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1、热加工罐头食品微生物学 中国检验检疫科学研究院 综合检测中心,微生物学是关于那些只能借助显微镜才能看见的微小生物形态的学科。这些观察到的微小生物形态曾经有好几个提法，如germs、micobes、bacteria、microorganisms。 列文虎克17世纪初显微镜的发明者，第一个观察到这些微小生物形态的人称之为“微小动物”。 微生物学涉及多个学科领域，如医学、农业、工业和食品保藏。它常被提及为医药微生物学、乳品微生物学、农业微生物学、工业微生物学或食品微生物学。,1.引言,1810年，热力杀菌或罐藏食品的历史始于Nicholas Appert，一位法国糖果制造商，他把食物放进玻璃瓶或玻璃
2、罐，以软木塞密封，放进沸水里加热。 50年后，路易巴斯德指出某些微生物能引起发酵和腐败。他进行了食品保藏实验，术语“巴氏灭菌”就来源于他的名字。 食品微生物的研究1895年开始于马萨诸塞州技术学院，最终结论是罐头食品表面上的神秘腐败是由于没有充分加热杀灭微生物而引起的。,3.食品微生物学,4.微生物生长和特征,发现和认知的微生物中的一部分起到有益作用。没有微生物，我们将无法享受到一些可口的食物，比如面包、乳酪、葡萄酒、啤酒、泡菜和其它发酵食品。 需要利用这些微生物制造出工业和医药有用的产物，比如酶、抗生素、甘油和其它醇类。当然有一些微生物能够分解有机物使其返回土壤形成的基本元素。,5.微生物的
3、应用,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。 霉菌表现出一些高等植物的特征。它们由多细胞管状菌丝组成。霉菌呈分枝状，通过子实体繁殖，称为孢子，孢子产生于气生结构。 霉菌具有很强的耐酸能力。他们可以在用于抑制肉毒梭杆菌生长的酸性条件的食品中生长。 密封的和经过杀菌的罐藏食品很少发生霉菌腐败，但不是不可能。大部分霉菌不耐热，很难在低酸罐头食品的热力杀菌过程中存活。所以，它们只有在热力杀菌不足或后加工污染时存在。,6.1食品加工中的重要微生物-霉
4、菌,酵母菌是单细胞微小活体，通常是卵圆形。它们比霉菌小，但比细菌大。它们的最大约1/2000英寸。酵母菌主要通过芽殖进行繁殖。母细胞上长出一个小芽，小芽逐渐长大形成另一个酵母菌细胞。在特定细胞内很少种类能形成孢子；而后这些孢子会张大成为新的酵母菌细胞。 酵母菌广泛的存在于自然界中，特别是含糖和酸的液体食品。 和霉菌一样，酵母菌抗冷能力比耐热力强。和细菌孢子比起来，酵母菌的耐热能力很小。大部分酵母菌在加热到170F(77)是就会被破坏。 罐头食品里存在酵母菌可能会引起腐败，但如果发生，应当怀疑是热杀菌不足或泄漏。,6.2食品加工中的重要微生物-酵母菌,大部分细菌本身是无害的，但是他们会分泌使食品
5、变坏的酶，在一些案例中，微生物会产生有毒物质。 细菌是很小的单细胞活体，只有通过借助显微镜才能观察到它们的个体。 通过显微镜观察，细菌表现出一些形态或形式。细菌的基本形态有三种：球状、杆状和螺旋状，分别被称为球菌、杆菌和螺旋菌。,6.3细菌,细菌通过细胞分裂进行繁殖，微生物学称之为裂殖。当一个细菌细胞准备分裂时，细胞体逐渐增大直到变为原体积的两倍。,6.4细菌细胞的繁殖,指数增长 在牛奶中，产单核细胞李斯特菌37条件下，繁殖代时为18min 1细胞20代18min/代=6小时 1 2 4 8 16 ,经过20代，1个细胞可以变成1,000,000,6.4细菌细胞的繁殖,6.4细菌细胞的繁殖,根
6、据细菌是否能形成孢子可以将其分为两种。 所有圆形细菌或球菌，和许多杆形菌不能形成孢子，被称为非孢子型菌。 有些杆形菌能产生孢子。孢子是这些生物体正常生长周期中的休眠阶段。它们能广泛的存活在不利的环境中。,6.5孢子菌和非孢子菌,细菌孢子对热、冷和化学制剂都有很强的耐受力。一些细菌孢子能在212F( 100)的沸水中存活约16个小时。处于生长状态的相同机体和非孢子型菌将无法在沸水中存活。 细菌孢子在用于食品加工车间卫生消毒的溶液中能存活约3个小时。非孢子型菌则很容易就被这些卫生消毒溶液所破坏。,6.6孢子对环境的耐受力,食品致病菌和孢子普遍来源于获得食品的土壤和水。,6.7食品致病菌的来源,影响
