的形成过程1 2 3 4 两个细胞结合 5 接合子 6 7 8 9 核分裂 10 11 核形成孢子 二 常用消毒剂 一 氯化物 1 液态氯 次氯酸盐 无机氯胺 有机氯胺 二氧化氯都可作为杀菌剂 但它们的抗菌活性有所不同 将氯气慢慢通入水中可形成具有抗菌作用的次氯酸盐 HOCl 液态氯是次氯酸钠溶液 NaOCl 作为杀菌剂次氯酸的效力是等浓度次氯酸盐离子的80倍 但是氯作为抗菌剂的活性还没有得到充分的确定 次氯酸是氯化物中活力最强的 它通过对在碳水化合物代谢中起重要作用的酶分子中的巯氢基团进行氯氧化作用 以抑制葡萄糖氧化反应的发生 从而杀死微生物细胞 因为醛缩酶在新陈代谢中的重要性质 所以认为它是主要的被作用部位 2 二氧化氯的氧化能力是氯的2 5倍 这种化合物在pH6 5时不如氯有效 但在pH8 5时ClO2效果最佳 这种特性表明ClO2很少受碱性条件和有机物存在影响 因此在污水处理方面 二氧化氯是一种有效的杀菌剂 下述反应方程式说明了二氧化氯的形成过程 5NaClO2 4HCl 4ClO2 5NaCl 2H2ONaOCl HCl NaCl HOClHOCl 2NaClO2 ClO2 2NaCl H2O 3 二氧化氯的抗菌范围比较广 包括细菌 病毒以及芽孢形成体 作为一种化学氧化剂 其残余活性能显著抑制微生物的二次污染 一般说来 在较宽的pH范围内 它通常都具有活性 因此 特别适用于食品加工设备的清洗和消毒 而且这种化合物比其它氯化物杀菌剂的腐蚀性小 因为它所需使用的浓度较低 产生不愉快气体的氯化有机物的量也较低 4 通常将浓度为5 的稳定二氧化氯 pH8 5 9 称为Anthiumdioxcide 游离二氧化氯是溶液中的潜在杀菌剂 尽管Anthiumdioxcide确实具有抗菌性能 但不及游离二氧化氯有效 稳定二氧化氯在pH8 5时能温和抑菌 但有效杀菌成分是游离二氧化氯 Anthiumdioxcide是氧和氯以二氧化氯形式在水中结合而成的复合物 它比其它氯杀菌剂具有更长的后效 4 当氯化合物用在溶液中或表面上时 氯与细胞反应 这些杀菌剂都能杀灭微生物和芽孢 营养细胞比梭菌芽孢易受破坏 而梭菌芽孢又比芽孢杆菌芽孢更易被杀死 浓度低于50ppm的氯对利斯特单胞菌缺乏抗菌活性 当浓度高于50ppm时 便能有效破坏这种病原体 当提高游离氯含量 降低pH值并升高温度时 大多数氯化合物的致死效果都会得到提高 但在高温下 氯在水中的溶解度降低 腐蚀性升高 而且高浓度氯或低pH的溶液将会腐蚀金属 5 氯化合物在以下几方面优于其它杀菌剂 对细菌 真菌 病毒有效 是一类能快速作用的化合物 可以在50ppm浓度下30秒内通过Chambers实验 最廉价的杀菌剂 如果使用廉价的氯化合物 如果使用浓度低于或等于200ppm 那么设备可不必清洗 能以液体或颗粒形式存在 不受硬水盐的影响 除了由于pH造成的少许变化外 高浓度氯能软化垫圈 并从设备的橡胶部分带走碳 无毒性 比氯腐蚀性小 6 它们也具有一些缺点 不稳定 加热或受有机物污染时流失非常快 溶液pH升高时效力降低 对不锈钢或其它金属的腐蚀性非常大 必须和食品加工设备接触 特别是对许多类型的盘子 短时间接触能防止腐蚀 储存时见光或温度超过60 会变质 在低pH溶液中将生成有毒性和腐蚀性的氯气 浓的液态形式可能发生爆炸 二 季胺化合物 1 季胺化合物常用于地板 墙壁 家具和设备的消毒 它们具有很好的穿透力 所以可用于多孔表面 季胺化合物是天然湿润剂 具有内部去垢特性 被认为是合成表面活性剂 经常作为阳离子去垢剂使用 其去垢能力较弱 但杀菌能力出色 季胺化合物既能有效杀死李斯特单胞菌又能有效抑制霉菌生长 2 季胺化合物中的四个有机基团连接在一个氮原子上 形成正离子 阳离子 在这些季胺化合物中 有机基团是阳离子 而氯化物通常是阴离子 目前 还没有被充分了解季胺的杀菌机制 