第四节 现代食品微生物学研究内容

一、食品微生物学的研究内容

食品微生物学是研究微生物与食品之间相互关系的一门科学。目前微生物已在食品原料资源利用、食品保鲜加工与质量安全等许多方面发挥重要作用，现代食品科学与工程技术已离不开微生物学，因此，现代食品微生物学是食品科学与工程专业的一门重要专业基础课，课程的研究内容包括：微生物学的研究对象，食品有关的微生物营养及生命活动规律（生长与代谢），利用微生物制造人类需要的食品或功能性物质；如何控制有害微生物、防止食品发生腐败变质；食品中微生物的检测及制订食品中的微生物指标，为判断食品卫生质量提供依据。现代食品微生物学的研究内容可由图1-1表示。

二、现代食品微生物学的任务

微生物在自然界广泛存在，在食品原料和大多数食品上都存在着微生物。一般来说，微生物既可在食品制造中起有益作用，又可通过食品给人类带来危害。但是，不同的食品或相同食品在不同的条件下，其微生物的种类、数量和作用亦不相同。食品微生物学研究对象涉及病毒、细菌、真菌等多种微生物，从事食品科学的专业人员除了应该研究了解这些微生物的一般生物学特性外，还应探讨它们与食品有关的特性，与食品的相互关系及其生态条件等。

（一）有益微生物在食品制造中的应用

以微生物供应或制造食品，这并不是新的概念。早在古代，人们就采食野生菌类，利用微生物酿酒、制酱，但当时并不知道微生物的作用。随着人们对微生物与食品关系的认识日益深刻，微生物的种类及其机理被逐步阐明，也逐步扩大了微生物在食品制造中的应用范围。概括起来，微生物在食品中的应用有三种方式。

1．微生物菌体的应用

单细胞蛋白(SCP)就是从微生物体中所获得的蛋白质，也是人们对微生物菌体的利用。乳酸菌可用于蔬菜和乳类及其他多种食品的发酵，所以，人们在食用酸牛奶和酸泡菜时也食用了大量的乳酸菌。食用菌就是受人们欢迎的食品。

2．微生物代谢产物的应用

发酵食品的形成是以食品原料等为基料，通过微生物的生命活动（即生长与代谢，或称发酵作用），生成大量细胞或代谢产物，从而形成各种各样的发酵产品，如酒类、食醋、氨基酸、有机酸、维生素等。

3．微生物酶的应用

如豆腐乳、酱油。酱类是利用微生物产生的酶将原料中的成分分解而制成的食品。微生物酶制剂在食品及其他工业中的应用日益广泛。

我国幅员辽阔，微生物资源丰富。开发微生物资源，并利用生物工程手段改造微生物菌种，使其更好地发挥有益作用，为人类提供更多更好的食品，是食品微生物学的重要任务之一。

在利用微生物制造人类需要的发酵食品（产品）时，如发面用的面包酵母，需要研究它在面团中的发酵作用和发酵菌剂的干燥保藏；对酸菜、泡菜和青贮饲料中的乳酸细菌，需要研究它们在青贮期间的动态变化以及影响（有益或有害）乳酸菌生命活动的生物、化学和物理的因子；对用发酵法生产氨基酸的细菌，需要干扰其正常代谢，使其异常地产生所需氨基酸并分泌到细胞以外；在利用微生物产生的某种酶制造食品的情况下，需要研究怎样使它多产生所需的酶（如制糖浆用的α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡糖异构酶，蛋品加工和防氧化用的葡糖氧化酶，澄清酒类及制果汁用的果胶酶等）；在以微生物本身为食品的情况下（如饲料酵母、人工栽培银耳、木耳和其他菌类等），需要研究怎样取得和怎样防止阻碍取得更高生物量的因素。

（二）有害微生物对食品的危害及防止

微生物引起的食品有害因素主要是食品的腐败变质，从而使食品的营养价值降低或完全丧失。有些微生物是使人类致病的病原菌，有的微生物可产生毒素。如果人们食用含有大量病原菌或毒素的食物，则可引起食物中毒，影响人体健康，甚至危及生命。所以食品微生物学研究工作者应该设法控制或消除微生物对人类的这些有害作用。