7、微生物生长的因素： 营养 水分 氧气 pH值 温度,7影响细菌繁殖的条件,水分活度对微生物生长的影响： 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 没有地球生命形式存在 腐败 具有潜在危害的食品,7.2必要的水分,大多数细菌,嗜盐细菌,大多数霉菌,葡萄球菌,肉毒梭状芽孢杆菌,嗜高渗压酵母/霉菌,温度对微生物生长的影响：,7.4温度,60 F, 15.6,40 F, 4.5,99 F, 37,120F, 49,140 F, 60,病原菌 迅速繁殖,病原菌存活并生长,大部分细菌在罐头食品中生长的时候会产生气体。 热力杀菌食品的腐败大部分在容器的一面或两面会出
8、现有明显的膨胀指示。这些暗示着食品有可能已经受到气体形式的细菌的腐败破坏。 如果产品被分解和呈糊状，或者常规清澈的盐水或糖浆出现浑浊，也应当怀疑是腐败。在罐子里，有的时候会在底部或在一些食品表面出现白色沉淀物。这些不仅仅是腐败的象征，也是从一些食品沉淀下来的淀粉。,8.1细菌性腐败现象,热力杀菌产品的细菌分解变质可能由以下四种原因产生： 1初期腐败杀菌前细菌的生长 2杀菌后污染漏泄 3热杀菌不充分 4杀菌后食品中嗜热菌的生长,8.1细菌性腐败现象,热加工食品有时候在密封和杀菌前滞留太长时间。这类加工延迟可能导致食品中细菌生长并引发杀菌前的初期腐败。 腐败程度取决于延迟加工的时间和温度条件。 真
9、空不足可能导致杀菌过程中容器内压过大，从而破坏密封，增加漏泻腐败的潜在可能。某些容器可能已经变形或裂开而不能使用。必须采取措施以避免杀菌前的产品滞留。,8.2杀菌前的初期腐败,漏泄腐败或杀菌后微生物污染通常直接表现为容器膨胀。 漏泄通常是由于密封不当、容器损坏或带有大量微生物的冷却水污染引起的。,8.3杀菌后的污染,杀菌过程不充分存在很多原因，包括但不仅限以下： 1）假设装在特殊尺寸罐或其等同物中的特殊产品的热力杀菌工艺规程中设定的时间和温度失效或建立的不合理 2）假设因为一些设备或人员的失误而导致热力杀菌工艺规程不能合理的运用。,8.4热力杀菌不充分,孢子型微生物在越高的温度下生长，其孢子的
10、耐热性就越强。 嗜热菌的孢子有很强的耐热能力，设计用来杀死嗜温菌的杀菌工艺可能无法杀死嗜热菌，除非产品完全冷却以及被保存在低于嗜热菌生长的温度以下。 如果生长温度适宜，嗜热菌也能生长在与食品接触的设备表面。所以，产品通常应该被保存在170F (77)或之上的环境中，或者是在防止嗜热菌生长的室温下。在杀菌过程后应该加倍小心将产品迅速冷却到105F (41)，并保存在95F (35)的环境下。,8.5嗜热菌引起的腐败,肉毒梭状杆菌与家用和商业使用的罐头有很大关系，因为： 1）当它生长时能产生致命的毒素或有毒物质， 2）它几乎能从世界上任何地方的土壤或水中分离出来。,9食物中毒,pH值对微生物生长的
11、影响： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 有潜在危害的食物,9.1 pH值对微生物生长的影响,9.1pH对微生物生长的影响,FDA 21 CFR Part 113法规规定，水分活度大于0.85及PH值大于4.6的罐头食品被认为是“低酸性食品”，它的最低热力杀菌必须通过独立的操作工形成文件。如果把降低水分活度作为杀菌的辅助过程，则必须规定最大水分活度。 大部分食品的水分活度在0.95以上，高于这个值大部分细菌、酵母菌和霉菌都能生长。肉毒梭杆菌孢子的生长通常在水分活度0.93或以下时受到抑制。这些微生物的研究表明，精确的水分活度0.93加上巴氏灭菌法将达到商业无
