食品微生物学讲义：食品微生物学精品教程

第1章 绪 论
本章的学习目的与要求
掌握微生物的概念和生物学特征，及其在生物分类中的地位；了解微生物学和其主要分支学科，微生物学的形成与发展，以及食品微生物学研究的内容与任务。
1微生物的概念及其在生物分类中的地位
1.1微生物的概念
微生物（Microorganism,?microbe）一词并非生物分类学上的专门名词，而是指大量的、极其多样的、不借助显微镜看不见的微小生物类群的总称。因此，微生物通常包括病毒、细菌、真菌、原生动物和某些藻类，它们的大小和特征见表1-1。
表1-1.微生物形态、大小和细胞类型
微生物大小近似值细胞特征
病毒0.01～0.25μm非细胞的
细菌0.1～10μm原核生物
真菌2μm～1m真核生物
原生动物2～1000μm真核生物
藻类1μm～几米真核生物
但是有些例外。如许多真菌子实体、蘑菇等常肉眼可见；相同的，某些藻类能生长几米长。一般来说，微生物可以认为是相当简单的生物，大多数的细菌、原生动物、某些藻类和真菌是单细胞的微生物，即使为多细胞的微生物，也没有许多的细胞类型。病毒甚至没有细胞，只有蛋白质外壳包围着的遗传物质，且不能独立生活。
1.2微生物在生物分类中的地位
在生物发展的历史上，曾把所有的生物分为动物界和植物界两大类。而微生物，不仅形体微小、结构简单，而且它们中间有些类型像动物，有些类型像植物，还有些类型既有动物的某些特征，又具有植物的某些特征，因而归于动物或植物都不合适。于是，1866年海克尔（Haeckel）提出区别动物界与植物界的第三界——原生生物界。它包括藻类、原生动物、真菌和细菌。
随着科学的发展，新技术和研究方法的应用，尤其是电子显微镜和超显微结构研究技术的应用，发现了生物的细胞核有两种类型，一种是没有真正的核结构，称为原核，其细胞不具核膜，只有一团裸露的核物质；另一种是由核膜、核仁及染色体组成的真正的核结构称为真核。动物界、植物界及原生生物界中的大部分藻类、原生动物和真菌是真核生物，而细菌、蓝细菌则是原核生物。真核生物和原核生物不仅细胞核的结构不同，而且其性状也有差别，真核生物和原核生物性状的比较内容将在第二章详细介绍。
根据核结构的不同，1969年魏塔科（Whittaker）提出五界系统，即动物界、植物界、原生生物界、真菌界和原核生物界。五界系统的生物都有细胞结构。病毒作为一界被提出的较晚，主要原因是?①病毒和类病毒是生物还是非生物，是原始类型还是次生类型是长期争论未决的问题；②病毒不是用双命法，分类不用阶元系统。但经过长期研究发现，病毒和细胞型生物是有共同特性：①遗传物质是DNA（部分病毒是RNA）；②使用共同的遗传密码。在此基础上，我国学者于1979年提出将无细胞结构病毒立为病毒界，从而建立了六界系统。
细胞型生物
动物界（Animalia）
植物界（Plantae）
原生生物界（Protista）：原生动物、大部分藻类及粘菌
真菌界（Fungi）：酵母、霉菌
原核生物界（Procaryotae）：细菌、放线菌、蓝细菌等
非细胞型生物
病毒界（Vira）
2微生物的生物学特性
微生物虽然个体小，结构简单，但它们具有与高等生物相同的基本生物学特性。微生物种类多、数量大、分布广、繁殖快、代谢能力强，是自然界中其他任何生物不可能比拟的，而且这些特性归根结底是与微生物体积小，结构简单有关。
2.1代谢活力强
微生物体积小，有极大的表面积/体积比值，因而微生物能与环境之间迅速进行物质交换，吸收营养和排泄废物，而且有最大的代谢速率。从单位重量来看，微生物的代谢强度比高等生物大几千倍到几万倍。如发酵乳糖的细菌在1小时内可分解其自重1000~10000倍的乳糖；Candida?utilis（产朊假丝酵母）合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用公牛强10万倍。
微生物的这个特性为它们的高速生长繁殖和产生大量代谢产物提供了充分的物质基础，从而使微生物有可能更好的发挥“活的化工厂”的作用。人类对微生物的利用主要体现在它们的生物化学转化能力。
2.2繁殖快
微生物繁殖速度快，易培养，是其他生物不能比的。如Escherichia?coli?(大肠埃希氏菌，简称大肠杆菌)，其细胞在合适的生存条件下，每分裂一次的时间是12.5～20.0分。如按20分钟分裂一次计，则每小时分裂3次，每昼夜可分裂72次，后代数为：?4722366500万亿个（重约4722吨），48小时为2.2×1043（约等于4000个地球之重）。
事实上，由于种种客观条件的限制，细菌的指数分裂速度只能维持数小时，因而在液体培养中，细菌的浓度一般仅能达到每毫升108～109个左右。
微生物的这一特性在发酵工业上具有重要的实践意义，主要体现在它的生产效率高、发酵周期短上。而且大多数微生物都能在常温常压下，利用简单的营养物质生长，并在生长过程中积累代谢产物，不受季节限制，可因地制宜、就地取材，这就为开发微生物资源提供了有利的条件。如生产用做发面鲜酵母的Saccharmyces?cerevisiae?(酿酒酵母)，其繁殖速度不算太高（2小时分裂1次），但在单罐发酵时，几乎每12小时即可收获1次，每年可“收获”数百次。这是其他任何农作物所不能达到的“复种指数”。这对缓和人类面临的人口增长与食物供应矛盾也有着重大意义。另外微生物繁殖速度快的生物学特性对生物学基本理论的研究也带来了极大的优越性——它使科学研究周期大大缩短、经费减少、效率提高。当然对于危害人、畜和植物等的病原微生物或使物品发生霉腐的霉腐微生物来说，它们的这个特性就会给人类带来极大的麻烦甚至严重的祸害。因而需要认真对待。
2.3种类多、分布广
微生物在自然界是一个十分庞杂的生物类群。迄今为止，我们所知道的微生物约有10万种。它们具有各种生活方式和营养类型，它们中大多数是以有机物为营养物质，还有些是寄生类型。如微生物的生理代谢类型之多，是动、植物所不及的。分解地球上贮量最丰富的初级有机物——天然气、石油、纤维素、木质素的能力，属微生物专有；微生物有着多种产能方式，如细菌光合作用、嗜盐菌紫膜的光合作用、自养细菌的化能合成作用、各种厌氧产能途径；生物固氮作用；合成各种复杂有机物——次生代谢产物的能力；对复杂有机物分子的生物转化能力；分解氰、酚、多氯联苯等有毒物质的能力；抵抗热、冷、酸、碱、高渗、高压、高辐射剂量等极端环境能力；以及独特的繁殖方式——病毒的复制增殖，等等。不同微生物可以有不同的代谢产物，如抗生素、酶类、氨基酸及有机酸等，还可以通过微生物的活动防止公害。自然界的物质循环是由各种微生物参与才得以完成的。
微生物在自然界的分布极为广泛，土壤、水域、大气，几乎到处都有微生物的存在，特别是土壤是微生物的大本营。任意取一把土或一粒土，就是一个微生物世界，其中含有不同种类的微生物。可以这样说，凡是有高等生物存在的地方，就有微生物存在，即使在极端的环境条件如高山、深海、冰川、沙漠等高等生物不能存在的地方，也有微生物存在。
从微生物种类多、分布广这一特性可以看出，微生物的资源是极其丰富的。可是据估计目前人类至多仅开发利用了已发现微生物种类的1%。因此，在生产实践和生物学基本理论问题的研究中，利用微生物的前景是十分广阔的。
2.4适应性强、易变异
微生物有极其灵活的适应性，这是高等动、植物所无法比拟的。其原因主要是因为其体积小和面积大，即比表面积大。为了适应多变的环境条件，微生物在其长期的进化过程中就产生了许多灵活的代谢调控机制，并有种类很多的诱导酶（可占细胞蛋白质含量的10%）。

图1-1微生物学的主要分支学科
微生物的个体一般都是单细胞、简单多细胞或非细胞的。它们通常都是单倍体，加之它们具有繁殖快、数量多和与外界直接接触等原因，即使其变异频率十分低（一般为10-5～10-10），也可以在短时间内产生大量变异后代。最常见的变异形式是基因突变，它可以涉及到任何形状，诸如形态构造、代谢途径、生理类型以及代谢产物的质或量的变异等。
人们利用微生物易变异的特点进行菌种选育，可以在短时间内获得优良菌种，提高产品质量。这在工业上已有许多成功的例子。但若保存不当，菌种的优良特性易发生退化，这种易变异的特点又是微生物应用中不可忽视的。
由于微生物具有生物的一般特性，又具有其他生物所没有的特点，因而微生物也成为了许多生物学基本问题研究最理想的实验材料。
3微生物学及其主要分支学科
微生物学是研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其应用的一门学科。随着微生物学的不断发展，已形成了基础微生物学和应用微生物学，又可分为许多不同的分支学科，并还在不断的形成新的学科和研究领域。其主要分支学科见图1-1。从图1-1可以看出微生物学既是应用学科，又是基础学科，而且各分支学科是相互配合、相互促进的，其根本任务是利用和改善有益微生物，控制、消灭和改造有害微生物。
4微生物学的形成和发展
4.1微生物学的形成和发展
因为微生物很小，构造又简单，所以人们充分认识它，并发展成为一门学科，与其他学科比起来，还是很晚的。尽管如此，人们已经在广泛的应用微生物了。我国劳动人民很早就认识到微生物的存在和作用，也是最早应用微生物的少数国家之一。据考古学推测，我国在8000年前已经出现了曲蘖酿酒了，4000多年前我国酿酒已十分普遍，而且当时埃及人也已学会烤制面包和酿制果酒。2500年前我国人民发明酿酱、醋，知道用曲治疗消化道疾病。公元6世纪（北魏时期）,我国贾思勰的巨著《齐民要术》详细地记载了制曲、酿酒、制酱和酿醋等工艺。在农业上，虽然还不知道根瘤菌的固氮作用，但已经在利用豆科植物轮作提高土壤肥力。这些事实说明，尽管人们还不知道微生物的存在，但是已经在同微生物打交道了，在应用有益微生物的同时，还对有害微生物进行预防和治疗。为防止食物变质，采用盐渍、糖渍、干燥、酸化等方法。在我国隆庆年间就开始用人痘预防天花。人痘预防天花是我国对世界医学上的一大贡献，这种方法先后传到俄国、日本、朝鲜、土耳其及英国，1798年英国医生琴纳（Jenner）提出用牛痘预防天花。
微生物学作为一门学科，是从有显微镜开始的，微生物学发展经历了三个时期：形态学时期、生理学时期和现代微生物学的发展。
4.1.1形态学时期
微生物的形态观察是从安东·列文虎克（Antony?Van?Leeuwenhock?1632-1732）发明的显微镜开始的，它是真正看见并描述微生物的第一人，他的显微镜在当时被认为是最精巧、最优良的单式显微镜，他利用能放大50～300倍的显微镜，清楚地看见了细菌和原生动物，而且还把观察结果报告给英国皇家学会，其中有详细的描述，并配有准确的插图。1695年，安东·列文虎克把自己积累的大量结果汇集在《安东·列文虎克所发现的自然界秘密》一书里。他的发现和描述首次揭示了一个崭新的生物世界——微生物世界。这在微生物学的发展史上具有划时代的意义。
4.1.2生理学时期
继列文虎克发现微生物世界以后的200年间，微生物学的研究基本上停留在形态描述和分门别类阶段。直到19世纪中期，以法国的巴斯德（Louis?Pasteur,1822-1895）和德国的柯赫(Robert?Koch,1843-1910)为代表的科学家才将微生物的研究从形态描述推进到生理学研究阶段，揭露了微生物是造成腐败发酵和人畜疾病的原因，并建立了分离、培养、接种和灭菌等一系列独特的微生物技术。从而奠定了微生物学的基础，同时开辟了医学和工业微生物等分支学科。巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人。
(1）?巴斯德
巴斯德原是化学家，曾在化学上做出过重要的贡献，后来转向微生物学研究领域，为微生物学的建立和发展做出了卓越的贡献。主要集中在下列三个方面,
①彻底否定了“自然发生”学说
图1-2?曲颈瓶试验装置
“自生说”是一个古老学说，认为一切生物是自然发生的。到了17世纪，虽然由于研究植物和动物的生长发育和生活循环，是“自生说”逐渐消弱，但是由于技术问题，如何证实微生物不是自然发生的仍是一个难题，这不仅是“自生说”的一个顽固阵地，同时也是人们正确认识微生物生命活动的一大屏障。巴斯德在前人工作的基础上，进行了许多试验，其中著名的曲颈瓶（见图1-2）试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，他们引起有机质的腐败。巴斯德自制了一个具有细长而弯曲的颈的玻瓶，其中盛有有机物水浸液，经加热灭菌后，瓶内可一直保持无菌状态，有机物不发生腐败，一旦将瓶颈打断，瓶内浸液中才有了微生物，有机质发生腐败。巴斯德的试验彻底否定了“自生说”，并从此建立了病原学说，推动了微生物学的发展。
②免疫学——预防接种
Jenner虽然早在1798年发明了种痘法可预防天花，但却不了解这个免疫过程的基本机制，因此，这个发现没能获得继续发展。1877年，巴斯德研究了鸡霍乱，发现将病原菌减毒可诱发免疫性，以预防鸡霍乱病。其后它又研究了牛、羊炭疽病和狂犬病，并首次制成狂犬疫苗，证实其免疫学说，为人类防病、治病做出了重大贡献。
③证实发酵是由微生物引起的
究竟发酵是一个由微生物引起的生物过程还是一个纯粹的化学反应过程，曾是化学家和微生物学家激烈争论的问题。巴斯德在否定“自生说”的基础上，认为一切发酵作用都可能与微生物的生长繁殖有关。经不断地努力，巴斯德终于分离到了许多引起发酵的微生物，并证实酒精发酵是由酵母菌引起的。还研究了氧气对酵母菌的发育和酒精发酵的影响。此外，巴斯德还发现乳酸发酵、醋酸发酵和丁酸发酵都是不同细菌所引起的。为进一步研究微生物的生理生化奠定了基础。
④其它贡献
一直沿用至今天的巴斯德消毒法（60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物的一种消毒法）和家蚕软化病问题的解决也是巴斯德的重要贡献，它不仅在实践上解决了当时法国酒变质和家蚕软化病的实际问题，而且也推动了微生物病原学说的发展，并深刻影响医学的发展。
(2)?柯赫
柯赫是著名的细菌学家，由于他曾经是一名医生，因此对病原细菌的研究做出了突出的贡献,
①具体证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌；②发现了肺结核病的病原菌，这是当时死亡率极高的传染性疾病，因此柯赫获得了诺贝尔奖；③提出了证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——柯赫原则：首先在患病肌体里存在着一种特定的病原菌，并可以从该肌体里分离得到纯培养；然后用得到的纯培养接种敏感动物，表现出特有的性状；最后从被感染的敏感动物中又一次获得与原病原菌相同的纯培养。由于柯赫在病原菌研究方面的开创性工作，自19世纪70年代至20世纪20年代成了发现病原菌的黄金时代，所发现的各种病原微生物不下百余种，其中还包括植物病原菌。
柯赫除了在病原菌方面的伟大成就外，在微生物基本操作技术方面的贡献更是为微生物学的发展奠定了技术基础，这些技术包括：①用固体培养基分离纯化微生物的技术，这是进行微生物学研究的基本前提，这项技术一直沿用至今；②配制培养基（见第三章），也是当今微生物研究的基本技术之一。这两项技术不仅是具有微生物研究特色的重要技术，而且也为当今动植物细胞的培养做出了十分重要的贡献。
巴斯德和柯赫的杰出工作，使微生物学作为一门独立的学科开始形成，并出现以他们为代表而建立的各分支学科，例如细菌学（巴斯德、柯赫等）、消毒外科技术（J.?Lister），免疫学（巴斯德、Metchnikoff、Behring、Ehrlich等）、土壤微生物学（Beijernck?Winogradsky?等）、病毒学（Ivanowsky、Beijerinck等）、植物病理学和真菌学（Bary、Berkeley等）、酿造学（Hensen、Jorgensen?等）以及化学治疗法（Ehrlish?等）。微生物学的研究内容日趋丰富，使微生物学发展更加迅速。
4.1.3现代微生物学的发展
20世纪上半叶微生物学事业欣欣向荣。微生物学沿着两个方向发展，即应用微生物学和基础微生物学。在应用方面，对人类疾病和躯体防御机能的研究，促进了医学微生物学和免疫学的发展。青霉素的发现（Fleming,1929）和瓦克斯曼（Waksman）对土壤中放线菌的研究成果导致了抗生素科学的出现，这是工业微生物学的一个重要领域。环境微生物学在土壤微生物学研究的基础上发展起来。微生物在农业中的应用使农业微生物学和兽医微生物学等也成为重要的应用学科。应用成果不断涌现，促进了基础研究的深入，于是细菌和其它微生物的分类系统在20世纪中叶出现了，对细胞化学结构和酶及其功能的研究发展了微生物生理学和生物化学，微生物遗传和变异的研究导致了微生物遗传学的诞生。微生物生态学在20世纪60年代也形成了一个独立学科。
20世纪80年代以来，在分子水平上对微生物研究迅速发展，分子微生物学应运而生。在短短的时间内取得了一系列进展，并出现了一些新的概念，较突出的有，生物多样性、进化、三原界学说；细菌染色体结构和全基因组测序；细菌基因表达的整体调控和对环境变化的适应机制；细菌的发育及其分子机理；细菌细胞之间和细菌同动植物之间的信号传递；分子技术在微生物原位研究中的应用。经历约150年成长起来的微生物学，在21世纪将为统一生物学的重要内容而继续向前发展，其中两个活跃的前沿领域将是分子微生物遗传学和分子微生物生态学。
微生物产业在21世纪将呈现全新的局面。微生物从发现到现在短短的300年间，特别是20世纪中叶，已在人类的生活和生产实践中得到广泛的应用，并形成了继动、植物两大生物产业后的第三大产业。这是以微生物的代谢产物和菌体本身为生产对象的生物产业，所用的微生物主要是从自然界筛选或选育的自然菌种。21世纪，微生物产业除了更广泛的利用和挖掘不同生境（包括极端环境）的自然资源微生物外，基因工程菌将形成一批强大的工业生产菌，生产外源基因表达的产物，特别是药物的生产将出现前所未有的新局面，结合基因组学在药物设计上的新策略将出现以核酸（DNA或RNA）为靶标的新药物（如反义寡核苷酸、肽核酸、DNA疫苗等）的大量生产，人类将完全征服癌症、艾滋病以及其他疾病。此外，微生物工业将生产各种各样的新产品，例如降解性塑料、DNA芯片、生物能源等，在21世纪将出现一批崭新的微生物工业，为全世界的经济和社会发展做出更大贡献。
4.2我国微生物学的发展
我国是具有5000年文明史的古国，我国劳动人民对微生物的认识和利用是最早的几个国家之一。特别是在制酒、酱油、醋等微生物产品以及用种痘、麦曲等进行防病治疗等方面具有卓越的贡献。但微生物作为一门科学进行研究，我国起步较晚。中国学者开始从事微生物学研究在20世纪之初，那时一批到西方留学的中国科学家开始较系统的介绍微生物知识，从事微生物学研究。1910-1921年间伍连德用近代微生物学知识对鼠疫和霍乱病原的探索和防治，在中国最早建立起卫生防疫机构，培养了第一支预防鼠疫的专业队伍，在当时这项工作居于国际先进地位。20世纪20-30年代，我国学者开始对医学微生物学有了较多的试验研究，其中汤飞凡等在医学细菌学、病毒学和免疫学等方面的某些领域做出过较高水平的成绩，例如沙眼病原体的分离和确认是具有国际领先水平的开创性工作。20世纪30年代开始在高校设立酿造科目和农产品制造系，以酿造为主要课程，创建了一批与应用微生物学有关的研究机构，魏岩寿等在工业微生物方面做出了开拓性工作。戴芳澜和俞大绂等是我国真菌学和植物病理学的奠基人；陈华癸和张宪武等对根瘤菌固氮作用的研究开创了我国农业微生物学；高尚荫创建了我国病毒学的基础理论研究和第一个微生物学专业。但总的来说，在新中国成立之前，我国微生物学的力量较弱且分散，未形成我国自己的队伍和研究体系，也没有我国自己的现代微生物工业。
新中国成立以后，微生物学在我国有了划时代的发展，一批主要进行微生物学研究的单位建立起来了，一些重点大学创设了微生物学专业，培养了一大批微生物学人才。现代化的发酵工业、抗生素工业、生物农药和菌肥工作已经形成一定的规模，特别是改革开放以来，我国微生物学无论在应用和基础理论研究方面都取得了重要的成果，例如我国抗生素的总产量已跃居世界首位，我国的两步法生产维生素C的技术居世界先进水平。近年来，我国学者瞄准世界微生物学科发展前沿，进行微生物基因组学的研究，现已完成痘苗病毒天坛株的全基因组测序，最近又对我国的辛德毕斯毒株（变异株）进行了全基因组测序。1999年又启动了从我国云南省腾冲地区热海沸泉中分离得到的泉生热袍菌全基因组测序，目前取得可喜进展。我国微生物学进入了一个全面发展的新时期。但从总体来说，我国的微生物学发展水平除个别领域或研究课题达到国际先进水平，为国外同行承认外，绝大多数领域与国外先进水平相比，尚有相当大的差距。因此如何发挥我国传统应用微生物技术的优势，紧跟国际发展前沿，赶超世界先进水平，还需作出艰苦的努力。
5食品微生物学研究的内容与任务
5.1食品微生物学研究的内容
食品微生物学（Food?Microbiology）是专门研究微生物与食品之间的相互关系的一门科学。它是微生物学的一个重要分支。它是一门综合性的学科，它融合了普通微生物学、工业微生物学、医学微生物学、农业微生物学和食品有关的部分，同时又渗透了生物化学、机械学和化学工程有关内容。食品微生物学是食品科学与工程专业的专业基础课，学习这门课程的目的是为食品专业的学生打下牢固的微生物学基础和熟练的食品微生物学技能。食品微生物学所研究的内容包括,
(1)研究与食品有关的微生物的活动规律；
(2)研究如利用有益微生物为人类制造食品；
(3)研究如何控制有害微生物、防止食品发生腐败变质；
(4)?研究检测食品中微生物的方法，制定食品中微生物指标，从而为判断食品的卫生质量而提供科学依据。
5.2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。但是，不同的食品或在不同的条件下，其微生物的种类、数量和作用亦不相同。食品微生物学研究研究的内容包括与食品有关的微生物的特征、微生物与食品的相互关系及其生态条件等，所以从事食品科学的人员应该了解微生物与食品的关系。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。
5.2.1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。随着对微生物与食品关系的认识日益深刻，逐步阐明微生物的种类及其机理，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有三种方式：①微生物菌体的应用。食用菌就是受人们欢迎的食品；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；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。②微生物代谢产物的应用。人们食用的食品是经过微生物发酵作用的代谢产物，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它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，使其更好的发挥有益作用，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。
5.2.2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，因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含有毒素的食物，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，采用现代的检测手段，对食品中的微生物进行检测，以保证食品安全性，这也是食品微生物学的任务之一。
总之，食品微生物学的任务在于，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。
思考题,
1．什麽是微生物？什麽是微生物学？
2．简述生物界的六界分类系统？
3．简述微生物的生物学特征，并举例说明。
4．简述微生物学的形成和发展，及各个发展时期的代表人物和其科学贡献。
5．简述我国微生物学的发展。
6．食品微生物学的研究内容是什麽？微生物在食品中的应用有哪些形式
第2章 微生物主要类群及其形态与结构本章的学习目的与要求,
重点掌握细菌、霉菌、酵母菌的细胞形态结构及其生理功能；真菌无性孢子和有性孢子的形成及其特性。了解几种常见的细菌、霉菌和酵母菌的生物学特性以及在食品加工业中的应用。了解病毒的一般特性，温和噬菌体与溶源性，毒性噬菌体与噬菌体增殖及其对食品发酵工业的危害性。
1原核微生物与真核微生物的概念及其主要区别
微生物是一群种类繁多、庞杂的包括细胞型与非细胞型的两类生物。凡是有细胞形态的微生物称为细胞型微生物，按其细胞结构又可分为原核微生物与真核微生物。由于生物科学的不断深入和手段的不断改善，尤其是电子显微镜的应用和细胞超微结构的研究，发现细胞生物的细胞核存在着两种类型，称之为真核与原核。原核生物细胞有明显的核区，核区内只有一条双螺旋结构的脱氧核糖核酸（DNA）构成的染色体；原核生物细胞的核区没有核膜包围，称为原核。真核生物细胞内有一个明显的核，其染色体除含有双螺旋结构的脱氧核糖核酸（DNA）外还含有组蛋白，核由一层核膜包围，称为真核。
2原核微生物的形态、结构及其生理功能
原核微生物主要包括细菌、放线菌、蓝细菌以及形态结构比较特殊的立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体等，本节重点介绍细菌、放线菌、蓝细菌。
2.1?细菌（bacteria）
细菌是原核微生物的一大类群，在自然界分布广，种类多，与人类生产和生活的关系也十分密切，是微生物学的主要研究对象。
2.1.1细菌个体形态
细菌是单细胞原核生物，即细菌的个体是由一个原核细胞组成，一个细胞就是一个生活个体。虽然细菌种类繁多，但其基本形态分为：球状、杆状和螺旋状。分别称为球菌、杆菌和螺旋菌。
(1)?球菌细胞是球形或近似球形的。有的单独存在，有的连在一起。球菌分裂之后产生新的细胞常保持一定的排列方式，这种排列方式在分类学上很重要。可分为,
①单球菌?分裂后的细胞分散而单独存在的为单球菌。如尿素微球菌（Micrococcus?ureae）。
②双球菌?分裂后两个球菌成对排列，如肺炎双球菌（Diplococcus?pneumoniae）。
表2-1原核微生物与真核微生物的主要区别
细胞结构原核生物真核生物
细胞壁由肽聚糖、其它多糖、蛋白质和糖蛋白组成通常为多糖组成，包括纤维素
质膜不含固醇含固醇
内膜简单，仅存在于某些细菌中复杂，内质网、高尔基体
核糖体70s80s（线粒体和叶绿体中的核糖体为70s）
具单位膜的细胞器无有几种细胞器
呼吸系统在部分质膜和内膜中在线粒体中
光合色素在内膜或绿色体中，无叶绿体在叶绿体中
细胞核拟核完整的核
核仁无有
DNA通常为一个环状大分子，也存在于质粒中同组蛋白结合，存在于染色体中
细胞分裂缺有丝分裂进行有丝分裂
有性生殖不具备具备，进行减数分裂
鞭毛结构鞭毛较细（中空管状结构）鞭毛较粗（“9+2”结构）
细胞大小1~10μm10~100μm
注：s是沉降系数（svedberg）,用来测定颗粒大小。
③链球菌分裂是沿一个平面进行，分裂后细胞排列成链状，如乳链球菌（Streptococcus?lactis）。
④四联球菌沿两个相垂直的平面分裂，分裂后每四个细胞在一起呈田字形，称四联球菌。如四联微球菌（Micrococcus?tetragenus）。
⑤八叠球菌按3个互相垂直的平面进行分裂后，每8个球菌在一起成立方形，如尿素八叠球菌（Sarcina?ureae）。
⑥葡萄球菌分裂面不规则，多个球菌聚在一起，像一串串葡萄。如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus?aureus）（图2-1）。
(2)?杆菌杆菌是细菌中种类最多的类型，杆菌细胞是长形，其长度大于宽度，由于比例不同，往往杆菌的长短差别很大。长的杆菌呈圆柱形，有的甚至呈丝状，短的杆菌有时接近椭圆形，几乎和球菌一样，易与球菌混淆称为短杆菌。杆菌的形态也依种的不同有所差异，有的菌体呈纺锤状，有的杆菌有明显分枝。杆菌两端的不同形状，常作为鉴别菌种的依据。有些杆菌一端膨大另一端细小，形如棒状的称为棒状杆菌。形如梭状的称为梭状杆菌。此外菌体排列的形式也有不同，排列成对的称双杆菌，形成链状的称链杆菌。还有些杆菌可以产生芽孢称为芽孢杆菌。而不产生芽孢的亦称无芽孢杆菌。杆状菌的形状与排列有一定的分类鉴定意义（图2-2）。工农业生产中用到的细菌大多数是杆菌。例如用来生产淀粉酶与蛋白酶的枯草杆菌（Bacillus?subtilis）。生产谷氨酸的北京棒状杆菌（Corynebacterium?pekinense）。乳品工业中保加利亚乳杆菌（Lactobacillus?bulgaricus）等。
(3)?螺旋菌细胞呈弯曲状，根据其弯曲程度不同而分为弧菌和螺旋菌。
①弧菌菌体弯曲呈弧形或逗号形。如逗号弧菌（Vibrio?comma）是霍乱病的病原菌。
②螺旋菌菌体回转如螺旋，螺旋数目的多少及螺距大小随菌种不同而异。如减少螺菌（Spirillum?minus）（图2-3）。
细菌的形态与环境因子有关，例如与培养温度、培养基的成分与浓度、培养的时间有关。各种细菌在幼龄时和适宜的环境条件下表现出正常形态。当培养条件变化或菌体变老时，常常引起形态的改变，尤其是杆菌。有时菌体显著伸长呈丝状、分枝状或呈膨大状，这种不整齐形态称为异常形态。异常形态中又依其生理机能的不同分为畸形和衰颓形两种。畸形就是由于化学或物理因素的刺激，阻碍细胞的发育引起形态的异常变化，如巴氏醋酸杆菌（Acetobacter?Pasteurianus）正常情况下为短杆菌，由于培养温度的改变而成纺锤状、丝状或链锁状（图2-4）。衰颓形是由于培养时间过久，细胞衰老，养分缺乏或由于自身代谢产物积累过多等原因而引起的异常形态。此时细胞繁殖终止，形体膨大构成液泡，染色力弱，有时菌体虽然存在而实际上已死亡。如乳酪芽孢杆菌（Bacillus?casei）普通正常情况培养为长杆菌，老熟时变成无繁殖力的分枝状的衰颓形（图2-5）。若再将它们转移到新鲜培养基上，并在合适的条件下生长，它们又将恢复其原来的形状。因此，在观察比较细菌形态时，必须注意因培养条件的变化而引起细胞形态的改变。
2.1.2细菌个体的大小
细菌细胞一般都很小，必须借助光学显微镜才能观察到，因此测量细菌的大小通常要使用放在显微镜中的显微测微尺来测量。细菌的长度单位为微米（μm）。如用电子显微镜观察细胞构造或更小的微生物时，要用更小的单位纳米（nm）或埃（?）
来表示，它们之间的关系是：1mm=103μm=106nm=107?。
球菌的大小以其直径表示，杆菌、螺旋菌的大小以宽度×长度来表示。螺旋菌的长度是以其自然弯曲状的长度来计算，而不是以其真正的长度计算的，细菌细胞大小见表2-2。
表2-2?细菌的大小
球状细菌直径（μm）
尿素微球菌（Micrococcus?ureae）1.0～1.5
金黄色微球菌（Micrococcus?aureus）0.8～1.0
乳链球菌（Streptococcus?lactis）0.5～0.6
最大八叠球菌（Sarcina?maxima）4.0
圆褐固氮菌（Azotobocter?chroococcum）4.0～6.0
旋动泡硫菌（Thiophysa?volutans）7.0～8.0
杆状细菌长度（μm）宽度（μm）
普通变形杆菌（Proteus?vulgaris）0.5～4.00.4～0.5
大肠杆菌（Escherichia?coli）1.0～2.00.5
德氏乳杆菌（Lactobacillus?delbruckii）2.8～7.00.4～0.7
枯草杆菌（Bacillus?subtilis）1.2～3.00.8～1.2
巨大芽孢杆菌（Bacillus?megatherium）3.0～9.01.0～2.0