为了防止微生物引起食品变质、腐败，要着重研究有关微生物的生态学。根据微生物生态学特性及食品本身的性状采取盐腌、醋渍、糖渍、干燥、低温或高温处理、罐藏、熏制等加工手段，杀死或抑制污染在食品上的微生物。食品引起的传染病是病菌随食品进入体内并在体内增殖的结果（如肠炎、霍乱等）。食品中毒是产毒微生物在食品上产生毒素（如肉毒毒素、黄曲霉毒素、发面黄杆菌毒素等），人吃下污染食品后，便会出现中毒症状。

（三）微生物学检测

现代分子生物学技术的快速发展，已产生了快速检测或分析微生物的先进技术，通过对食品中微生物的检测以保证食品的安全性。另外，食品资源环境、食品发酵加工过程、自然发酵食品中的微生态结构以及微生物与食品的关系，也是现代食品微生物学的研究任务之一。

如为防止食品污染或预防食品中有害微生物对人类饮食的潜在危害，或评价食品资源环境的健康状况，需快速检测食品或生鲜食品中的病害微生物。为研究食品微生态中菌群多样性及自然界中为数众多的不可培养微生物，揭示不同种群微生物对食品的保鲜、食品加工质量、食品卫生安全等方面的影响及其生态功能等，需找到一种非培养的微生物分子生态检测方法。

总之，现代食品微生物学的迫切任务是为人类提供既有益于健康、营养丰富，而又保证生命安全的食品。

复习思考题

1．举例说明微生物在食品制造、食品保藏和食品质量安全控制方面的作用。

2．现代食品微生物学的研究内容与任务分别是什么。

参考文献

[1]鲍志宁，魏培培，林伟锋，等．瑞士乳杆菌与干酪乳杆菌在脱脂乳中发酵特性的研究[J]．现代食品科技，2011,27(4):390－392.

[2]毕列锋，李旭东．微生物法净化含NOx废气[J]．环境工程，1998,16(3):37－40.

[3]毕水莲．食源性变形杆菌属PCR检测方法的研究[D]．广州：暨南大学，2008.

[4]蔡健．嗜热脂肪芽孢杆菌致午餐肉罐头败坏的研究[J]．粮食加工，1992(4):3.

[5]陈虹，陈蔚青，梅建凤．生物转化法合成天然香料香精[J]．食品工业科技，2011,32(1):317－320.

[6]陈楠，戴传云．利用多菌种生产传统发酵食品研究进展[J]．食品科学，2013,34(3):308－311.

[7]陈文新．充分利用生物固氮减少氮肥用量[J]．中国农资，2014(8):21.

[8]陈源，卜元卿，单正军．微生物农药研发进展及各国管理现状[J]．农药，2012,51(2):83－89.

[9]陈忠杰，胡燕．枯草芽孢杆菌腐乳发酵过程中主要成分的变化[J]．中国调味品，2013,38(7):40－43.

[10]邓欢欢，耿子英，闫鸿宇，等．沼泽红假单胞菌生物转化北桑寄生提取物初步研究[J]．中国临床研究，2014,27(9):1033－1037.

[11]高鑫，王昌禄，陈勉华，等．嗜温乳酸菌与白地霉混合发酵酸乳的研究[J]．北京工商大学学报：自然科学版，2012,30(3):30－34.

[12]高正勇，曾令兵，孟彦，等．患病大鲵中弗氏柠檬酸杆菌的分离与鉴定[J]．微生物学报，2012,52(2):169－176.

[13]贺静，马诗淳，黎霞，等．能源微生物的研究进展[J]．中国沼气，2011,29(3):3－8.

[14]贺艳辉，张红燕，袁永明，等．净水微生物对水产养殖环境的修复作用[J]．金陵科技学院学报，2005, 21(3):96－100.

[15]黄韶华，王正荣，朱永绮．土壤微生物与土壤肥力的关系研究初报[J]．新疆农垦科技，1995(3):6－7.