但有可能是季胺化合物作为表面活性剂包围并覆盖住细胞的外膜 引起细胞壁破碎 导致细胞内部有机质和酶抑制剂的泄露 3 季胺化合物的抗菌作用不同于氯 当其用于表面处理时 会形成一层抑菌剂膜 虽然这个膜是抑菌的 但是能选择性破坏各种微生物 季胺化合物虽不能杀死细菌芽孢 但却能抑制其生长 虽然有机物的存在会影响到杀菌效果 但季胺化合物比氯更加稳定 季胺化合物对不锈钢和聚碳酸酯表面的灭菌效果优于抛光聚碳酸酯或无机盐树脂的表面 4 季胺化合物包括烷基二甲基苄基氯化铵和烷基二甲基乙基苄基氯化胺 这两种化合物在硬度为500 1000ppm且不添加螯合剂的水中有效 5 季胺化合物的稀释液对皮肤都没有腐蚀性和刺激性 而且无味无臭 季胺化合物溶液的浓度很容易检测 毒性低 可以被中和 在使用阴离子去垢剂时会失效 6 季胺具有表面活性 能产生泡沫 也能吸附在垂直或径向表面上 这些表面提供了季胺产生泡沫的基质 当季胺化合物与一种特殊去垢剂配制时 可作为清洁 杀菌剂使用 这种清洁 杀菌剂适用于浴室 洗手间 衣帽间和其它非食品接触表面 但不适用于食品工厂环境 因为它们达不到彻底清洁所需要的去垢能力 pH或碱性强度 由于这种清洁 杀菌剂需要清洗 所以表面不会残留抗菌活性 季胺化合物不能与其它清洁成分混合以提高清洁和杀菌功能 因为季胺会受某些去垢成分 如阴离子润湿剂或其它成分的影响而钝化 但是 如果与合适的去垢剂配制 随着碱性的提高 季胺化合物的灭菌活性也将随之提高 7 季胺化合物的主要优点 无色无臭 与有机物反应稳定 抗金属腐蚀 对温度的波动稳定 对皮肤无刺激性 高pH下有效 抑制霉菌生长 无毒 优良的表面活性 8 季胺化合物的主要缺点 作用效力的局限性 对大多数革兰氏阴性菌无效 沙门氏菌和大肠杆菌除外 与阴性合成去垢剂不匹配 在食品操作和加工设备上成膜 三 酸杀菌剂 酸杀菌剂的特点 1 酸杀菌剂在毒理方面安全 而且具有生物活性 因此 常用于漂洗和杀菌过程中 有机酸如乙酸 过氧乙酸 乳酸 丙酸以及甲酸使用最广泛 2 酸可以中和清洁剂残留下来的碱 防止形成碱性沉积物并起杀菌作用 3 由于细菌表面带有正电荷 负电荷表面活性剂可以与带正电荷的细菌反应 致使其细胞壁被穿透 细胞组织的功能性遭到破坏 因此 酸杀菌剂是通过穿透并破裂细胞膜 离解分子 然后酸化细胞内容物 最后达到破坏微生物的目的 4 酸对芽孢和病原微生物的处理取决于剂量 这些 化合物对不锈钢表面或那些接触时间可以延长的地方非常有效 并且它们对嗜冷微生物也具有高杀菌活性 在食品工厂中 将杀菌和最后的清洗结合起来操作是比较理想的5 在pH较高的环境中对耐热微生物的杀菌效率较差 高浓度时其作用不及辐射有效 会使食品 如肉 表面发生轻微变色并产生臭味 酸杀菌剂的价格 效能还没有得到充分评估 对乙酸的研究表明 其在降低沙门氏菌属污染方面缺乏效力 6 酸杀菌剂作用快 能有效抵抗酵母和病毒污染 酸杀菌剂的最适范围是pH 3 在pH3 4 4 0以上时 杀菌效果不及一些化学杀菌剂 7 在存在碱性残留物或阳离子表面活性剂 酸性 杀菌剂将彻底失效 因此 在使用酸性杀菌剂之前 需要清洗表面以除去所有的清洗剂 8 羧酸杀菌剂是一种广谱杀菌剂 它们在稀释状态 在含有机物的环境中 在高温下都十分稳定 这些杀菌剂不会腐蚀不锈钢 保存期长 廉价 而且可作为杀菌剂和酸性清洗剂使用 9 阳离子表面活性剂对其有负面影响 因此要彻底清洗以除去这些表面活性剂 这类杀菌剂会腐蚀非不锈钢金属 塑料和某些橡胶 10 阴性酸杀菌剂还可以作为设备的清洗剂 能促使设备无锈 光泽 闪亮 过氧乙酸对酵母和霉菌均有效 用量在125 250ppm 1 杀菌剂的优点 对热和有机物稳定 性质温和 只要加热过程中不超过100 就不会降低使用效果 低泡性 适用于CIP设备 无选择性 能杀灭各种细胞 可用于大多数食品处理表面 低毒性