螺旋状细菌
霍乱弧菌（Vibrio?cholerae）1.0～3.00.3～0.6
红色螺菌（Spirillum?rubrum）1.0～3.20.6～0.8
迂回螺菌（Spirillum?volutans）10～201.5～2.0
虽然细菌的大小差别很大，但一般都不超过几个微米，大多数球菌的直径为0.20～1.25μm。杆菌一般为0.20～1.25×0.30～8μm，产芽孢的杆菌比不产芽孢的杆菌要大，螺旋菌的为0.30～1×1～5.0μm。
由于细菌个体大小有很大差异，以及所用固定和染色方法不同，测量结果可能不一致。一般细菌在干燥与固定过程中，细胞明显收缩，测量结果往往只能得到近似值。有关细菌大小的记载常常是平均值或代表值。
影响细菌形态变化的因素同样也影响细菌个体的大小，除少数例外。一般幼龄的菌体比成熟的或老龄的菌体大的多，但宽度变化不明显。细菌细胞大小还可能与代谢产物的积累或培养基中渗透压增加有关。
2.1.3细菌细胞的结构
细菌的基本结构包括细胞壁、细胞质膜、细胞质及细胞核等四部分组成，有些细菌还有荚膜、鞭毛和芽孢等特殊结构（图2-6）。
基本结构是任何一种细菌都具有的，而特殊结构只限于某些种类细菌才有，是细菌分类鉴定的重要依据。
(1）细胞壁（cell?wall）细胞壁在细菌菌体的最外层。为坚韧、略具有弹性的结构。细胞壁约占细胞干重的10%～25%。各种细菌的细胞壁厚度不等，一般在10～80nm之间。
细胞壁具有保护细胞及维持细胞外形的功能。失去细胞壁的各种形态的菌体都将变成球形。细菌在一定范围的高渗溶液中细胞质收缩，但细胞仍然可保持原来的形状，在一定的低渗溶液中细胞则会膨大，但不致破裂。这些都与细胞壁具有一定坚韧性及弹性有关。细菌细胞壁的化学组成也与细菌的抗原性、致病性以及对噬菌体的敏感性有关。有鞭毛的细菌失去细胞壁后，可仍保持其鞭毛但不能运动，可见细胞壁的存在是鞭毛运动所必需的，可能是为鞭毛运动提供可靠的支点。此外细胞壁实际上是多孔性的，可允许水及一些化学物质通过，并对大分子物质有阻拦作用。
构成细胞壁的基本骨架是肽聚糖（peptidoglycan）层，由氨基糖和氨基酸组成，它含有N-乙酰葡萄糖胺（N-acetylglucosamine,?NAG）和N-乙酰胞壁酸（N-acetylmuramic?acid,?NAM）两种氨基糖（图2-7a），这两种氨基糖或直接连接或通过甘氨酸间桥而交替相连形成长链。连接到NAM羧基的四肽链，含D-谷氨酸、D-和L-丙氨酸和二氨基庚二酸或赖氨酸。D构型的氨基酸是细菌细胞壁（有时还有荚膜）所特有的。四肽链同其它氨基糖四肽依次连接（图2-7b）形成坚韧的肽聚糖套层。有许多细菌在肽聚糖外面还有外膜（outer?membrane）。
采用革兰氏染色技术可以将细菌细胞壁区分为两种类型，革兰氏阳性（G＋）和革兰氏阴性（G—）。革兰氏染色（Gram?stain）是丹麦医生革兰（Hans?Christian?Gram）于1884年采用表2-3所列程序对细菌染色，结果因显色不同可将细菌区分为两类，分别称为革兰氏阳性和阴性。
表2-3?革兰氏染色程序和结果
步骤方法结果
阳性（G+）阴性（G—）
初染结晶紫30s紫色紫色
媒染剂碘液30s仍为紫色仍为紫色
脱色95%乙醇10～20s保持紫色脱去紫色
复染蕃红（或复红）30～60s仍显紫色红色
细菌的不同显色反应是由于细胞壁对乙醇的通透性和抗脱色能力的差异，主要是肽聚糖层厚度和结构决定的。经结晶紫染色的细胞用碘液处理后形成不溶性复合物，乙醇能使它溶解，所以染色的前二步结果是一样的，但在G＋细胞中，乙醇还能使厚的肽聚糖层脱水，导致孔隙变小，由于结晶紫和碘的复合物分子太大，不能通
过细胞壁，保持着紫色。在G—细胞中，乙醇处理不但破坏了胞壁外膜，还可能损伤肽聚糖层和细胞质膜，于是被乙醇溶解的结晶紫和碘的复合物从细胞中渗漏出来，当再用衬托的染色液复染时，显现红色。红色染料虽然也能进入已染成紫色的G+细胞，但被紫色盖没，红色显示不出来。
革兰氏阳性和阴性细菌细胞壁的结构比较如图2-8所示。
①革兰氏阳性细菌的细胞壁
G＋细菌细胞壁具有较厚（20-80nm）而致密的肽聚糖层，多达20层，占细胞壁成分的60%～90%，它同细胞膜的外层紧密相连（图2-9）。有的G＋细菌细胞壁中含有磷壁酸（teichoic-acid），也称胞壁质（murein），它是甘油和核糖醇的聚合物，磷壁酸通常以糖或氨基酸的酯而存在。由于磷壁酸带负电荷，它在细胞表面能调节阳离子浓度。磷壁酸与细胞生长有关，细胞生长中有自溶素（autolysins）酶类起作用，磷壁酸对自溶素有调节功能，阻止胞壁过度降解和壁溶。
如果细胞壁的肽聚糖层被消溶，G＋细胞成为原生质体（protoplasts），细胞壁不复存在，而只存留细胞膜。除链球菌外，大多数G＋细菌细胞壁中含极少蛋白质。
②革兰氏阴性细菌的细胞壁G—细菌细胞壁比G＋细菌细胞壁薄（15～20nm）而结构较复杂，分外膜（outer?membrane）和肽聚糖层（2～3nm）（图2-10）。在细胞壁和细胞质膜之间有一个明显的空间，称为壁膜间隙（periplasmic?space）。
外膜G—细菌细胞壁外膜的基本成分是脂多糖（lipopolysaccharide,LPS），它同细胞质膜相同之处也是双层类脂，但除磷脂外还含有多糖和蛋白质。
LPS的多糖部分包括核心多糖和O-特异多糖。O-特异多糖由重复分支的碳水化合物分子组成，含有已糖（葡萄糖、半乳糖和鼠李糖）和二脱氧已糖。由于糖的种类不同，使各种G—细胞具有不同特性的LPS。核心多糖（core?polysaccharide）的主要组分是酮脱氧辛酸（ketodeoxyoctonate,?KDO）。
外膜中还含有几种蛋白，如脂蛋白、通透蛋白。有些蛋白具有通孔作用（porin），调控外界分子进入细胞；有的蛋白分子可以作为噬菌体的受体；许多G—细菌对高等生物有致病性是由LPS的成分决定的，它的毒性组分常称为内毒素（endotoxins）。
肽聚糖层G—细菌细胞壁的肽聚糖层很薄，在大肠杆菌和其它细菌中仅有单
层。肽聚糖层和外膜的内层之间通过脂蛋白连接起来。
壁膜间隙G—细菌细胞壁的外膜与细胞质膜之间存在明显的壁膜间隙，一层薄的肽聚糖处于其间，肽聚糖层和细胞质膜之间的间隙较宽，肽聚糖层至外膜之间的间隙较窄。大肠杆菌的壁膜间隙宽度为12～15nm，呈胶胨态。其间含有三类蛋白质：水解酶，催化食物的初步降解；结合蛋白，启动物质转运过程；化学受体（chemoreceptors），在趋化性中起作用的蛋白。
尽管细胞壁是细菌的重要结构成分，但自然界也存在无壁细菌，如支原体属于
这一类。G＋?和G—?细菌由于自发突变或在培养时用青霉素处理可以形成无壁细胞或胞壁残缺不全的L型细胞。这种缺乏坚硬的肽聚糖细胞壁的L型细胞可以继续繁殖，甚至再形成胞壁。如果肽聚糖被全部去除无残余留下，则细胞壁不能再合成。这种形态同无胞壁的支原体是相关的，但不能混淆。
(2）细胞膜细胞质膜（cytoplasmic?membrane）,简称质膜（plasma?membrane），是围绕细胞质外面的双层膜结构，使细胞具有选择吸收性能，控制物质的吸收与排放，也是许多生化反应的重要部位。
质膜的基本结构是磷脂双层（phospholipid?bilayer），含有高度疏水的脂肪酸和相对亲水的甘油两部分。磷脂的亲水和疏水双重性质使它具有方向性，由双层磷脂构成的质膜其疏水的两层脂肪酸链相对排列在内，亲水的两层磷酸基则相背排列在外，类似于G—细菌细胞壁外层的双层磷脂结构，称为单位膜，这种排列结构使质膜成为有效控制物质通透的屏障。
质膜很薄，约5～10nm厚。蛋白质镶嵌在双层磷脂中，并伸向膜内外两侧（图2-11）。分为两类，边缘蛋白（peripheral?proteins）和整合蛋白（integral?proteins）。边缘蛋白的含量约为膜蛋白的20%～30%，它们可溶于水溶液；整合蛋白含量为70%～80%，不容易从质膜中抽提出来，也不溶于水溶液。同膜类脂一样，整合蛋白也有两亲性（amphipathic），它的疏水区段埋于类脂中，亲水区段伸向质膜外，可以侧向扩展，但不能在类脂层中翻转或旋转。蛋白质在双层磷脂中扩散的状况决定于脂肪酸链的饱和度与支链数以及温度条件，温度愈高，膜的流动性愈大。嗜冷细菌质膜的类脂是高度不饱和的，能在低温下流动；而嗜热细菌质膜类脂的饱和度和支链脂肪酸含量较高。一般原核细胞质膜不含固醇，但有些原核细胞质膜中含有五环类固醇物（hopanoides），其结构类似于真核生物质膜中的固醇，可能有加固细胞质膜的作用。不具细胞壁的支原体在质膜中则含有固醇。
质膜的基本功能是调控物质的流入与排出，对性质各异的物质具有不同的机制来运输，包括扩散和主动运输等方式。当质膜内外两侧溶质的浓度不同时，水分从低浓度溶质一侧通过质膜流向高浓度一侧，直到两侧的浓度达到平衡，或是由于压力而阻止水分子进一步流动时为止。由于溶质浓度差而使水分通过质膜的过程称为渗透作用，是被动扩散的一种方式，它对质膜造成一种压力，即渗透压。
质膜常与呼吸作用和磷酸化作用的细胞能量平衡往往是相联系的。在大多数细菌中，电子转移系统和呼吸酶类位于质膜中。
(3）中体（mesosome）或中间体细菌的细胞膜折皱陷入到细胞质内，形成一些管状或囊状的形体称中体或中间体，其中酶系发达是能量代谢的场所。此外，细菌细胞分裂时与细胞壁的隔膜的合成，以及核的复制有关。
(4）细胞质（protoplast）细胞质是位于细胞膜内的无色透明粘稠状胶体，是细菌细胞的基础物质，其基本成分是水、蛋白质、核酸和脂类，也含有少量的糖和无机盐类。细菌细胞质与其他生物细胞质的主要区别是其核糖核酸含量高，核糖核酸的含量可达固形物的15%～20%。据近代研究表明，细菌的细胞质可分为细胞质区和染色质区。细胞质区富于核糖核酸，染色质区含有脱氧核糖核酸。由于细菌细胞质中富有核糖核酸，因而嗜碱性强，易被碱性和中性染料所着色，尤其是幼龄菌。老龄菌细胞中核糖核酸常被作为氮和磷的来源而被利用，核酸含量减少，故着色力降低。
细胞质具有生命物质所有的各种特征，含有丰富的酶系，是营养物质合成、转化、代谢的场所，不断地更新细胞内的结构和成分，使细菌细胞与周围环境不断地进行新陈代谢。
(5）细胞核（nucleus）细菌只具有比较原始形态的核或称拟核（nucleoid）。它没有核膜、核仁，只有一个核质体或称染色质体。一般呈球状、棒状或亚铃状，由于细胞核分裂在细胞分裂之前进行，所以，在生长迅速的细菌细胞中有两个或四个核，生长速度低时只有一个或两个核。
由于细菌核质体比其周围的细胞质电子密度较低，在电子显微镜下观察呈现透明的核区域，用高分辨率的电镜可观察到细菌的核为丝状结构，实际上是一个巨大的、连续的环状双链DNA分子（其长度可达1mm），比细菌本身长很多倍折叠缠绕形成的。细胞核在遗传性状的传递中起重要作用。
在很多细菌细胞中尚存有染色体外的遗传因子，为环状DNA分子，分散在细胞质中能自我复制，称为质粒（plasmid）。而附着在染色体上的质粒叫附加体。质粒携带着遗传信息，一般质粒携带的基因是细菌细胞的次级代谢基因；质粒可自我复制、稳定遗传，随细菌繁殖在子代细胞中代代相传，质粒在细胞中有时可自行消失，但没有质粒的细菌不能自行产生。质粒在基因工程的研究中重要的基因载体工具之一。
(6）核糖体（ribosome）核糖体是细胞中核糖核蛋白的颗粒状结构，由核糖核酸（RNA）与蛋白质组成，其中RNA约占60%，蛋白质占40%，核糖体分散在细菌细胞质中，其沉降系数为70S，是细胞合成蛋白质的场所，其数量多少与蛋白质合成直接相关，随菌体生长速度而异，当细菌生长旺盛时，每个菌体可有104个，生长缓慢时只有2?000个。细胞内核糖体常成串联在一起，称为多聚核糖体。
(7）细菌细胞的内含物细胞质内的主要内含物有以下一些,
气泡（gas?vacuole）某些细菌如盐杆菌（Halobacterium）含有气泡，气泡吸收空气以其中氧气组分供代谢需要，并帮助细菌漂浮到盐水上层吸收较多的大气。
(8)?颗粒状内含物细菌细胞内含有各种较大的颗粒，大多为细胞贮藏物,颗粒的多少随菌龄及培养条件的不同有很大变化。
①异染颗粒（metachromaticgranules）是普遍存在的贮藏物，其主要成分是多聚偏磷酸盐，有时也被称为捩转菌素（volutin），多聚磷酸盐颗粒对某些染料有特殊反应，产生与所用染料不同的颜色，因而得名异染颗粒。如用甲苯胺蓝、次甲基蓝染色后不呈蓝色而呈紫红色。棒状杆菌和某些芽孢杆菌常含有这种异染颗粒。当培养基中缺磷时，异染颗粒可用为磷的补充来源。
②聚β-羟基丁酸（poly-β-hydroxybutyric?acid）颗粒聚β-羟基丁酸是一类类脂物，一些细菌如巨大芽孢杆菌、根瘤菌、固氮菌、肠杆菌的细胞内均含有聚β-羟基丁酸的颗粒（是碳源与能源性贮藏的物质）。由于易被脂溶性染料如苏丹黑（Sudan?black?）着色，故常被误认为是脂肪滴或油球，其结构式为,