[16]姬德衡，钱方，刘雪雁等．微生物工程在保健食品开发中的应用[J]．大连轻工业学报，2002,21(3):175－178.

[17]江凌．纤维床固定化酪丁酸梭菌发酵廉价生物质生产丁酸的研究[D]．广州：华南理工大学，2010.

[18]江扬．肉毒梭菌的筛选及菌株的鉴定[D]．南京：南京工业大学，2003.

[19]姜欣，彭黎旭．香兰素微生物发酵法研究进展[J]．热带生物学报，2007,13(4):35－38.

[20]康德灿．开发微生物资源创造新型保健食品[J]．食品研究与开发，2001,22(3):45－46.

[21]赖红星．白地霉脂肪酶基因的异源表达与定向进化[D]．北京：中国农业科学院，2010.

[22]劳文艳，林素珍．黄曲霉毒素对食品的污染及危害[J]．北京联合大学学报：自然科学版，2011,25(1):64－69.

[23]李文婷．乳酸菌制剂发酵泡菜工艺及安全性研究[D]．成都：西华大学，2012.

[24]李新社，陆步诗，黎小武．曲酒丢糟培养A地霉生产富硒饲料蛋白的研究[J]．酿酒科技，2007(8):144－145.

[25]李延华，王伟军，张兰威，等．德氏乳杆菌保加利亚亚种发酵乳风味成分分析[J]．食品科学，2009, 30(4):257－259.

[26]李业鹏，钟凯，杨宝兰，等．食品中沙门菌PCR检测方法的建立[J]．中国食品卫生杂志，2006,18(1):17－22.

[27]梁建军，汪文俊．微生物生物转化甾体化合物生产雄烯二酮研究进展[J]．湖北农业科学，2012,51(7):1309－1311.

[28]梁亚娟，樊京春．养殖场沼气工程经济分析[J]．可再生能源，2004,115(3):49－51.

[29]梁知洁，陈捷，白昆山，等．生物农药与设施农业病害的防治[J]．沈阳农业大学学报，2001,32(1):61－65.

[30]林清华，唐欣昀．固定化醋酸杆菌发酵条件的研究[J]．食品科学，2011,32(13):213－217.

[31]龙立利，史景山．论中国传统发酵和现代发酵食品[J]．发酵科技通讯，2014,43(1):23－25.

[32]马晨晨，欧杰，王婧．肉类腐败性假单胞菌群体感应信号分子的研究[J]．微生物学通报，2013,40(11):2005－2013.

[33]毛芝娟，王美珍，陈吉刚，等．黑鲷肠炎病原恶臭假单胞菌的分离和鉴定[J]．渔业科学进展，2010, 31(3):23－28.

[34]孟雪征，曹相生，姜安玺，等．利用耐冷菌处理低温污水的研究[J]．山东建筑工程学院学报，2001, 16(2):53－57.

[35]倪萍，纪文营，黄洁洁，等．冷却猪肉中热死环丝菌的分离、鉴定及致腐能力[J]．食品科学，2013, 34(21):140－144.

[36]庞凤仙，崔彦如，安明哲，等．能源性微生物的研究现状与应用前景[J]．现代农业科技，2009(11):282－284.

[37]庞洁，周娜，刘鹏，等．罗伊氏乳杆菌的益生功能[J]．中国生物工程杂志，2011,31(5):131－137.

[38]裴亮．高产β-胡萝卜素红酵母的选育及其色素的分离纯化与鉴定[D]．雅安：四川农业大学，2009.

[39]蒲海燕，贺稚非，刘春芬，等．微生物功能性油脂研究概况[J]．粮食与油脂，2003(11):12－14.

[40]秦海青，邱学良，王成福，等．酵母发酵生产木糖醇的研究[J]．中国食品添加剂，2013(3):152－157

[41]任燕，梅匀，曾艳，等．臭氧处理马铃薯淀粉加工废水的白地霉净化[J]．食品研究与开发，2010,31(7):35－38.

[42]史文景．柑橘和果汁中链格孢霉毒素检测技术研究[D]．重庆：西南大学，2014.