12、菌。 如果水分活度加巴氏灭菌法被用来控制商业无菌，必须获得数据和保持记录来说明商业无菌的杀菌过程。 终产品的样品进行有规律的检查确认对确保达到合适的水分活度是有必要的。,10由水分活度来控制微生物生长,水分活度对微生物生长的影响： 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 没有地球生命形式存在 腐败 具有潜在危害的食品,10 水分活度,大多数细菌,嗜盐细菌,大多数霉菌,葡萄球菌,肉毒梭状芽孢杆菌,嗜高渗压酵母/霉菌,1食品成分和罐头内壁金属发生化学反应会产生氢气。 2食品中的酸和金属罐表面发生化学反应会进一步引起穿孔。 3另一种引起产品膨胀或明显腐败的
13、是由于罐内填充物过满。 4非真空或低真空密闭罐头也会引起明显腐败。,11 非细菌性食品腐败,1.有益的微生物对人类生活起到许多有价值的作用。只有一小部分可能导致疾病、死亡和或食品腐败的微生物是有害的。罐头食品中很重要的微生物有霉菌、酵母菌和细菌。 A细菌是和未加工食品以及罐头食品腐败联系最密切的菌。 B细菌是最小的生物活体，在适宜的条件下，通过每20到30分钟细胞直接分裂进行繁殖。 C一些细菌能形成孢子，这允许其在非繁殖休眠阶段存活在不利的条件下。 D肉毒梭杆菌是一种在其生长期间能产生致命有毒物质的孢子型菌。 E土壤是孢子的最根本的来源，孢子被假定存在于所有未经加工的食品中。 F通过加热和化学
14、制剂能高效抑制和杀死一些孢子。肉毒梭杆菌就是其中之一。,12 总结,2在与氧气、温度、酸度和化学耐受性有关的条件下，细菌必要的养分和生长特征是不同的。 A.当一些细菌（厌氧菌）在缺氧的条件下生长的同时一些细菌（需氧菌）需要氧气。另一些细菌（兼性厌氧菌）既能在有氧也能在缺氧的情况下生长，嗜热菌就是厌氧菌。 B嗜热菌的孢子很耐热，能在设计用来杀死肉毒梭杆菌的杀菌过程中，以及那些如果没有被冷却和按照推荐规程储存的可能引起腐败的罐藏食品中存活。 C一些细菌是耐酸菌，但酸化食品能阻止或减缓其它细菌的生长。 DPH值高于4.6的食品被分类为低酸食品，那些PH等于或低于4.6的食品是高酸食品。 EPH值越低
15、，越不需要严格的杀菌过程。 F天然的低酸食品被酸化到最大PH值4.6或更低可以不要求加压杀菌，但是PH必须根据FDA (21CFR 114)或USDA法规进行控制。,12 总结,3微生物腐败是罐藏食品中由于反常条件引起的发生频率最高，有时最严重的腐败。微生物腐败可能由于以下原因引起： A杀菌前的初期腐败在杀菌前密闭罐头的保存时间过长。 B杀菌后污染在罐头水冷却或后加工处理时通过微生物漏泄污染。 C罐头热杀菌不充分热力杀菌时，对罐头中温度最低的点的加热没有给予足够时间以杀死细菌。 D嗜热菌腐败罐头冷却的不充分和或在常温以上保存。,12 总结,4罐头食品中微生物腐败的迹象是： A罐头的反常形态胀罐
16、、标签潮湿或有其它污迹。 B产品的反常形态和反常气味。 C产品呈块状或褪色。 D液体部分出现浑浊或其它反常特征。,12 总结,5允许或阻止肉毒梭杆菌生长的条件已经被高度关注。这些孢子型杆状微生物描述如下： A厌氧型菌，其生长和密闭的罐头有关。 B它的最适生长温度在80F (27)和100F (38)之间，在海洋环境下发现的E型肉毒梭杆菌能在40F(4)的温度下存活。 C一些产生孢子的类型具有一定的耐热性，它的破坏成为每个低酸罐头食品杀菌发展的目的。,12 总结,6防止肉毒梭杆菌生长的条件： A肉毒梭杆菌在PH4.8或更低的食品中不生长。为了对食品进行分类，PH4.6被用来区分低酸性食品和酸性食品。因为肉毒梭杆菌能在低酸性食品中生长，这个类别的每种食品都必须设计杀死肉毒梭杆菌孢子的杀菌过程。 B控制食品水分含量提供了阻止酸性食品中肉毒梭杆菌生长的方法。低酸食品满足低水分活度0. 85或更低不要求充分杀死肉毒梭杆菌孢子的热力杀菌过程。 7引起非微生物孢子腐败的条件必须识别并与微生物引起的腐败区分，如内部腐蚀、填充物过满和低真空。,