③肝糖（glycogen）粒与淀粉粒（granulose）某些肠道杆菌和芽孢杆菌体内可积累一些多聚葡萄糖，用稀碘液可染成红棕色即为肝糖。有些梭状芽孢杆菌在形成芽孢时有细菌淀粉粒的积累，可被碘液染成蓝色。
④脂肪粒这种颗粒折光性较强，可用苏丹Ⅲ（sudan?Ⅲ）染成红色，随着细菌的生长细菌体内脂肪粒的数量亦会增加，细胞破裂后脂肪粒游离出来。
⑤硫滴硫磺细菌，如紫色硫细菌和贝氏硫细菌等，当环境中含有H2S的量很高时，它们可以把H2S氧化成硫，在体内积累起来，形成大分子的折光性很强的硫滴，为硫素贮藏物质。如果环境中H2S不足时，又可把硫进一步转变成硫酸盐，从中获得能量。
⑥液泡许多细菌当其衰老时，细胞质内就会出现液泡。其主要成分是水和可溶性盐类，被一层含有脂蛋白的膜包围。
由于细菌的发育阶段不同，以及营养和环境的差异，各种细菌甚至同种细菌之间，内含物的数量和成分也可不同，但是同一菌种在相同的环境条件下常含有相同的内含物，这一点有助于细菌的鉴定。
2.1.4细菌细胞的特殊结构
鞭毛、荚膜、芽孢等是某些细菌特有的结构，它们在细菌分类鉴定上具有重要作用。
(1）鞭毛（flagella）某些细菌能从体内长出纤细呈波状的丝状物称为鞭毛，是细菌的“运动器官”。在电镜下观察能看到鞭毛起源于细胞质膜内侧，细胞质区内一个颗粒状小体，此小体称为基粒?（basal?body）。鞭毛自基粒长出穿过细胞壁延伸到细胞外部（图2-12）。
鞭毛长度一般可超过菌体若干倍，而直径极微小约为10～25nm，由于已超过普通光学显微镜的可视度，只有用电镜直接观察或经过特殊的染色方法（鞭毛染色），使染料堆积在鞭毛上因而鞭毛加粗，才可用光学显微镜观察到。另外用悬滴法及暗视野映光法观察细菌的运动状态以及有半固体琼脂穿刺培养，从菌体生长扩散情况也可以初步判断细菌是否具有鞭毛。
大多数球菌不生鞭毛，杆菌中有的生鞭毛有的不生鞭毛，弧菌与螺旋菌都生鞭
毛。鞭毛着生的位置、数目是细菌种的特征，依鞭毛的数目与位置分下列几种,
单生偏端单生鞭毛菌在菌体的一端长一根鞭毛如霍乱弧菌（Vibrio?cholerae)。
两端单生鞭毛菌在菌体两端各生一根鞭毛，如鼠咬热螺旋体（Spirochaeta?morsus-muris）。
丛生偏端丛生鞭毛菌在菌体一端丛生鞭毛，如铜绿假单胞杆菌（Pseudomonas?aeruginosa）。
两端丛生鞭毛菌在菌体两端各丛生鞭毛，如红色螺菌（Spirillum?rubrum）。
周生菌体周生鞭毛称周毛菌，如枯草杆菌（Bacillus?subtilis）、大肠杆菌等。图2-13是几种鞭毛类型的示意图。
鞭毛主要的化学成分是鞭毛蛋白，它与角蛋白、肌球蛋白、纤维蛋白属于同类物质，所以鞭毛的运动可能与肌肉收缩相似。
鞭毛是细菌的运动器官，有鞭毛的细菌在液体中借鞭毛运动，其运动方式依鞭毛着生位置与数目不同而不同。单毛菌和丛毛菌多做直线运动，运动速度快，有时也可轻微摆动。周毛菌常呈不规则运动，而且常伴有活跃的滚动。
鞭毛虽是某些细菌的特征，但在不良的环境条件如培养基成分的改变，培养时间过长，干燥、芽孢形成、防腐剂的加入等都会使细菌丧失生长鞭毛的能力。
有些细菌的表面有比鞭毛短而细（直径3～10nm）的菌毛（pili或fimbriae），数目常多于鞭毛。菌毛的结构和功能不同于鞭毛，它发生于质膜或紧贴质膜的细胞质中，是僵硬的蛋白质丝或细管，能使大量菌体缠结在一起。菌毛能使细胞吸附在固体表面或液体表面，形成菌膜（pellicle）和浮渣（scum）。还有的细菌（如大肠杆菌）具有类似于菌毛的毛状物称为性菌毛（sex?pili）。性菌毛比菌毛稍长，数量比菌毛少，只有一根或几根。性菌毛在细菌接合交配时起作用。
(2）荚膜（capsule）有些细菌在生命过程中在其表面分泌一层松散透明的粘液物质，这些粘液物质具有一定外形，相对稳定地附于细胞壁外面，则称为荚膜。没有明显边缘，可以扩散到环境中的称为粘液层。荚膜一般围绕在每一个细菌细胞的外围，但也有多个细菌的荚膜连在一起，其中包含着许多细菌称为菌胶团（图2-14）。
荚膜折光率很低，不易着色，必须通过特殊的荚膜染色方法，一般用负染色法，即使背景和菌体着色，而荚膜不着色，使之衬托出来，可用光学显微镜观察到。
荚膜含有大量水分。约占90%，还有多糖或多肽聚合物。荚膜的形成既受遗传特性所决定，又与环境条件有密切关系。生长在含糖量高的培养基上的菌容易形成荚膜，如肠膜明串珠细菌（Leuconostoc?mesenteroides），只有在含糖量高、含氮量低的培养基中才能产生荚膜。某些病原菌如炭疸芽孢杆菌只在寄主体内才形成荚膜，在人工培养基上不形成荚膜，形成荚膜的细菌也不是整个生活期内都形成荚膜，如肺炎双球菌在生长缓慢时形成荚膜。某些链球菌在生长早期形成荚膜，后期则消失。
荚膜虽然不是细菌的主要结构，通过突变或用酶处理，失去荚膜的细菌仍然能生长正常，但荚膜也有其一定的生理功能，由于荚膜的存在可以保护细菌在机体内不易被白血球所吞噬，使细菌具有比较强的抗干燥作用。当营养物缺乏时可作为碳源及能源而被利用，某些细菌由于荚膜的存在而具有毒力，如具有荚膜的肺炎双球菌毒力很强，当失去荚膜时，则失去毒性。
(3）芽孢（spore）有些细菌当生长到一定时期繁殖速度下降，菌体的细胞原生质浓缩，在细胞内形成一个圆形、椭圆形或圆柱形的孢子。对不良环境条件具有较强的抗性的休眠体称为芽孢或内生孢子（endospore）。菌体在未形成芽孢之前称繁殖体或营养体。
能否形成芽孢是细菌种的特征，受其遗传性的制约，在杆菌中形成芽孢的种类较多，在球菌和螺旋菌中只有少数菌种可形成芽孢。
芽孢有较厚的壁和高度折光性，在显微镜下观察芽孢为透明体。芽孢难以着色，为了便于观察常常采用特殊的染色方法——芽孢染色法。
各种细菌芽孢形成的位置、形状与大小是一定的，是细菌鉴定的重要依据。有的可位于细胞的中央，有的位于顶端或中央与顶端之间，芽孢在中央如果其直径大于细菌的宽度时，细胞呈梭状，如丙酮丁醇梭菌(Clostridium?acetobutylicum)。芽孢在细菌细胞顶端如芽孢直径大于细菌的宽度时，则细胞呈鼓槌状，如破伤风梭菌（Clostridium?tetani）。芽孢直径如小于细菌细胞宽度则细胞不变形，如常见的枯草杆菌，蜡状芽孢杆菌（Bacillus?cereus）等。芽孢的形状、大小和位置（图2-15）。
细菌是否形成芽孢是由其遗传性决定，但也需要一定的环境条件。菌种不同需要环境条件也不相同，大多数芽孢杆菌是在营养缺乏、温度较高或代谢产物积累等不良条件下，在衰老的细胞体内形成芽孢。但有的菌种需要在营养丰富、适宜温度的条件下形成芽孢，如苏云金芽孢杆菌（Bacillus?thuringiensis）在营养丰富，温度和通气等适宜条件时在幼龄细胞中大量形成芽孢。
细菌形成芽孢包括一系列复杂过程(图2-16)。在电镜下观察芽孢形成的过程是：开始时细胞中核物质凝集向细胞一端移动，细胞质膜内陷延伸形成双层膜，构成芽孢的横隔壁，将核物质与一部分细胞质包围而形成芽孢。
不论在什么条件下所形成的芽孢其对不良的环境都有很强的抵抗能力，有的芽孢在不良的条件下可保持活力数年、数十年，甚至更长的时间。芽孢尤其耐高温，如破伤风梭菌在沸水中可存活3h。经研究证明芽孢耐高温的原因是由于芽孢形成时可同时形成2，6-吡啶二羧酸（dipicolinic?acid），简称DPA，在细菌的营养细胞和其他生物的细胞中均未发现有DPA存在。DPA的结构式为,
DPA在芽孢中以钙盐的形式存在，占芽孢干重的15%。芽孢形成时DPA很快形成，DPA形成后芽孢就具有耐热性，当芽孢萌发时DPA就被释放出来，同时芽孢也就丧失耐热能力，因此芽孢的高度耐热性主要与它的含水量低，含有DPA以及致密的芽孢壁有关。
芽孢在合适的条件下开始萌发，如在营养、水分、温度等条件适宜时芽孢即可萌发。芽孢萌发开始吸收水分、盐类和其他营养物质而体积涨大，折光率降低，染色性增强，释放DPA，耐热性消失，酶活性和呼吸力提高。孢子壁破裂而通过中部、顶端或斜上方伸出新菌体(图2-17)。最初新菌体的细胞质比较均匀，没有颗粒、液泡等，以后逐渐出现细胞内含物，菌体细胞亦恢复正常代谢。芽孢是细菌的休眠体，一个细胞内只形成一个芽孢，一个芽孢萌发也只产生一个营养体。
2.1.5细菌的繁殖与菌落形态特征
(1）细菌的繁殖细菌繁殖主要是简单的无性的二均裂殖。分裂时首先菌体伸长，核质体分裂，菌体中部的细胞膜从外向中心作环状推进，然后闭合而形成一个垂直于细胞长轴的细胞质隔膜，把菌体分开，细胞壁向内生长把横隔膜分为两层，形成子细胞壁，然后子细胞分离形成两个菌体。球菌依分裂方向及分裂后子细胞的状态，可以形成各种形态的群体。如单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌等。杆菌繁殖其分裂面都与长轴垂直，分裂后的排列形式也因菌种不同而其形态各异，有单生、双生、有的结成短链或长链，有的呈八字形、有的呈栅状排列（图2-18）。
除无性繁殖外，经电镜观察及遗传学研究证明细菌也存在有性结合，不过细菌的有性结合发生的频率极低。
(2）细菌菌落特征如果把单个微生物细胞接种到适合的固体培养基上后，在适合的环境条件下细胞就能迅速生长繁殖，繁殖的结果是形成一个肉眼可见的细胞群体，我们把这个微生物细胞群体称为菌落（colony）。
不同菌种其菌落特征不同，同一菌种因不同生活条件其菌落形态也不尽相同，但是同一菌种在相同培养条件下所形成的菌落形态是一致的，所以菌落形态特征对菌种的鉴定有一定的意义。
菌落特征包括菌落的大小、形态（圆形、丝状、不规则状、假根状等），侧面观察菌落隆起程度（如扩展、台状、低凸状、乳头状等），菌落表面状态（如光滑、皱褶、颗粒状龟裂、同心圆状等），表面光泽（如闪光、不闪光、金属光泽等），质地（如油脂状、膜状、粘、脆等），颜色与透明度（如透明、半透明、不透明等）（图2-19）。
此外菌落特征也受其他方面的影响，如产荚膜的菌落表面光滑，粘稠状为光滑型（S-型）。不产荚膜的菌落表面干燥、皱褶为粗糙型（R-型）。菌落的形态、大小有时也受培养空间的限制，如果两个相邻的菌落相靠太近，由于营养物有限，有害代谢物的分泌和积累而生长受阻。因此作为菌落的形态观察时一般以培养3～7天为宜，观察时要选择菌落分布比较稀疏处于孤立的菌落。菌落在微生物学工作中，主要用于微生物的分离、纯化、鉴定、计数等研究和选育种等的实际工作。
2.1.6食品中常见的细菌
在日常生活中食品经常受到细菌的污染，从而使食品变质；此外尚有些对人有益的细菌，人们常常利用它们制造一些食品或药品。现将常见的、主要的几个细菌属分述如下,
(1）假单胞杆菌属（Pseudomonas）直的或弯杆状（0.5～1μm×1.5～4μm）,革兰氏阴性菌，极生鞭毛，可运动、不生芽孢。化能有机营养型，需氧，在自然分布很广。某些菌株具有很强的分解脂肪和蛋白质的能力。它们污染食品后如环境条件适宜，可在食品表面迅速生长，一般产生水溶性色素、氧化产物和粘液，引起食品产生异味及变质，很多菌在低温下能很好的生长，所以在冷藏食品的腐败变质中起主要作用。例如：荧光假单胞菌（Ps.?fluorescens）在低温下可使肉、牛乳及乳制品腐败。腐败假单胞菌（Ps.?putrefacicus），可使鱼、牛奶及乳制品腐败变质。可使奶油的表面出现污点。菠萝假单胞菌（Ps.?ananas）可使菠萝果实腐烂，被侵害的组织变黑并枯萎。
(2）醋酸杆菌属（Acetobacter）醋酸杆菌分布也很普遍，一般从腐败的水果、蔬菜及变酸的酒类、果汁等食品中都能分离出醋酸杆菌。细菌细胞呈椭圆形杆状、单生或成链状，不生芽孢，需氧，运动或不运动。本属菌有很强的氧化能力，可将乙醇氧化成醋酸。醋酸菌有两种类型的鞭毛，一群为周生鞭毛，它们可以把生成的醋酸进一步氧化成CO2和水；另一群为极生鞭毛，它们不能进一步氧化醋酸。醋酸杆菌是制醋的生产菌株，在日常生活中常常危害水果与蔬菜，使酒、果汁变酸。
(3）无色杆菌属（Achromobacter）为革兰氏阴性杆菌，分布在水和土壤中，有鞭毛，能运动。多数能分解葡萄糖和其他糖类产酸而不产氧，能使禽、肉和海产品变质发粘。
(4）产碱杆菌属（Aicaligenes）为革兰氏阴性菌，这个属细菌不能分解糖类而产酸，能产生灰黄色、棕黄色、或黄色色素。分布极广，存在于水、土壤、饲料和人畜的肠道内。能使乳制品及其他动物性食品产生粘性而变质，能在培养基上产碱。
(5）黄色杆菌属?（Flavobacterium）细胞直杆或弯曲状（0.2～2.0×0.5～6.0μm），通常极生鞭毛，可运动，革兰氏染色阴性。好氧或兼性厌氧，有机营养型。中温或嗜冷，大多来源于水和土壤。菌落可产生黄色、桔红、红色或褐色非水溶性色素，有强分解蛋白质的能力，可产生热稳定的胞外酶，故可在低温下使牛乳及乳制品酸败。有的黄色杆菌在4℃引起牛乳变粘等。对其他食品如禽、鱼、蛋等食品同样引起腐败变质。
(6）埃希氏杆菌属（Escherichia）和肠细菌属（Enterobacter）这两个属均归于大肠菌群，细胞杆状（0.4～0.7×1.0～4.0μm）通常单个出现，周生鞭毛，可运动或不运动，革兰氏阴性菌，好氧或兼性厌氧，化能有机型。是食品中重要的腐生菌。存在于人类及牲畜的肠道中，在水、土壤中也极为常见。大肠杆菌（E.?coli）在合适条件下使牛乳及乳制品腐败产生一种不洁净或粪便气味。
(7）沙门氏菌（Salmonella）沙门氏菌为无芽孢杆菌，不产荚膜，通常可运动，具有周生鞭毛，也有无动力的变种，革兰氏阴性。该属菌常常污染鱼、肉、禽、蛋、乳等食品，特别是肉类。是人类重要的肠道致病菌。误食由此菌污染的食品，可引起肠道传染病或食物中毒。
(8）变形杆菌（Proteus）无芽孢的革兰氏阴性菌（0.4～0.6×1～3μm）,卵圆形。幼龄时常常变成缕状或弯曲状,周生鞭毛，运动性强。广泛分布于土壤、水及粪便之中。有较强分解蛋白质的能力，是食品的腐败菌，可引起食物中毒。
(9）利斯特氏菌属（Listeria）为无芽孢的短杆菌，革兰氏染色阳性，周生鞭毛，在低温下可以生长。所以，在冷藏食品中可以发现，是人畜共患利氏菌病的病原菌，可引起人的脑膜炎、败血症、肺炎等。在食品中常见的是单核细胞增生利斯特氏菌（L.monocytogenes）。
(10）乳杆菌属（Lactobacillus）菌体单个或呈链状。不运动或极少能运动，厌氧或兼性厌氧，革兰氏染色阳性，分解糖的能力很强。从牛乳、乳制品和植物产品中能分离出来。常常被用作生产乳酸、干酪、酸乳等乳制品的发酵菌剂。
(11）明串珠菌属（Leuconostoc）菌体呈圆形或卵圆形，呈链状排列，革兰氏阳性，分布较广，常常在牛乳、蔬菜、水果上发现。肠膜明串珠菌(Leuconostoc?mesenteroide)能利用蔗糖合成大量荚膜物质——葡萄糖。已被用来生产右旋糖酐，作为代血浆的主要成分。右旋糖酐具有维持血液渗透压的增加血溶量的作用，在临床上可以用于抗休克、消肿和解毒。但是，明串珠菌常给食品的污染带来麻烦，如牛乳的变粘以及制糖工业中增加了糖液粘度，影响过滤而延长了时间，降低了产量。
(12）双歧杆菌属（Bifidobacterium）双歧杆菌最初于1899年由法国巴斯德研究院的蒂赛尔首先从健康母乳喂养婴儿的粪便中分离出来。为革兰氏染色阳性多形态杆菌，呈丫字形、V字形、弯曲状、棒状、勺状等。菌种不同其形态不同。专性厌氧，目前市场上保健饮品风行，其中发酵乳制品及一些保健饮料常常加入双歧杆菌，以提高产品保健效果。
(13）芽孢杆菌属（Bacillus）细胞杆状，有些很大（0.3～2.2×1.2～7.0μm）。能出现单个、成对或短链状。端生或周生鞭毛，运动或不运动，革兰氏阳性，好氧或兼性厌氧，可产生芽孢，在自然界中广泛分布，在土壤、水中尤为常见。此菌产生芽孢具有一定对热的抗性。因此，在食品工业中是经常遇到的污染菌。蜡状芽孢杆菌（Bacillus?cereus）污染食品引起食物变质，尚可引起食物中毒。枯草芽孢杆菌（Bacillus?subtilis）常常引起面包腐败，但它们产生蛋白酶的能力强，常用作蛋白酶产生菌。这属中尚有炭疽芽孢杆菌（Bacillus?anthracis）能引起人、畜共患的烈性传染病——炭疽病。
(14）梭状芽孢杆菌（Clostridium）为厌氧性革兰氏阳性杆菌，罐装食品中引起腐败的主要菌种，解糖嗜热梭状芽孢杆菌（Cl.?thermosaccharolyticum）可分解糖类引起罐装水果、蔬菜等食品的产气性变质。腐败梭状芽孢杆菌（Cl.?putrefaciens）可以引起蛋白质食物的变质。肉类罐装食品中最重要的是肉毒梭状芽孢杆菌（Cl.?botulinum）,其芽孢产生在菌体的中央或极端，芽孢耐热性极大，能产生很强的毒素。
(15）微球菌属（Micrococcus）小球状的革兰氏阳性菌，需氧或兼性厌氧。在自然界分布很广，如土壤、水及人、动物体表面都可以分离出来。非致病性，菌落呈黄色、淡黄色、绿色或桔红色。污染食品可使食品变色。微球菌有耐热性和有较高的耐盐性，有些菌并且可在低温下生长，故可引起冷藏食品的腐败变质。
(16）链球菌（Streptococcus）细胞为球形、卵形。呈短链或长链排列。革兰氏阳性，很少运动，化能异养型，好氧或兼性厌氧。其中有些是人类或牲畜的病原菌。例如：酿脓链球菌（Streptococcus?pyogenes）可以从人类的口腔、喉、呼吸道、血液等有炎症的地方或渗出物中分离出来。是肌体发红发烧的原因，是溶血性的链球菌。乳房链球菌（Sc.?uberis）、无乳链球菌（Sc.agalactiae）常常是引起牛乳房炎的病原菌，有些也是引起食品变质的细菌。
(17）葡萄球菌（Staphy?lococcus）呈葡萄串状，革兰氏阳性。如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus?aureus）主要在鼻粘膜、人及动物的体表上发现，可引起感染。污染食品产生肠毒素，使人食物中毒。
2.2放线菌
放线菌是具多核的单细胞原核生物，革兰氏染色阳性。比较原始的放线菌细胞是杆状分叉或只有基质菌丝没有气生菌丝。典型的放线菌除发达的基质菌丝外，还有发达的气生菌丝和孢子丝(图2-19)。放线菌在抗生素工业中非常重要，目前生产的抗生素绝大多数都是由放线菌产生的。
2.2.1放线菌的形态
基质菌丝是紧贴固体培养基表面并向培养基里面生长的菌丝。基质菌丝也称营养菌丝，能产生黄、橙、红、紫、蓝、绿、灰、褐、黑等色素或不产色素。色素脂溶性或水溶性，水溶性色素在培养过程向培养基中扩散可使菌落周围培养基呈现颜色。气生菌丝是自培养基表面向空气中生长的菌丝，有波曲、螺旋、轮生等各种形态(图2-20)。
放线菌的孢子有球形,椭圆形或瓜子形等各种形态,孢子表面还有不同的纹饰。孢子呈白、黄、绿、淡紫、粉红、蓝、褐、灰等颜色（图2-21）。
2.2.2放线菌的菌落特征
放线菌的菌落特征因种而异，大致分为两类,
一类是以链霉菌为代表，其早期菌落类似细菌，后期由于气生菌丝和分生孢子的形成而变成表面干燥、粉粒状并常有辐射皱折。菌落一般小，质地较密，不易挑起并常有各种不同的颜色。
另一类中以诺卡氏菌为代表，菌落一般只有基质菌丝，结构松散，黏着力差，易于挑起，也有特征性的颜色。
2.2.3放线菌的繁殖
放线菌主要通过形成无性孢子的方式进行繁殖，也可靠菌丝片断进行繁殖。
放线菌的孢子形成，通过电镜观察表明：孢子丝的分裂只有横隔分裂的方式。链霉菌的孢子形成又有3个基本型：①间隙横隔；②由缢缩壁和间隙组成孢子横隔；③由缢缩壁形成孢子横隔。有些放线菌（游动放线菌科的各属）还形成孢子囊，长在气生菌丝或基内菌丝上，孢子囊内产生有鞭毛、能运动或无鞭毛、不运动的孢囊孢子（图2-22）。
放线菌为化能有机营养型，广泛利用各种糖类和碳水化合物为碳源和能源；利用有机氮或无机氮为氮源，其中弗兰克氏菌（Frankia）还能利用分子态氮。许多种类能产生抗生素、维生素和各种酶类，尤以产生抗生素著称。
放线菌在自然界中广泛分布，土壤中最多。大多腐生，少数寄生，在分解复杂有机质中起重要作用。弗兰克氏菌能与众多的非豆科植物共生结瘤固氮，在绿化造林、改良土壤、改善生态环境上有重要作用。在堆肥、稻草、垃圾堆制的自热过程中，会引起嗜热放线菌的富集，诱导产生耐高温、热稳定的纤维素酶、蛋白酶和β－1，3－葡聚糖酶等，促进纤维素进一步分解，加速堆肥腐熟，也是开发高温酶类的来源。
2.2.4常见放线菌代表种
(1）诺卡氏菌属（Nocardia）在固体培养基上生长时，只有基质菌丝，没有气生菌丝或只有很薄一层气生菌丝，靠菌丝断裂进行繁殖（图2-23）。该属产生多种抗生素。对结核分枝杆菌和麻疯分枝杆菌特效的利福霉素就是由该属菌产生的。
(2）链霉菌属（Streptomyces）
在固体培养基上生长时，形成发达的基质菌丝和气生菌丝。气生菌丝生长到一定时候分化产生孢子丝，孢子丝有直、波曲、螺旋形等各种形态（图2-24）。孢子有球形、椭圆、杆状等各种形态，并且有的孢子表面还有刺、疣、毛发等各种纹饰。链霉菌的气生菌丝和基质菌丝有各种不同的颜色，有的菌丝还产生可溶性色素分泌到培养基中，使培养基呈现各种颜色。链霉菌的许多种类产生对人类有益的抗生素。如链霉素、红霉素、四环素等都是由链霉菌（Streptomyces）中的一些种产生的。
(3）小单孢菌属（Micromonspora）
菌丝体纤细，只形成基质菌丝，不形成气生菌丝，在基质菌丝上长出许多小分枝，顶端着生一个孢子（图2-25）。
此属也是产生抗生素较多的一个属，如庆大霉素就是由该属的绛红小单孢菌(Micromonospora?purpurea)?和棘孢小单孢菌（M.echinspora）产生的。
2.3其他原核生物类群
2.3.1蓝细菌（Cyanobacteria）
蓝细菌在过去曾一直被称为蓝藻或蓝绿藻（Cyanophyta）。自从发现这类微生物的细胞核是原核而不是像其他藻类的核是真核之后，已改属于原核生物界，称为蓝细菌。蓝细菌的形态为球状和丝状，细胞壁外有粘质称为鞘或荚膜。蓝细菌一般借滑动行动。蓝细菌的生殖方式仅知为无性生殖，还没有发现有性生殖。蓝细菌在地球上分布很广，自热带到两极都有，普遍生长在淡水、海水和土壤内。它们是光合自养细菌，能耐受极端的环境条件，如高温和干燥。因此在干旱的沙漠地区内，单细胞的蓝细菌能在岩石下的缝隙内，利用少量湿气和日光生活，有些蓝细菌可以固定大气氮作为代谢的氮源。蓝细菌含有光合作用的色素，包括叶绿素a、类胡萝卜素，特别是β-胡萝卜素和两种水溶有色蛋白：一种是蓝色藻青蛋白（blue?phycocyanin）和另一种红色藻红蛋白（red?phycoerythrin）。在大多数的蓝细菌内，以蓝色藻青蛋白占优势。通常这类色素与叶绿素掺和在一起，使细胞呈蓝绿色，因而得名为蓝细菌，若在细胞内含有大量的红色藻红蛋白，细胞将呈现红色、紫色、褐色或黑色。
2.3.2螺旋体（Spirochetes）
螺旋体的形态特征和行动方式均不同于其他细菌，可归纳为一个独立的类群。这类原核生物的菌体细而长，是屈挠曲折、螺旋状卷曲的单细胞，在一螺旋体内有一个或多个小螺旋，宽0.09～0.75mm，长度2～500mm；革兰氏染色阴性，无鞭毛，靠体内轴丝运动。通过螺旋横向二分分裂繁殖；厌氧或兼性厌氧。有寄生或腐生，也有的为兼性寄生。其腐生性的生境广阔，包括淡水、海水、污水、沼泽地、动物器官等。昆虫的消化道内生存有螺旋体，特别是以木材为饲料的白蚁。瘤胃动物的肠道内也有。人类、猿类、猪、狗、鼠等的大肠上皮细胞以及人类口腔也有螺旋体的存在，最重要的寄生性螺旋体是密螺旋体和疏螺旋体两种。密螺旋体存在人类和动物的肠道、口腔和生殖道内。寄生性密螺旋体最重要的是梅毒密螺旋体，它可诱发人类接触传染和先天性梅毒。
2.3.3立克次氏体（Rickettsia）
Ricketts于1909年研究洛矶山斑疹热首先发现这个病害的病原菌。次年他不幸感染斑疹伤寒（typhus?fever）而丧命。为纪念他，把这类病原体命名为立克次氏体，把与其相关的微生物归纳在立克次氏体内。
立克次氏体比细菌小，一般这0.3~1×0.2~0.5mm。.立克次氏体一般为球状或杆状,在不同宿主中或不同的发育阶段可表现出不同形态,如球状、双球状、杆状或丝状。除个别（如Q热立克次体）外，均不能通过细菌滤器。生殖为二分分裂式繁殖。在寄主细胞内寄生或互惠共生。人类感染的一些立克氏体病害，通常通过昆虫叮刺传染，致病性很强，斑疹热病和洛矶山斑疹伤害是两种主要的立克次体病害。大多数立克次体适存在于某些动物体内，特别是啮齿动物，并在节肢动物如虱蚤、蜱和螨的体内生长并繁殖，但对这些宿主通常不致病，并且可能借卵传递给后代。
2.3.4衣原体（Chlamydia）
衣原体是仅在脊椎动物的细胞质内寄生的一类原核微生物。革兰氏染色阴性，不游动一般为球状。体积通常比立克次体小，直径为0.2~0.7mm或可达1.5mm。分析提纯的衣原体主要由蛋白质、核酸、脂类、多糖组成。其中核酸有RNA与DNA两大类。
衣原体在形态、构造、大小、染色等方面都与立克次体相似，寄生于脊椎动物的细胞内，离开寄主细胞就不能繁殖。衣原体与立克次体的不同处有两点：一为不必经节肢动物而传播，而是在脊椎动物之间直接传染（如沙眼衣原体可引起沙眼病）其他动物病害如肺炎、多发性关节炎、胎盘炎、肠炎等衣原体。近年来也有衣原体可以引起植物病害的报道。另一是在细胞内有一定的发育阶段，即由细小、胞壁坚韧的具传染性的原基体，变成细胞较大，非传染型始体，然后再形成致密的具传染性的原基体。
2.3.5支原体（Mycoplasmas）
又名类菌质体，是介于细菌与立克次体之间的原核微生物，最早从患胸膜肺炎的牛体中分离得到，命名为胸膜肺炎微生物，后来也能从羊、猪、鼠、禽及人体中分离到具有类似形态及特征的机体，统称类胸膜肺炎微生物（Pleuropneumoniae-like?organisms简称PPLO）现一般称为支原体。
其个体很小，是已知可自由生活的最小生物，也是最小的原核生物。它们突出的形态特征是没有细胞壁。因为没有坚韧的细胞壁，所以细胞柔软而且形态多变，具有高度多形性。着色力弱，革兰氏阴性。在同一培养中细胞常出现大小不同的球状、长短不一的丝状及各种分枝状。球状体最小直径这0.1mm，一般为0.2~0.25mm，丝状体长短不一从几微米到150mm，可通过细菌滤器。细胞内含DNA和RNA两类核酸。在电镜下观察支原体细胞具有类似动物细胞的细胞膜，厚7~10nm。支原体细胞中含有固醇，这也是其他生物罕有的。细胞内有核糖体及类似原核细胞的核。大多数为二分分裂繁殖，有些以出芽方式从球状体长出丝状体，丝状体碎裂成球状而进行生长循环。支原体在琼脂培养基上形成极小的菌落，直径10~600mm，典型的菌落像油煎蛋模样，可在营养丰富的人工培养基上生长。支原体广泛分布在土壤、污水、昆虫、脊椎动物及人体中，除可引起胸膜肺炎病外，尚可引起猪喘气病、鸡呼吸首慢性病，现已发现人、畜、禽、植物的支原体多种，大多数为致病性，少数为腐生性。
支原体、立克次体、衣原体三者的性质介于细菌与病毒之间，为了更清楚起见，现将它们的主要特征比较一下（表2-4）
3真核微生物的形态、结构及其生理功能
真菌、藻类和原生动物都属于真核微生物，而真菌是微生物中的一个庞大类群。据统计，真菌约有12万余种。由于真菌的种类极多，一般认为真菌的菌体为单细胞或多细胞的分枝丝状体，或为单细胞的不分枝的个体。真菌细胞中没有光合色素，不能进行光合作用。真菌属真核生物，细胞中具有完整的典型的细胞核，与高等生物一样，能进行有丝分裂，其繁殖方式主要靠无性孢子或有性孢子。真菌包括了单细胞的酵母菌、单细胞或多细胞的丝状霉菌以致产生子实体的蕈菇。
表2-4?细菌、支原体、立克次体、衣原体、病毒的比较
特征细菌支原体立克次体衣原体病毒
直径（mm）0.5～2.00.2～0.250.2～0.50.2～0.3<?0.25
可见性光学显微镜光学显微镜勉强可见光学显微镜光学显微镜勉强可见电镜
过滤性不能过滤能过滤不能过滤能过滤能过滤
革兰氏染色阳性或阴性阴性阴性阴性－
细胞壁有坚韧细胞壁缺与细菌相似与细菌相似无细胞结构
繁殖方式二均分裂二均分裂二均分裂二均分裂复制
培养方式人工培养基人工培养基宿主细胞宿主细胞宿主细胞
核酸种类RNA和DNARNA和DNARNA和DNARNA和DNARNA或DNA
对抗生素敏感敏感（对青霉素不敏感）敏感敏感不敏感
对干扰素敏感不敏感不敏感敏感敏感
真菌在自然界中分布非常广泛，与人类关系密切。在食品加工业中具有重要的作用。很多食品都是应用真菌制造的，如各种酒类、面包、酱油、豆腐乳等。有些真菌可以直接用作食品，如香菇、木耳、草菇、蘑菇等，不仅是味道鲜美的菜肴，又是营养丰富的保健食品。我国名贵的药材灵芝、茯苓、天麻等也是真菌的菌丝体。在发酵工业上广泛用来生产酒精、抗生素（青霉素、灰黄霉素）、有机酸（柠檬酸、葡萄糖酸等）、酶制剂（淀粉酶、纤维素酶等）。此外，真菌在土壤中对有机物质的分解以及自然界的物质循环中起着重要的作用。在农业上用于饲料发酵，植物生长激素（赤霉素）、生物防治害虫等也有十分重要的作用。
但是，真菌也有对人类生活造成很大的危害。如许多霉菌会造成农作物许多病害；会引起农产品、纺织品和其它工业产品的发霉变质；受真菌污染的食品而发生腐败变质，因而降低或失去食用价值；还有真菌产生毒素，使人畜中毒，实验证明黄曲霉产生黄曲霉素可引起实验动物致癌。也有不少的真菌是病原菌，可引起人类和动植物的许多病害，给人类带来危害甚至灾难。
3.1霉菌
3.1.1霉菌的形态结构
(1）菌丝和菌丝体霉菌(mold)?是一些“丝状真菌”的统称。菌丝是由细胞壁包被的一种管状细丝，大都无色透明，宽度一般为3~10mm，比细菌的宽度大几倍到几十倍。菌丝有分枝，分枝的菌丝相互交错而成的群体称为菌丝体。霉菌的菌丝分有隔膜菌丝和无隔膜菌丝两种类型（图2-26）。
①有隔膜菌丝菌丝中有横隔膜将菌丝分隔成多个细胞，在菌丝生长过程中，细胞核的分裂伴随着细胞的分裂，每个细胞含有1至多个细胞核。不同霉菌菌丝中的横隔膜的结构不一样，有的为单孔式，有的为多孔式，还有的为复式。但无论那种类型的横隔膜，都能让相邻两细胞内的物质相互沟通。
②无隔膜菌丝菌丝中没有横隔膜，整个菌丝就是一个单细胞，菌丝内有许多核，在菌丝生长过程中只有核的分裂和原生质量的增加，没有细胞数目的增多。
(2）菌丝的特异化（图2-27）
①假根是根霉属（Rhizopus）真菌的匍匐枝与基质接触处分化形成的根状菌丝，在显微镜下假根的颜色比其它菌丝要深，它起固着和吸收营养的作用。
②吸器是某些寄生性真菌从菌丝上产生出来的旁枝，侵入寄主细胞内形成指状、球状或丛枝状结构，用以吸收寄主细胞中的养料。
③菌核是由菌丝团组成的一种硬的休眠体，一般有暗色的外皮，在条件适宜时可以生出分生孢子梗、菌丝子实体等。
④子实体是由真菌的营养菌丝和生殖菌丝缠结而成的具有一定形状的产孢结构，如伞菌的子实体呈伞状。
3.1.2霉菌的菌落特征
霉菌的菌落是由分枝状菌丝体组成，由于菌丝较粗而长，形成的菌落比较疏松，常呈现绒毛状、棉花样絮状或蜘蛛网状。有些霉菌，如根霉、毛霉、链孢霉的菌丝生长很快，在固体培养基表面蔓延，以致菌落没有固定大小。如果在固体发酵食品的过程中污染了这一类霉菌，若不及时采取措施，往往造成严重的经济损失。菌落的大小，也有不少种类的霉菌，其生长有一定的局限性，如青霉和曲霉。菌落表面常呈现肉眼可见的不同结构和色泽特征，这是因为霉菌形成的孢子有不同的形状、构造和颜色。有的产生水溶性色素可分泌到培养基中，使菌落背面出现不同颜色。一些生长较快的霉菌菌落，其菌丝生长向外扩展，所以菌落中部的菌丝菌龄较大，而菌落边缘的菌丝是最幼嫩的。同一种霉菌，在不同成分的培养基形成的菌落特征可能有变化；但各种霉菌在一定的培养基上形成的菌落大小、形状、颜色等相对是比较一致的。因此，菌落特征也是霉菌鉴定的主要依据之一。
3.1.3霉菌的繁殖
霉菌的繁殖可分为无性繁殖和有性繁殖。
(1)?无性繁殖无性孢子是霉菌进行繁殖的主要方式，这些孢子有,
①节孢子（arthrospore）由菌丝断裂而成，又称粉孢子或裂孢子。节孢子的形成过程是菌丝生长到一定阶段，菌丝上出现许多横隔，然后从横隔处断裂，产生许多形如短柱状、筒状或两端呈钝圆形的节孢子。
②游动孢子（zoospore）游动孢子产生在由菌丝膨大而成的游动孢子囊内，孢子通常为圆形、洋梨形或肾形，具一根或两根鞭毛，能够游动。鞭毛的亚显微结构为9+2型。产生游动孢子的真菌多为水生真菌，大多数为鞭毛菌亚门的真菌。
③厚垣孢子（chlamydospore）又称厚壁孢子。它是由菌丝中间（少数在顶端）的个别细胞膨大，原生质浓缩和细胞壁变厚而形成的休眠孢子。厚垣孢子呈圆形、纺锤形或长方形，它是霉菌度过不良环境的一种休眠细胞，寿命较长，菌丝体死亡后，上面的厚垣孢子还活着，一旦环境条件好转，就能萌发成菌丝体。
④孢囊孢子（sporangiospore）生在孢子囊内的孢子称孢囊孢子。这是一种内生孢子，在孢子形成时，气生菌丝或孢囊梗（sporangiospore）顶端膨大，并在下方生出横隔与菌丝分开而形成孢子囊（sporangium）。孢子囊逐渐长大，然后在囊中形成许多核，每一个核包以原生质并产生孢子壁，即成孢囊孢子。原来膨大的细胞壁就成为孢囊壁。带有孢子囊的梗叫做孢囊梗。孢囊梗伸入到孢子囊中的部分叫囊轴。孢子囊成熟后破裂，孢囊孢子扩散出来，遇适宜条件即可萌发成新个体。
⑤分生孢子（conidiospora）分生孢子是霉菌中常见的一类无性孢子，是生于菌丝细胞外的孢子，所以称为外生孢子。分生孢子着生于已分化的分生孢子梗（conidiophore）或具有一定形状的小梗上，也有些真菌的分生孢子就着生在菌丝的顶端。真菌的无性繁殖见图2-28。
(2）有性繁殖霉菌有性繁殖靠产生有性孢子进行。真菌有性孢子是经过两个性细胞（或菌丝）的结合而形成的。有性孢子的形成过程一般经过质配、核配和减数分裂3个阶段。大多数真菌的菌体是单倍体，二倍体仅限于接合子（zygote）。在霉菌中，有性繁殖不及无性繁殖普遍，仅发生于特定条件下，而且一般培养基上不常出现。常见的真菌有性孢子有卵孢子、接合孢子、子囊孢子和担孢子。
①卵孢子（oospore）是由两个大小不同的配子囊结合发育而成。小型配囊称为雄器（antheridium），大型的配子囊称藏卵器（oogonium）。藏卵器中的原生质与雄器配合以前，收缩成一个或数个原生质团，称卵球。当雄器与藏卵器配合时，雄器中的细胞质和细胞核通过受精管而进入藏卵器与卵球配合，此后卵球生出外壁即成为卵孢子（图2-29）。卵孢子的数量取决于卵球的数量。
②接合孢子（zygospore）是由菌丝生出的形态相同或略有不同的配子囊（gametangium）接合而成。接合孢子的形成过程是两个相邻的菌丝相遇，各自向对方生出极短的侧枝，称为原配子囊（progametangium）。原配子囊接触后，顶端各处膨大并形成横隔，即为配子囊，配子囊下面的部分称配囊柄（suspensor）。相接触的两个配子囊之间的横隔消失，其细胞质与细胞核互相配合，同时外部形成厚壁，即为接合孢子。在适宜的条件下，接合孢子可萌发成新的菌丝体（图2-30）。
真菌接合孢子的形成有同宗配合（homothallism）和异宗配合（heterothallism）两种方式。同宗配合是雌雄配子囊来自同一个菌丝体，当两根菌丝靠近时，便生出雌雄配子囊，经接触后产生接合孢子，甚至在同一菌丝的分枝上也会接触而形成接合孢子。而异宗配合，是两种不同质菌系的菌丝相遇后形成的。这种有亲和力的菌丝，在形态上并无区别，通常用“+”或“–”符号来代表。
③子囊孢子（ascospore）形成于子囊（ascus）中，先是同一菌丝或相邻的两菌丝上的两个大小和形状不同的性细胞互相接触并互相缠绕。接着两个性细胞经过受精作用后形成分枝的菌丝，称为造囊丝。造囊丝经过减数分裂，产生子囊。每个子囊产生2～8个子囊孢子（图2-31）。在子囊和子囊孢子发育过程中，原来的雄器和藏卵器下面的细胞生出许多菌丝，它们有规律地将产囊丝包围，于是形成了子囊果（ascocarp）。子囊果有3种类型：第一种为完全封闭圆球形，称闭囊壳（cleistothecium）；第二种有孔，称为子囊壳（perithecium）；第三种呈盘状，称子囊盘（apothecium）（图2-32）。
子囊孢子成熟后即被释放出来。子囊孢子的形状、大小、颜色、纹饰等差别很大，多用来作为子囊菌的分类依据（图2-33）。
④担孢子（basidiospore）担孢子是担子菌产生的有性孢子。在担子菌中，两性器官多退化，以菌丝结合的方式产生双核菌丝，在双核菌丝的两个核分裂之前可以产生钩状分枝而形成锁状联合，这有利于双核并裂。双核菌丝的顶端细胞膨大为担子，担子内2个不同性别的核配合后形成1个二倍体的细胞核，?经减数分裂后形成4个单倍体的核，同时在担子的顶端长出4个小梗，小梗顶端稍微膨大，最后4个核分别进入了小梗的膨大部位，形成4个外生的单倍体的担孢子（图2-34）。担孢子多为圆形，椭圆形，肾形和腊肠形等（2-35）。
3.1.4食品中常见的霉菌
(1)毛霉属（Mucor）
毛霉是接合菌亚门中的重要类群，属接合菌纲，毛霉目，毛霉科。种类较多，在自然界广泛分布。如在土壤、空气中经常发现，是食品工业的重要微生物。毛霉的淀粉酶的活力很强，可把淀粉转化为糖。在酿酒工业上多用作淀粉质原料酿酒的糖化菌。毛霉还能产生蛋白酶，有分解大豆蛋白质的能力，多用于制作豆腐乳和豆豉。有些毛霉还能产生草酸、乳酸、琥珀酸和甘油等。
毛霉的菌丝体发达，呈棉絮状，由许多分枝的菌丝构成。菌丝无隔膜，有多个细胞核(图2-36)。其无性繁殖为孢囊孢子。
毛霉生长迅速，产生发达的菌丝。菌丝一般白色，不具隔膜，不产生假根，是单细胞真菌。以孢囊孢子进行无性繁殖，孢子囊黑色或褐色，表面光滑。有性繁殖则产生接合孢子。
(2）根霉属（Rhizopus）根霉与毛霉同属毛霉目（mucorales），很多特征相似，主要区别在于，根霉有假根和葡匐菌丝。葡匐菌丝呈弧形，在培养基表面水平生长。葡匐菌丝着生孢子囊梗的部位，接触培养基处，菌丝伸入培养基内呈分枝状生长，犹如树根，故称假根（图2-37），这是根霉的重要特征。其有性繁殖产生接合孢子，无性繁殖形成孢囊孢子。
根霉菌菌丝体白色、无隔膜、单细胞，气生性强，在培养基上交织成疏松的絮状菌落，生长迅速，可蔓延覆盖整个表面。
在自然界分布很广，空气、土壤以及各种器皿表面都有存在。并常出现于淀粉质食品上，引起馒头、面包、甘薯等发霉变质，或造成水果蔬菜腐烂。
根霉在生命活动过程中能产生淀粉酶、糖化酶，是工业上有名的生产菌种。有的用作发酵饲料的曲种。我国酿酒工业中，用根霉作为糖化菌种已有悠久的历史，同时也是家用甜酒曲的主要菌种。近年来在甾体激素转化、有机酸（延胡索酸、乳酸）的生产中被广泛利用。
常见的根霉有匍枝根霉（Rhizopus?stolonifer）〖即黑根霉（Rhizopusnigricans）俗称面包霉〗，米根霉（Rhizopus?oryzae）等。
(3)?曲霉属（Aspergillus）是发酵工业和食品加工业的重要菌种，已被利用的近60种。2,000多年前，我国就用于制酱，也是酿酒、制醋曲的主要菌种。现代工业利用曲霉生产各种酶制剂（淀粉酶、蛋白酶、果胶酶等）、有机酸（柠檬酸、葡萄糖酸、五倍子酸等），农业上用作糖化饲料菌种。例如黑曲霉、米曲霉等。
曲霉广泛分布在谷物、空气、土壤和各种有机物品上。生长在花生和大米上的曲霉，有的能产生对人体有害的真菌毒素，如黄曲霉毒素B1能导致癌症，有的则引起水果、蔬菜、粮食霉腐。
曲霉菌丝有隔膜，为多细胞霉菌。在幼小而活力旺盛时，菌丝体产生大量的分生孢子梗。分生孢子梗顶端膨大成为顶囊，一般呈球形。顶囊表面长满一层或两层辐射状小梗（初生小梗与次生小梗）。最上层小梗瓶状，顶端着生成串的球形分生孢子。以上几部分结构合称“孢子穗”。孢子呈绿、黄、橙、褐、黑等颜色。这些都是菌种鉴定的依据。分生孢子梗生于足细胞上，并通过足细胞与营养菌丝相连（图2-38）。曲霉孢子穗的形态，包括分生孢子梗的长度、顶囊的形状、小梗着生是单轮还是双轮，分生孢子的形状、大小、表面结构及颜色等，都是菌种鉴定的依据。
曲霉属中的大多数仅发现了无性阶段，极少数可形成子囊孢子，故在真菌学中仍归于半知菌亚门。
(4)?青霉属(Penieillium)是产生青霉素的重要菌种。广泛分布于空气、土壤和各种物品上，常生长在腐烂的柑桔皮上呈青绿色。目前已发现几百种，其中黄青霉(Penicillium?chrysogenum)、点青霉(Penicillium?notatum)等都能大量产生青霉素。青霉素的发现和大规模地生产、应用，对抗生素工业的发展起了巨大的推动作用。此外，有的青霉菌还用于生产灰黄霉素及磷酸二酯酶、纤维素酶等酶制剂、有机酸。
青霉菌菌丝与曲霉相似，但无足细胞。分生孢子梗顶端不膨大，无顶囊，经多次分枝，产生几轮对称或不对称小梗，小梗顶端产生成串的青色分生孢子。孢子穗形如扫帚。美国研究者Thom按照分生孢子梗的形态，把青霉属分为四组。即一轮青霉：分生孢子梗只有一轮分枝；二轮青霉：分生孢子梗产生两轮分枝；多轮青霉：分生孢子梗具三轮以上分枝；不对称青霉：分生孢子梗上，不对称地产生或多或少轮层的分枝(图2-39)。孢子穗的形态构造是分类鉴定的重要依据。
青霉属中大多数种的有性阶段至今还不知道。
(5）脉孢菌属(NeurosPora)因子囊孢子表面有纵形花纹，犹如叶脉而得名，又称链孢霉。
它具有疏松网状的长菌丝，有隔膜、分枝、多核；无性繁殖形成分生孢子，一般为卵圆形，在气生菌丝顶部形成分枝链，分生孢子呈桔黄色或粉红色，常生在面包等淀粉性食物上，故俗称红色面包霉。脉孢菌的有性过程产生子囊和子囊孢子，属异宗配合。其有性过程如图2-40所示。一株菌丝体形成子囊壳原，另一株菌丝体的菌丝与子囊壳原的菌丝结合，两株菌丝中的核在共同的细胞质中混杂存在，反复分裂，形成很多核；两个异宗的核配对，形成很多二倍体核，每个结合的核包在一个子囊内；子囊里的二倍体核经两次分裂形成4个单倍体核；再经一次分裂，则成为8个单倍体核，围绕每个核发育成一个子囊孢子。每个子囊中有8个子囊孢子。
此时，子囊壳原发育成子囊壳。子囊壳圆形，具有一个短颈，光滑或具松散的菌丝，褐色或褐黑色，在一般情况下，脉孢菌很少进行有性繁殖。
脉孢菌是研究遗传学的好材料。因为它的子囊孢子在子囊内呈单向排列，表现出有规律的遗传组合。如果用两种菌杂交形成的子囊孢子分别培养，可研究遗传性状的分离及组合情况。在生化途径的研究中也被广泛应用。此外，菌体内含有丰富的蛋白质、维生素B12等。有的用于发酵工业。最常见的菌种如粗糙脉孢菌（Neurospora?crassa）、好食脉孢菌（Neurospora?sitophila）。有的可造成食物腐烂。
(6）交链孢霉属（Alternaria）是土壤、空气、工业材料上常见的腐生菌，植物的叶子、种子和枯草上也常见到，有的是栽培植物的寄生菌。菌丝暗至黑色，有隔膜，以分生孢子进行无性繁殖。分生孢子梗较短，单生或丛生，大多数不分枝，与营养菌丝几乎无区别。分生孢子呈纺锤状或倒棒状，顶端延长成喙状，多细胞，有壁砖状分隔，分生孢子常数个成链，一般为褐色。尚未发现有性世代。有些菌种可用于生产蛋白酶，某些种可用于甾族化合物转化。
(7）红曲属（Monascus）属散囊菌目，红曲科。由于能产生红色色素，可用作食品加工中天然红色色素的来源，如在红腐乳、饮料、肉类加工中用的红曲米，就是用红曲霉制作的。常用的菌种为紫红曲（M.purpureus）。
紫红曲在麦芽汁琼脂上菌落成膜状的蔓延生长物，菌丝体最初白色，以后呈红色，红紫色，色素可分泌到培养基中。闭囊壳为橙红色，球形，子囊球形，含8个子囊孢子。子囊孢子卵圆形、光滑、无色或淡红色（图2-41）。分生孢子着生在菌丝及其分枝的顶端、单生或成链、球形或梨形（图2-42）。
(8）赤霉属（Gibberella）在真菌分类中属于核菌纲，球壳菌目，肉座霉科。其有性繁殖产生子囊和子囊孢子。子囊壳球状，光滑，为蓝色。子囊长棒形，内含8枚子囊孢子，排列成两个不规则的行，子囊孢子直而狭长。
赤霉菌在自然环境和人工培养条件下都很少产生有性世代，一般按其无性分生孢子世代进行鉴定，其菌落为棉絮状，白色或有色。菌丝有隔膜，分枝，无色或有色。分生孢子梗分枝或不分枝。其无性世代产生的分生孢子有两种类型，一种为小型分生孢子，为单细胞，有圆形，卵形到长柱形。另一类型为大型分生孢子，由多个细胞组成，有隔膜，孢子呈镰刀形或长柱形。两种类型的孢子都在菌丝顶端串生或集聚成团，无色或有各种颜色（图2-43）。
赤霉属包括许多寄生植物的病原菌。有的赤霉可起水稻秧苗的疯长，水稻秧苗变黄，瘦弱。因此，赤霉菌又叫水稻恶苗病菌。在研究这种病菌时发现，水稻秧苗的疯长是由于赤霉菌所产生的赤霉素的作用，赤霉素是赤霉菌的代谢产物，是一种激素，除能刺激植物生以外，还能打破种子和块茎器官的休眠，对蔬菜，特别是叶菜类的增产中有一定的作用。
(9）木霉属（Trichoderma）木霉属于半知菌，分布较广，在朽木，种籽，动植物残体，有机肥料，土壤和空气中都有木霉存在。木霉也常寄生于某些真菌的子实体上。栽培磨菇中有时会污染木霉。但对木霉的利用比较广泛，如木霉分解纤维素的能力很强，可用来制备纤维素酶。有的木霉能合成核黄素，并可转化甾体，也有的木霉能产生抗生素。
木霉的菌落生长迅速，棉絮状，开始为白色，以后呈绿色，产孢区常排列成同心轮纹。菌丝无色，有隔膜，有分枝，并有厚垣孢子。分生孢子梗呈对生或互生分枝，分枝上还可再分枝，分枝顶端着生瓶状小梗，由小梗生出多个分生孢子。由粘液聚成球形孢子头，分生孢子呈球形或椭圆形，光滑或粗糙，孢子为黄绿色（图2-44）。
(10)?虫草属（Cordyceps）虫草属真菌寄生于昆虫，把虫体变成充满菌丝的僵虫，从僵虫前端生出有柄头状或棍棒状的子座（图2-45）。
本属最常见的是冬虫夏草（Cordyceps?sinesis），它寄生在鳞翅目昆虫的幼虫上，被害的昆虫（如尺蠖）冬天钻入土内，夏天虫草菌从被害虫体生出一有柄的子座（即所谓的草）。子座单个，罕见2?~?3个，长4?~?11cm，基部粗1.5?~?4mm，向上渐细，头部不膨大或膨大成圆柱形，褐色，初期内部充实，后变中空。子囊壳椭圆形至卵形，生在子座近表面，基部稍陷于子座内。子囊产生在子囊壳内，细长。每个子囊内含有2个具隔膜的子囊孢子，子囊孢子透明，线状。
(11）伞菌属（Agaricus）又称蘑菇属。伞菌属的担子果为蕈子，菌盖肉质，菌盖腹面有辐射状的蕈褶，在蕈褶内形成担子和担孢子。蕈柄肉质，容易与菌盖分离开，有菌环。孢子卵圆形或椭圆形。本属有几十个种，生于田野和林中土壤上，大部分的种可食用，少数有毒。最普遍的栽培种是洋蘑菇（Agaricus?bisporus）（即双孢蘑菇）。
(12）灵芝属（Ganoderma）担子果一年生或多年生，木质或木栓质，有柄或无柄。菌盖表面有坚硬的皮壳，它的柄或菌盖从下端到上端都覆盖着一层坚硬的象漆一样有光泽的物质。菌盖腹面多管孔，管孔内生担子和担孢子。本属真菌是分解纤维素、木质素能力较强的一类真菌，在各种阔叶树林、针阔叶混交林的腐木上或木桩上可以找到。有的种类是重要药材，如灵芝（Ganoderma?lucidum）、紫芝（Ganoderma?japonicum）等。
(13）木耳属（Auricularia）木耳属的担子果杯状、耳状或叶状，全部胶质或仅子实层胶质。子实层平滑，有皱折或网格。担子圆柱形，有3个横隔，将担子隔成4个细胞，每个细胞上产生一个小梗，小梗上生担孢子。木耳的生活史见图2-46。
本属在我国最常见的是木耳，亦即黑木耳。黑木耳是一种营养丰富的食用菌，并且还有药用价值，是保健食品。黑木耳在我国的分布很广，北自黑龙江，南到海南岛，西自甘肃，东至福建和台湾都可生长和栽培。
黑木耳是一种木材腐朽菌，能分解纤维素和木质素。由于它是一种腐生性很强的真菌，故只在死了的木头上才能生长、吸取养分。
3.2酵母菌
酵母菌（yeast）是一群单细胞的真核微生物。这个术语是无分类学意义的普通名称。通常用于以芽殖或裂殖来进行无性繁殖的单细胞真菌，以与霉菌区分开。极少数种可产生子囊孢子进行有性繁殖。
酵母菌应用很早，与人类关系密切，在酿造、食品、医药工业等方面占有重要地位。早在四千年前的殷商时代，我国劳动人民就用酵母菌酿酒，多少世纪以来，它便以发酵果汁、面包、馒头和制造某些美味、营养的食品服务于人类。今天，酵母菌的用途更加广泛。酵母菌细胞蛋白质含量高达细胞干重的50%以上，并含有人体必需的氨基酸。据估计，如果每天生产450万千克酵母菌体，其蛋白质含量相当于一万头肉用牛。此外，利用酵母菌体，还可提取核苷酸、辅酶A、细胞色素C、凝血质、核黄素等贵重药物。加之酵母菌细胞体积小，表面积大，代谢旺盛，繁殖速度快于动物2，000多倍。若以造纸厂、糖厂、淀粉厂、木材水解厂的废液为原料，通过通气培养方式，便可进行工业化的大批量生产，故有些国家酵母菌体生产已商品化，用以补充食物或饲料等。有的酵母菌体能大量产生维生素、有机酸。有的还具有氧化石蜡降低石油凝固点的作用，或者以烃类为原料发酵制取柠檬酸、反丁烯二酸、脂肪酸、甘油、甘露醇、酒精等。
酵母菌也常给人类带来危害。腐生型酵母菌能使食物、纺织品和其他原料腐败变质，少数嗜高渗压酵母菌如鲁氏酵母（Saccharomyces?rouxii）、蜂蜜酵母（Saccharomyces?mellis）可使蜂蜜、果酱败坏；有的是发酵工业的污染菌，它们消耗酒精，降低产量或产生不良气味，影响产品质量。某些酵母菌可引起人和植物的病害。例如白假丝酵母（Candida?albicans，又称白色念珠菌）可引起皮肤、粘膜、呼吸道、消化道以及泌尿系统等多种疾病。新型隐球酵母（Cryptococcus?neoformans）可引起慢性脑膜炎、肺炎等。
酵母菌主要分布在含糖质较高的偏酸性环境，诸如果品、蔬菜、花蜜和植物叶子上，特别是葡萄园和果园的土壤中。它们多为腐生菌，少数为寄生菌。
3.2.1细胞的形态构造
酵母菌是典型的真核微生物，细胞的形态通常有球状、卵圆状、椭圆状、柱或香肠状等多种，当它们进行一连串的芽殖后，如果长大的子细胞与母细胞并不立即分离，其间仅以极狭小的面积相连，这种藕节状的细胞串就称假菌丝。酵母细胞一般比细菌个体大得多，约为1~5×5~30μm。
酵母菌细胞的典型构造可见图2-47，现分述如下。
(1)?细胞壁
细胞壁厚约25nm，约占细胞干重的25%?，是一种坚韧的结构。其化学组成主要是:外层为甘露糖（mannan），内层为葡聚糖（glucan）,其间夹有一层蛋白质分子。蛋白质约占细胞壁干重的10%，其中有些是以与细胞壁相结合的酶的形式存在，例如葡聚糖酶、甘聚糖酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和脂酶等。此外，细胞壁上还含有少量类脂和以环状形式分布在芽痕周围的几丁质。
用玛瑙螺（Helix?pomatia）的胃液制得的蜗牛消化酶，内含纤维素酶、甘露聚糖酶、葡糖酸酶、几丁质酶和脂酶等30余种酶类，它对酵母菌的细胞壁具有良好的水解作用，因而可用来制备酵母菌的原生质体，也可用它来水解酵母菌的子囊壁，借以把能抗一般酶水解的子囊孢子分离出来。
(2)?细胞膜
酵母细胞膜的成分主要是由蛋白质（其中含有可吸收糖和氨基酸的酶）、类脂（甘油脂、磷脂、甾醇等）和糖类（甘露聚糖等）组成。
在酵母细胞膜上所含的各种甾醇中，尤以麦角甾醇居多。它经紫外线照射后，可形成一种维生素（D2）。据报道，发酵酵母（Saccharomyces?fermentati）所含的总甾醇量可达细胞干重的22%，其中的麦角甾醇达细胞干重的9.66%。此外季氏毕赤氏酵母（Pichia?guilliermondii）、酿酒酵母（Saccharomyces?cerevisiae?）、卡尔斯伯酵母（S.carlsbergensis）、小红酵母（Rhodotorula?minuta）和戴氏酵母(S.delbrueckii)等，也含有较多的麦角甾醇。
(3)?细胞核
酵母菌具有多孔核膜包起来的定形细胞核——真核，活细胞中的核可用相差显微镜加以观察。
除细胞核外，在酵母的线粒体和环状的“2μm质粒”中也含有DNA。酵母线粒体中的DNA是一个环状分子，分子量为50×106Da，比高等动物线粒体中的DNA大5倍，类似于原核生物中的染色体。可通过密度梯度离心而与染色体DNA相分离。线粒体上的DNA量约占酵母细胞总DNA量的15~23%，它的复制是相对独立进行的。2μm质粒是1967年后才在啤酒酵母中发现的，它可作外源DNA片段的载体，并通过转化而完成组建“工程菌”等重要遗传工程研究。
(4)?其他细胞构造
在成熟的酵母菌细胞中，有一个大形的液泡（vacuole）。其内含有一些水解酶以及聚磷酸、类脂、中间代谢物和金属离子等。液泡的功能可能是起着营养物和水解酶类的贮藏库的作用，同时还有调节渗透压的功能。
在有氧条件下，酵母菌细胞内会形成许多线粒体。它的外形呈杆状或球状，大小为0.3~0.5×3μm,外面由双层膜包裹着。内膜经折叠后形成嵴，其上富含参与电子传递和氧化磷酸化的酶，在嵴的两侧均匀地分布着圆形或多面形的基粒。嵴间充满液体的空隙称为基质（matrix），它含有三羧酸循环的酶系。在缺氧条件下生长的酵母菌细胞，只能形成无嵴的简单线粒体。这就说明，线粒体的功能是进行氧化磷酸化。
在有的酵母菌例如在白假丝酵母（Candida?albicans）中，还可找到只有一层约7nm单位膜包裹的、直径约3μm的圆形或卵圆形的细胞器，称为微体，它的功能可能是参与甲醇和烷烃的氧化。
3.2.2酵母菌的繁殖方式和生活史
酵母菌的繁方式有多种类型。繁殖方式对酵母菌的鉴定极为重要。现将几种有代表性的繁殖方式表解如下,
芽殖：各属酵母菌都存在
裂殖：在裂殖酵母属（Schizosaccharomyces）中存在
无性节孢子：地霉属（Geotricum）产生
酵母菌的产无性孢子掷孢子：掷孢酵母属（Sporobolomyces）产生?
繁殖方式厚垣孢子：Candida?albicans?产生
有性?（产子囊孢子）：如酵母属（Saccharomyces）、接合酵母属（Zygosaccharomyces）等有
(1）无性繁殖
①芽殖（budding）芽殖是酵母菌最常见的繁殖方式。在良好的营养和生长条件下，酵母生长迅速，这时，可以看到所有细胞上都长有芽体，而且在芽体上还可形成新的芽体，所以经常可以见到呈簇状的细胞团。
芽体的形成过程是这样的：在细胞形成芽体的部位，由于水解酶对细胞壁多糖的分解，使细胞壁变薄，大量新细胞物质——核物质（染色体）和细胞质等在芽体起始部位上堆积，使芽体逐步长大。当芽体达到最大体积时，它与母细胞相连部位形成了一块隔壁。隔壁的成分是由葡聚糖、甘露聚糖和几丁质构成的复合物。最后，母细胞与子细胞在隔壁处分离。于是，在母细胞上就留下一个芽痕（bud?scar），而在子细胞上就相应地留下一个蒂痕（birth?scar）。
②裂殖（fission）酵母菌的裂殖与细菌的裂殖相似。其过程是细胞伸长，核分裂为二，然后细胞中央出现隔膜，将细胞横分为两个相等大小的、各具有一个核的子细胞。进行裂殖的酵母菌种类很少，例如裂殖酵母属的八孢裂殖酵母（Schizosaccharomyces?octosporus）等。
③产生掷孢子等无性孢子掷孢子（ballistospore）是掷孢酵母属等少数酵母菌产生的无性孢子，外形呈肾状。这种孢子是在卵圆形的营养细胞上生出的小梗上形成的。孢子成熟后，通过一种特有的喷射机制将孢子射出。因此，如果用倒置培养皿培养掷孢酵母并使其形成菌落，则常因其射出掷孢子而可在皿盖上见到由掷孢子组成的菌落模糊竞像。
此外，有的酵母如白假丝酵母等还能在假菌丝的顶端产生厚垣孢子（chlamydospore）。
(2）有性繁殖
酵母菌是以形成子囊（ascus）和子囊孢子（ascospore）的方式进行有性繁殖的。它们一般通过邻近的两个性别不同的细胞各自伸出一根管状的原生质突起，随即相互接触、局部融合，并形成一个通道，再通过质配、核配和减数分裂，形成4个或8个子核，每一子核与其附近的原生质一起，在其表面形成一层孢子壁后，就形成了一个子囊孢子，而原有营养细胞就成了子囊。
(3）生活史的三类型
个体经一系列生长、发育阶段后而产生下一代个体的全部过程，就称为该生物的生活史或生命周期（life?cycle）。各种酵母菌的生活史可分为三个类型。
①营养体既可以单倍体（n）也可以二倍体（2n）形式存在酿酒酵母是这类生活史的代表。其特点为：一般情况下都以营养体状态进行出芽繁殖；营养体既可以单倍体形式存在，也能以二倍体形式存在；在特定条件下进行有性繁殖。
从图2-48中可见其生活史的全过程：子囊孢子在合适的条件下发芽产生单倍体营养细胞；单倍体营养细胞不断进行出芽繁殖；两个性别不同的营养细胞彼此接合，在质配后即发生核配，形成二倍体营养细胞；二倍体营养细胞并不立即进行核分裂，而是不断进行出芽繁殖；在特定条件（例如在含醋酸钠的McClary培养基、石膏块、胡萝条、Gorodkowa培养基或kleyn培养基上）下，二倍体营养细胞转变成子囊，细胞核进行减数分裂，并形成4个子囊孢子；子囊经自然破壁或人为破壁（如加蜗牛消化酶溶壁，或加硅藻土和石蜡油研磨等）后，释放出单倍体子囊孢子。啤酒酵母的二倍体营养细胞因其体积大、生活力强，故广泛地应用于工业生产、科学研究或是遗传工程实践中。
②营养体只能以单倍体（n）形式存在八孢裂殖酵母（Schizosaccharomyces?octosporus）可作为这一类型的代表。其主要特点是：营养细胞为单倍体；无性繁殖以裂殖方式进行；二倍体细胞不能独立生活，故此阶段很短。其主要过程为：单倍体营养细胞借裂殖进行无性繁殖；两个营养细胞接触后形成接合管，发生质配后即行核配，于是两个细胞联成一体；二倍体的核分裂3次，第一次为减数分裂；形成8个单倍体的子囊孢子；子囊破裂，释放子囊孢子。全部过程见图2-49。
③营养体只能以二倍体（2n）形式存在路德类酵母（Saccharomycodes?budwigii）是这一类型的典型代表。其特点为：营养体为二倍体，不断进行芽殖，此阶段较长；单倍体的子囊孢子在子囊内发生接合；单倍体阶段仅以子囊孢子形式存在，故不能进行独立生活
由图2-50可以看到路德类酵母生活史的过程：单倍体子囊孢子在孢子囊内成对接合，并发生质配和核配；接合后的二倍体细胞萌发，穿破子囊壁；二倍体的营养细胞可独立生活，通过芽殖方式进行无性繁殖；在二倍体营养细胞内的核发生减数分裂，营养细胞成为子囊，其中形成4个单倍体子囊孢子。
3.2.4酵母菌的菌落
酵母菌都是单细胞微生物，且细胞都是粗短的形状，在细胞间充满着毛细管水，故它们在固体培养基表面形成的菌落也与细菌相仿，一般都有湿润、较光滑、有一定的透明度、容易挑起、菌落质地均匀以及正反面和边缘、中央部位的颜色都很均一等特点。但由于酵母的细胞比细菌的大，细胞内颗粒较明显、细胞间隙含水量相对较少以及不能运动等特点，故反映在宏观上就产生了较大、较厚、外观较稠和较不透明的菌落。酵母菌菌落的颜色比较单调，多数都呈乳白色，少数为红色，个别为黑色。另外，凡不产生假菌丝的酵母菌，其菌落更为隆起，边缘圆整，而会产生假菌丝的酵母，则菌落较平坦，表面和边缘较粗糙。酵母菌的菌落一般还会散发出一股悦人的酒香味。
3.2.4食品中常见的酵母?
(1)?酵母菌属（Saccharomyces）酵母菌属于子囊菌亚门，半子囊菌纲，内孢霉目，酵母科。
这属的一些菌种具有典型的酵母菌的形态和构造。细胞为圆形、椭圆形或腊肠形。没有真菌丝，有的有假菌丝，无性繁殖为芽殖，有性繁殖为形成子囊孢子。种类较多，在娄德的酵母菌属中曾列举41种。但最主要的是啤酒酵母和葡萄汁酵母。
①啤酒酵母（S.cerevisiae）啤酒酵母是酵母菌属中的典型菌种，也是重要的菌种，广泛应用于啤酒，白酒、果酒的酿造和面包的制造中，由于酵母菌含有丰富的维生素和蛋白质，因而可作为药用，也可用于饲料，具有较大的经济价值。分布也很广泛，在各种水果的表皮上，发酵的果汁、酒曲、土壤中，特别是果园土壤中都可分离到。
啤酒酵母的种类也很多，根据细胞长与宽的比例，可将啤酒酵母分为三组。第一组的细胞多为圆形，短卵形或卵形。细胞长与宽之比为1~2。应用广泛，如啤酒、白酒和酒精发酵及面包制作中多应用这类菌种；第二组的细胞为卵形或长卵形，长与宽之比通常为2，常常用于葡萄酒和果酒的酿造。第三组的细胞为长圆形，长与宽之比大于2。这组的酵母比较耐高渗透压。用甘蔗糖蜜作原料时可供酒精发酵。
在麦芽汁琼脂上的啤酒酵母菌的菌落为乳白色，有光泽、平坦、边缘整齐。
②葡萄汁酵母（S.uvarum）娄德于1970年将卡尔斯伯酵母、娄哥酵母和葡萄汁酵母合并成一种，叫葡萄汁酵母。它与啤酒酵母的主要区别是全发酵棉子糖。在麦芽汁中，在25℃下培养3天，细胞圆形、卵形、椭圆或长形。供啤酒酿造底层发酵，或作饲料和药用。此外，是维生素的测定菌，可测定泛酸、硫铵素、吡哆醇、肌醇等。
(2）裂殖酵母属（Schizosaccharomyces）裂殖酵母属于子囊菌亚门、酵母科中的裂殖酵母亚科。细胞为椭圆形或圆柱形。无性繁殖为分裂繁殖。有时形成假菌丝。有性繁殖是营养细胞结合形成子囊，子囊内有1~4个或8个子囊孢子。子囊孢子是球形或卵圆形，具有酒精发酵的能力，不同化硝酸盐。八孢裂殖酵母（S.octosporus）（图2-51）是这一属的重要菌种。无性繁殖为裂殖，麦芽汁，25℃，培养3天，液面无菌醭，液清，菌体沉于管底。在麦芽汁琼脂培养基上菌落为乳白色，无光泽，曾经从蜂蜜、粗制蔗糖和水果上分离到。
(3）假丝酵母属（Candida）未发现此属酵母菌的有性繁殖，属于半知菌亚门，芽孢菌纲，隐球酵母目，隐球酵母科。细胞为圆形、卵形或长形，无性繁殖为多边芽殖，形成假菌丝，有的菌有真菌丝，也可形成厚垣孢子，不产生色素，此属中有许多种具有酒精发酵的能力。有的菌种能利用农副产品或碳氢化合物生产蛋白质，可用于食用或饲料。
①热带假丝酵母（G.tropicalis）是最常见的假丝酵母。在葡萄糖—酵母汁—蛋白胨液体培养基中培养，25℃，3天，细胞呈球形或卵球，其中大小为4~8×6~11μm(图2-52)。在麦芽汁琼脂上菌落为白色到奶油色，无光泽或稍有光泽。软而平滑或部分有皱纹。培养时间长时，菌落变硬。在加盖玻片的玉米粉琼脂培养基上培养，可看到大量的假菌丝和芽生孢子(图2-52)。
热带假丝酵母氧化烃类的能力强，在230~290℃石油馏分的培养基中，经22h后，可得到相当于烃类重量92%的菌体。所以，是生产石油蛋白质的重要菌种。用农副产品和工业废弃物也可培养热带假丝酵母。如用生产味精的废液培养热带假丝酵母作饲料，既扩大了饲料来源，又减少了工业废水对环境的污染。
②解脂假丝酵母（C.lipolytica）细胞为卵形到长形，有的细胞可长达20μm。在加盖玻片的玉米粉琼脂培养基上，可看到假菌丝或具有横隔的真菌丝。在菌丝顶端或中间有单个或成双的芽生孢子（图2-53）。
解脂假丝酵母能利用的糖类很少，但它们分解脂肪和蛋白质的能力很强。主要用于石油发酵，可用兼价的石油为原料生产酵母蛋白，同时可使石油脱蜡，降低石油分馏的凝固点。此外，还可利用解脂假丝酵母生产柠檬酸、维生素、谷氨酸和脂肪酸等。从黄油、石油井口的油黑土中，炼油厂或生产油脂车间等地方都可以分离到这种微生物。
③产朊假丝酵母（G.utilis）产朊假丝酵母又叫产朊圆酵母或食用圆酵母。其蛋白质和维生素B的含量都比啤酒酵母高，它能以尿素和硝酸作为氮源，在培养基中不需要加入任何生长因子即可生长。它能利用五碳糖和六碳糖，既能利用造纸工业的亚硫酸废液，还能利用糖蜜、木材水解液等生产出可食用的蛋白质。
(4）球拟酵母属（Torulopsis）此属与假丝酵母同属隐球酵母科，细胞为球形、卵形或略长形，生殖方式为芽殖。无假菌丝，无色素，有酒精发酵能力。有些种能产生甘油等多元醇。在适宜条件下能将40%的糖转化为多元醇。由于甘油是重要的化工原料，所以这属的酵母菌是工业中的重要种类。其代表菌种为白色球拟酵母（图2-54），广泛存在于自然界，能发酵甘油。球形球拟酵母能耐高渗透压，可在高糖浓度的基质上生长，如蜜饯、蜂蜜等食品上。有的菌种也可进行石油发酵，可生产蛋白质或其他产品。
(5）红酵母属（Rhodotorula）此属亦属于隐球酵母科，细胞为圆形、卵形或长形，为多边芽殖，多数种类没有假菌丝，其特点是，有明显的红色或黄色色素，很多种因形成荚膜而使菌落呈粘质状，如粘红酵母。
红酵母菌没有酒精发酵的能力，少数种类为致病菌，在空气中时常发现。有的菌，如粘红酵母，能产生脂肪，其脂肪含量可达干物质量的50%-60%。但合成脂肪的速度较慢，如培养液中添加氮和磷，可加快其合成脂肪的速度。产1g脂肪大约需4.5g葡萄糖。此外,粘红酵母还可产生丙氨酸、谷氨酸、蛋氨酸等多种氨基酸。
(6）掷孢酵母属（Sporobolomyces）属于担子菌亚门，冬孢菌纲，黑粉菌目，掷孢酵母科。掷孢指投掷其孢子的真菌。它们的孢子是由卵圆形的营养细胞生出的小突起形成的，然后由一种机制有力的射出。Buller证明，这种机制是担子菌所特有的。也有一些学者认为掷孢酵母是一种低等的担子菌。这一属的特点是，形成红至鲑肉粉红色的菌落及肾形或豆形的掷孢子。掷孢酵母的幼年菌落几乎和红酵母的菌落无法区别。因此，也有人认为，红酵母可能是由掷孢酵母退化而来，由于它们丧失了形成掷孢的能力。
4非细胞生物—病毒
病毒（virus）是一类比细菌更微小，能通过细菌滤器，只含一种类型的核酸（DNA或RNA），仅能在活细胞内生长繁殖的非细胞形态的微生物。
从1892年俄国科学家伊万诺夫斯基（л?.?и?.ивановский?）发现烟草花叶病毒以后，牛口蹄疫病毒、人黄热病毒、细菌病毒（即噬菌体）、昆虫病毒相继被发现。近年来，继真菌病毒后又发现了蓝绿藻病毒、支原体病毒等。随着现代科学技术的发展，特别是超速离心机和电子显微镜等先进仪器的问世，对病毒的研究已进入了一个新阶段。现已发现的各种病毒有3?600多种，它们广泛分布在自然界中，无论动物、植物和人类都可受到病毒的危害。例如：由微生物引起的人类传染性疾病，就有80%是由病毒所引起。病毒性疾病的重要特点是：传染性高，流行面广，有较高的死亡率。目前还发现许多肿瘤疾病也与病毒有关。因此，掌握病毒的特性，认识病毒的传染和发病特点，对控制病毒带给人类的危害，防止病毒对食品造成污染，以及减少发酵食品生产中因噬菌体污染而造成的损失均有一定的意义。
现在，病毒不仅是病毒学研究的对象，而且也成为分子生物学和分子遗传学的主要研究对象，研究病毒对这两门学科的发展产生了重大的影响。人们利用噬菌体对细菌作用的专一性，进行细菌分型鉴定或细菌病治疗；在分子生物学研究中，它作为载体应用于遗传工程上；在食品工业发酵生产中，噬菌体是造成生产菌种污染的因素之一。
4.1病毒的形态结构及主要类群
4.1.1病毒的基本特点
病毒比其它微生物结构更简单，它是由蛋白质围绕着核酸组成的复合分子构成的，为非细胞结构型，而且只有一种核酸，核酸构成病毒的基因组，病毒没有完整的酶系统。
病毒不能在人工培养基上繁殖，必须进入活细胞中，依靠寄主细胞供给能量、养料、酶类等才能增殖，在寄主细胞内的增殖是以自我复制的方式形成新的病毒粒子。某些病毒的基因片段，也可以整合到寄主细胞核染色体的基因组中，并随细胞DNA的复制而复制，引起潜伏感染。
在活细胞内生活的病毒，对于能干扰细胞代谢的各种因素具有明显的抵抗力。如对甘油有耐受作用，不像细菌等微生物那样可被甘油脱水而死亡，也能抵抗多种抗生素的作用，但干扰素可阻止它的生长和成熟。
4.1.2病毒的形状和大小
成熟的具有侵染力的病毒颗粒称为病毒粒子（virion）。在电子显微镜下观察到的病毒粒子一般为球状、棒杆状、蝌蚪状和线状等多种形态。人、动物和真菌的病毒大多呈球状（如腺病毒、蘑菇病毒），少数为弹状或砖状（如弹状病毒、痘病毒）。植物病毒和昆虫病毒则多数为线状和杆状（如烟草花叶病毒、家蚕核型多角体病毒），少数为球状（如花椰菜花叶病毒）。细菌病毒称噬菌体（bacteriophage），部分呈蝌蚪状（T2，T4，λ噬菌体），部分线状（fd、M13等）或球状（MS2、φX174等）（图2-55）。
病毒个体用纳米（nm）来量度。病毒的大小悬殊，直径在10～300nm之间，通常在100nm左右。较大的病毒如痘类病毒，其大小为250～300nm×200～50nm，比最小的细菌支原体（直径200～250nm）还大。最小的病毒如菜豆畸矮病毒，粒子大小仅为9～11nm，比血清蛋白分子（直径22nm）还小。
病毒在寄主外存在时，只保留着在适宜条件下感染寄主的潜在能力。这种潜在的感染能力很容易变性失活。它对温度很敏感，在55～60℃，病毒悬液几分钟内就变性。Χ-射线、γ-射线、紫外线照射都能使病毒变性失活，带封套的病毒容易被脂肪溶剂破坏，无封套的病毒对多种常用的消毒剂的抗性较强。常用甲醛来消毒污染了病毒的器具和空气。
由于病毒没有细胞结构，不能在寄主细胞外面独立复制，因而有的学者只把它们看成是一种遗传成分，同质粒有所类似。
4.1.3病毒的结构与化学组成
(1）病毒粒子的结构病毒主要由壳体（capsid）和核酸二部分构成。壳体和核酸统称为核壳（nucleo-capsid）。有些病毒在核壳外还有一层外套称包膜(envelope)，有的包膜上还有刺突（spike）。包膜由脂肪或蛋白组成。壳体的化学成分是蛋白质，由称为壳粒（capsomer）的亚单位组成。壳粒是电镜下能见的最小形态学单位，由一种或多种肽链折叠而成（图2-56）。
由于壳粒在壳体上的不同排列，病毒具有下列3种形态结构。
①螺旋对称具有螺旋对称结构的病毒多数是单链RNA病毒，其粒子形态为线状（如大肠杆菌噬菌体f1）、直杆状（如烟草花叶病毒）和弯曲杆状（如马铃薯X病毒）。这类病毒的壳体由壳粒一个挨一个地呈螺旋对称排列而成，核酸位于壳体的螺旋状结构中。烟草花叶病毒的杆状壳体由2?130个壳粒螺旋状排列而成，约有130个螺旋，螺距为2.35nm，壳体全长约300nm?(图2-57)。
②二十面体对称有些看起来好象球形的病毒粒子，经高分辨率电子显微镜观察，实际上是个多面体。它们的核壳是由不同数量的壳粒按一定方式排列而成的立方对称体。这些壳粒沿三根相互垂直的轴形成对称体，壳体一般廿面体。廿面体具有20个面（每个面是一个等边三角形），30条棱和12个顶角。腺病毒的壳体是这类结构的典型代表，它由252个球形的壳粒排列成一个廿面的对称体（图2-58）。
③复合对称这类病毒的壳体是由两种结构组成的，既有螺旋对称部分，又有立方体对称部分，故称复合对称，如大肠杆菌T4噬菌体。T4噬菌体如蝌蚪状，其头部外壳由8种蛋白质组成呈椭圆形20面体，含212个壳粒，核酸埋藏在蛋白质外壳中。T4噬菌体的尾部为螺旋对称结构，含有两种分子量较大的蛋白质和4种分子量较小的蛋白质，由144个壳粒组成排成棒状，共分24个螺旋。尾部中央为尾髓，中空，是注射核酸的通道。除此之外，T4还有颈圈，基片，刺突和尾丝等附属结构（图2-59）。
(2）病毒的化学组成多数病毒只含蛋白质和核酸两种成分。少数大型病毒还含有脂类和糖类。
①病毒蛋白病毒一般只含一种或少数几种蛋白。蛋白质在病毒中的含量随病毒种类而异，如狂犬病毒的蛋白质含量约占整个病毒粒子的96%，而大肠杆菌T3、T4?噬菌体则只占40%。
病毒蛋白的氨基酸组成和其他生物一样，但半胱氨酸和组氨酸在病毒蛋白中较少见。不同种病毒蛋白的氨基酸含量各不相同，大肠杆菌噬菌体M13的外壳蛋白只有49个氨基酸，烟草花叶病毒普通株的外壳蛋白有158个氨基酸，家蚕核型多角体病毒蛋白有244个氨基酸。病毒蛋白多数位于病毒颗粒的外层，包在核酸外面，以保护核酸免受破坏。有些病毒蛋白与吸附细胞受体有关（如流感病毒的血凝素等），有些则是一些酶，如噬菌体的溶菌酶、白血病病毒的DNA聚合酶、RNA肿瘤病毒的反转录酶等。它们在病毒的侵染和增殖过程中发挥作用。
②病毒核酸病毒只含一类核酸（DNA或RNA），至今还没发现一种病毒同时兼有两类核酸。大多数植物病毒的核酸为RNA，少数为DNA；噬菌体的核酸大多数为DNA，少数为RNA；动物病毒，包括昆虫病毒，则部分是DNA，部分是RNA。含DNA的病毒称为DNA病毒，含RNA的病毒称为RNA病毒。
无论是DNA还是RNA，都有单链（ss）和双链（ds）之分。RNA病毒多数是单链，极少数为双链，DNA病毒多数为双链，少数为单链。病毒核酸还有线状和环状之分，如玉米条纹病毒的核酸为线状单链DNA，大丽菊花叶病毒的核酸为闭合环状双链DNA。但RNA病毒核酸都呈线状，罕见环状。
此外，病毒核酸还有正、负链的区别。凡碱基排列顺序与mRNA相同的单链DNA或RNA，称（+）DNA链或（+）RNA链，凡碱基排列顺序与mRNA互补的单链DNA和RNA，称（-）DNA?链或（-）RNA链。如烟草花叶病毒的核酸属于（+）RNA，副黏病毒的核酸为（-）RNA。正链（+）核酸具有侵染性，可直接作为mRNA合成蛋白质，负链（-）没有侵染性，必须依靠病毒携带的转录酶转录成正链后才能作为mRNA合成蛋白质。
大部分病毒的遗传物质为DNA，少数RNA病毒能以RNA为遗传物质。病毒的核酸主要也由4种核苷酸组成。但病毒所含的核苷酸数比高等生物少得多，一般只含103～106个核苷酸。
有些RNA病毒的核酸分子还有分段现象。如流感病毒的核酸分为8个节段，每个节段都有自己独特的核苷酸序列，分别转录一种蛋白质。有些分段核酸分散在不同的病毒颗粒中，如烟草脆裂病毒的核酸就分藏在两种长短不一的颗粒中，长颗粒含2.5×106Da的RNA，有RNA复制基因，具有侵染性；短颗粒含0.6～7.3×106?Da的RNA，有蛋白质外壳基因。烟草脆裂病毒只有在长颗粒和短颗粒一起感染细胞时才能正常复制。
病毒的核酸含量随病毒种类而异，通常在1%～50%之间。一般形态结构复杂的病毒，核酸含量较多，如结构简单的新城疫病毒核酸含量不到1%，而结构复杂的T2噬菌体核酸含量超过50%，这是因为结构复杂的病毒需要较多的基因。
③脂类和糖类少数有包膜的大型病毒含有蛋白质和核酸外，还含有脂类和糖类等其他成分。如大蚊红色病毒含有5%?脂类，流感病毒除含19%?脂类外，还含有6%?的非核糖成分的糖类。
病毒所含的脂类主要是一些磷脂、胆固醇和中性脂肪，它们大多数存在于包膜中。病毒所含的糖，主要是葡萄糖、龙胆二糖、岩藻糖、半乳糖等。它们或以糖苷链直接与碱基相连，或以氨基酸残基相连，以糖蛋白的形式存在。糖蛋白位于有包膜病毒的表面，已知它与血清反应有关。
④病毒的包含体有些病毒在寄主细胞内还形成包含体的结构，它们多数位于细胞质内，具嗜酸性；少数位于细胞核内，具嗜碱性；也有细胞质和细胞核内都存在的类型。包含体是寄主细胞被病毒感染后形成的蛋白质结晶体，内含1个到几个病毒粒子。包含体的个体较大，在光学显微镜下就能看到，包含体有多角形和颗粒形两种，前者称为多角形包含体，后者称为颗粒状包含体。颗粒状包含体呈圆筒形或椭圆形，内含1个（偶尔2个）病毒粒子。多角形包含体一般呈六角形、五角形、四角形和三角形，内含多个病毒粒子。
4.1.4病毒的主要类群
自从1892年伊万诺夫斯基发现病毒以来，迄今已发现了3?600多种病毒。很多病毒学家对病毒的分类作了不懈的努力，探索了很多的途径，提出?了大量的方案，但目前还不成熟，还不完善。人们仍然根据病毒对宿主感染的专一性，按宿主的不同将病毒分为微生物病毒、植物病毒、脊椎动物病毒和昆虫病毒。
(1）微生物病毒侵染细菌、放线菌等原核微生物的病毒，通常称为噬菌体，微生物病毒广泛存在于自然界中，在真菌、蓝绿藻中也发现有病毒的感染。据报道，至今已作过电镜观察的噬菌体至少已有2?850种（株），其中2?700种（株）是有尾的，噬菌体在病毒学中以E.coli中发现的噬菌体最多，是研究最深入的。
(2）植物病毒植物病毒大部分属于ssRNA病毒，其基本形态有杆状、丝状和等轴对称的近球状二十面体，一般没有包膜。只有少数种类才有包膜，例如植物弹状病毒组的莴苣坏死黄化病病毒等。植物病毒虽是严格的细胞内寄生物，但是它们的专化性并不强，往往一种病毒可寄生在不同种、属甚至不同科的植物上，例如TMV就可以传染10多个科，100多种草本和木本植物。
已知的植物病毒多达600多种，绝大多数为种子植物，尤其是禾本科、葫芦科、豆科、十字花科等植物都易发生病毒病。植物患病毒病后，主要出现三类症状：因叶绿体被破坏或不能合成新的叶绿素，而引起花叶、黄化或红化等症状；植株发生矮化、丛枝或畸形等；形成枯斑或坏死等症状。
(3）脊椎动物病毒在人类、哺乳动物、禽类和鱼类等各种脊椎动物中，广泛存在着相应的病毒。目前研究得较广泛和深入的还是那些与人类健康、畜牧业直接相关的脊椎动物病毒。常见的如流感病、麻疹、腮腺炎、肝炎、疱疹、流行乙型脑炎、艾滋病以及狂犬病等。此外，根据统计，在人类的恶性肿瘤中，约有15%是由于病毒的感染而诱发的。家禽和其他哺乳动物中的病毒病也相当普遍，如猪瘟、牛瘟、口蹄疫等。家禽中则有鸡新城疫、鸡瘟和鸡的劳斯氏肉瘤等。
(4）昆虫病毒在病毒学领域内，昆虫病毒的研究和开发工作起步较晚，但发展较快。据记载，当前国际上已报道的昆虫病毒有1?671种（1990），我国有290多种（1990）。在昆虫病毒中，80%以上是农林业中常见的鳞翅目害虫的病原体。
大多数昆虫可在宿主细胞内形成包含体。由于在光学显微镜下观察，昆虫病毒包含体一般呈多角状，因此称之为多角体（polyhedron）。多角体一般是外形呈多角状的多面体，大小一般在0.5～10μm，多数约为3μm；多角体?成分为碱溶性结晶蛋白，其内包裹着数目不等的病毒粒子。包含体可在细胞核或细胞质内形成。
根据是否形成包含体，把昆虫病毒分为包含体病毒和非包含体病毒。在包含体病毒中分为核型多角体病毒（NPV），在宿主细胞核内形成包含体和杆状的病毒粒子；质型多角体病毒（CPV），在宿主细胞质中形成包含体和球状病毒粒子；以及颗粒体病毒（GV），可在细胞核或细胞质中形成包含体和杆状病毒粒子。
4.1.5亚病毒的化学组成
前述的病毒有核酸成分和蛋白质成分。1970年发现了侵染性小分子RNA，1980年又发现了有侵染力的蛋白质分子。有人将这些侵染性分子称亚病毒。
(1）类病毒在美国工作的瑞士学者T.O.Diener?1971年发现马铃薯纺锤形块茎病的病原是一种只有侵染性小分子RNA而没有蛋白质的感染因子，他称为类病毒（viroid）。类病毒是一个裸露的闭合环状RNA分子，它能感染寄主细胞并在其中进行自我复制使寄主产生病症。类病毒的分子量小，仅为最小RNA病毒的十分之一，约10万Da。马铃薯纺锤形块茎病类病毒(PSTV)是研究得比较清楚的一种类病毒，它是一个长50nm的棒状dsRNA分子，由2个互补的半体组成，一个含179个核苷酸，另一个含180个核苷酸，两者间有70%的碱基以氢键方式结合，共形成122个碱基对，整个棒状结构中有27个内环，最大的螺旋含8个碱基对，最大的内环含12个核苷酸。类病毒对热和脂溶剂有抗性，类病毒除了通过汁液摩擦传染外，有些可以通过种子传染或无性繁殖材料传染，但没有找到昆虫和螨类媒体。
(2）拟病毒如果把具有核酸和蛋白质组分的病毒称为“真病毒”的话，拟病毒则是存在于植物“真病毒”的颗粒中的小的环状RNA分子。澳大利亚人Randles在研究绒毛烟斑驳病毒（velvet?tabacco?virus?mottleVTMoV）时发现，VTMoV的基因组除含有一种大分子线状ssRNA外，还含有一种类似于类病毒的环状ssRNA分子。这两种RNA分别接种寄主时都不能感染和复制，只有把两者合在一起时才能感染和复制。于是Haseloff等将这种包被于?病毒壳体内的环状RNA分子称为拟病毒，现已发现的拟病毒除绒毛烟斑驳病毒（VTMoV）外，还有莨菪斑驳病毒（SNMV）,苜蓿暂时性条斑病毒（LTSV）和地下三叶草班驳病毒（SCMoV）。这4种拟病毒的RNA功能不完全相同。VTMoV、SNMV中的拟病毒是致侵染所必需的，而LTSV拟病毒的作用类似于卫星RNA，即病毒中大的线状RNA可以单独复制，而环状的拟病毒RNA的复制则依赖于线状大RNA。进一步的研究发现，SNMV的拟病毒RNA与LTSV的大线状RNA一起接种时能够复制，改变LTSV引起的症状，即在SNMV中作为基因组部分的拟病毒RNA，在LTSV中起卫星RNA的作用。
(3）朊病毒（又称毒朊）朊病毒是美国加州大学旧金山分校动物病毒学家Prusiner1982年研究羊的瘙痒病原时发现的一种对人有侵染性的蛋白质颗粒，称为“Prion”（Protein?infection的缩写）或“Virino”，有人译为“朊病毒”，或“毒朊”。这一发现使生物学家感到震惊，因为它与现行的生物中心法则即DNA→RNA→蛋白质的依赖关系背道而驰。由于这种病毒很奇特，有人又称奇异病毒。尚未发现这种毒性蛋白质分子蕴藏有任何核酸，即使有，其碱基数太少，不足以编码一个毒性蛋白分子。它除了引起羊瘙痒病外，还导致牛的海绵状脑（即“疯牛病”，或称BSE）和人的苦鲁病（发现于新几内亚东部高原的一种中枢神经系统退化症）等。令人吃惊的是，1996年在英国发现的BSE也可感染人类。
朊病毒在电镜下呈杆状颗粒，直径25nm，长100～200nm（一般为125～150nm），杆状颗粒不单独存在，总是呈丛状排列，其大小和形状不一，有的丛含有多达100个杆状颗粒。侵染性的朊病毒的单体含有3个或少于3个prp（proteinase-resistant?protein)分子，而杆丛聚合体可能含多到105个prp分子，所测定的半感染剂量（ID50）介于10～100个杆之间。朊病毒的分子量为27～30Kda。提纯的朊病毒用刚果红染色，在光学显微镜下可以看到许多无定形结构，大小为1～20μm。
朊病毒的致病机理不太清楚，感染寄主后，蛋白质扩增研究发现，动物的某染色体上有一基因编码与合成一种蛋白，非常类似于朊病毒蛋白，主要存在于神经细胞中。朊病毒蛋白在寄主蛋白合成中（或合成后）起修饰作用。它不是破坏寄主细胞的酶，而是使正常的寄主基因产生更多的致病蛋白质。
4.2噬菌体
噬菌体（phage）是侵染细菌的微生物病毒，广泛分布于自然界中。几十年来人们对大肠杆菌T-系噬菌体进行了大量研究，获得了很多有关病毒的基础知识。虽然植物病毒在病毒学发展史上曾起过领先的作用，但要从分子水平上深入研究病毒复制增殖、生物合成、基因表达、颗粒装配、感染性以及其他活性等问题，噬菌体却是一个很方便的模型和独特的工具，因为它是一个单细胞的宿主和很简单的寄生物。
4.2.1噬菌体的形态
与其他病毒一样，噬菌体都是由蛋白质和核酸组成。核酸以单链或双链分子组成环状或线状，病毒粒子外壳有不同形状和大小。基本形态为蝌蚪形、微球形和线状3种。从结构看又可以分为6种不同的类型，现将它们概括于表2-5。
4.2.2噬菌体的生长周期
(1）噬菌体生长的测定——一步生长曲线噬菌体繁殖和其他病毒一样，其生活周期包括吸附、侵入、复制、组装和释放5个阶段。
一步生长曲线定量描述毒性噬菌体生长规律的实验曲线称为一步生长曲线，如图2-60所示。该种曲线反映出三个重要特征参数：潜伏期、裂解期、裂解量。一步生长曲线的实验方法如下：先把在对数期生长的敏感细菌悬浮液与适量的噬菌体混合，通常噬菌体和细菌的混合比例为10:1，避免几个噬菌体同时侵染一个细菌细胞。经数分钟吸附后，混合液中加入一定量的该噬菌体的抗血清，以中和尚未吸附的噬菌体。然后再用培养液进行高倍稀释，以免发生第二次吸附和感染。培养后定时取样，将含噬菌体的样品与敏感细菌混合，在平板上培养，计算噬菌斑数。结果可见，在吸附后的开始一段时间内（5～10min），噬菌斑数不见增加，说明噬菌体尚未完成复制和组装，这段时间称为噬菌体的潜伏期。紧接着在潜伏期后的一段时间（感染后20～30min），平板中的噬菌斑数突然直线上升，表示噬菌体已从寄主细胞中裂解释放出来，这段时间称为裂解期。每个被感染的细菌释放新的噬菌体的平均数称为裂解量。当宿主全部裂解，溶液中的噬菌体的效价达到最高点时称为平稳期。
裂解期平均噬菌斑数
裂解量?=—————————
潜伏期平均噬菌斑数
殖过程
通常把毒性噬菌体看作噬菌体的正常表现。大肠杆菌T4噬菌体是一种毒性噬菌体,它是双链DNA病毒,由二十面体的头部和一个可收缩的尾部组成，尾部由中空的尾髓和可收缩的蛋白质尾鞘组成,尾端有6根尾丝。毒性噬菌体的入侵增殖一般包括吸附、侵入、复制、装配、释放等五个阶段图2-61。
①吸附噬菌体与敏感的寄主细胞接触,在寄主细胞的特异性受点上结合。T4噬菌体是以尾部末端和寄主的受点吸附。一种细菌可被多种噬菌体感染,不同的感染噬菌体在同一寄主细菌的不同受点上吸附。因此，一个寄主细菌(例如大肠杆菌)与一种噬菌体(例如T4?)饱和吸附后,?并不防碍和另一种噬菌体(例如T6)再吸附。
②侵入噬菌体吸附在细菌细胞壁的受点上以后，核酸注入细菌细胞中，蛋
白质壳体留在外面，从吸附到侵入的时间间隔很短，只有几秒到几分钟。
③复制噬菌体核酸进入寄主细胞后，操纵寄主细胞的代谢机能，大量复制噬菌体核酸，并合成病毒所需要的蛋白质，但不形成带壳体的粒子。
④粒子成熟(装配)寄主细胞合成噬菌体壳体(T4噬菌体包括头部、尾部),并组装成完整的噬菌体粒子。
⑤寄主细胞的裂解(释放)噬菌体粒子成熟，引起寄主细胞的裂解，释放出病毒粒子。噬菌体的释放量随种类而有所不同，一个寄主细胞可释放10～10?000个噬菌体粒子。
在细菌培养液中，细菌被噬菌体感染，细胞裂解，混浊的菌悬液变成透明的裂解溶液。在双层平板固体培养基上，稀释的噬菌体悬液引起点状感染，在感染点上进入反复的侵染过程，产生透明的空斑称为噬菌斑。
3）温和噬菌体和溶源性有些噬菌体侵入寄主细菌后，并不像上述毒性噬菌体那样发展，而是它们的核酸和寄主细胞同步复制，寄主细胞不裂解，这类噬菌体称为温和噬菌体。含有温和噬菌体的寄主细胞称为溶源细胞（或细胞溶源化），在溶源细胞内的噬菌体核酸称为原噬菌体（或前噬菌体）。
溶源细胞（溶源细菌）正常繁殖时绝大多数不发生裂解现象，只有极少数（大约10-6）溶源细胞中的原噬菌体发生大量复制的现象，并接着成熟为噬菌体粒子，这时导致寄主细菌裂解，这种现象称为溶源细菌的自发裂解。也就是说少数溶源细菌中的温和噬菌体变成了毒性噬菌体。
检验溶源菌的方法是将少量溶源菌与大量敏感指示菌（易受溶源菌释放出的噬菌体感染发生裂解性循环者）相混合，然后倒入营养琼脂平板，溶源菌生长成菌落。当溶源菌中极少数的细胞发生自发裂解释放出病毒粒子时，这些病毒粒子会感染溶源菌落周围的敏感指示菌，并反复侵染形成噬菌斑。最后形成中央是溶源菌菌落，四周为透明裂解圈的特殊菌落（图2-62）。
溶源细胞的诱发裂解：用低剂量的紫外线照射处理，或其它物理、化学方法处理，能够诱发溶源细胞大量溃溶，释放出噬菌体粒子。
溶源细胞的复愈：溶源细胞有时消失了其中的原噬菌体，变成为非溶源细胞，这时既不会发生自然溃溶现象，也不发生诱发溃溶现象，称为溶源细胞的复愈或非溶源化。温和噬菌体侵入寄主细胞后可能发生的侵染过程见图2-63。