[43]史智佳，臧明武，吕玉．肉葡萄球菌对香肠发色的影响[J]．肉类研究，2012,26(2):4－7.

[44]宋安东，刘玉博，谢慧，等．利用转座标签mTn-lacZ/leu2插入突变发酵性丝孢酵母2.1368-Leu筛选高效产油突变株[J]．生物工程学报，2011,27(3):468－474.

[45]宋元达，刘立鹏，刘灿华，等．微生物在生物能源生产中的应用[J]．生命科学研究，2010,14(4):363－371.

[46]孙海新，吴海霞，王禄．微生物在农业中的作用[J]．科技致富向导，2013(24):273.

[47]索玉娟，于宏伟，凌巍，等．食品中金黄色葡萄球菌污染状况研究[J]．中国食品学报，2008,8(3):88－93.

[48]唐凤舞，樊华．固定化微生物技术处理城市污水的研究[J]．环保科技，2009(1):45－49.

[49]唐赟．嗜冷菌适应低温的分子机制及其应用[J]．西华师范大学学报：自然科学版，2004,25(4):388－393.

[50]田芬，陈俊亮，黏靖祺，等．嗜酸乳杆菌和双歧杆菌益生特性的研究[J]．食品工业科技，2012,33(7):139－142.

[51]田辉．嗜热链球菌高密度培养与直投式发酵剂开发[D]．哈尔滨：东北农业大学，2012.

[52]王成军．玉米生产区发展燃料乙醇产业研究[D]．长春：吉林大学，2005.

[53]王凡强，许平．产乙醇工程菌研究进展[J]．微生物学报，2006,46(4):673－675.

[54]王辑．植物乳杆菌K25在发酵乳中的应用研究[D]．长春：吉林农业大学，2012.

[55]王磊，宿红艳，杨润亚，等．海洋交替单胞菌YTW-10的鉴定及抑菌活性分析[J]．海洋科学，2011, 35(7):14－19.

[56]王璐，曹钰，陆健，等．绍兴黄酒麦曲中α-淀粉酶的初步研究[J]．中国酿造，2007,26(5):38－40.

[57]王人悦，杜苏萌．固定化酵母发酵啤酒的研究[J]．食品研究与开发，2014,35(1):67－69.

[58]王晓娜．生物农药的推广应用前景[J]．湖北植保，2014(1):62－64.

[59]王玉阁，周丽，王丽萍，等．玉屏风散生物转化液对正常小鼠抗氧化功能及免疫抑制小鼠T细胞亚群、IL-4和IFN-γ的影响[J]．齐齐哈尔医学院学报，2008,30(5):513－515.

[60]温啸，贺大方，倪学勤，等．干酪乳杆菌与银杏叶提取物对肥胖小鼠血脂及抗氧化功能的影响[J]．西北农林科技大学学报：自然科学版，2014,42(1):8－12.

[61]韦海阳，孙文敬，崔凤杰，等．微生物高细胞密度培养技术及其在食品添加剂生产中的应用[J]．中国食品添加剂，2013, (2):204－213.

[62]魏小芳，罗一菁，刘可禹，等．油气藏埋存二氧化碳生物转化甲烷的机理和应用研究进展[J]．地球科学进展，2011,26(5):499－506.

[63]吴晨璐．食源性肠球菌荧光定量PCR检测方法的建立和评价[D]．上海：上海交通大学，2011.

[64]武军彦．生物农药概述[J]．科技资讯，2014(10):248.

[65]肖智杰，王进军，连宾，等．灵芝产品的研究与开发现状[J]．食品科学，2006,27(12):837－842.

[66]杨薇．甲烷产生菌的特性及其工业前景[J]．安徽化工，2010,36(4):10－12.

[67]余秉琦，沈微，王正祥，等．谷氨酸棒杆菌的乙醛酸循环与谷氨酸合成[J]．生物工程学报，2005,21(2):270－274.

[68]张丹．浅谈微生物在食品发酵上的应用[J]．科技创新与应用，2012, (30):104.

[69]张凤君，张松雷，杜祥君，等．固定化微生物技术在无泡供氧膜生物反应器中的应用研究[J]．环境污染与防治，2005,27(6):440－443.

[70]张健．乳酸片球菌细菌素的发酵与纯化研究[D]．天津：天津大学，2012.

[71]张剑锋，陈建华．应用真核微生物合成维生素C的研究进展[J]．中国生化药物杂志，2009,30(5):354－356.

[72]张建国，黄勋娟．一株野油菜黄单胞菌产黄原胶的性质[J]．食品科学，2014,35(23):29－32.

[73]张树政．微生物多样性的全球影响[J]．生物学通报，1995,30(1):1－2.

[74]张锡贞，张红雨．生物农药的应用与研发现状[J]．山东理工大学学报（自然科学版），2004(1):96－100.

[75]赵红晔，徐启华，王月飞，等．玉屏风散生物转化液对免疫抑制小鼠体液免疫功能的影响[J]．中医药学报，2010,38(5):26－29.

[76]郑莉烨，赵海锋，赵谋明．不同啤酒酵母在麦汁发酵过程中发酵性能的对比研究[J]．现代食品科技，2012,28(12):1659－1663.

[77]周帼萍，袁志明．蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)污染及其对食品安全的影响[J]．食品科学，2007, 28(3):357－361.

[78]周泽宇，罗凯世．我国生物肥料应用现状与发展建议[J]．中国农技推广，2014(5):42－43,46.

[79]朱静，师俊玲，刘拉平．白地霉发酵苹果渣的产香特点研究[J]．食品工业科技，2010, (10):176－181.

[80]朱瑞艳．光合细菌深红红螺菌放氢的研究[D]．北京：中国农业大学，2006.

[81]Al-Mailem D M, Sorkhoh N A, Marafie M, et al.Oil phytoremediation potential of hypersaline coasts of the Arabian Gulf using rhizosphere technology[J].Bioresource Technology,2010,101:5786－5792.

[82]Agamuthua P, Abioyea O P, Aziz A A.Phytoremediation of soil contaminated with used lubricating oil using Jatropha curcas[J].Journal ofHazardous Materials,2010,179:891－894.

[83]Cheema S A, Khan M I, Tang X J, et al.Enhancement of phenanthrene and pyrene degradation in rhizosphere of tall fescue (Festuca arundinacea)[J].Journal of Hazardous Materials,2009,166:1226－1231.

[84]Chen J, Sun X T, Zeng Z, et al.Campylobacter enteritis in adult patients with acute diarrhea from 2005 to 2009 in Beijing, China[J].Chinese Medical Journal,2011,124(10):1508－1512.

[85]Dashti N, Khanafer M, El-Nemr I, et al.The potential of oil-utilizing bacterial consortia associated with legume root nodules for cleaning oily soils[J].Chemosphere,2009,74:1354－1359.

[86]Douville M, et al.Occurrence and persistence of Bacillus thuringiensis (Bt)and transgenic Bt corncryl Ab gene from an aquatic environment[J].Ecotoxicology and Environmental Safety,2007,66:195－203.

[87]Drawert F, Barton H.Biosynthesis of flavour compounds by microorganisms.3.Production of mono erpenes by the yesst Kluyveromyces lactis[J].J Agric Food Chem,1978,26(3):765－766.

[88]Elbahloul Y, Steinbuchel A.Pilot-scale production of fatty acid ethyl esters by an engineer Escherichia coli strain harboring the P(Microdiesel)plasmid [J].Applied and Environmental Microbiology,2010, 76(13):4560－4565.

[89]Etschmann M M W, Sell D, Schrader J.Medium optimization for the production of the aroma compound 2-phenylethanol using a genetic algorithm[J].J Mol Catal B Enzym,2004,29(1－6):187－193.

[90]Fakas S, Papanikolaou S, Batsos A.Evaluating renewable carbon sources as substrates for single cell oil production by Cunninghamella echinulata and Mortierella isabellina[J].Biomass and Bioenergy, 2009,33(4):573－580.

[91]Habermann W, Pommer E H.Biological fuel cells with sulphide storage capacity[J].Appl Microbiol Biotechnol,1991,35:128－133.