λ型噬菌体λ噬菌体是一种研究得透彻的大肠杆菌温和噬菌体，λ噬菌体的原噬菌体插入寄主细胞的染色体的特定位点（在gal和bio基因之间），成为寄主细胞染色体的附加体，并随寄主细胞复制、繁殖而传代。含有λ原噬菌体的溶源细胞对于λ原噬菌体的毒性突变株有免疫性，也就是说毒性突变株对非溶源寄主有毒性，对溶源寄主（含有λ原噬菌体）却没有毒性。
PI型噬菌体PI噬菌体也是一种温和噬菌体，它和λ噬菌体有两个明显不同
的特征：一个是它的原噬菌体主要是独立地存在于寄主细胞内，而不是染色体的附加体。另一个是当它插入染色体成为附加体时不是在某个位点上，而是能在许多位点上插入。
除噬菌体外，自然界还存在侵染其他微生物的病毒，包括真菌病毒（mycoviruses）、藻病毒（phycoviruses）、和原生动物病毒。至今发现的真菌病毒都是dsRNA病毒。而藻类病毒则都是dsDNA?病毒。它们可能被利用作为生物防治剂，控制真菌病和藻类。
(4）噬菌体的危害在发酵工业和食品工业上，噬菌体给人类带来的危害是污染生产菌种，造成菌体裂解，无法累积发酵产物，发生倒罐事件，损失极其严重。
①丙酮、丁醇发酵与噬菌体污染丙酮、丁醇发酵与噬菌体污染可为发酵受害的典型代表。当受噬菌体感染，发酵速度缓慢、产气减少、发酵液对流也不旺盛，甚至菌数减少，逐渐使发酵停止。可以采用噬菌体抗性菌株，每隔一周交换使用一次，这样对稳定生产有一定好处。
②抗生素发酵与噬菌体污染灰色链霉菌发酵生产链霉素，?由于噬菌体污染出现溶菌现象，菌体减少，培养液变黑，抗生素效价不上升。1951年以来，有关金色链霉菌的噬菌体的报道，四环素发酵生产中也出现类似异常现象。
③食品工业上的噬菌体污染食品工业上采用乳酸菌、醋酸菌、棒状杆菌等进行发酵，生产各种不同的产品，如果生产过程中受到相应的噬菌体感染时，发酵作用就会减慢，周期明显延长，甚至停止；发酵液变清，不积累发酵产物，菌体很快消失，整个发酵生产就被破坏。所以在微生物发酵工业中，必须采取一定预防措施以减少由噬菌体造成的损失。
要防治噬菌体危害，首先是提高有关人员的思想认识，建立“防重于治”的观念。预防的措施主要有：a.?决不可使用可疑菌种。认真检查摇瓶、斜面及种子罐所使用的菌种，坚持废弃任何可疑菌种。b.?严格保持环境卫生。c.?决不排放或丢弃活菌液。严格消毒或灭菌后才能排放。d.?注意通气质量。空气过滤器要保持质量并经常灭菌。e.?加强管道和发酵罐的灭菌。f.?不断筛选抗性菌种，并经常轮换生产菌种。g.?严格执行会客制度。
预防不成，一旦发现噬菌体污染，要及时采取合理措施。例如：a.?尽快提取成品。b.?使用药物抑制，?加入某些金属螯合剂（如0.3～0.5%的草酸盐、柠檬酸铵，可抑制噬菌体的吸附和侵入），抗生素，表面活性剂等。c.?及时改用抗噬菌体的生产菌株。
(5）噬菌体的应用
①用于细菌鉴定和分型由于噬菌体的作用具有高度的种、型特异性，即一种噬菌体只能裂解和它相应的该种细菌的某一型，因此可用于细菌鉴定。目前已利用噬菌体将金黄色葡萄球菌分为132型，将伤寒杆菌分为72型。
②用于诊断和治疗疾病噬菌体感染相应细菌后，迅速繁殖并产生噬菌体子代。利用这一特性可将已知噬菌体加入被检材料中，如出现噬菌体效价增长，就证明材料中有相应细菌存在。在疾病治疗中可使用噬菌体来裂解细菌，特别是有些细菌对抗生素产生抗药性，最好的办法就是采用相应噬菌体来治疗。
③用作分子生物学研究的实验工具由于噬菌体的基因数目少，噬菌体变异或遗传性缺陷株又容易辨认、选择和进行遗传性分析，因此可以通过物理的或化学的方法诱变使其产生多种噬菌体的蚀斑型突变株和条件致死突变株，然后利用这些突变株的基因重组试验，来研究噬菌体个别基因的排列顺序和功能。在生物技术方面，噬菌体可作为载体，将核酸片段传递到另一细胞中，改变细胞的遗传特性。现已被应用到遗传工程上。
思考题,
1．比较原核微生物和真核微生物的异同点。
2．细菌有哪几种形态？如何观察细菌的形态结构？
3．什么是革兰氏染色？其原理和关键是什么？它有何意义。
4．比较革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌细胞壁的成分和构造。
5．细菌的细胞结构包括一般结构和特殊结构，试说明这些结构及其生理功能。
6．芽孢有何特殊生理功能？其抗性机理是什么？芽孢的这些特点对实践有何指导意义？
7．简述芽孢的生活史。
8．什么是质粒？为什么质粒可以作为基因工程的载体？
9．什么叫菌落？怎样识别细菌和放线菌的菌落？
10．比较原生质体、支原体和L—型细菌的异同。
11．举例说明几种细菌在食品加工工业中应用的概况。
12．什么是真菌、霉菌和酵母菌？
13．霉菌的营养菌丝和气生菌丝有什么特点，其功能分别是什么？
14．什么叫“9+2”鞭毛，与细菌鞭毛有什么不同？
15．真菌无性过程的各种孢子和有性过程的各种孢子的特点如何？并说明其实践意义。
16．比较细菌、放线菌、霉菌和酵母菌菌落的特征。
17．如何识别毛霉、根霉、曲霉和青霉？
18．简述真菌与人类的关系。
19．以啤酒酵母为例，说明酵母菌的形态和繁殖方式。
20．什么叫病毒、类病毒、噬菌体？
21．病毒的一般特性是什么？
22．名词解释：病毒粒子壳体壳粒核壳包膜
23．病毒的成分及其结构是什么？病毒核酸有哪些类型？
24．病毒有哪几种对称方式？
25．病毒分成哪几大类？
26．什么是病毒包含体？它有什么实践意义？
27．什么是病毒的一步生长曲线？对生产和科研有何指导意义？
28．什么叫毒性噬菌体？简述其增殖裂解细胞的过程。
39．什么是温和噬菌体？温和噬菌体与溶源性细胞的关系如何？
30．名词解释：溶源细胞溶源性前噬菌体溶源细胞的复愈
31．在发酵工业中，为何常常遭噬菌体危害？如何防治？


第3章 微生物的营养与代谢本章的学习目的与要求,
⑴?了解微生物细胞的化学组成及所需的营养物质，微生物的大营养类型及其对营养物质的吸收
⑵?掌握微生物的代谢类型，及其能量代谢，分解代谢和合成代谢
⑶?掌握微生物的主要发酵代谢途径，微生物代谢的主要调节机制，及其代谢调控在发酵工业中的应用
1.?微生物的营养
微生物同其他生物一样都是具有生命的，微生物细胞直接同生活环境接触并不停地从外界环境吸收适当的营养物质，在细胞内合成新的细胞物质和贮藏物质，并储存能量，微生物从环境中吸收营养物质并加以利用的过程即称为微生物的营养（nutrition）。
1.1微生物细胞的化学组成和营养要素
营养物质是微生物构成菌体细胞的基本原料，也是获得能量以及维持其它代谢机能必须的物质基础。微生物吸收何种营养物质取决于微生物细胞的化学组成。
1.1.1微生物细胞的化学组成
分析微生物细胞的化学成分，发现微生物细胞与其他生物细胞的化学组成并没有本质上的差异。微生物细胞平均含水分80％左右。其余20％左右为干物质，在干物质中有蛋白质、核酸、碳水化合物、脂类和矿物质等。这些干物质是由碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钙、镁、铁等主要化学元素组成，其中碳、氢、氧、氮是组成有机物质的四大元素，大约占干物质的90％～97％（表3-1）。其余的3％～10％是矿物质元素，除上述磷、硫、钾、钙、镁、铁外，还有一些含量极微的钼、锌、锰、硼、钴、碘、镍、钒等微量元素。这些矿质元素对微生物的生长也起着重要的作用。
表3-1?微生物细胞中碳、氢、氧、氮的含量
微生物种类CNHO
细菌/?Bacteria5015820
酵母/?Yeast49.812.46.731.1
霉菌/?Mold47.95.26.740.2
1.1.2?微生物的营养物质及其生理功能
通过了解微生物的化学组成，可见微生物在新陈代谢活动中，必须吸收充足的水分以及构成细胞物质的碳源和氮以及钙、镁、钾、铁等多种多样的矿质无素和一些必须的生长辅助因子，才能正常地生长发育。
⑴?水分?
水分是微生物细胞的主要组成成分，大约占鲜重的70％～90％。不同种类微生物细胞含水量不同。同种微生物处于发育的不同时期或不同的环境其水分含量也有差异，幼龄菌含水量较多，衰老和休眠体含水量较少（表3-2）。微生物所含水分以游离水和结合水两种状态存在，两者的生理作用不同。结合水不具有一般水的特性，不能流动，不易蒸发，不冻结，不能作为溶剂，也不能渗透。游离水则与之相反，具有一般水的特性，能流动，容易从细胞中排出，并能作为溶剂，帮助水溶性物质进出细胞。微生物细胞游离态的水同结合态的水的平均比大约是4∶1。

表3-2?各类微生物细胞中的含水量
微生物类型细菌霉菌酵母菌芽孢孢子
水分含量（%）75～8585～9075～804038
微生物细胞中的结合态水约束于原生质的胶体系统之中，成为细胞物质的组成成份，是微生物细胞生活的必要条件。游离态的水是细胞吸收营养物质和排出代谢产物的溶剂及生化反应的介质；一定量的水分又是维持细胞渗透压的必要条件。由于水的比热高又是热的良导体，故能有效地吸收代谢过程中产生的热量，使细胞温度不致于骤然升高，?能有效地调节细胞内的温度。微生物如果缺乏水分，则会影响代谢作用的进行。
⑵?碳源物质
凡是可以被微生物利用，构成细胞代谢产物的营养物质，统称为碳源物质。碳源物质通过细胞内的一系列化学变化，被微生物用于合成各代谢产物。微生物对碳素化合物的需求是极为广泛的，根据碳素的来源不同，可将碳源物质分为无机碳源物质和有机碳源物质。除少数具有光合色素的蓝细菌、绿硫细菌、紫硫细菌、红螺菌能象绿色植物那样，利用太阳光能，还原二氧化碳合成碳水化合物，作为碳源以外，一些化能自养型微生物如硝化细菌和硫化细菌还能利用无机物的氧化作为供氢体来还原二氧化碳，同时无机物的氧化还产生化学能。但绝大多数的细菌以及全部放线菌和真菌都是以有机物作为碳源的。当然不同的微生物对不同碳源的分解和利用情况是不一样的。糖类是较好的碳源，尤其是单糖（葡萄糖、果糖）、双糖（蔗糖、麦芽糖、乳糖），绝大多数微生物都能利用。此外，简单的有机酸、氨基酸、醇、醛、酚等含碳化合物也能被许多微生物利用。所以我们在制作培养基时常加入葡萄糖、蔗糖作为碳源。淀粉、果胶、纤维素、木质素、蛋白质、脂肪、蜡质以及碳氢化合物，只要微生物具有分解它们的能力也能加以吸收利用。大多有机碳源物质被微生物吸收后，首先要降解成小分子前体物质，再用于代谢产物的合成，在降解的同时，产生能量；有的被彻底氧化产生能量。所以有机碳源物质既提供碳素营养，同时又是能源物质。
在微生物发酵工业中，常根据不同微生物的需要，利用各种农副产品如玉米粉、米糠、麦麸、马铃薯、甘薯以及各种野生植物的淀粉，作为微生物生产廉价的碳源。这类碳源往往包含了几种营养要素。
⑶?氮源物质?
微生物细胞中大约含氮5％～13％，它是微生物细胞蛋白蛋和核酸的主要成分。氮素对微生物的生长发育有着重要的意义，微生物利用它在细胞内合成氨基酸和碱基，进而合成蛋白质、核酸等细胞成分，以及含氮的代谢产物。无机的氮源物质一般不提供能量，只有极少数的化能自养型细菌如硝化细菌可利用铵态氮和硝态氮作为氮源和能源。
微生物营养上要求的氮素物质可以分为三个类型,
①空气中分子态氮只有少数具有固氮能力的微生物（如自生固氮菌、根瘤菌）能利用。
②无机氮化合物如铵态氮（NH4+）、硝态氮（NO3-）和简单的有机氮化物（如尿素），绝大多数微生物可以利用。
③有机氮化合物大多数寄生性微生物和一部分腐生性微生物需以有机氮化合物（蛋白质、氨基酸）为必需的氮素营养。尿素要经微生物先分解成NH4+以后再加以利用。氨基酸能为微生物直接加以吸收利用。蛋白质等复杂的有机氮化合物则需先经微生物分泌的胞外蛋白酶水解成氨基酸等简单小分子化合物后才能吸收利用。
在实验室和发酵工业生产中，我们常常以铵盐、硝酸盐、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、血粉、蚕蛹粉、豆饼粉、花生饼粉作为微生物的氮源。
⑷?无机元素
微生物细胞中的矿物元素约占干重的3％～10％左右，它是微生物细胞结构物质不可缺少的组成成分和微生物生长不可缺少的营养物质。许多无机矿物质元素构成酶的活性基团或酶的激活剂；并具有调节细胞的渗透压，调节酸碱度和氧化还原电位以及能量的转移等作用。有些自养微生物需要利用无机矿质元素作为能源。根据微生物对矿质元素需要量的不同，分为常量元素和微量元素。
常量矿质元素是磷、硫、钾、钠、钙、镁、铁等。磷、硫的需要量很大，磷是微生物细胞中许多含磷细胞成分，如核酸、核蛋白、磷脂、三磷酸腺苷（ATP）、辅酶的重要元素。硫是细胞中含硫氨基酸及生物素、硫胺素等辅酶的重要组成成分。钾、钠、镁是细胞中某些酶的活性基团，并具有调节和控制细胞质的胶体状态、细胞质膜的通透性和细胞代谢活动的功能。
微量元素有钼、锌、锰、钴、铜、硼、碘、镍、溴、钒等，一般在培养基中含有0.1mg/L或更少就可以满足需要。所以在制作培养基时，使用天然水如井水、河水或自来水其中微量元素的含量已经足够，无需添加，过量的微量元素反而对微生物起到毒害作用。
⑸?生长因子?
生长因子是微生物维持正常生命活动所不可缺少的、微量的特殊有机营养物，这些物质在微生物自身不能合成，必须在培养基中加入。缺少这些生长因子就会影响各种酶的活性，新陈代谢就不能正常进行。
生长因子是指维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等特殊有机营养物。而狭义的生长因子仅指维生素。这些微量营养物质被微生物吸收后，一般不被分解，而是直接参与或调节代谢反应。
在自然界中自养型细菌和大多数腐生细菌、霉菌都能自己合成许多生长辅助物质，不需要另外供给就能正常生长发育。
1.2?微生物对营养物质的吸收
微生物不象动物那样具有专门的摄食器官，也不象植物那样具有根系吸收营养和水分，它们对营养物质的吸收是借助生物膜的半渗透性及其结构特点以几种不同的方式来吸收营养物质和水分的。如果营养物质是大分子的蛋白质、多糖、脂肪，微生物则分泌出相应的酶（这类在细胞内产生，分泌到细胞外起作用的酶蛋白叫胞外酶）加以分解成小分子的物质，才能以不同的方式吸收到细胞内，加以利用。
各种物质对细胞质膜的透性不一样，就目前对细胞膜结构及其传递系统的研究，认为营养物质主要以以下几种方式透过细胞膜。
1.2.1单纯扩散（simple?diffusion）
这是通过细胞膜进行内外物质交换最简单的一种方式。营养物质通过分子的随机运动透过微生物细胞膜上的小孔进出细胞。其特点是物质由高浓度区向低浓度区扩散（浓度梯度），这是一种单纯的物理扩散作用，不需要能量。一旦细胞膜两侧的浓度梯度消失（即细胞内外的物质浓度达到平衡），简单扩散也就达到动态平衡。但实际上，进入细胞内的物质总在不断被利用，浓度不断降低，细胞外的物质不断进入细胞。单纯扩散是非特异性的，没有运载蛋白质（渗透酶）参与，也不与膜上的分子发生反应。扩散的物质本身也不发生改变。单纯扩散的物质主要是一些小分子物质，如一些气体（O2、CO2）、水、某些无机离子及一些水溶性小分子（甘油、乙醇等）。
1.2.2促进扩散（facilitated?diffusion）
单靠单纯扩散，对营养物质的吸收是有限的，微生物细胞为了加速对营养物质的吸收，以适应生长发育的需要，在细胞膜上还存在多种具有运载营养物质功能的特异性蛋白质，称为渗透酶。它们大多是诱导酶，当外界存在所需的营养物质时，能诱导细胞产生相应的渗透酶，每一种渗透酶能帮助一类营养物质的运输，如输送葡萄糖的渗透酶能与外界的葡萄糖分子特异性的结合，然后转移到细胞质膜的内表面后，再释放到细胞质中，并加速过程的进行。又如肠道杆菌吸收甘油的过程也是由渗透酶促进的扩散。它们如同“渡船”一样，把营养物质由外界运输到细胞膜中去。其特点也是由高浓度区向低浓度区扩散，所不同的地方是这种运输有渗透酶参与，加速了营养物质的透过程度，以满足微生物细胞代谢之需要。细胞内外的物质浓度可以通过自由可逆的扩散而趋向平衡。促进扩散过程是由浓度梯度来驱动的，不需耗费代谢能量。
现在已分离出有关葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、亮氨酸、精氨酸、酪氨酸、磷酸、Ca2+、Na+、K+等的载体蛋白，它们的分子量介于9000～40000Da之间，而且都是单体。促进扩散是真核生物的普遍运输机制，如酵母菌运输糖类就是通过这种方式，但在原核生物中却少见，在厌氧微生物中，促进扩散的过程常参与某些化合物的吸收和发酵产物的排出。然而在好氧微生物中这种传递机制似乎不太重要。
1.2.3?主动运输（active?transport）
如果微生物对营养物质吸收只能凭借浓度梯度由高浓度向低浓度扩散，那么微生物就无法吸收低于细胞内浓度的外界营养物质，生长就会受到限制。事实上微生物细胞中有些营养物质以高于细胞外的浓度在细胞内积累，如大肠杆菌在生长期中，细胞中的钾离子浓度比周围环境高出3000倍。当以乳糖作为碳源时，细胞内乳糖的浓度比周围环境高出500倍。可见这种主动运输的特点是营养物质由低浓度向高浓度进行，是逆浓度梯度地被“抽”进细胞内的，因此这个过程不仅需要渗透酶，还需要代谢能量，能量由腺三磷（ATP）提供，渗透酶起着将营养物质从低浓度的周围环境转运进高浓度的细胞内不断改变平衡点的作用。
存在于细胞膜上的渗透酶，当细胞膜外存在着重要结合的营养物质时，能分辨（认识）这些物质，由于对其营养物质具有高度亲和力，并且特异性地与之结合，形成渗透酶-运载物质复合体。复合体旋转180°从膜外方转移到细胞膜内表面，消耗代谢能量ATP，使渗透酶构型发生变化，亲和力减弱，于是被结合的物质则被释放到细胞质中去。构型变化的渗透酶，再获得能量恢复原状，亲和力增强，结合位置朝向膜外，又可重复进行这种主动运输。大肠杆菌对乳糖的吸收是研究得比较深入的，其渗透酶为β-半乳糖苷酶，它是由?lacr?基因控制的，这种酶可在膜内外特异性地同乳糖结合，但在膜内结合比膜外差得多，这就在于代谢能量ATP→ADP释放的能量，使酶蛋白构型发生变化而达到膜内，并在膜内降低其对乳糖的亲和力而在膜内释放出来，从而实现乳糖由细胞外的低浓度向细胞膜内的高浓度转运的。
1.2.4?基团转位（group?translocation）
在微生物对营养物质吸收的过程中，还有一种特殊的运输方式，叫基团转位。这种方式除具有主动运输的特点外，主要是被转运的物质改变了本身的性质，有化学基团转移到被转运的营养物质上面去。如许多糖及其糖的衍生物在运输中由细菌的磷酸转移酶系催化，使其磷酸化，磷酸基团被转移到它们分子上，以磷酸糖的形式进入细胞。由于质膜对大多数磷酸化化合物无透性，磷酸糖一旦形成便被阻挡在细胞以内了，从而使糖浓度远远超过细胞外。
这种运输过程的磷酸转移酶系统包括酶Ⅰ、酶Ⅱ和热稳定蛋白（HPr）。酶Ⅰ是非特异性的，它们对许多糖都一样起作用。酶Ⅱ是膜上的结构酶，并能诱导产生，它对某一种糖具有特异性，只能运载某一种糖类，酶Ⅱ同时起着渗透酶和磷酸转移酶的作用。HPr是热稳定的可溶性蛋白质，它能够象高能磷酸载体一样起作用。该酶系统催化的反应分两步进行,
1）少量的?HPr?被磷酸烯醇丙酮酸?(PEP)?磷酸化：
酶Ⅰ
PEP?+?Hpr磷酸～HPr+丙酮酸
2）磷酸～HPr?将它的磷酰基传递给葡萄糖，同时将生成的6-磷酸葡萄糖释放到细胞质内。这步复合反应由酶Ⅱ催化。
酶Ⅱ?
磷酸～Hpr?+?葡萄糖6-磷酸葡萄糖?+?HPr
基团转位可转运糖、糖的衍生物，如葡萄糖、甘露糖、果糖、N-乙酰葡萄糖胺和β-半乳糖苷以及嘌呤、嘧啶、碱基、乙酸（但不能输送氨基酸）等。这个运输系统主要存在于兼性厌氧菌的和厌氧菌中。但某些好氧菌，如枯草杆菌和巨大芽孢杆菌(B.?megatherium)也利用磷酸转移酶系统将葡萄糖传送到细胞内。
目前关于细菌对营养物质吸收的四种主要运输系统的主要机理可以概括成下面的图解（图3-1）；总之，微生物对营养物质的吸收不是简单的物理、化学的过程，而是复杂的生理过程。是微生物对营养物质起能动的、选择吸收的作用。它是受细胞膜的特性和功能以及微生物本身代谢强度所支配的。
细胞膜外细胞膜细胞膜内
SS
简单扩散
SCS
被动扩散
SCS
主动运输
消耗代谢能载体构型改变
SCS-P（底物被磷酸化）
基团转位
图?3-1四种运输系统的模式比较
1.3?微生物的营养类型
微生物在长期进化过程中，由于生态环境的影响，逐渐分化成各种营养类型。由于各种微生物的生活环境和对不同营养物质的利用能力不同，它们的营养需要和代谢方式也不尽相同。根据微生物对碳源的要求是无机碳化合物（如二氧化碳、碳酸盐）还是有机碳化合物可以把微生物分成自养型微生物和异养型微生物两大类。此外，根据微生物生命活动中能量的来源不同，将微生物分为两种能量代谢类型，一种是利用吸收的营养物质的降解产生的化学能，称为化能型微生物；另一类是吸收光能来维持其生命活动，称为光能型微生物。将碳源物质的性质和代谢能量的来源结合将微生物分为光能自养型、光能异养型、化能自养型和化能异养型四种营养类型，它们的区别见表3-3。
表3-3?微生物的营养类型
代谢特点营养类型
光能自养型化能自养型光能异养型化能异养型
碳源CO2或可溶性碳酸盐CO2或可溶性碳酸盐小分子有机物有机物
能源光能无机物的氧化光能有机物的氧化降解
供?氢?体无机物(H2O、H2S等）无机物（H2S、H2、Fe2+?、NH3、NO2-等）小分子有机物有机物
代?表?种蓝细菌、绿硫细菌硝化细菌、硫化菌、氢细菌、铁细菌等红?螺?菌大多数细菌，全部真菌、放线菌
1.3.1光能自养型微生物
利用光能为能源，以二氧化碳（CO2）或可溶性的碳酸盐（CO32-）作为唯一的碳源或主要碳源。以无机化合物（水、硫化氢、硫代硫酸钠等）为氢供体，还原CO2，生成有机物质。光能自养型微生物主要是一些蓝细菌、红硫细菌、绿硫细菌等少数微生物，它们由于含光合色素，能使光能转变为化学能（ATP），供细胞直接利用。
光
蓝细菌CO2+2H2O[CH2O]+H2O+O2↑
叶绿素
光
绿硫细菌CO2+2H2S[CH2O]+H2O+2S
菌绿素
比较以上两反应，可写成以下通式,
光
CO2+2H2A[CH2O]+H2O+2A
光合色素
1.3.2?化能自养微生物
这一类微生物的能源来自无机物氧化所产生的化学能，利用这种能量去还原CO2或者可溶性碳酸盐合成有机物质。
如亚硝酸细菌、硝酸细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌就可以分别利用氧化NH3、NO2-、Fe++、H2S和H2产生的化学能来还原CO2，形成碳水化合物。
例如：亚硝酸细菌能从氧化氨为亚硝酸中获得能量，用以还原二氧化碳，形成碳水化合物。
亚硝酸细菌
2NH3+3O2+2H2O2HNO2+4H++4OH-+能量
CO2+4H+[CH2O]+H2O
这一类型的微生物完全可以生活在无机的环境中，分别氧化各自合适的还原态的无机物，从而获得同化CO2所需的能量。
1.3.3?光能异养型微生物
这种类型的微生物以光能为能源，利用有机物作为供氢体，还原CO2，合成细胞的有机物质。
例如深红螺菌（Rhodospirillum?rubrum）利用异丙醇作为供氢体，进行光合作用并积累丙酮，这类微生物生长时大多需要外源性的生长因素。
CH3光
2CHOH?+?CO22CH3COCH3+[CH2O]+H2O
CH3光合色素
此菌在光和厌氧条件下进行上述反应。但在黑暗和好氧条件下又可能用有机物氧化产生的化学能推动代谢作用。
1.3.4?化能异养型微生物
这种类型的微生物其能源和碳源都来自于有机物，能源来自有机物的氧化分解，ATP通过氧化磷酸化产生，碳源直接取自于有机碳化合物。它包括自然界绝大多数的细菌，全部的放线菌、真菌和原生动物。
根据生态习性微生物可分为腐生型和寄生型两类：①腐生型：从无生命的有机物获得营养物质。引起食品腐败变质的某些霉菌和细菌就属这一类型。如引起腐败的梭状芽孢杆菌、毛霉、根霉、曲霉等；②寄生型：必须寄生在活的有机体内，从寄主体内获得营养物质才能生活称为寄生，这类微生物叫寄生微生物。寄生又分为绝对寄生和兼性寄生，如果只能在一定活的生物体内营寄生生活的叫绝对寄生，它们是引起人、动物、植物以及微生物病害的病原微生物，如病毒、噬菌体、立克次氏体。
有些微生物能生活在活的生物体上，又能在死的有机残体上生长同时也可在人工培养基上生长的大多数病原微生物属于兼性寄生微生物，如人和动物肠道内普遍存在的大肠杆菌，它生活在人和动物肠道内是寄生，随粪便排除体外，又可在水、土壤和粪便之中腐生。又如引起瓜果腐烂的瓜果腐霉的菌丝可侵入果树幼苗的胚芽基部进行寄生，也可以在土壤中长期进行腐生。
上述营养类型的划分并非是绝对的，只是根据主要方面决定的。绝大多数异养型微生物也能吸收利用CO2，可以把CO2加至丙酮酸上生成草酰乙酸，这是异养生物普遍存在的反应。因此，划分异养型微生物和自养型微生物时的标准不在于它们能否利用CO2，而在于它们是否能利用CO2作为唯一的碳源或主要碳源。在自养型和异养型之间、光能型和化能型之间还存在一些过渡类型。例如氢细菌（Hydrogenmonas）就是一种兼性自养型微生物类型，在完全无机的环境中进行自养生活，利用氢气的氧化获得能量，将CO2还原成细胞物质。但如环境中存在有机物质时又能直接利用有机物进行异养生活。
1.4?培养基（medium）
为了研究和利用微生物，必须人为地创造适宜的环境培养微生物，培养基是指经人工配制而成的适合微生物生长繁殖和积累代谢产物所需要的营养基质。我们配制培养基不但需要根据不同微生物的营养要求，加入适当种类和数量的营养物；并要注意一定的碳氮比例（C/N）；还要调节适宜的酸碱度（pH）；保持适当的氧化还原电位和渗透压。
1.4.1配制培养基的基本原则
配制微生物的培养基，主要考虑以下几个因素,
⑴?符合微生物菌种的营养特点,
不同的微生物对营养有着不同的要求，所以，在配制培养基时，培养基的营养搭配及搭配比例首先要考虑到这一点，明确培养基的用途，如用于培养何种微生物，培养的目的如何，是培养菌种还是用于发酵生产，发酵生产的目的是获得大量菌体还是获得次级代谢产物等，根据不同的菌种及其不同的培养目的确定搭配的营养成分及营养比例。
营养的要求主要是对碳素和氮素的性质，如果是自养型的微生物则主要考虑无机碳源，如果是异样型的微生物，主要提供有机碳源物质；除碳源物质外，还要考虑加入适量的无机矿物质元素；有些微生物菌种在培养时还要求加入一定的生长因子，如很多乳酸菌在培养时，要求在培养基中加入一些氨基酸和维生素等才能很好地生长。
除营养物质要求外，还要考虑营养成分的比例适当，其中碳素营养与氮素营养的比例很重要。C/N?比是指培养基中所含?C?原子的摩尔浓度与?N?原子的摩尔浓度之比，不同的微生物菌种要求不同的?C/N?比，同一菌种，在不同的生长时期也有不同的要求，一般?C/N?比在配制发酵生产用培养基时，要求比较严格，?C/N?比例对发酵产物的积累影响很大；一般在发酵工业上，发酵用种子的培养，培养基的营养越丰富越好，尤其是?N?源要丰富，而对以积累次级代谢产物为发酵目的的发酵培养基，则要求提高?C/N?比值，提高?C?素营养物质的含量。
⑵?适宜的理化条件
除营养成分外，培养基的理化条件也直接影响微生物的生长和正常代谢，其中主要有,
1）?pH微生物一般都有它们适宜的生长pH?范围，细菌的最适pH?一般在pH?7～8范围，放线菌要求pH?7.5～8.5范围，酵母菌要求pH?3.8～6.0,?霉菌的适宜pH?为4.0～5.8。
由于微生物在代谢过程中，不断地向培养基中分泌代谢产物，影响培养基的pH变化，对大多数微生物来说，主要产生酸性产物，所以在培养过程中常引起pH的下降，影响微生物的生长繁殖速度。为了尽可能地减缓在培养过程中pH的变化，在配制培养基时，要加入一定的缓冲物质，通过培养基中的这些成分发挥调节作用，常用的缓冲物质主要有以下两类,
①?磷酸盐类。这是以缓冲液的形式发挥作用的，通过磷酸盐的不同程度的解离，对培养基的pH的变化起到缓冲作用，其缓冲原理是,
H+?+?HPO4=H2PO4-
OH+?+?H2PO4?-H2O?+?HPO4?=
②?碳酸钙。这类缓冲物质是以“备用碱”的方式发挥缓冲作用的，碳酸钙在中性条件下的溶解度极低，加入到培养基后，由于其在中性条件下几乎不解离，所以不影响培养基的pH的变化，当微生物生长，培养基的pH下降时，碳酸钙就不断地解离，游离出碳酸根离子，碳酸根离子不稳定，与氢离子形成碳酸，最后释放出二氧化碳，在一定程度上缓解了培养基pH的降低。
+H+
CO32—H2CO3CO2+?H2O
-?H+?