[92]Kim M, Chun J.Bacterial community structure in kimchi, a Korean fermented vegetable food, as revealed by 16S rRNA gene analysis[J].International Journal of Food Microbiology,2005,103(1):91－96.

[93]Larroche C, Besson I, Gros J B.High pyrazine production by Bacillus subtilis in solid substrate fermentation on groud soybeans[J].Process Biochem,1999,34(6,7):67－74.

[94]Leec Y, Liu W H.Production of androsta-1,4-diene-3,17-dione from cholesterol using immobilized growing cells of Mycobacterium sp.NRRL B-3683 adsorbed on solid carriers[J].Appl Microbiol Biotechnol,1992,36(5):598－603.

[95]Lu S J, Teng Y G, Wang J S, et al.Enhancement of pyrene removed from contaminated soils by B-i dens maximo-wicziana[J].Chemosphere,2010,81:645－650.

[96]Malik A.Metalbioremediation through growing cells.Environ Int,2004,30(2):261－278.

[97]Mikkonen A, Kondo E, Lappi K, et al.Contaminantandplant-derivedchangesinsoilchemicalandmicrobiological indicators during fuel oil rhizoremediation with Galega orientalis[J].Geoderma,2011,160:336－346.

[98]Minamisawa M, Minamisawa H, Yoshidas S, et al.Adsorption behavior of heavy metals on biomaterials. J Agric Food Chem,2004,52(18):5606－5611.

[99]Mohsenzadeh F, Nasseri S, Mesdaghinia A, et al.Phytoremediation of petroleum-polluted soils:Application of Polygonum aviculare and its root-associated (penetrated)fungal strains for bioremediation of petroleum-polluted soils[J].Ecotoxicology and Environmental Safety,2010,73:613－619.

[100]Pizzariello A, Stred'ansky M, Miertus S.A glucose/hydrogen peroxide biofuel cell that uses oxidase and peroxidase as catalysts by composite bulk-modified bioelectrodes based on a solid binding matrix [J].Bioelectrochemistry,2002,56:99－105.

[101]Rajendran P, Muthukrishnan J, Gunasekaran p.Microbes in heavy metal remediation.Indian J Exp Biol,2003,41(9):935－944.

[102]Ratledge C, Wynn J P.The biochemistry and molecular biology of lipid accumulation in oleaginous microorganisms[J].Advances in Applied Microbiology,2002, (51):1－51.

[103]Sheu D C, Duan K J, Jou S R, et al.Production of xylitol from Candida tropicalis by using anoxidation-reduction potential-stat controlled fermentation[J].Biotechnology Letters,2003,25:2065－2069.

[104]Soccolc R, Vandenberghe L, Woiciechowski L, et al.Bioremediation:An important alternative for soil and industrial wastes clean-up.Indian J Exp Biol,2003,41(9):1030－1045.

[105]Tahara S, Fujiware K, Ishizaka H, et al.The γ-Decalactone one of constituents of volatiles in cultured broth of Sporobolomycs odorus[J].Agric Biol Chem,1972,36(13):2585－2587.

[106]Te B D.Microbial Control of Weeds[M].New York:Chapman Hall,1991.

[107]Wynn J P, Hamid A A, Li Y H, et al.Biochemical events leading to the diversion of carbon into storage lipids in the oleaginous fungi Mucor circinelloides and Mortierella alpine[J].Microbiology,2001, (147):2857－2864.

[108]Yasemin K, Cigdem A, Sema T.Biosorption of Hg(Ⅱ)and Cd(Ⅱ)from aqueous solution:Comparison of biosorptive capacity of alginate and immobilized live and heat inactivated.Phanerochoete Chrysosporium.Process Biochemistry,2002,37(6):601－610.

[109]Zhang Z N, Zhou Q X, Peng SW, et al.Remediation of petroleum contaminated soils by joint action of Pharbitis nil L.and its microbial community[J].Science of the Total Environment,2010,408:5600－5605.

[110]Zhu L Y, Zong M H, Wu H.Efficient lipid production with Trichosporon fermentans and its use for biodiesel preparation [J].Bioresource Technology,2008,99(16):7881－7885.