2）?渗透压由于微生物细胞膜是半通透膜，外有细胞壁起到机械性保护作用，要求其生长的培养基具有一定的渗透压，当环境中的渗透压低于细胞原生质的渗透压时，就会出现细胞的膨胀，轻者影响细胞的正常代谢，重者出现细胞破裂；当环境渗透压高于原生质的渗透压时，导致细胞皱缩，细胞膜与细胞壁分开，即所谓质壁分离现象。只有在等渗条件下最适宜微生物的生长。
1.4.2?培养基的类型
⑴?根据营养成分的来源划分
1）?天然培养基(complex?medium;?undefined?medium)是利用一些天然的动植物组织器官和抽提物，如牛肉膏、蛋白胨、麸皮、马铃薯、玉米浆等制成。它们的优点是取材广泛，营养全面而丰富，制备方便，价格低廉，适宜于大规模培养微生物之用。缺点是成分复杂，每批成分不稳定。我们实验室常用的牛肉膏蛋白胨培养基便是这种类型。
2）?合成培养基(defined?medium;?synthetic?medium)是利用已知成分和数量的化学物质配制而成。此类培养基成分精确，重复性强，一般用于实验室进行营养代谢、分类鉴定和选育菌种等工作。缺点是配制较复杂，微生物在此类培养基上生长缓慢，加上价格较贵，不宜用于大规模生产。如实验室常用的高氏1号培养基，察氏培养基。
3）?半合成培养基(semi-defined?medium)用一部分天然物质作为碳氮源及生长辅助物质，又适当补充少量无机盐类，这样配制的培养基叫半合成培养基。如实验室常用的马铃薯蔗糖培养基。半合成培养基应用最广，能使绝大多数微生物良好地生长。
⑵?根据物理状态划分
1）?液体培养基(liquid?medium)把各种营养物质溶解于水中，混合制成水溶液，调节适宜的pH，成为液体状态的培养基质。该培养基有利于微生物的生长和积累代谢产物，常用于大规模工业化生产和观察微生物生长特征和研究生理生化特性。
2）?固体培养基(solid?medium)一般采用天然固体营养物质，如马铃薯块、麸皮等作为培养微生物的营养基质。亦有在液体培养基中加入一定量的凝固剂，如琼脂（1.5%～2.0%）、明胶等煮沸冷却后，使凝成固体状态，常用来观察、鉴定和分离纯化微生物。
3）?半固体培养基(semi-solid?medium)加入少量凝固剂（0.5％～0.8％的琼脂）则成半固体状态的培养基叫半固体培养基，常用来观察细菌的运动，鉴定菌种噬菌体的效价滴定和保存菌种。
⑶?根据用途划分
1）?加富培养基(enriched?medium)根据培养菌种的生理特性加入有利于该种微生物生长繁殖所需要的营养物质，该种微生物则会旺盛地大量生长，如加入血、血清、动植物组织提取液等以培养营养要求比较苛刻的异养微生物。加富培养基主要用于菌种的保存或用于菌种的分离筛选。
2）?选择培养基(selectic?medium)根据某种或某一类微生物特殊的营养要求，配制而成的培养基，如纤维素选择培养基。还有在培养基中加入对某种微生物有抑制作用，而对所需培养菌种无影响的物质，从而使该种培养基对某种微生物有严格的选择作用。如SS琼脂培养基，由于加入胆盐等抑制剂，对沙门氏菌等肠道致病菌无抑制作用，而对其它肠道细菌有抑制作用。
3）?鉴别培养基(differencial?medium)根据微生物的代谢特点通过指示剂的显色反应用以鉴定不同微生物的培养基。如远滕氏培养基中的亚硫酸钠使指示剂复红醌式结构还原变浅，但由于大肠杆菌生长分解乳糖，产生的乙醛可使复红醌式结构恢复，可使菌落中的指示剂复红，重新呈现带金属光泽的红色，而同其它微生物区别开来。
ATPADPGlnGlu
葡萄糖6-磷酸-葡萄糖6-磷酸-果糖6-磷酸-葡2.?微生物的代谢
微生物同其他生物一样都是具有生命的，新陈代谢作用贯穿于它们生命活动的始终，新陈代谢作用包括合成代谢（同化作用）和分解代谢（异化作用）。微生物细胞直接同生活环境接触，微生物不停地从外界环境吸收适当的营养物质，在细胞内合成新的细胞物质和贮藏物质，并储存能量，即同化作用，这是其生长、发育的物质基础；同时，又把衰老的细胞物质和从外界吸收的营养物质进行分解变成简单物质，并产生一些中间产物作为合成细胞物质的基础原料，最终将不能利用的废物排出体外，一部分能量以热量的形式散发，这便是异化作用。在上述物质代谢的过程中伴随着能量代谢的进行，在物质的分解过程中，伴随着能量的释放，这些能量一部分以热的形式散失，一部分以高能磷酸键的形式贮存在三磷酸腺苷（ATP）中，这些能量主要用于维持微生物的生理活动或供合成代谢需要。
根据微生物代谢过程中产生的代谢产物在微生物体内的作用不同，又可将代谢分成初级代谢与次级代谢两种类型。初级代谢是指能使营养物质转换成细胞结构物质、维持微生物正常生命活动的生理活性物质或能量的代谢。初级代谢的产物成为初级代谢产物。次级代谢是指某些微生物进行的非细胞结构物质和维持其正常生命活动的非必须物质的代谢。如一些微生物积累发酵产物的代谢过程（抗生素、毒素、色素等）。
微生物的代谢作用是由微生物体内一系列有一定次序的、连续性的生物化学反应所组成，这些生化反应在生物体内可以在常温、常压和pH中性条件下极其迅速地进行，这是由于生物体内存在着多种多样的酶和酶系，绝大多数的生化反应是在特定酶催化下进行的。
同化作用和异化作用它们两者既是矛盾的，又是统一的，微生物同其它生物一样，新陈代谢作用是它最基本的生命过程，也是其它一切生命现象的基础。
2.1?微生物的能量代谢
微生物在生命活动中需要能量，它主要是通过生物氧化而获得能量。所谓生物氧化就是指细胞内一切代谢物所进行的氧化作用。它们在氧化过程中能产生大量的能量，分段释放，并以高能磷酸键形式储藏在ATP分子内，供需要时用。
2.1.1?微生物的呼吸（生物氧化）类型
根据在底物进行氧化时，脱下的氢和电子受体的不同，微生物的呼吸可以分为三个类型，即：好氧呼吸、厌氧呼吸、发酵。
⑴?好氧呼吸(aerobic?respiration)
以分子氧作为最终电子受体的生物氧化过程，称为好氧呼吸。许多异养微生物在有氧条件下，以有机物作为呼吸底物，通过呼吸而获得能量。以葡萄糖为例，通过EMP途径和TCA循环被彻底氧化成二氧化碳和水，生成38个ATP，化学反应式为,
C6H12O6+6O2+38ADP+38Pi→6CO2+6H2O+38ATP
⑵?厌氧呼吸(anaerobic?respiration)
以无机氧化物作为最终电子受体的生物氧化过程，称为厌氧呼吸。能起这种作用的化合物有硫酸盐、硝酸盐和碳酸盐。这是少数微生物的呼吸过程。例如脱氮小球菌利用葡萄糖氧化成二氧化碳和水，而把硝酸盐还原成亚硝酸盐（故称反硝化作用），反应式如下,
C6H12O6+12NO3–?→6CO2+6H2O+12NO2–+429000卡
⑶?发酵作用(fermentation)
如果电子供体是有机化合物，而最终电子受体也是有机化合物的生物氧化过程称为发酵作用。在发酵过程中，有机物既是被氧化了基质，又是最终的电子受体，但是由于氧化不彻底，所以产能比较少。酵母菌利用葡萄糖进行酒精发酵，只释放2.26×105J热量，其中只有9.6×104J贮存于ATP中，其余又以热的形式丧失，反应式如下,
C6H12O6+2ADP+2Pi→2C2H5OH+2CO2+2ATP
2.1.2?生物氧化链
微生物从呼吸底物脱下的氢和电子向最终电子受体的传递过程中，要经过一系列的中间传递体，并有顺序地进行，它们相互“连控”如同链条一样，故称为呼吸链（生物氧化链）。它主要由脱氢酶、辅酶Q和细胞色素等组分组成。它主要存在于真核生物的线粒体中；在原核生物中，则和细胞膜、中间体结合在一起。它的功能是传递氢和电子，同时将电子传递过程中释放的能量合成ATP。
2.1.3?ATP的产生
生物氧化的结果不仅使许多还原型辅酶Ⅰ得到了再生，而且更重要的是为生物体的生命活动获得了能量。ATP的产生就是电子从起始的电子供体经过呼吸链至最终电子受体的结果。
ATP是生物体内能量的主要传递者。当微生物获得能量后，都是先将它们转换成ATP。当需要能量时，ATP分子上的高能键水解，重新释放出能量。这些能量在体内很好地和起催化作用的酶产生偶然作用，既可利用，又可重新贮存。在pH为7.0的情况下，ATP的自由能变化△G是-3×104J，这种分子既比较稳定，又能比较容易引起反应，是微生物体内理想的能量传递者。因此ATP对于微生物的生命活动具有重大的意义。
利用光能合成ATP的反应，称为光合磷酸化。利用生物氧化过程中释放的能量，合成ATP的反应，称为氧化磷酸化，生物体内氧化磷酸化是普遍存在的，有机物降解反应和生成物合成反应通过氧化还原而偶联起来，使能量得到产生、保存和释放。
微生物通过氧化磷酸化生成ATP的方式有两种,
⑴?底物水平磷酸化
在底物水平磷酸化中，异化作用的中间产物的高能磷酸转移给ADP，形成ATP，如下述反应,
磷酸烯醇丙酮酸?+?ADP丙酮酸?+?ATP
⑵?电子传递磷酸化
在电子传递磷酸化中，通过呼吸链传递电子,将氧化过程中释放的能量和ADP的磷酸化偶联起来，形成ATP。一个NAD分子，通过呼吸链进行氧化，可以产生3个ATP分子。它分别在三个位置，各产生一个ATP。第1个ATP大约在辅酶Ⅰ和黄素蛋白之间；第2个ATP大约在细胞色素b和c1之间；在第3个ATP大约在细胞色素c和a之间。如图3-2所示。
⑶?光合磷酸化的能量转换
光能是一种辐射能，它能被微生物直接利用，只有当光能被光合生物的光合色素吸收并转变成化学能——ATP?以后，才能用于微生物的代谢或其它生理活动。可见光能转换是光合生物获得能量的一种主要方式。?
光合色素是光合生物所特有的物质，它在光能转换过程中起着重要作用，光合色素由主要色素和辅助色素构成，主要色素是叶绿素或细菌叶绿素；辅助色素是类胡萝卜素和藻胆素。光合色素存在于一定的细胞器或细胞结构中，主要色素在它存在的部位里构成光反应中心，并能吸收光和捕捉光能，使自己处于激发态而逐出电子。辅助色素在细胞内只能捕捉光能并将捕捉到的光能传递给主要色素。光反应中心的叶绿素通过吸收光能逐出电子而使自己处于氧化态，逐出的电子通过铁氧还蛋白、泛醌、细胞色素b与细胞色素c组成的电子传递链再返回叶绿素本身，使叶绿素分子回复到原来的状态，在电子传递过程中产生能量转化（光能）—→化学能）。这种由光能引起叶绿素分子逐出电子，并通过电子传递来产生ATP的方式称为光合磷酸化。
2.2?微生物的分解代谢
地球上最丰富的有机物是纤维素，半纤维素，淀粉等糖类物质，自然界中微生物赖以生存的主要也是糖类物质，人们培养微生物，进行食品加工和工业发酵等也是以糖类物质为主要的碳源和能源物质。因此，微生物的糖代谢是微生物代谢的一个重要方面，掌握这方面的知识，对于认识自然界不同的微生物类群，以及搞好微生物的培养利用都是重要的基础知识。
2.2.1?微生物糖代谢的途径
微生物糖代谢的主要途径有：EMP途径（Embden-Meverhef-Parnus?Pathway），HMP途径（Hexose-Mono-Phosphate?Pathway），E.D途径（Entner-Doudorof?Pathway），Pk途径（Phosphoketolase?pathway），等四种。
⑴?EMP途径
EMP途径也称已糖双磷酸降解途径或糖酵解途径。这个途径的特点是当葡萄糖转化成1.6-二磷酸果糖后，在果糖二磷酸醛缩酶作用下，裂解为两?个3Ｃ化合物，再由此转化为2分子丙酮酸。EMP途径的过程由以下10个连续反应组成,
(己糖激酶)
1）?葡萄糖?+?ATP6-磷酸葡萄糖?+?ADP

（磷酸己糖异构酶）
2）?6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖
(磷酸己糖激酶)?
3）?6-磷酸果糖?+?ATP1,6-?磷酸果糖?+?ADP
（醛缩酶）
4）?1,6-二磷酸果糖磷酸二羟丙酮?+?3-磷酸甘油醛
（磷酸丙糖异构酶）
5）?磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛
（3-磷酸甘油醛脱氢酶）
6）?3-磷酸甘油醛?+?NAD?+?H3PO41,3-二磷酸甘油酸?+?NADH
（3-磷酸甘油酸激酶）
7）?1,3-二磷酸甘油酸?+?ADP3-?磷酸甘油酸?+?ATP?
（磷酸甘油酸变位酶）
8）?3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸?
（烯醇化酶）
9）?2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸?+?H2O
(丙酮酸激酶)
10）?磷酸烯醇式丙酮酸?+ADP丙酮酸?+?ATP
总反应途径为（图3-3）：

总反应式为：?C6H12O6＋2NAD+2(ADP+Pi)→2CH3COCOOH+2ATP+2NADH2
EMP?途径的关键酶是磷酸已糖激酶和果糖二磷酸醛缩酶，它开始时消耗?ATP，后来又产生ATP，总计起来，每分子葡萄糖通过EMP途径净合成2分子ATP，产能水平较低。
EMP?途径是生物体内6－磷酸葡萄糖转变为丙酮酸的最普遍的反应过程，许多微生物都具有EMP途径。但EMP途径往往是和HMP途径同时存在于同一种微生物中，以EMP途径作为一唯一降解途径的微生物极少，只有在含有牛肉汁酵母膏复杂培养基上生长的同型乳酸细菌可以利用EMP作为唯一降解途径。EMP途径的生理作用主要是为微生物代谢提供能量（即ATP），还原剂（即NADH2）及代谢的中间产物如丙酮酸等。
在EMP途径的反应过程中所生成的NADH2不能积累，必须被重新氧化为NAD后，才能保证继续不断地推动全部反应的进行。NADH2重新氧化的方式，因不同的微生物和不同的条件而异。厌氧微生物及兼厌氧性微生物在无氧条件下，NADH2的受氢体可以是丙酮酸，如乳酸细菌所进行的乳酸发酵，也可以是丙酮酸的降解产物——乙醛，如酵母的酒精发酵等。好氧性微生物和在有氧条件下的兼厌氧性微生物经EMP途径产生的丙酮酸进一步通过三羧酸循环，被彻底氧化，生成CO2，氧化过程中脱下的氢和电子经电子传递链生成H2O和大量ATP。
图3-3?EMP途径

三羧酸循环，简称TCA环（Tricarboxylic?Acid?Cycle）。TCA环的总反应式为,
CH3COSCoA+2O2+12(ADP+Pi)→2?CO2+?H2O?+12ATP+?CoA
TCA?环产生能量的水平是很高的，每氧化一分子乙酰CoA，可产生12分子ATP。
葡萄糖经EMP途径和TCA?环彻底氧化成CO2和H2O的全部过程为,
①?C6H12O6＋2NAD+2(ADP+Pi)→2?CH3COCOOH?+2ATP+2?NADH2
2?NADH2+O2+6(ADP+Pi)→2NAD+2?H2O?+6ATP
②?2?CH3COCOOH＋2NAD+2?CoA→2?CH3COSCoA?+2?CO2+2?NADH2
2?NADH2+O2+6(ADP+Pi)→2NAD+2?H2O?+6ATP
③?2?H3COSCoA?+4O2+24(ADP+Pi)→4?CO2+2?H2O?+24ATP+2?CoA
总反应式：?C6H12O6＋6O2+38(ADP+Pi)→6?CO2+6?H2O?+38ATP
TCA循环的关键酶是柠檬酸合成酶，它催化草酰乙酰与乙酰CoA合成柠檬酸的反应。很多微生物中都存在这条循环途径，它除了产生大量能量，作为微生物生命活动的主要能量来源以外，还有许多生理功能。特别是循环中的某些中间代谢产物是一些重要的细胞物质，如各种氨基酸、嘌呤、嘧啶及脂类等生物合成前体物，例如乙酰CoA是脂肪酸合成的起始物质；α-酮成二酸可转化为谷氨酸，草酰乙酸可转化为天门冬氨酸，而且上述这些氨基酸还可转变为其他氨基酸，并参与蛋白质的生物合成。另外，TCA环不仅是糖有氧降解的主要途径，也是脂、蛋白质降解的必经途径，例如脂肪酸经β-氧化途径，变成乙酰CoA可进入TCA环彻底氧化成CO2和H2O；又如丙氨酸，天门冬氨酸，谷氨酸等经脱氨基作用后，可分别形成丙酮酸，草酰乙酸，α-酮戊二酸等，它们都可进入TCA环被彻底氧化。因此，TCA环实际上是微生物细胞内各类物质的合成和分解代谢的中心枢纽。
由于EMP途径和TCA环研究得比较清楚，在发酵工业中得到了广泛地应用。用一种方法来阻止某一阶段的进行，就必然积累某些中间产物。根据这一原理，工业上已筛选出一些优良菌株，进行工业发酵，生产柠檬酸，异柠檬酸，α-酮戊二酸，苹果酸等。例如利用黑曲霉生产柠檬酸时，由于菌体内顺乌头酸水解酶的活力特别低，使柠檬酸大量积累。
⑵?HMP途径
也称已糖单磷降解途径或磷酸戊糖循环。这个途径的特点是当葡萄糖经一次磷酸化脱氢生成6-磷酸葡萄糖酸后，在6-磷酸葡萄糖酸脱酶作用下，再次脱氢降解为1分子CO2和1分子磷酸戊糖。磷酸戊糖的进一步代谢较复杂，由3分子磷酸已糖经脱氢脱羧生成的3分子磷酸戊糖,3分子磷酸戊糖之间，在转酮酶和转醛酶的作用下，又生成2分子磷酸己糖和一分子磷酸丙糖，磷酸丙糖再经EMP途径的后半部反应转为丙酮酸，这个反应过程称为HMP途径。反应步骤可分为以下十一步反应,
己糖激酶
①?葡萄糖?+?ATP6-磷酸葡萄糖?+?ADP?
磷酸葡萄糖脱氢酶
②?6-磷酸葡萄糖?+?NADP6-磷酸葡萄糖内酯?+?NADPH2
内酯酶
③?6-磷酸葡萄糖内酯?+?H2O6-磷酸葡萄糖酸
磷酸葡萄糖酸脱氢酶
④?6-磷酸葡萄糖酸?+?NADP5-磷酸核酮糖+?NADPH2?+?CO2

⑤5-磷酸核酮糖
磷酸核糖异构酶磷酸木酮糖表异构酶
5-磷酸核糖5-磷酸木酮糖
⑥?
转酮酶
7-磷酸景天庚酮糖?+?3-磷酸甘油醛
转醛酶
⑦
6-磷酸果糖?+?4-磷酸赤鲜糖
转醛酶
⑧4-磷酸赤鲜糖?+?5-磷酸木酮糖6-磷酸果糖?+?3-磷酸甘油醛
⑨3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮?+?3-磷酸甘油醛1,6-二磷酸果糖
磷酸酯酶
⑩1,6-二磷酸果糖6-磷酸果糖?+?H3PO4
完全HMP途径的总反应式为,
6-磷酸葡萄糖?+?7H2O?+?12NADP6CO2+?12NADPH2+?H3PO4
不完全HMP途径反应到（9）步反应为止。所生成的3-磷酸甘油醛经过EMP途径的后半部分，转化成丙酮酸。不完全HMP途径的总反应式为,
6-磷酸葡萄糖?+?7H2O?+?12NADPCH3COCOOH?+?3CO2+?6NADPH2+?ATP
HMP?途径的关键酶系是6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶和转酮?一?转醛酶系，其中6－磷酸葡萄糖酸脱氢酶催化磷酸已糖酸的脱氢脱羧，而转酮?一?转醛酶系则作用于三碳糖、四碳糖、五碳糖、六碳糖及七碳糖的相互转化。

图3-4?完全HMP途径
HMP途径的另一特点是只有NADP参与反应。在有氧条件下，HMP途径所产生的NADPH2在转氢酶的作用下，可将氢转给NAD，形成NADH2，经呼吸链，将电子和氢交给分子态氧形成水，并由电子传递磷酸化作用形成ATP。但是一般认为HMP途径不是主要的产能途径，而是为细胞的生物合成提供供氢体(NADPH2）。另外，HMP途径还为细胞生物合成提供大量的Ｃ3、Ｃ4、Ｃ5、Ｃ6和Ｃ7等前体物质，特别是磷酸戊糖，它是合成核酸，某些辅酶以及合成组氨酸，芳香族氨酸，对氨基苯甲酸等化合物的重要底物。此外，HMP途径与化能自养菌和光合细菌的碳代谢有密切联系。因此，HMP途径的生理功能是多方面的，在微生物代谢中占有重要的地位。
HMP途径普遍存在于微生物细胞中，通常是和EMP途径同时存在一种微生物中。能以HMP途径作为唯一降解途径的微生物，目前发现的只有亚氧化醋酸杆菌（Acetobacter?suboxydans）。
完全HMP途径的总反应途径为（图3-4）：
⑶?ED途径
也称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸途径，在醛缩酶（KDPGaldolase）的作用下，裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛，3-磷酸甘油醛再经EMP途径的后半部反应转化为丙酮酸（图3-4）。
ED途径的关键酶系是6-磷酸葡萄糖脱水酶和2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸醛缩酶。其中6-磷酸葡萄糖酸脱水导致2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸的生长，而2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸醛缩酶则催化2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛。
ED途径是糖类的一个厌氧降解途径，它在细菌中，特别是革兰氏阴性细菌中分布很广，在好氧菌中分布不普遍。例如嗜糖假单胞杆菌（Pseudomonas?saccharophila），发酵假单胞菌（Zymomonas?mobilos）以及铜绿色假单胞杆菌（Pseudomonas?aeruginasa）等中都具有ED途径。这个途径多数情况下是与HMP途径同时存在于一种微生物中，但也可以独立存在于某些细菌中。

图3-5?葡萄糖降解的ED途径

总反应式为：C6H12O6＋ADP+Pi+NADP+NAD→2?CH3COCOOH?+ATP+?NADPH2+?NADH2
⑷?PK途径
也称磷酸解酮酶途径。在微生物降解已糖的过程中，除了EMP、HMP和E.D途径外，还有一条途径即磷酸解酮酶途径（Phosphoketolase?Pathway）为少数细菌所独有。磷酸解酮酶由两种，一种是戊糖磷酸解酮酶，一种是己糖磷酸解酮酶；有些异型乳酸发酵的微生物，如明串珠菌属（Leuconostoc)和乳杆菌属（Lactobacillus)?中的肠膜明串球菌（Leuconostoc?mesenteulides），短乳酸杆菌（Lactobacillus?brevie），甘露乳酸杆菌（Lactobacillus?manitopoeum）等，由于没有转酮－转醛酶系，而具有戊糖磷酸解酮酶，因此就不能通过HMP途径进行异型乳酸发酵，而是通过戊糖磷酸解酮酶途径进行的，反应途径见图3-5。
这个途径的特点是降解1分子葡萄糖只产生1分子ATP，相当于EMP途径的一半，另一特点是几乎产生等量的乳酸，乙醇和CO2。总反应式为,
C6H12O6＋ADP+Pi→CH3CHOHCOOH＋CH3CH2OH＋CO2+ATP
戊糖磷酸解酮途径的关键酶系是磷酸木酮糖解酮酶，它催化5-磷酸木酮糖裂解为3-磷酸甘油醛和乙酰磷酸的反应。?

图3-6?戊糖磷酸解酮酶途径
2.2.2?多糖的分解
多糖分解的种类很多，如淀粉、纤维素、果胶质的分解。
⑴?淀粉的分解
淀粉是多种微生物用作碳源的原料。它是葡萄糖的多聚物，有直链淀粉和支链淀粉之分。
微生物对淀粉的分解是由微生物分泌的淀粉酶催化进行的。淀粉酶是水解淀粉糖苷键一类酶的总称，它的种类有以下几种,
①?液化型淀粉酶（又称α-淀粉酶）?这种酶可以任意分解淀粉的α-1,4糖苷键，而不能分解α-1,6糖苷键。淀粉经该酶作用以后，粘度很快下降，液化后变为糊精，最终产物为糊精、麦芽糖和少量葡萄糖。由于这种酶能使淀粉表现为液化，淀粉粘度急速下降，故称液化酶，又由于生成的麦芽糖在光学上是α型，所以又称为α-淀粉酶。
产生α-淀粉酶的微生物很多，细菌、霉菌、放线菌中的许多种都能产生。
②?糖化型淀粉酶这类酶又可细分为好几种，其共同特点将淀粉水解为麦芽糖或葡萄糖，故称为糖化型淀粉酶。
β-淀粉酶（淀粉1,4-麦芽糖苷酶）：此酶作用方式是从淀粉分子的非还原性末端开始，逐次分解。分解物以麦芽糖为单体，但不能作用于也不能越过α-1,6糖苷键，这样分解到最后，仍会剩下较大分子的极限糊精。由于生成的麦芽糖，在光学是上β型，所以称为β-淀粉酶。
糖化酶（淀粉1,4、1,6-葡萄糖苷酶）：此酶对α-1,4-糖苷键能作用，对α-1,6-糖苷键也能分解，所以最终产物几乎全是葡萄糖。常用于生产糖化酶的菌种有根霉、曲霉等。
异淀粉酶（淀粉1,6-糊精酶）：此酶可以分解淀粉中的α-1,6-糖苷键，生成较短的直链淀粉。异淀粉酶用于水解由α-淀粉酶产生的极限糊精和由β-淀粉酶产生的极限糊精。
异淀粉酶存在于产气气杆菌、中间埃希氏杆菌、软链球菌、链霉菌等。
微生物产生的淀粉酶广泛用于粮食加工、食品工业、发酵、纺织、医药、轻工、化工等行业。
⑵?纤维素的分解
纤维素的葡萄糖由β-1,4糖苷键组成的大分子化合物。它广泛存在于自然界，是植物细胞壁的主要组成成分。人和动物均不能消化纤维素。但是很多微生物，例如木霉、青霉、某些放线菌和细菌均能分解利用纤维素，原因是它们能产生纤维素酶。
纤维素酶是一类纤维素水解酶的总称。它由c1酶、cx酶和解成纤维二糖，再经过β-葡萄糖苷酶作用，最终变为葡萄糖，其水解过程如下,
C?1酶Cx1?Cx2酶纤维二糖酶
天然纤维素水合纤维素分子纤维二糖葡萄糖
生产纤维素酶的菌种常有绿色木霉、康氏木霉、某些放线菌和细菌。我国采用绿色木霉、木素木霉为菌种，进行了研究、试制。
纤维素酶在为开辟食品及发酵工业原料新来源，提高饲料的营养价值，综合利用农村的农付产品方面将会起着积极的作用，具有重要的经济意义。
⑶?果胶质的分解
果胶是植物细胞的间隙物质，使邻近的细胞壁相连，是半乳糖醛酸以α-1,4糖苷键结合成直链状分子化合物。其羧基大部分形成甲基酯，而不含甲基酯的称为果胶酸。
果胶在浆果中最丰富。它的一个重要特点是在酸和糖存在下，可以形成果冻。食品厂利用这一性质来制造果浆、果冻等食品；但对果汁加工、葡萄酒生产引起榨汁困难。
果胶酶含有不同的酶系，在果胶分解中起着不同的作用。主要有果胶酯酶和半乳糖醛酸酶两种，引起的反应式如下,
果胶酯酶聚半乳糖醛酸酶
果胶甲醇+果胶酸半乳糖醛酸
果胶酶广泛存在于植物、霉菌、细菌和酵母中。其中以霉菌产的果胶酶产量高，澄清果汁力强，因此工业上常用的菌种几乎都是霉菌，例如文氏曲霉、黑曲霉等。果胶酶大多属于诱导酶，故生产时必须添加含果胶的物质，才会提高产量。
2.2.3?蛋白质的分解
⑴?蛋白质的分解
蛋白质是由氨基酸组成的分子巨大、结构复杂的化合物。它们不能直接进入细胞。微生物利用蛋白质，首先分泌蛋白酶至体外，将其分解为大小不等的多肽或氨基酸等小分子化合物后再进入细胞。通式如下,
蛋白酶
蛋白质多肽、氨基酸

产生蛋白酶的菌种很多，细菌、放线菌、霉菌等中均有。不同的菌种可以产生不同的蛋白酶，例如黑曲霉主要生产酸性蛋白酶。短小芽孢杆菌用于生产碱性蛋白酶。不同的菌种也可生产功能相同的蛋白酶，同一个菌种也可产生多种性质不同的蛋白酶。
⑵?氨基酸的分解
微生物对氨基酸的分解，主要是脱氨作用和脱羧基作用。
1）脱氨作用脱氨方式随微生物种类、氨基酸种类以及环境条件的不同，也不一样。主要有以下几种,
①?氧化脱氨。在酶催化下，氨基酸在氧化脱氢的同时释放游离氨，这一过程即氧化脱氨。这种脱氨方式须在有氧气条件下进行。专性厌氧菌不能进行氧化脱氨。微生物催化氧化脱氨的酶有两类：一类是氨基氧化酶，以FAD或FMN为辅基；另一类是氨基酸脱氢酶，以NAD或NADP作为氢的载体，交给分子态氧。反应式如下：
2R-CHNH2-COOH?+?O22R-CO-COOH?+?2NH3
实际上，这一反应是由脱氢和加水两个反应步骤完成的,

氧化酶
R-CHNH2?-COOH?+?O2R-C=NH-COOH?+?H2?O2
FAD

非酶促反应
R-C=NH-COOH?+?H2O2R-CO-COOH?+?NH3
②?还原脱氨。还原脱氨在无氧条件下进行，生成饱和脂肪酸。能进行还原脱氨的微生物是专性厌氧菌和兼性厌氧菌。腐败的蛋白质中常分离到饱和脂肪酸便是由相应的氨基酸生成。如大肠杆菌可使甘氨酸还原脱氨成乙酸，反应式如下,
NADH2NAD
HOOC-CHNH2-COOHCH3COOH?+?NH3?+?CO2
③?水解脱氨。不同氨基酸经水解脱氨生成不同的产物。同种氨基酸水解之后也可形成不同的产物，反应通式如下：
水解酶
R-CHNH2?-COOH?+?H2OR-CHOH-COOH?+?NH3
有些细菌可以水解色氨酸生成吲哚，吲哚可以与二甲基氨基苯甲醛反应生成红色的玫瑰吲哚，因此可根据细菌能否分解色氨酸产生吲哚来鉴定菌种
④?减饱和脱氨（直接脱氨）。氨基酸在脱氨的同时，其α.β键减饱和，结果生成不饱和酸。例如天门冬氨酸减饱和脱氨生成延胡索酸，反应式如下,

天门冬氨酸裂解酶
HOO-CH2-CHNH2-COOHHOOC-CH=CH-COOH?+?NH3
⑤?氧化—还原偶联脱氨（Stickland?反应）。Stickland发现在某些梭菌中存在由两种氨基酸参与的脱氨基反应，一种氨基酸被氧化，在脱氨的同时脱下氢和电子，同时另一种氨基酸被还原，得到氢和电子的同时脱下氨基。丙氨酸和甘氨酸的偶联反应如下,
CH3CHNH2COOHCH2NH2COOH
NAD
NADH
CH3COCOOH?+?NH3CH3COOH?+?NH3
这种偶联反应并不是在任意两种氨基酸之间就能发生的，有些氨基酸优先作为供氢体，有些优先作为受氢体（见表4-1）。
2）?脱羧作用氨基酸脱羧作用常见于许多腐败细菌和真菌中。不同的氨基酸由相应的氨基酸脱羧酶催化脱羧，生成减少一个碳原子的胺和二氧化碳，通式如下,

氨基酸脱梭酶
R-CHNH2-COOHR-CH2-NH2?+?CO2
表4-1?在进行Stickland?反应时的供氢体和受氢体的氨基酸对
供氢体受氢体
L-丙氨酸L-亮氨酸L-异亮氨酸L-缬氨酸L-组氨酸L-苯丙氨酸L-丝氨酸；L-丙氨酸L-亮氨酸L-异亮氨酸L-缬氨酸L-组氨酸L-苯丙氨酸L-丝氨酸
脱羧酶具有高度专一性，需要磷酸吡哆醛为辅酶，大多数是诱导酶。一元氨基酸脱羧后变成一元胺；二元氨基酸脱羧后变成二元胺。这类物质统称为尸碱，有毒性。肉类蛋白质腐败后常生成二元胺，故不能食用。例如赖氨酸脱羧后变成尸胺，反应式如下,

赖氨酸脱梭酶
H2N(CH2)4CHNH2COOHH2N(CH2)4CH2NH2+CO2
2.2.4?脂肪和脂肪酸的分解
⑴?脂肪的分解
脂肪是脂肪酸的甘油三酯。在脂肪酶作用下，可水解生成甘油和脂肪酸，反应式如下,
CH2OCOR1脂肪酶CH2OHR1-COOH
CH2OCOR2+?3H2OCH2OH+R2-COOH
CH2OCOR3CH2OHR3-COOH
脂肪酶成分较为复杂，作用对象也不完全一样。不同的微生物产生的脂肪酶作用也不一样。能产生脂肪酶的微生物很多，有根霉、圆柱形假丝酵母、小放线菌、白地霉等。
脂肪酶目前主要用于油脂工业、食品工业、纺织工业上。常用作消化剂、乳品增香、制造脂肪酸、绢丝的脱脂等。
⑵?脂肪酸的分解
微生物分解脂肪酸主要是通过β-氧化途径。β-氧化是由于脂肪酸氧化断裂发生在β-碳原子上而得名。在氧化过程中，能产生大量的能量，最终产物是乙酰辅酶Ａ。而乙酰辅酶A?是进入三羧酸循环的基本分子单元。?
2.3?微生物发酵的代谢途径
由于微生物种类繁多，能在不同条件下对不同物质或对基本相同的物质进行不同的发酵。而不同微生物对不同物质发酵时可以得到不同的产物，不同的微生物对同一种物质进行发酵，或同一种微生物在不同条件下进行发酵都可得到不同的产物，这些都取决于微生物本身的代谢特点和发酵条件，现将食品工业中常见的微生物及其发酵途径介绍如下,
2.3.1?醋酸发酵
参与醋酸发酵的微生物主要是细菌，统称为醋酸细菌。它们之中既有好氧性的醋酸细菌，例如纹膜醋酸杆菌（Acetobacter?aceti），氧化醋酸杆菌（Acetobacter?oxydans），巴氏醋酸杆菌（Acetobacer?pasteurianus），氧化醋酸单胞菌（Acetomonas?oxydans）等；也有厌氧性的醋酸细菌，例如热醋酸梭菌（Clostriolium?themoacidophilus），胶醋酸杆菌（Acetobacter?xylinum）等。
好氧性的醋酸细菌进行的是好氧性的醋酸发酵，在有氧条件下，能将乙醇直接氧化为醋酸，是醋酸细菌的好氧性呼吸，其氧化过程是一个脱氢加水的过程,
-2H+?H2OOH-2H
CH3CH2OHCH3CHOCH3—C—HCH3?COOH
OH
脱下的氢最后经呼吸链和氧结合形成水，并放出能量,
4H+O22?H2O?+117千卡
总反应式为：CH3CH2OH+O2CH3COOH+?H2O?+117千卡
厌氧性的醋酸细菌进行的是厌氧性的醋酸发酵，其中热醋酸梭菌能通过EMP途径发酵葡萄糖，产生3Ｍ醋酸。研究证明该菌只有丙酮酸脱羧酶和COM，能利用CO2作为受氢体生成乙酸，发酵结果如下,
EMP
C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3COCOOH+4H+2ATP
丙酮酸脱羧酶
2CH3COCOOH+2H2O+2ADP+2Pi2CH3?COOH+2CO2+4H+2ATP
和乙酸激酶
COM
2?CO2+8HCH3COOH?+?2?H2O
总反应式：C6H12O6?+?4(ADP+Pi)→3CH3COOH+4ATP
好氧性的醋酸发酵是制醋工业的基础。制醋原料或酒精接种醋酸细菌后，即可发酵生成醋酸发酵液供食用，醋酸发酵液还可以经提纯制成一种重要的化工原料——冰醋酸。厌氧性的醋酸发酵是我国用于酿造糖醋的主要途径。
2.3.2?柠檬酸发酵
关于柠檬酸发酵途径曾有多种论点，但目前大多数学者认为柠檬酸并非单纯由TCA循环所积累，而是由葡萄糖经EMP途径形成丙酮酸，再由两分子丙酮酸之间发生羧基转移，形成草酰乙酸和乙酰CoA,?草酰乙酸和乙酰CoA再缩和成柠檬酸，其反应途径如图3-7。
糖化EMP
淀粉葡萄糖磷酸烯醇式丙酮酸草酰乙酸
CO2柠檬酸
丙酮酸乙酰辅酶A?
图3-7?柠檬酸发酵代谢途径

能够累积柠檬酸的霉菌以曲霉属(Aspergillus)，青霉属(Penicillium)和桔霉属(Citromyces)为主。其中以黑曲霉(Asp.?niger)、米曲霉(Asp.oryzae)，灰绿青霉(Pen.?glaucum)，淡黄青霉(Pen.luteum)，光桔霉(Citromyces?glaber)等产酸量最高。
柠檬酸发酵广泛被用于制造柠檬酸盐、香精、饮料、糖果、发泡缓冲剂等，在食品工业中起重要的作用。
2.3.3酒精发酵
酒精发酵是酿酒工业的基础，它与酿造白酒，果酒，啤酒以及酒精的生产等有密切关系。进行酒精发酵的微生物主要是酵母菌，如啤酒酵母(Saccharomyces?cerevisiae)等，此外还有少数细菌如发酵单胞菌(Zymononas?mobilis)，嗜糖假单胞菌(Pseudomonas?Saccharophila)，解淀粉欧文氏菌(Eruinia?amylovora)等也能进行酒精发酵。
酵母菌在无氧条件下，将葡萄糖经EMP途径分解为2分子丙酮酸，然后在酒精发酵的关键酶——丙酮酸脱羧酶的作用下脱羧生成乙醛和CO2，最后乙醛被还原为乙醇。
2CH3COCOOH
2CO2?
(EMP途径)2CH3CHO
NADH2
C6?H12?O6NAD2CH3CH2OH
总反应式：?C6?H12?O6+2ADP+2Pi2?CH3CH2?OH+2CO2+2ATP
酒精发酵是酵母菌正常的发酵形式，又称第一型发酵，如果改变正常的发酵条件，可使酵母进行第二型和第三型发酵而产生甘油。第二型发酵是在有亚硫酸氢钠的存在的情况下发生的。亚硫酸氢钠和乙醛起加成作用，生成难溶的结晶状亚硫酸氢钠加成物－－磺化羟乙醛,
OH
NaHSO3+CH3CHOCH3-C-OH
OS2?Na
由于乙醛和亚硫氢钠发生了加成作用，致使乙醛不能作为受氢体，而迫使磷酸二羟丙酮代替乙醛作为受氢体生成a-磷酸甘油,
CH2OHCH2OH
C=?O+NADH2HCOH+NAD
CH2OPO3HCH2OPO3H2
α-磷酸甘油在α-磷酸甘油磷酸酯酶催化下被水解，除去磷酸而生成甘油,
CH2OHCH2OH
HCOH+?H2OHCOH+H3PO4
CH2OPO3H2CH2OH
总反应式为,
CH2OHH
C6H12O6+NaHSO3CHOH+CH3-C-OH+CO2
CH2OHOS2NA
第三型发酵是在碱性条件下进行的，碱性条件可促使乙醛不能作为正常的受氢体，而是两分子乙醛之间发生歧化反应，即相互进行氧化还原反应，一分子乙醛被氧化成乙酸，另一分子乙醛被还原为乙醇,
CH3CHOCH3CHO
H2ONADH2?
NAD
CH3COOHCH3CH2OH
这样又迫使磷酸二羟丙酮作为受氢体而最终形成甘油。总反应式为,
2C6H12O6→2甘油＋乙酸＋乙醇＋2?CO2
由此可以看出，酵母菌的第二型和第三型发酵过程中，都不产生能量，因此只能在非生长情况下进行。如用此途径生产甘油，必需在第三型发酵液中不断地加入碳酸钠以维持其碱性，否则由于酵母菌产生酸而使发酵液pH?降低，这样就又恢复到正常的第一型发酵而不累积甘油。这说明酵母菌在不同条件下发酵结果是不同的，因而我们可以通过控制环境条件来利用微生物的代谢活动，有目的地生产有用的产品。
2.3.4?乳酸发酵
乳酸是细菌发酵最常见的最终产物，一些能够产生大量乳酸的细菌称为乳酸细菌。在乳酸发酵过程中，发酵产物中只有乳酸的称为同型乳酸发酵；发酵产物中除乳酸外，还有乙醇、乙酸及CO2等其它产物的，称为异型乳酸发酵。
⑴?同型乳酸发酵
引起同型乳酸发酵的乳酸细菌，称为同型乳酸发酵菌，有双球菌属（Diplococcus）、链球菌属（Streptococcus）及乳酸杆菌属（Lactobacillus）等。其中工业发酵中最常用的菌种是乳酸杆菌属中的一些种类，如德氏乳酸杆菌（L.delhruckii）、保加利亚乳酸杆菌（L.bulgaricus）、干酪乳酸杆菌（L.casei）等。
同型乳酸发酵的基质主要是已糖，同型乳酸发酵菌发酵已糖是通过EMP途径产生乳酸的。其发酵过程是葡萄糖经EMP途径降解为丙酮酸后，不经脱羧，而是在乳酸脱氢酶的作用下，直接被还原为乳酸,
总反应式：C6?H12?O6?+2ADP+2Pi→2CH3CHOHCOOH+2ATP
⑵?异型乳酸发酵
异型乳酸发酵基本都是通过磷酸解酮酶途径（即PK途径?）进行的。其中肠膜明串球菌（Leuconostos?mesentewides）葡萄糖明串球菌（Leuconostoc?dextranicum），短乳杆菌（Lactabacillus?brevis）蕃茄乳酸杆菌（Lactobacillus?lycopersici）等是通过戎糖解酮酶途径将1分子葡萄糖发酵产生1分子乳酸，1分子乙醇和1分子CO2，并且只产生1分子ATP。总反应式如下,
C6?H12?O6＋ADP+Pi→CH3CHOHCOOH＋CH3CH2OH＋CO2+ATP
双叉乳酸杆菌（Lactobacillus?bifidus），两歧双歧乳酸菌（Bifidobacterium?bifidus）等是通过已糖磷酸解酮酶途径将2分子葡萄糖发酵为2分子乳酸和3分子乙酸，并产生5分子ATP，总反应式为,
2?C6?H12?O6＋5ADP+5Pi→2?CH3CHOHCOOH＋3?CH3COOH＋5ATP
乳酸发酵被广泛地应用于泡菜、酸菜、酸牛奶、乳酪以及青贮饲料中，由于乳酸细菌活动的结果，积累了乳酸，抑制其他微生物的发展，使蔬菜，牛奶及饲料得以保存。近代发酵工业多采用淀粉为原料，先经糖化，再接种乳酸细菌进行乳酸发酵生产纯乳酸。
2.4?微生物独特的合成代谢
所谓合成代谢，是指微生物利用能量将简单的无机或有机的小分子前体物质同化成高分子或细胞结构物质；但微生物合成代谢时，必须具备三个条件，那就是代谢能量、小分子前体物质和还原基,?只有具备了这三个基本条件，合成代谢才能进行。自养型微生物的合成代谢能力很强，它们利用无机物能够合成完全的自身物质；在食品工业，涉及最多的是化能异养型微生物，这些微生物所需要的代谢能量、小分子前体物质和还原基都是从复杂的有机物中获得，获得代谢能量、小分子前体物质和还原基的过程是微生物对吸收的营养物质的降解过程，所以，分解代谢和合成代谢是不能分开的，两者在生物体内是有条不紊的平衡过程。由于微生物蛋白质的合成和核酸的合成基本同一般生物的生化过程，限于篇幅，这里主要对微生物独特的肽聚糖的生物合成代谢途径加以阐述。
细胞壁肽聚糖的合成过程是一个极其复杂的过程，根据反应进行的部位不同，整个合成过程可分为在细胞质中、在细胞膜上和在细胞膜外三个阶段。
在细胞质中合成
1）由葡萄糖合成N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸。
萄糖胺

乙酰COACOAUTPPPi
N-乙酰葡萄糖胺-6-磷酸N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸
磷酸烯醇丙酮酸Pi
N-乙酰葡萄糖胺-UDPN-乙酰胞壁酸-UDP
NADPH2NADP
2）?由N-乙酰胞壁酸合成“P”核苷酸这一过程需要4步反应，它们都需要尿嘧啶二磷酸（UDP）作为糖的载体，另外还有合成D-丙氨酰胺-D-丙氨酸的两步反应，这些反应都可被环丝氨酸所抑制。反应过程见图3-8,
图3-8金黄色葡萄球菌由N-乙酰胞壁酸合成“P”核苷酸
在细胞膜中合成
由“P”核苷酸合成肽聚糖亚单位的过程是在细胞膜上完成的，在细胞质内合成“P”核苷酸后，穿入细胞膜并进一步接上N-乙酰葡萄糖胺和甘氨酸五肽，即合成了肽聚糖亚单位。这个肽聚糖亚单位通过一个?类脂载体（十一异戊烯磷酸）携带到细胞膜外，进行肽聚糖合成。
由“P”核苷酸合成肽聚糖亚单位的过程总计有五步反应，见图3-9
在细胞膜外的合成
被运送到细胞膜外的肽聚糖亚单位在必须有细胞壁残余（至少6～8个肽聚糖亚单位）作引物的条件下，肽聚糖亚单位与引物分子间先发生转糖基作用（transglycosylation）使多糖横向延伸一个双糖单位，然后，再通过转肽作用（transpeptidation）使两条多糖链间形成甘氨酸五肽而发生纵向交联反应。有关转糖基、转肽作用的反应过程见图3-10
图3-9肽聚糖亚单位的合
图3-10肽聚糖合成的最后阶段----转糖基、转肽作用的反应

从图3-10可以看出，青霉素可抑制转肽作用进行，其作用机制是：青霉素是肽聚糖亚单位五肽末端的D-丙氨酰胺-D-丙氨酸的类似物，两者竞争转肽酶的活性中心，从而竞争性抑制了肽聚糖的转肽作用，使得肽聚糖分子不能发生纵向交联反应,?肽聚糖不能形成细胞壁层。可见，青霉素的抑菌作用，只能是对处于活跃生长的细菌，对处于休眠阶段的细菌几乎无作用。
第三章复习思考题
1.试述微生物的营养物质及其功能。
2.什么是碳源、氮源、碳氮比？微生物常用的碳源和氮源物质各有哪些？
3.什么叫生长因子？它包括哪些物质？
4.微量元素和生长因子有何区别？
5.什么叫单纯扩散、促进扩散、主动运输、基团转位？比较微生物对营养物质吸收四种方式的异同。
6.划分微生物营养类型的依据是什么？简述微生物的四大营养类型。
7.什么是培养基？配制培养基的基本原则是什么？
8.培养基的营养类型包括哪些？
9.配制培养基为什么必须调节pH值？常用来调节pH值的物质有哪些？
10.何谓新陈代谢？试用图示说明合成代谢与分解代谢的相互关系。
11.什么叫生物氧化？生物氧化与非生物氧化（燃烧）有何不同？
12.什么叫发酵、有氧呼吸和无氧呼吸？试比较三者的异同。
13.什么是呼吸链（电子传递链或生物氧化链）？它在生命活动中有何重要意义？
14.什么叫底物水平磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化？
15.试比较光能型微生物和化能型微生物能量代谢的不同特点。
16.微生物利用葡萄糖进行分解代谢的途径有哪些？每一代谢途径的特点和生理作用如何？
17.试述TCA循环在微生物代谢和发酵生产中的重要性。
18.简述微生物对淀粉、纤维素、果胶质的分解过程，各有哪些酶的参与？产酶微生物的种类如何？
19.能够产生蛋白酶而分解蛋白质生成多肽和氨基酸的微生物有哪些？
20.微生物分解氨基酸的脱氨方式有几种？试比较它们的不同之处。
21.能够产生脂肪酶而分解脂肪生成脂肪酸和甘油的微生物有哪些？
22.微生物通过哪种代谢途径分解脂肪酸？其最终产物是什么？
23.什么是好氧性醋酸发酵和厌氧性醋酸发酵？二者在微生物种类和发酵途径上有何不同？各有哪些具体应用？
24.能够积累柠檬酸的微生物有哪些？试用图示说明柠檬酸发酵途径。
25.啤酒酵母利用糖类物质可进行哪几种类型的发酵作用？其发酵条件、发酵途径和最终产物有何不同？
26.试述酵母菌酒精发酵和细菌酒精发酵的不同点。
27.列表比较同型乳酸发酵和异型乳酸发酵的异同。
28.肽聚糖的生物合成分为哪几个阶段？试用简图表示每一阶段肽聚糖生物合成的途径。


第4章 微生物的生长本章的学习目的与要求
⑴?掌握微生物生长的概念，个体生长与群体生长的关系。
⑵?掌握衡量微生物群体生长的指标，微生物生长量的测定方法。
⑶?了解微生物的群体生长规律和环境因素对微生物生长的影响。
1.微生物生长
1.1微生物生长的概念
一个微生物细胞在合适的外界环境条件下，不断地吸收营养物质，并按其自身的代谢方式进行新陈代谢。如果同化作用的速度超过了异化作用，则其原生质的总量（重量、体积、大小）就不断增加，于是出现了个体的生长现象。如果这是一种平衡生长，即各细胞组分是按恰当的比例增长时，则达到一定程度后就会发生繁殖，从而引起个体数目的增加，这时，原有的个体已经发展成一个群体。随着群体中各个个体的进一步生长，就引起了这一群体的生长，这可从其重量、体积、密度或浓度作指标来衡量。所以,

个体生长→个体繁殖→群体生长
群体生长＝个体生长＋个体繁殖
这里需要强调的是，上述微生物生长的阶段性，对于单细胞微生物来说是不明显的，往往在个体生长的同时，伴随着个体的繁殖，这一特点，在细菌快速生长阶段尤为突出，有时在一个细胞中出现2或4个细胞核；除了特定的目的以外，在微生物的研究和应用中，只有群体的生长才有实际意义，因此，在微生物学中提到的“生长”，均指群体生长。这一点与研究高等生物时有所不同。
微生物的生长繁殖是其在内外各种环境因素相互作用下的综合反映，因此，生长繁殖情况就可作为研究各种生理、生化和遗传等问题的重要指标；同时，微生物在生产实践上的各种应用或是对致病、霉腐微生物的防治，也都与它们的生长繁殖和抑制紧密相关。下面对微生物的生长繁殖及其控制的规律作较详细的介绍。
1.2微生物生长量的测定
既然生长意味着原生质含量的增加，所以测定生长的方法也都直接地以此为根据，而测定繁殖则都要建立在计数这一基础上。
1.2.1?稀释平板菌落计数法?
是一种最常用的活菌计数法。取一定体积的稀释菌液与合适的固体培养基在其凝固前均匀混合，或涂布于已凝固的固体培养基平板上。在最适条件下培养后，从平板上（内）出现的菌落数乘上菌液的稀释度，即可计算出原菌液的含菌数。在一个9cm直径的培养皿平板上，一般以出现50～500个菌落为宜。
这种方法在操作时，有较高的技术要求。其中最重要的是应使样品充分混匀，并让每支移液管只能接触一个稀释度的菌液。有人认为，对原菌液浓度为109个/mL的微生物来说，如果第一次稀释即采用10-4级（用10μL菌液至100mL无菌水中），第二次采用10-2级（吸1mL上述稀释液至100mL无菌水中），然后再吸此菌液0.2mL进行表面涂布和菌落计数，则所得的结果最为精确。其主要原因是，一般的吸管壁常因存在油脂而影响计数的精确度（有时误差竟高达15％）。这一稀释过程的示意图详见实验技术。?
1.2.2?血球计数板法
是用来测定一定容积中的细胞总数目的常规方法（详见第十章实验五）。这种方法的特点是测定简便、直接、快速，但测定的对象有一定的局限性，只适合于个体较大的微生物种类，如酵母菌、霉菌的孢子等；此外测定结果是微生物个体的总数，其中包括死亡的个体和存活的个体，要想测定活菌的个数，还必须借助其它方法配合。
1.2.3?称干重
可用离心法或过滤法测定，一般干重为湿重的10%～20%。在离心法中，将待测培养液放入离心管中，用清水离心洗涤1～5次后，进行干燥。干燥温度可采用105℃、100℃或红外线烘干，也可在较低的温度（80℃或40℃）下进行真空干燥，然后称干重。以细菌为例，一个细胞一般重约10-12～10-13g。
另一种方法为过滤法。丝状真菌可用滤纸过滤，而细菌则可用醋酸纤维膜等滤膜进行过滤。过滤后，细胞可用少量水洗涤，然后在40℃下真空干燥，称干重。以大肠杆菌为例，在液体培养物中，细胞的浓度可达2×108个/mL。100mL培养物可得10～90mg干重的细胞。
这种方法较适合于丝状微生物的生长量的测定，对于细菌来说，一般在实验室或生产实践中较少使用。
1.2.4?比浊法
细菌培养物在其生长过程中，由于原生质含量的增加，会引起培养物混浊度的增高。最古老的比浊法是采用MoFarland比浊管。这是用不同浓度的BaCl2与稀H2SO4配制成的10支试管，其中形成的BaSO4有10个梯度，分别代表10个相对的细菌浓度（预先用相应的细菌测定）。某一未知浓度的菌液只要在透射光下用肉眼与某一比浊管进行比较，如果两者透光度相当，即可目测出该菌液的大致浓度。
如果要作精确测定，则可用分光光度计进行。在可见光的450～650nm波段内均可测定。为了对某一培养物内的菌体生长作定时跟踪，可采用不必取样的侧壁三角烧瓶来进行。测定时，只要把瓶内的培养液倒入侧臂管中，然后将此管插入特制的光电比色计比色座孔中，即可随时测出生长情况，而不必取用菌液（图5-1）。
图5-1?测定生长用的侧臂三角烧瓶
1.?侧臂试管三角烧瓶；2.?侧臂试管；3.?侧臂试管插座；4.?比色架面板；
5.?连接螺丝；6.?比浊测定透光窗；7.?光路开关孔；8.?比色架底板

以上介绍了若干测定微生物的生长量或计算繁殖数的主要方法。其中，最常用的为称干重、测浊度（用分光光度计）用计数板测总菌数以及用平板菌落计数法测活菌数等方法。必须指出的是，不管用什么方法，都有其优缺点和使用范围。所以，在使用前，一定要根据自己的研究对象和研究目的的不同，选用最合适的方法。
1.3?微生物的群体生长规律
单细胞的微生物，如细菌、酵母菌在液体培养基中，可以均匀地分布，每个细胞接触的环境条件相同，都有充分的营养物质，故每个细胞都迅速地生长繁殖。霉菌多数是多细胞微生物，菌体呈丝状，在液体培养基中生长繁殖的情况与单细胞微生物不一样，如果采取摇床培养，则霉菌在液体培养中的生长繁殖情况，近似于单细胞微生物。因液体被搅动，菌丝处于分布比较均匀的状态，而且菌丝在生长繁殖过程中不会象在固体培养基上那样有分化现象，孢子产生也较少。
1.3.1典型的生长曲线
微生物生长繁殖的速度非常快，一般细菌在适宜的条件下，大约20~30分钟就可以分裂一次，如果不断迅速地分裂，短时间内可达惊人的数目，但实际上是不可能的。在培养条件保持稳定的状况下，定时取样测定培养液中微生物的菌体数目，发现在培养的开始阶段，菌体数目并不增加，一定时间后，菌体数目就增长很快，继而菌体数目增长速度保持稳定，最后增长速度逐渐下降以致等于零。如果以培养时间为横坐标，以以活菌数的对数值作纵坐标，就可作出一条生长曲线。这生长曲线（growth?curve）代表单细胞微生物从生长开始到衰老死亡的一般规律。
根据微生物的生长速率常数（growth?rate?constant），即每小时的分裂代数的不同，一般把典型的生长曲线粗分为延滞期、对数期、稳定期和衰亡期四个时期。见图4-1,
⑴?延滞期（lag?phase）
又叫适应期、缓慢期或调整期，是指把少量微生物接种到新培养液刚开始的一段时间细胞数目不增加的时期，甚至细胞数目还可能减少。延滞期有如下特点：1）生长的速率常数为零。2）细胞的体积增大，DNA、含量增多为分裂作准备。3）合成代谢旺盛，核糖体、酶类和的合成加快，易产生诱导酶。4）对不良环境敏感，例如pH、Nacl溶液浓度、温度和抗生素等化学物质。
延滞期出现的原因，可能是为了重新调整代谢。当细胞接种到新的环境（如从固体培养基接种到液体培养基）后，需要重新合成必需的酶类、辅酶或某些中间代谢产物，以适应新的环境而出现生长的延滞期。
为了提高生产效率，发酵工业中常常要采取措施缩短延滞期，具有十分重要的意义，其方法主要有：1）以对数期的菌体作种子菌，因对数期的菌体生长代谢旺盛，繁殖力强，抗不良环境和噬菌体的能力强，采用对数期的菌体作种子，延滞期就短。2）适当增大接种量，生产上接种量的多少是影响延滞期的一个重要因素?，接种量大，延滞期短，接种量小，则延滞期长。一般采用3%~8%的接种量，根据生产上的具体情况而定，最高不超过1/10。3）培养基的成分为了缩短培养基的营养成分差异，常常在种子培养基中加入生产培养基的某些营养成分，即是种子培养基尽量接近发酵培养基，通常微生物生长在营养丰富的天然培养基中比营养单调的组合培养基中快。
⑵?对数期（logarithmic?phase）
又叫指数期，指在生长曲线中，紧接着延滞期后的一段时期。此时菌体细胞生长的速率常数R最大，分裂快，细胞每分裂繁殖一次的增代时间（即代时，generation?time）短，细胞进行平衡生长，菌体内酶系活跃，代谢旺盛，菌体数目以几何级数增加，群体的形态与生理特征最一致，抗不良环境的能力强。
在对数期中，以下三个参数尤为重要。
1)繁殖代数（n）由图4-2可以得出：
x2?=x1?·?2n
以对数表示：lgx2?=lgx1＋nlg2

∴?n==?3.322(lgx2－lgx1)
2)生长速率常数（R）如前所述生长速率常数的定义的可知?,
R?==
3)代时（G）如前所述平均代时的定义可知,
G?==

影响微生物对数期增代时间的因素较多，主要有,
菌种?：不同微生物代时差别大，即使是同一菌种，由于培养基成分和物理条件（如培养温度、培养基的pH和营养物质的性质）的不同，其对数期的代时也不同。但是，在一定条件下，各种菌的代时是相对稳定的，多数为20~30分钟，有的长达33小时，快的只有9.8分钟左右。如表4-1。
表4-1不同细菌的代时
细菌培养基温度（℃）代时（分）
漂浮假单胞菌（Pseudomonas?natriegenes）肉汤27379.?8
大肠杆菌（Escherichia?coli）肉汤3717
蜡状芽孢杆菌（Bacillus?cereus）肉汤3018
嗜热芽孢杆菌（Bacillus?thermophilus）肉汤5518.3
枯草芽孢杆菌（Bacillus?subtilis）肉汤2526?–32
巨大芽孢杆菌（Bacillus?megaterium）肉汤3031
乳酸链球菌（Streptococcus?lactis）牛乳3726
嗜酸乳杆菌（Lactobacillus?acidophilus）牛乳3766?–87
伤寒沙门氏菌（Salmonella?typhi）肉汤3723?.5
金黄色葡萄球菌（Staphylococcus?aureus）肉汤3727?–30
霍乱弧菌（Vibrio?cholerae）肉汤3721?–38
丁酸梭菌（Clostridium?butyricum）玉米醪3051
大豆根瘤菌（Rhizobium?japonicum）葡萄糖25344?–?461
结核分枝杆菌（Mycobacterium?tuberculosis）合成37792?–932
活跃硝化杆菌（Nitrobacter?agilis）合成271200
梅毒密螺旋体（Treponema?pallidum）家兔371980
褐球固氮菌（Azotobacter?chroococcum）葡萄糖25240
营养成分：同种细菌，营养丰富的培养基，其代时就短，反之则长。
培养温度：温度是影响微生物生长速率的重要物理因素。
在微生物的最适生长温度范围时，代时就短。如表4-2
表4?–2?大肠杆菌在不同温度下的代时
温度（℃）代时（分）温度（℃）代时（分）
108603522
151204017.5
20904520
254047.577
3029
⑶?稳定期?（stationary?phase）
又叫最高生长期或恒定期。处于稳定期的微生物其特点是新繁殖的细胞数与衰亡细胞数几乎相等，即是正生长与负生长达动态平衡，此时生长速度逐渐趋向于零。
出现稳定期的原因主要有1）营养物质特别是生长限制因子的耗尽，营养物质的比例失调，例如C/N比值不合适等；2）酸、醇、毒素或过氧化氢等有害代谢产物的累积；3）pH、氧化还原势等环境条件越来越不适宜等。
稳定期是以生产菌体或与菌体生长相平行的代谢产物，例如单细胞蛋白、乳酸等为目的的一些发酵生产的最佳收获期，也是对某些生长因子例如维生素和氨基酸等进行生物测定的必要前提。稳定期的微生物，在数量上达到了最高水平，产物的积累也达到了高峰，这时，菌体的总产量与所消耗的营养物质之间存在着一定关系。此外，由于对稳定期到来的原因进行研究，促进了连续培养技术的产生和研究。生产上常常通过补料、调节温度和pH等措施，延长稳定期，以积累更多的代谢产物。
⑷?衰亡期（decline?phase或?death?phase）
稳定期后，微生物死亡率逐渐增加，以致死亡数大大超过新生数，群体中活菌数目急剧下降，出现了“负生长”（R为负值），此阶段叫衰亡期。这时，细胞形态多样，例如产生很多膨大、不规则的退化形态；有的细胞内多液泡，革兰氏染色反应为阳性的变成阴性；有的微生物因蛋白水解酶活力的增强发生自溶（autolysis）；有的微生物在这时产生抗生素等次生代谢产物；对于芽孢杆菌，芽孢释放往往也发生在这一时期。
产生衰亡期的原因主要是外界环境对继续生长的微生物越来越不利，从而引起微生物细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，导致菌体死亡。
1.3.2?微生物的连续培养
连续培养(?continuous?culture?)又叫开放培养(?open?culture?)，是相对分批培养(?batch?culture?)或密闭培养(?closed?culture?)而言的。
微生物置与于一定容积的培养基中，经过培养一段时间后，最后一次性地收获，称分批培养。在分批培养中，培养基是一次性加入，不再补充，随着微生物的生长繁殖活跃，营养物质逐渐消耗，有害代谢产物不断积累，细菌的对数生长期不可能长时间维持。连续培养是在研究典型生长曲线的基础上，认识到了稳定期到来的原因，采取在培养器中不断补充新鲜营养物质，并搅拌均匀；另一方面，及时不断地以同样速度排出培养物（包括菌体和代谢产物）。这样，培养物就达动态平衡，其中的微生物可长期保持在对数期的平衡生长状态和稳定的生长速率上。连续培养不仅可随时为微生物的研究工作提供一定生理状态的实验材料，而且可提高发酵工业的生产效益和自动化水平，此法已成为目前发酵工业的发展方向。
连续培养的方法主要有两类,
(1)?恒浊法其原理是根据培养器内微生物的生长密度，用光电控制系统（浊度计）来检测培养液的浊度（即菌液浓度），并控制培养液的流速，从而获得菌体密度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养液。当培养器中浊度增高时，通过光电控制系统的调节，可促使培养液流速加快，反之则慢，以此来达到恒密度的目的。
在恒浊器中的微生物，始终能以最高生长速率进行生长，并可在允许范围内控制不同的菌体密度。在生产实践上，为了获得大量菌体或与菌体生长相平行的某些代谢产物如乳酸、乙醇时，可以采用恒浊法。
(2)?恒化法与恒浊法不同的是，恒化法是使培养液流速保持不变，即控制在恒定的流速，使微生物始终在低于最高生长速率条件下进行生长繁殖的一种连续培养方法。常常通过控制某一种营养物的浓度，使其成为限制性的因子，而其他营养物均为过量，这样，细菌的生长速率将取决于限制性因子的浓度。随着细菌的生长，菌体的密度会随时间的增长而增高，而限制性生长因子的浓度又会随时间的增长而降低，两者互相作用的结果，出现微生物的生长速率正好与恒速加入的新鲜培养基流速相平衡。这样，既可获得一定生长速率的均一菌体，又可获得虽低于最高菌体产量，但能保持稳定菌体密度的菌体。
恒化法连续培养主要用于实验室的科学研究中，特别是用于与生长速率相关的各种理论研究中。
连续培养如用于发酵工业中，就称为连续发酵（continuous?fermentation）。连续发酵与分批发酵相比有许多优点：①自控性?，便于利用各种仪表进行自动控制，②高效，它使装料、灭菌、出料、清洗发酵罐等工艺简化了，缩短了生产时间和提高了设备的利用效率，③产品质量较稳定，④节约了大量动力、人力、水和蒸汽，使水、汽、电的负荷减少；但也存在不足之处：①主要是菌种易于退化，使微生物长期处于高速繁殖的条件下，即使是自发突变率很低，也难以避免变异的发生，②容易污染，在连续发酵中，要保持各种设备无渗漏，通气系统不出任何故障，是极其困难的。因此，“连续”是有时间限制的，一般可达数月至一年、两年，③连续培养中，营养物的利用率低于分批培养。
在发酵工业中，连续培养技术已广泛用于酵母单细胞蛋白的生产，乙醇、乳酸、丙酮和丁醇等发酵，以及用假丝酵母（Candida?spp.）进行石油脱蜡或是污水处理中。
1.3.3?微生物的同步培养
如上所述，在分批培养中，细菌群体以一定速率生长，但所有细胞并非同时进行分裂，即是培养中的细胞不处于同一生长阶段，它们的生理状态和代谢活动也不完全一样。要研究每个细胞所发生的变化是很困难的。为了解决这一问题，就必须设法使微生物群体处于同一发育阶段，使群体和个体行为变得一致，所有的细胞都能同时分裂，因而发展了单细胞的同步培养（synchronous?culture）技术。
获得细菌同步培养的方法主要有两类，其一是调整生理条件诱导同步性，主要是通过控制环境条件如温度、光线和处于稳定期的培养物添加新鲜培养基等来诱导同步；其二是机械法（又称选择法），它是利用物理方法从不同步的细菌群体中选择出同步的群体，一般可用过滤分离法或梯度离心法来达到。在这两种方法中，由于诱导法可能导致与正常细胞循环周期不同的周期变化，所以不及选择法好，这在生理学研究中尤其明显。
在选择法中，有代表性的是硝酸纤维素薄膜法（Helmstetter-Cummings）。根据某些细菌会粘附在硝酸纤维微孔滤膜上的原理，设计了一个具体的选择方法：将非同步的细菌液体培养物通过微孔滤膜，让细胞吸附于其上；然后将滤膜反置，再以新鲜培养液滤过。这时，一些没有粘牢固的细胞先被冲洗掉，接着脱落的是那些新分裂形成的细胞，于是就获得了同步生长。见图4-3,
图4-3?用Helmstetter-Cummings法获得同步生长的细菌
值得注意的是，同步生长的细菌，在培养的过程中会很快丧失其同步性。例如，在第一个细胞分裂周期中，开始细胞数一直不增加，到后来，数目突然增加一倍。在第二个分裂周期时，情况就没有那么明显了，到第三个周期时，几乎完全丧失同步性。其原因是不同个体间，细胞分裂周期一般都有较大的差别。
2.?环境因素对微生物生长的影响
影响微生物生长的外界因素很多，其一是前面讨论过的营养物质，其二是许多物理、化学因素。当环境条件的改变，在一定限度内，可引起微生物形态、生理、生长、繁殖等特征的改变；当环境条件的变化超过一定极限时，则导致微生物的死亡。研究环境条件与微生物之间的相互关系，有助于了解微生物在自然界的分布与作用，也可指导人们在食品加工中有效地控制微生物的生命活动，保证食品的安全性，延长食品的货架期。
本节将涉及各种物理、化学因素对微生物生长的抑制和致死的影响，以及在食品工业中的应用。下面将介绍几个有关的术语。
防腐(Antisepsis)?：是一种抑菌措施。利用一些理化因素使物体内外的微生物暂时处于不生长繁殖但又未死亡的状态。食品工业中常利用防腐剂防止食品变质，如面包、蛋糕和月饼的防霉剂，酸性食品用苯甲酸钠、山梨酸钾、山梨酸钠防腐、或利用低温、干燥、盐腌和糖渍、高酸度等。
消毒（Disinfection）：是指杀死所有病原微生物的措施，可达到防止传染病的目的。例如将物体在100℃煮沸10分钟或60-70℃加热30分钟，就可达到杀死病原菌的营养体，但芽孢杀不死。食品加工厂的厂房和加工工具都要进行定期的消毒，严格的操作人员的手也要进行消毒。具有消毒作用的物质称为消毒剂。
灭菌（Sterilization）：是指用物理或化学因子，使存在于物体中的所有生活微生物，永久性地丧失其生活力，包括耐热的细菌芽孢。这是一种彻底的杀菌方法。
商业灭菌（Commercial?sterilization）：这是从商品角度对某些食品所提出的灭菌方法。就是指食品经过杀菌处理后，按照所规定的微生物检验方法，在所检食品中无活的微生物检出，或者仅能检出极少数的非病原微生物，并且它们在食品保藏过程中，是不可能进行生长繁殖的，这种灭菌方法，就叫做商业灭菌。
在食品工业中，常用“杀菌”这个名词，它包括上述所称的灭菌和消毒，如牛奶的杀菌是指消毒；罐藏食品的杀菌，是指商业灭菌。
无菌（Asepsis：即没有活的微生物存在的意思。例如，发酵工业中菌种制备的无菌操作技术、食品加工中的无菌罐装技术等。
死亡（dead）：是指微生物不可逆的丧失了生长繁殖的能力，即使再放到合适的环境中也不再繁殖。
由于不同微生物的生物学特性不同，因此，对各种理化因子的敏感性不同；同一因素不同剂量对微生物的效应也不同，或者起灭菌作用，或者起防腐作用。在了解和应用任何一种理化因素对微生物的抑制或致死作用时，还应考虑多种因素的综合效应。
2.1温度
温度是影响微生物生长繁殖最重要的因素之一。在一定温度范围内，机体的代谢活动与生长繁殖随着温度的上升而增加，当温度上升到一定程度，开始对机体产生不利的影响，如再继续升高，则细胞功能急剧下降以至死亡。
与其他生物一样，任何微生物的生长温度尽管有高有低，但总有最低生长温度、最适生长温度和最高生长温度这三个重要指标，这就是生长温度的三个基本点。如果将微生物作为一个整体来看，它的温度三基点是极其宽的，由以下可看出,
最低生长温度（一般为–5?~–10℃，极端为–30℃）
嗜冷菌
生长温度三基点最适生长温度中温菌
嗜热菌
最高生长温度（一般为80~95℃，极端为105~300℃）
就总体而言，微生物生长的温度范围较广，已知的微生物在零下12~100℃均可生长。而每一种微生物只能在一定的温度范围内生长。
最低生长温度是指微生物能进行繁殖的最低温度界限。处于这种温度条件下的微生物生长速率很低，如果低于此温度则生长完全停止。不同微生物的最低生长温度不一样，这与它们的原生质物理状态和化学组成有关系，也可随环境条件而变化。
最适生长温度是指某菌分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。但是，同一微生物，不同的生理生化过程有着不同的最适温度，也就是说，最适生长温度并不等于生长量最高时的培养温度，也不等于发酵速度最高时的培养温度或累积代谢产物量最高时的培养温度，更不等于累积某一代谢产物量最高时的培养温度。因此，生产上要根据微生物不同生理代谢过程温度的特点，采用分段式变温培养或发酵。例如，嗜热链球菌的最适生长温度为37℃，最适发酵温度为47℃，累积产物的最适温度为37℃。
最高生长温度是指微生物生长繁殖的最高温度界限。在此温度下，微生物细胞易于衰老和死亡。微生物所能适应的最高生长温度与其细胞内酶的性质有关。例如细胞色素氧化酶以及各种脱氢酶的最低破坏温度常与该菌的最高生长温度有关。见表4-3
表4-3细胞色素氧化酶以及各种脱氢酶的最低破坏温度与该菌最高生长温度的关系
细菌最高生长温度（℃）最低破坏温度（℃）
细胞色素氧化酶过氧化氢酶琥酸珀脱氢酶
蕈状芽孢杆菌40414140
单纯芽孢杆菌
43555240
蜡状芽孢杆菌
45484650
巨大芽孢杆菌
46485047
枯草芽孢杆菌
54605651
嗜热芽孢杆菌
67656759
致死温度最高生长温度如进一步升高，便可杀死微生物。这种致死微生物的最低温度界限即为致死温度。致死温度与处理时间有关。在一定的温度下处理时间越长，死亡率越高。严格地说，一般应以10分钟为标准时间。细菌在10分钟被完全杀死的最低温度称为致死温度。测定微生物的致死温度一般在生理盐水中进行，以减少有机物质的干扰。
微生物按其生长温度范围可分为低温微生物、中温微生物和高温微生物三类（表4-4）
表4-4不同温型微生物的生长温度范围
微生物类型生长温度范围（℃）分布的主要处所
最低最适最高
低温型专性嗜冷–125—1515—20两极地区
兼性嗜冷–5—010—2025—30海水及冷藏食品上
中温型室温10—2020—3535—4040—45腐生菌
体温寄生菌
高温型25—4550—6070—95温泉、堆肥、土壤表层等
2.1.1低温型的微生物?
又称嗜冷微生物，可在较低的温度下生长。它们常分布在地球两极地区的水域和土壤中，即使在其微小的液态水间歇中也有微生物的存在。常见的产碱杆菌属、假单胞菌属、黄杆菌属、微球菌属等常使冷藏食品腐败变质。有些肉类上的霉菌在零下10℃仍能生长，如芽枝霉；荧光极毛菌可在零下4℃生长，并造成冷冻食品变质腐败。
低温也能抑制微生物的生长。在0℃以下，菌体内的水分冻结，生化反应无法进行而停止生长。有些微生物在冰点下就会死亡，主要原因是细胞内水分变成了冰晶，造成细胞脱水或细胞膜的物理损伤。因此，生产上常用低温保藏食品，各种食品的保藏温度不同，分为寒冷温度、冷藏温度和冻藏温度。
2.1.2中温型的微生物
绝大多数微生物属于这一类。最适生长温度在20~40℃之间，最低生长温度10~20℃，最高生长温度40~45℃。它们又可分为嗜室温和嗜体温性微生物。嗜体温性微生物多为人及温血动物的病原菌，它们生长的极限温度范围在10~45℃，最适生长温度与其宿主体温相近，在35~40℃之间，人体寄生菌为37℃左右。引起人和动物疾病的病原微生物、发酵工业应用的微生物菌种以及导致食品原料和成品腐败变质的微生物，都属于这一类群的微生物。因此，它与食品工业的关系密切。
2.1.3高温型微生物
它们适于在45~50℃以上的温度中生长，在自然界中的分布仅局限于某些地区，如温泉、日照充足的土壤表层、堆肥、发酵饲料等腐烂有机物中，如堆肥中温度可达60~70℃。能在55~70℃中生长的微生物有芽孢杆菌属（Bacillus）、梭状芽孢杆菌（Clostridium）、嗜热脂肪芽孢杆菌（Bac.?stearothermophilus）高温放线菌属（Thermoactinomyces）、甲烷杆菌属（Methanobacterium）等；温泉中的细菌；其次是链球菌属和乳杆菌属。有的可在近于100℃的高温中生长。这类高温型的微生物，给罐头工业、发酵工业等带来了一定难度。
高温型的微生物耐热机理可能是菌体内的蛋白质和酶比中温型的微生物更能抗热，尤其蛋白质对热更稳定；同时高温型微生物的蛋白质合成机构——核糖体和其他成分对高温抗性也较大；细胞膜中饱和脂肪酸含量高，它比不饱和脂肪酸可以形成更强的疏水键，因此可保持在高温下的稳定性并具正常功能。
2.1.4热对微生物的致死作用
如果超过了最高生长温度导致微生物死亡。高温致死的机理是微生物蛋白质和核酸不可逆的变性，或者破坏了细胞的其他成分，如细胞膜被热溶解形成了极小的孔，使细胞内含物泄漏引起死亡。高温致死微生物的作用，广泛用于医药卫生、食品工业及日常生活中。在食品工业中微生物耐热性常用以下几个数值表示,
(1)?热（力致）死时间（Thermal?Death?Time?TDT）是指在特定的条件和特定的温度下，杀死一定数量微生物所需要的时间，称热力致死时间。
(2)?D值（Decimal?reduction?time）在一定温度下加热，活菌数减少一个对数周期（即90%的活菌被杀死）时，所需要的时间（分），即为D值。测定D值时的加热温度，即在D的右下角表明。例如：含菌数为105?/毫升的菌悬液，在100℃的水浴温度中，活菌数降低至104/毫升时，所需时间为10分，该菌的D值即为10分，即D100=10分。如果加热的温度为121.1℃（250℉），其D常用Dr表示。见图4-4。
（3）Z值如果在加热致死曲线中，时间降低一个对数周期（即缩短90%的加热时间）
所需要升高的温度（℃），这所需要升高的温度数，即为Z值。见图4-5。
（4）F值在一定的基质中，其温度为121.1℃，加热杀死一定数量微生物所需要的时间（分），即为F值。
2.1.5影响微生物对热抵抗力的因素
⑴?菌种不同微生物由于细胞结构和生物学特性不同，对热的抵抗力也不同。一般的规律是嗜热菌的抗热力大于嗜温菌和嗜冷菌，芽孢大于非芽孢菌，球菌大于非芽孢杆菌，革兰氏阳性菌大于革兰氏阴性菌，霉菌大于酵母菌，霉菌和酵母的孢子大于其菌丝体。细菌的芽孢和霉菌的菌核抗热力特别大。
⑵?菌龄同样的条件下，对数生长期的菌体抗热力较差，而稳定期的老龄细胞较大，老龄的细菌芽孢较幼龄的细菌芽孢抗热力强。
⑶?菌体数量菌数愈多，抗热力愈强，因加热杀死最后一个微生物所需的时间也长；另外，微生物群集在一起时，受热致死不是时间而是有先有后，同时菌体能分泌一些有保护作用的蛋白质物质，菌多分泌的保护物质也多，抗热性也就强。
⑷?基质的因素微生物的抗热力随含水量减少而增大，同一种微生物在干热环境中比在湿热环境中抗热力大；基质中的脂肪、糖、蛋白质等物质对微生物有保护作用，微生物的抗热力随这类物质的增多而增大；微生物在pH值范围是7左右，抗热力最强，pH值升高或下降都可以减少微生物的抗热力。特别是酸性环境微生物的抗热力减弱更明显。
⑸?加热的温度和时间加热的温度越高，微生物的抗热力越弱，越容易死亡，加热的时间越长，热致死作用越大。在一定高温范围内，温度越高杀死所需时间越短。另外，其他因素如盐类等，在基质中有降低水分活性作用，从而增强抗热力；而另一类盐类如钙盐、镁盐可减弱微生物对热的抵抗力。
食品工业中常用的灭菌方法较多，大的分类为干热灭菌法和湿热灭菌法，湿热灭菌法主要是通过热蒸汽杀死微生物，由于热蒸汽的穿透力较热空气强，故无论是对芽孢杆菌或无芽孢杆菌在同一温度下效果都比干热法好。
2.1.6热灭菌法
⑴?干热灭菌法
①?火焰灭菌法其特点是灭菌快速、彻底。常用于接种工具和污染物品，如微生物接种时使用的接种环，就是用火焰灭菌法。使用范围受限。
②?干热灭菌法?(dry?heat?sterilization)主要在干燥箱中利用热空气进行灭菌。通常160℃处理1~2小时可达到灭菌的目的。适用于玻璃器皿、金属用具等耐热物品的灭菌。
⑵?湿热灭菌(moist?heat?sterilization)
①?煮沸消毒法物品在水中100℃煮沸15分钟以上，可杀死细菌的营养细胞和部分芽孢，如在水中加入1%碳酸钠或2%~5%石炭酸，则效果更好。这种方法适用于注射器、解剖用具等的消毒。
②?巴氏灭菌(pasteurization)灭菌的温度一般在60~85℃处理15~30分钟，可以杀死微生物的营养细胞，但不能达到完全灭菌的目的，用于不适于高温灭菌的食品，如牛乳、酱腌菜类、果汁、啤酒、果酒和蜂蜜等，其主要目的是杀死其中无芽孢的病原菌（如牛奶中的结核杆菌或沙门氏杆菌），而又不影响它们的风味。
③?超高温瞬时灭菌法Ultra?high?temperature?short?time,UHT）灭菌的温度在135~137℃3~5秒，可杀死微生物的营养细胞和耐热性强的芽孢细菌，但污染严重的鲜乳在142℃以上杀菌效果才好。超高温瞬时灭菌法现广泛用于各种果汁、牛乳、花生乳、酱油等液态食品的杀菌。
④?高压蒸汽灭菌法(normal?autoclaving)高压蒸汽灭菌法是实验室和罐头工业中常用的灭菌方法。高压蒸汽灭菌是在高压蒸汽锅内进行的，锅有立式和卧式两种，原理相同，锅内蒸汽压力升高时，温度升高。一般采用9.8×104Pa的压力，121.1℃处理15~30分钟，也有采用较低温度（115℃）下维持30分钟左右，可达杀菌目的。罐头工业中要根据食品的种类和杀菌的对象、罐装量的多少等决定杀菌式。实验室常用于培养基、各种缓冲液、玻璃器皿及工作服等灭菌。
⑤?间歇灭菌法(fractional?sterilization?或tyndallization)是用流通蒸汽反复灭菌的方法，常常温度不超过100℃，每日一次，加热时间为30分钟，连续三次灭菌，杀死微生物的营养细胞。每次灭菌后，将灭菌的物品在（28~37℃）培养，促使芽孢发育成为繁殖体，以便在连续灭菌中将其杀死。
2.2?干燥
水分对维持微生物的正常生命活动是必不可少的。干燥会造成微生物失水代谢停止以至死亡。不同的微生物对干燥的抵抗力是不一样的，以细菌的芽孢抵抗力最强，霉菌和酵母菌的孢子也具较强的抵抗力，依次为革兰氏阳性球菌、酵母的营养细胞、霉菌的菌丝。影响微生物对干燥抵抗力的因素较多，干燥时温度升高，微生物容易死亡，微生物在低温下干燥时，抵抗力强，所以，干燥后存活的微生物若处于低温下，可用于保藏菌种；干燥的速度快，微生物抵抗力强，缓慢干燥时，微生物死亡多；微生物在真空干燥时，在加保护剂（血清、血浆、肉汤、蛋白胨、脱脂牛乳）于菌悬液中，分装在安瓿内，低温下可保持长达数年甚至10年的生命力。食品工业中常用干燥方法保藏食品。
2.3?渗透压
大多数微生物适于在等渗的环境生长，若置于高渗溶液（如20%NaCl）中，水将通过细胞膜进入细胞周围的溶液中，造成细胞脱水而引起质壁分离，使细胞不能生长甚至死亡；若将微生物置于低渗溶液（如0.01%NaCl）或水中，外环境中的水从溶液进入细胞内引起细胞膨胀，甚至破裂致死。
一般微生物不能耐受高渗透压，因此，食品工业中利用高浓度的盐或糖保存食品，如腌渍蔬菜、肉类及果脯蜜饯等，糖的浓度通常在50%~70%，盐的浓度为5%~15%，由于盐的分子量小，并能电离，在二者百分浓度相等的情况下，盐的保存效果优于糖。
有些微生物耐高渗透压的能力较强，如发酵工业中鲁氏酵母，另外嗜盐微生物（如生活在含盐量高的海水、死海中）可在15%~30%的盐溶液中生长。
2.4?辐射
电磁辐射包括可见光、红外线、紫外线、X射线和γ射线等均具有杀菌作用。在辐射能中无线电波最长，对生物效应最弱；红外辐射波长在800~1000纳米，可被光合细菌作为能源；可见光部分的波长为380~760纳米，是蓝细菌等藻类进行光合作用的主要能源；紫外辐射的波长为136~400纳米，有杀菌作用。可见光、红外辐射和紫外辐射的最强来源是太阳，由于大气层的吸收，紫外辐射与红外辐射不能全部达到地面；而波长更短的X射线、γ射线、β射线和α射线（由放射性物质产生），往往引起水与其他物质的电离，对微生物起有害作用，故被作为一种灭菌措施。
紫外线波长以265~266纳米的杀菌力最强，其杀菌机理是复杂的，细胞原生质中的核酸及其碱基对紫外线吸收能力强，吸收峰为260纳米，而蛋白质的吸收峰为280纳米，当这些辐射能作用于核酸时，便能引起核酸的变化，破坏分子结构，主要是对DNA的作用，最明显的是形成胸腺嘧啶二聚体，妨碍蛋白质和酶的合成，引起细胞死亡。
紫外线的杀菌效果，因菌种及生理状态而异，照射时间、距离和剂量的大小也有影响，由于紫外线的穿透能力差，不易透过不透明的物质，即使一薄层玻璃也会被滤掉大部分，在食品工业中适于厂房内空气及物体表面消毒，也有用于饮用水消毒的。
适量的紫外线照射，可引起微生物的核酸物质DNA结构发生变化，培育新性状的菌种。因此，紫外线常常作为诱变剂用于育种工作中。
2.5?pH
微生物生长的pH值范围极广,?一般在pH2~8之间，有少数种类还可超出这一范围，事实上，绝大多数种类都生长在pH5?~9之间。
不同的微生物都有其最适生长pH值和一定的pH范围，即最高、最适与最低三个数值，在最适pH范围内微生物生长繁殖速度快，在最低或最高pH值的环境中，微生物虽然能生存和生长，但生长非常缓慢而且容易死亡。一般霉菌能适应pH值范围最大，酵母菌适应的范围较小，细菌最小。霉菌和酵母菌生长最适pH值都在5~6，而细菌的生长最适pH值在7左右。一些最适生长pH值偏于碱性范围内微生物，有的是嗜碱性，称嗜碱性微生物（basophile），如硝化菌、尿素分解菌、根瘤菌和放线菌等；有的不一定要在碱性条件下生活，但能耐较碱的条件，称耐碱微生物（basotolerant?microorganism），如若干链霉菌等。生长pH值偏于酸性范围内的微生物也有两类，一类是嗜酸微生物（acidophile），如硫杆菌属等，另一类是耐酸微生物（acidotolerant?microorganism），如乳酸杆菌、醋酸杆菌、许多肠杆菌和假单胞菌等。见表4—5,
不同的微生物有其最适的生长pH值范围，同一微生物在其不同的生长阶段和不同的生理、生化过程中，也要求不同的最适pH值，这对发酵工业中pH值的控制、积累代谢产物特别重要。例如，黑曲霉最适生长pH值为5.0~6.0，在pH2.0?~2.5范围有利于产拧檬酸，在pH7.0左右时，则以合成草酸为主。又如丙酮丁醇梭菌的最适生长繁殖的pH值为5.5~7.0范围内，在pH值4.3~5.3范围内发酵生产丙酮丁醇，抗生素生产菌也是最适生长的pH值与最适发酵的pH值不一致。
表4—5?不同微生物生长的pH范围
微生物PH
最低最适最高
乳杆菌4.86.27.0
嗜酸乳杆菌4.0~4.65.8~6.66.8
金黄色葡萄球菌4.27.0~7.59.3
大肠杆菌4.36.0~8.09.5
伤寒沙门氏菌4.06.8~7.29.6
放线菌5.07.0~8.01.0
一般酵母菌3.05.0~6.08.0
黑曲霉1.55.0~6.09.0
大豆根瘤菌4.26.8~7.011.0
微生物在其代谢过程中，细胞内的pH值相当稳定，一般都接近中性，保护了核酸不被破坏和酶的活性；但微生物会改变环境的酸碱度，即是使培养基的原始pH值变化，发生的原因?1）糖类和脂肪代谢产酸，?2）蛋白质代谢产碱，以及其他物质代谢产生酸碱。一般随着培养时间的延长，培养基会变得较酸，当碳氮比例高的培养基，如培养真菌的培养基，经培养后其pH值常会明显下降，而碳氮比例低的培养基，如培养一般细菌的培养基，经培养后，其pH值常会明显上升。
在发酵工业中，及时地调整发酵液的pH值，有利于积累代谢产物是生产中一项重要措施，方法如下,
加适当氮源：如尿素、硝酸钠、NH4OH或蛋白质

“治本”加适当碳源：糖、乳酸、油脂等

pH调节措施
过酸时：加氢氧化钠、碳酸钠等碱中和
“治标”
过碱时：加硫酸、盐酸等酸中和
强酸强碱都具有杀菌力。1）强酸如硫酸、盐酸杀菌力强，但腐蚀性大，因此，生产上不宜作消毒剂。食品中应用的酸类防腐剂常常是有机酸或有机酸盐类，要求对人体是无毒，并且不影响食品应有的风味，加入的量应严格按国标执行。2）强碱浓度越高杀菌力越强，食品工业中常用石灰水、氢氧化钠、碳酸钠等作为环境、加工设备、冷藏库以及包装材料如啤酒玻瓶等的灭菌。
食品工业中常用的酸类防腐剂有苯甲酸或苯甲酸钠、山梨酸或山梨酸钾盐（山梨酸钠盐）、丙酸及其钙盐或钠盐、脱氢醋酸及其钠盐和乳酸等。
2.6?氧气
氧气对微生物的生命活动有着重要影响。按照微生物与氧气的关系，可把它们分成好氧菌（aerobe）和厌氧菌（anaerobe）两大类。好氧菌中又分为专性好氧、兼性厌氧和微好氧菌；厌氧菌分为专性厌氧菌、耐氧菌。
2.6.1专性好氧菌（strict?aerobe）
要求必须在有分子氧的条件下才能生长，有完整的呼吸链，以分子氧作为最终氢受体，细胞有超氧化物歧化酶（SOD,superoxide?dismutase）和过氧化氢酶，绝大多数真菌和许多细菌都是专性好氧菌，如米曲霉、醋酸杆菌、荧光假单胞菌、枯草芽孢杆菌和蕈状芽孢杆菌等。
2.6.2兼性厌氧菌（facultative?aerobe）
在有氧或无氧条件下都能生长，但有氧的情况下生长得更好；有氧时进行呼吸产能，无氧时进行发酵或无氧呼吸产能；细胞含SOD和过氧化氢酶。许多酵母菌和许多细菌都是兼性厌氧菌。例如酿酒酵母、大肠杆菌和普通变形杆菌等。
2.6.3微好氧菌（microaerophilic?bacteria）?
只能在较低的养分压（0.01~0.03巴，正常大气压为0.2巴）下才能正常生长的微生物。也通过呼吸链以氧为最终氢受体而产能。例如霍乱弧菌、一些氢单胞菌、拟杆菌属和发酵单胞菌属。
2.6.4耐氧性厌氧菌（aerotolerant?anaerobe）?
一类可在分子氧存在时进行厌氧呼吸的厌氧菌，即它们的生长不需要氧，但分子氧存在对它也无毒害。它们不具有呼吸链，仅依靠专性发酵获得能量。细胞内存在SOD和过氧化物酶，但没有过氧化氢酶。一般乳酸菌多数是耐氧菌，如乳链球菌、乳酸乳杆菌、肠膜明串珠菌和粪链球菌等，乳酸菌以外的耐氧菌如雷氏丁酸杆菌。
2.6.5厌氧菌（anaerobe）
厌氧菌的特征是：分子氧存在对它们有毒，即使是短期接触空气，也会抑制其生长甚至死亡；在空气或含10%CO2的空气中，它们在固体或半固体培养基的表面上不能生长，只能在深层无氧或低氧化还原势的环境下才能生长；其生命活动所需能量是通过发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸化或甲烷发酵等提供；细胞内缺乏SOD和细胞色素氧化酶，大多数还缺乏过氧化氢酶。常见的厌氧菌有罐头工业的腐败菌如肉毒梭状芽孢杆菌、嗜热梭状芽孢杆菌、拟杆菌属、双歧杆菌属以及各种光和细菌和产甲烷菌等。见图4—6。
一般绝大多数微生物都是好氧菌或兼性厌氧菌。厌氧菌的种类相对较少，但近年来已发现越来越多的厌氧菌。
关于厌氧菌的氧毒害机理曾有学者提出过，直到1971?年在提出SOD的学说后，有了
进一步的认识。他们认为，?厌氧菌缺乏SOD，因此易被生物体内产生的超氧物阴离子自由基毒害致死。?

2.7超声波
超声波（频率在20000赫兹以上）具有强烈的生物学作用。超声波使微生物致死的机理是引起微生物细胞破裂，内含物溢出而死。超声波作用的效果与频率、处理时间、微生物种类、细胞大小、形状及数量等有关系，一般频率高比频率低杀菌效果好，病毒和细菌芽孢具有较强的抗性，特别是芽孢。
2.8?化学消毒剂
2.8.1重金属盐类
重金属盐类对微生物都有毒害作用，其机理是金属离子容易和微生物的蛋白质结合而发生变性或沉淀。汞、银、砷的离子对微生物的亲和力较大，能与微生物酶蛋白的-SH基结合，影响其正常代谢。汞化合物是常用的杀菌剂，杀菌效果好，用于医药业中。重金属盐类虽然杀菌效果好，但对人有毒害作用，所以严禁用于食品工业中防腐或消毒。
2.8.2?有机化合物
对微生物有杀菌作用的有机化合物种类很多，其中酚、醇、醛等能使蛋白质变性，是常用的杀菌剂。
⑴?酚及其衍生物?
酚又称石炭酸，杀菌作用是使微生物蛋白质变性，并具有表面活性剂作用，破坏细胞膜的通透性，使细胞内含物外溢致死。酚浓度低时有抑菌作用，浓度高时有杀菌作用，2%~5%酚溶液能在短时间内杀死细菌的繁殖体，杀死芽孢则需要数小时或更长的时间。许多病毒和真菌孢子对酚有抵抗力。适用于医院的环境消毒，不适于食品加工用具以及食品生产场所的消毒。
⑵?醇类
是脱水剂、蛋白质变性剂，也是脂溶剂，可使蛋白质脱水、变性，损害细胞膜而具杀菌能力。70%的乙醇杀菌效果最好，超过70%浓度的乙醇杀菌效果较差，其原因是高浓度的乙醇与菌体接触后迅速脱水，表面蛋白质凝固，形成了保护膜，阻止了乙醇分子进一步渗入。?
乙醇常常用于皮肤表面消毒，实验室用于玻棒、玻片等用具的消毒。
醇类物质的杀菌力是随着分子量的增大而增强，但分子量大的醇类水溶性比乙醇差，因此，醇类中常常用乙醇作消毒剂。
⑶?甲醛?
甲醛是一种常用的杀细菌与杀真菌剂，杀菌机理是与蛋白质的氨基结合而使蛋白质变性致死。市售的福尔马林溶液就是37%~40%的甲醛水溶液。0.1%~0.2%的甲醛溶液可杀死细菌的繁殖体，5%的浓度可杀死细菌的芽孢。甲醛溶液可作为熏蒸消毒剂，对空气和物体表面有消毒效果，但不适宜于食品生产场所的消毒。
2.8.3?氧化剂
氧化剂杀菌的效果与作用的时间和浓度成正比关系，杀菌的机理是氧化剂放出游离氧作用于微生物蛋白质的活性基团（氨基、羟基和其它化学基团），造成代谢障碍而死亡。
⑴?臭氧（O3）?
三氧灭菌技术近年在纯净水生产中应用较广，灭菌的效果与浓度有一定的关系，但浓度大了使水产生异味。
⑵?氯
氯具有较强的杀菌作用，其机理是使蛋白质变性。氯在水中能产生新生态的氧，如下式,
Cl2＋H2OHCl＋HOCl2HCl＋[O]
氯气常常用于城市生活用水的消毒，饮料工业用于水处理工艺中杀菌。
⑶?漂白粉（CaOCl2）
漂白粉中有效氯为28%~35%。当浓度为0.5%~1%时，5分钟可杀死大多数细菌，5%的浓度时在1小时可杀死细菌芽孢。漂白粉常用于饮水消毒，也可用于蔬菜和水果的消毒。
⑷?过氧乙酸（CH3COOOH）
过氧乙酸是一种高效广谱杀菌剂，它能快速地杀死细菌、酵母、霉菌和病毒。据报道，0.001%的过氧乙酸水溶液能在10分钟内杀死大肠杆菌，0.005%的过氧乙酸水溶液只需5分钟，如杀金黄色葡萄球菌需要60分钟，但提高浓度为0.01%只需2分钟，0.5%浓度的过氧乙酸可在1分钟内杀死枯草杆菌，0.04%浓度的过氧乙酸水溶液，在1分钟内杀死99.99%的蜡状芽孢杆菌。能够杀死细菌繁殖体过氧乙酸的浓度，足以杀死霉菌和酵母菌；过氧乙酸对病毒效果也好，是高效、广谱和速效的杀菌剂，并且几乎无毒，使用后即使不去除，也无残余毒，其分解产物是醋酸、过氧化氢、水和氧。适用于一些食品包装材料（如超高温灭菌乳、饮料的利乐包等）的灭菌；也适于食品表面的消毒（如水果、蔬菜和鸡蛋）；食品加工厂工人的手、地面和墙壁的消毒以及各种塑料、玻璃制品和棉布的消毒。用于手消毒时，只能用低浓度0.5%以下的溶液，才不会使皮肤有刺激性和腐蚀性。
思考题
1生长和繁殖的概念，二者的关系是什么？
2?常用测定微生物生长量的方法有几种？试比较其优缺点。
3?表示微生物生长量的生理指标有那些？
4?单细胞微生物的典型生长曲线可分几期？其划分的依据是什么？
5?延滞期的特点是什么？如何缩短延滞期？
6?对数生长期的特点有那些？处于此期的微生物有何实际应用？
7?稳定期有何特点？进入稳定期的原因是什么？
8?什么叫同步生长？如何使微生物达到同步生长？
9?什么叫连续培养？什么叫连续发酵？
10?比较恒浊器和恒化器的特点。
11?什么是微生物的最适生长温度？温度对同一微生物的生长速度、生长量、代谢速度、代谢产物累积量的影响是否相同？研究它有何实践意义？
12?从对分子氧的要求来分，微生物可分为哪几种类型？它们各有何特点？
13?微生物在生长的过程中，引起pH值改变的原因有哪些？举例说明微生物最适生长pH值与最适发酵pH值是否一致。
14?试比较杀菌（灭菌）、商业灭菌、消毒、防腐的异同点。
15?酸性防腐剂在食品工业中应用的条件是什么？氢氧化钠在食品工业中应用的适应范围如何？
16?在实验室和发酵工业中，如何保证好氧微生物对氧的需要？
17?简述高压蒸汽灭菌的方法步骤，灭菌锅中的空气排除度对灭菌效果有何影响？
18?氧化剂杀菌的机理是什么？在食品工业中应用如何？


第5章 微生物的遗传变异与菌种选育本章学习的目的与要求,
1掌握微生物遗传变异的物质基础及其结构、特点和在细胞中的存在方式。
2掌握基因突变的实质、类型、特点和突变机制。
3了解不同类型微生物的基因重组。
4学会依据微生物的遗传特性，设计工业微生物菌种的筛选程序，并能合理保藏所得菌种。
遗传和变异是生物界最基本的属性。微生物通过繁殖，延续后代，使亲代与子代之间在形态、构造和生态、生理生化特性等方面具有一定的相似性，这就是微生物的遗传。虽然遗传具有相对的稳定性，但也不是一成不变的，因为在世代延续中，既有不变的内容，也有变化了的内容，所以世代之间，同代个体之间既相象又差异的现象就是变异。
遗传是相对的，变异是绝对的，遗传中有变异，变异中有遗传，遗传和变异的辨证关系使微生物不断进化。由于遗传的保守性，保证了生物界物种的稳定，并使生产中选育出来的优良菌种各属性稳定地一代一代地传下去。又因为存在变异，保证了子代适应环境的能力，使子代在变化了的环境条件下也能很好地生存下去，同时，也为人类改造微生物提供理论依据，使微生物得到发展。
1.微生物遗传变异的物质基础
1.1.遗传和变异的物质基础
20世纪50年代以前，许多学者认为蛋白质对于遗传变异起着决定性的作用，而通过对高等动物和植物染色体的化学分析，发现染色体由核酸和蛋白质，并且主要是脱氧核糖核酸（DNA）组成。因此，要回答究竟是蛋白质还是核酸对于遗传变异起着决定性的作用，经研究，人们认识到以微生物为研究材料具有特殊的优越性，于是通过以下三个经典的实验，充分证明了遗传变异的物质基础是核酸。?
1.1.1.肺炎双球菌的转化实验
转化是指受体细胞直接摄取供体细胞的遗传物质（DNA片段），将其同源部分进行碱基配对，组合到自己的基因中，从而获得供体细胞的某些遗传性状，这种变异现象，称为转化。
肺炎双球菌的转化现象最早是由英国的细菌学家格里菲斯(Griffith)于1928年发现的。肺炎双球菌(Diplococcuspneumoniae)是一种病原菌，存在着光滑型(Smooth简称S型)和粗糙型(Rough简称R型)?两种不同类型。其中光滑型的菌株产生荚膜，有毒，在人体内它导致肺炎，在小鼠体中它导致败血症，并使小鼠患病死亡，其菌落是光滑的；粗糙型的菌株不产生荚膜，无毒，在人或动物体内不会导致病害，其菌落是粗糙的。格里菲斯以R型和S型菌株作为实验材料进行遗传物质的实验，他将活的、无毒的RⅡ型（无荚膜，菌落粗糙型）肺炎双球菌或加热杀死的有毒的SⅢ型肺炎双球菌注入小白鼠体内，结果小白鼠安然无恙；将活的、有毒的SⅢ型（有荚膜，菌落光滑型）肺炎双球菌或将大量经加热杀死的有毒的SⅢ型肺炎双球菌和少量无毒、活的RⅡ型肺炎双球菌混合后分别注射到小白鼠体?内，结果小白鼠患病死亡，并从小白鼠体内分离出活的SⅢ型菌。格里菲斯称这一现象为转化作用(图5－1)，实验表明，SⅢ型死菌体内有一种物质能引起RⅡ型活菌转化产生SⅢ型菌，这种转化的物质（转化因子）是什么?格里菲斯对此并未做出回答。1944年美国的埃弗雷(O．Avery)、麦克利奥特(C.?Macleod)及麦克卡蒂(M．Mccarty)等人在格里菲斯工作的基础上，对转化的本质进行了深入的研究。他们从SⅢ型活菌体内提取DNA、RNA、蛋白质和荚膜多糖，将它们分别和?RⅡ型活菌混合均匀后注射人小白鼠体内，结果只有注射SⅢ型菌DNA和RⅡ型活菌的混合液的小白鼠才死亡，这是一部分?RⅡ型菌转化产生有毒的、有荚膜的SⅢ型菌所致，并且它们的后代都是有毒、有荚膜的。由此说明RNA、蛋白质和荚膜多糖均不引起转化，而DNA却能引起转化。如果用DNA酶处理DNA后，则转化作用丧失。
图5－1.肺炎双球菌的转化现象
1.1.2.噬菌体的感染实验
证明DNA是遗传物质，还可用T2噬菌体感染大肠杆菌的实验来证实。1952年赫西(A．Hershey)和蔡斯(M．Chase)用32P043-和35S042-标记T2噬菌体，因DNA分子中只含磷不含硫，而蛋白质分子中只含硫不含磷。故将T2噬菌体的头部DNA标上32P，其蛋白质衣壳被标上35S。用标上32P和35S的T2噬菌体感染大肠杆菌，经短时间的保温后，T2噬菌体完成了吸附和侵入的过程。将被感染的大肠杆菌洗净放入组织捣碎器内强烈搅拌，然后离心沉淀。分别测定沉淀物和上清液中的同位素标记，结果全部35S和噬菌体在上清液中，全部32P和细菌聚集在沉淀物中。这说明在感染过程中?噬菌体的DNA进人大肠杆菌细胞中，它的蛋白质外壳留在菌体外。进入大肠杆菌体内的T2噬菌体DNA，利用大肠杆菌体内的DNA、酶及核糖体复制大量T2噬菌体，又一次证明了DNA是遗传物质(图5－2)。
1.1.3.烟草花叶病毒的拆开与重建实验
烟草花叶病毒(TMV)由蛋白质外壳和核糖核酸?（RNA）核心所构成，可以从TMV病毒分别抽提得到它的蛋白质部分和RNA部分，把这两个部分放在一起，可以得到具有感染能力的烟草花叶病毒颗粒。1965年，美国的法朗克一康勒特(FraenkelConrat)将烟草花叶病毒拆成蛋白质和RNA(该病毒不含DNA)，分别对烟草进行感染实验，结果发现只有RNA能感染烟草，并在感染后的寄主中分离到完整的具有蛋白质外壳和RNA核心的烟草花叶病毒。烟草花叶病毒有不同的变种，各个变种的蛋白质的氨基酸组成有细微而明显的区别，后来法朗克一康勒特又将甲、乙两种变种的烟草花叶病毒拆开，在体外分别将甲病毒的蛋白质和乙病毒的RNA结合，将甲病毒的RNA和乙病毒的蛋白质结合进行重建，并用这些经过重建的杂种病毒分别感染烟草，结果从寄主分离所得的病毒蛋白质均取决于相应病毒的RNA(图5－3)。这一实验结果说明病毒蛋白质的特性由它的核酸(RNA)所决定，而不是由蛋白质所决定。可见在这里同样证明了核酸(RNA)仍然是遗传物质的基础。
图5－2.T2噬菌体感染试验示意图
到目前为止，发现只有一部分病毒（包括动物、植物病毒和噬菌体）的遗传物质是RNA，其他生物的遗传物质都是DNA。
图5－3.病毒重组实验示意图
1.2.DNA的结构与复制
1.2.1.DNA的结构
现在我们已经知道，DNA是遗传物质的基础，那么，DNA为什么能起遗传作用，它又是怎么起作用的呢？这与它的分子结构是密切相关的。
DNA又称脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic?acid),是一种高分子化合物，其基本单位是脱氧核苷酸,相对分子质量最小的为2.3×104，最大的达1×1010，比蛋白质相对分子质量(5×103~5×106)大。沃森(Watson)和克里克(Crick)?于1953年由X射线衍射结构分析提出了DNA分子双螺旋结构理论和模型，认为DNA是由两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴构成的右手螺旋结构.?(图5—5)。多核苷酸的方向由核苷酸间的磷酸二酯键的走向决定,一条从5’到3’，另一条从3’到?5’。链间有螺旋型的凹槽，其中一条较浅，叫小沟；另一条较深，叫大沟。每条多核苷酸链上均有四种碱基：A(腺嘌呤adenine)、T(胸腺嘧啶thymine)、C?(胞嘧啶cytosine)、G(鸟嘌呤guanine)有序地排列，它们以氢键与另一条多核苷酸链的四种碱基相连,A与T配对,C与G配对，这种由氢键连接的碱基组合，称碱基配对(图5－4)。一个DNA分子可含几十万或几百万碱基对，相邻碱基对平面之间的距离为0.34nm，即顺中心轴方向,每隔0.34nm有一个核苷酸,以3.4nm为一个结构重复周期，包括10对碱基。核苷酸的磷酸基与脱氧核糖在外侧，通过磷酸二酯键相连接而构成DNA分子的骨架。脱氧核酸环平面与纵轴大致平行，双螺旋的直径为2.0nm。
图5－4.DNA双螺旋结构中碱基配对示意图
此模型所描述的资料来自在相对湿度为92％时所得到的DNA钠盐纤维，这种DNA称为B型DNA（B-DNA），B-DNA双螺旋的二级结构既规则又很稳定，但不是绝对的，它在环境中不停地运动，如室温下DNA溶液中有部分氢键会断开，造成这些部位结构多变。水溶液及细胞中天然状态DNA大多为B-DNA，但若湿度改变或由DNA钠盐变为钾盐、铯盐等则会引起构象的变化，形成A-DNA、C-DNA等构象。此外还有Z-DNA,?Z-DNA结构是1979年由Rich提出的(图5－5)，该模型的提出曾一度动摇过右手螺旋学说。现已证明，左手螺旋Z-DNA只是右手螺旋结构模型的一个补充和发展。B-DNA是活性最高的DNA构象，B-DNA变构成A-DNA后，仍有活性，但若局部变构为Z-DNA后活性明显降低。
图5－5.两种不同形式的DNA

DNA除了具有右旋、左旋的双股螺旋结构外，后来科学家在实验室设计并合成了三股螺旋的DNA（图5－6），它由15－25个核苷酸组成的短链反义核酸绑到双股DNA中形成。1992年我国科学家首先发现具有三股螺旋的天然DNA。现三股螺旋的DNA的存在已被国际公认。
图5－6.三股螺旋结构的DNA
一般而言，特定的种或菌株的DNA分子，其碱基顺序固定不变，这保证了遗传的稳定性。如果DNA的个别部位发生了碱基排列顺序的变化，则会导致菌株死亡或发生遗传性状的改变。在现代细菌分类鉴定中，通过测定G十C百分含量确定属、种或菌株。
基因是一切生物体内储存遗传信息的、有自我复制能力的遗传功能单位。它是DNA分子上一个具有特定碱基顺序，即核苷酸顺序的片断。按功能可分三种：第一种是结构基因，编码蛋白质或酶的结构，控制某种蛋白质或酶的合成。但tRNA和rRNA基因不编码蛋白质。第二种是操纵区，它的功能像“开关”，操纵三个结构基因的表达。第三种是调节基因，它控制结构基因。例如：大肠杆菌三种有关利用乳糖的酶是由三个结构基因决定的。先由调节基因决定一种阻抑蛋白封闭操纵区的作用，使三个结构基因都不能表达，阻抑了酶的合成。当培养基中有乳糖时阻抑蛋白失活，不能封闭操纵区，因而结构基因得以表达，合成能利用乳糖的酶。
一个基因的相对分子质量大约为6×l05，约有1000个碱基对，每个细菌约具有5000至10000个基因。基因控制遗传性状，但不等于遗传性状。任何一个遗传性状的表现都是在基因控制下的个体发育的结果。从基因型到表现型必须通过酶催化的代谢活动来实现。基因直接控制酶的合成，即控制一个生化步骤，控制新陈代谢，从而决定了遗传性状的表现。
1.2.2.DNA的复制
菌株细胞在分裂之前，只有DNA十分精确地进行复制，才能保证微生物的所有属性都得到遗。而DNA的独特的半保留式的自我复制能力，确保了DNA复制的精确性，并保证了一切生物遗传性的相对稳定。DNA的自我复制大致如下：首先是DNA分子中的两条多核苷酸链之间的氢键断裂，双螺旋解旋和分开，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。这样新形成的两个DNA分子与原来DNA分子的碱基排列顺序完全一样。在此过程中，每个子代分子的一条多核苷酸链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，又以氢键连接成新的双螺旋结构?(图5－7)。
DNA复制时，其双连首先解开，形成复制叉。复制起点是固定的，表现为固定的序列，并识别参与复制起始的特殊蛋白质，复制叉移动的方向和速度虽是多种多样的，但以双向等速为主。无论是真核生物还是原核生物，它们的DNA
图5－7.DNA的复制方式
复制都是半保留、半不连续复制，复制过程都存在引发、延长和终止3个阶段，都必须有相应功能的蛋白质（如SSB）和酶（如DNA聚合酶）参与。但真核生物每条染色体上都可以有多处复制起始点，而原核生物只有一个起始点；真核生物的染色体在全部完成复制之前，各个起始点上的DNA的复制不能再开始，而在快速生长的原核生物中，复制起始点上可以连续开始新的DNA的复制，表现为虽只有一个复制单元，但可有多个复制叉。
1.2.3.RNA
RNA(ribonucleic?acid)?又称核糖核酸，有四种类型：tRNA、rRNA、mRNA和反义RNA。它们均由DNA转录而成，和DNA很相似，不同的是以核糖代替脱氧核糖，以尿嘧啶(uracil，简称U)代替胸腺嘧啶(T)。因此，RNA链中的碱基配对为：A—U、U—A、G—C、C—G等四种。tRNA叫转移RNA，是模板与氨基酸之间的接合体，其上有和mRNA互补的反密码子，能识别氨基酸及识别mRNA上的密码子，在tRNA—氨基酸合成酶的作用下具有转运氨基酸的作用。其在蛋白质生物合成的起始作用中，在DNA反转录合成中及其他代谢调节中都起重要作用。细胞内t?RNA的种类很多，每一种氨基酸都有其相应的一种或几种t?RNA。rRNA即核糖体RNA?，它和蛋白质结合成的核糖体为合成蛋白质的场所。rRNA?含量大，是构成核糖体的骨架。大肠杆菌核糖体有三类rRNA?：5SrRNA,16S?rRNA?,23RNA。mRNA叫信使RNA，mRNA?上每三个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为密码，也叫三联子密码。mRNA与蛋白质之间的联系是通过遗传密码的破译来实现的，贮存在DNA上的遗传信息通过mRNA传递给蛋白质。每一种多肽都有一种特定的?mRNA?负责编码，所以细胞内mRNA?的种类是很多的，但是每一种mRNA的含量又十分低。反义RNA是能与DNA的碱基互补，并能阻止、干扰复制转录和翻译的短小?的RNA。反义RNA起调节作用，决定mRNA翻译合成速度。由mRNA、tRNA、反义RNA和rRNA协作合成蛋白质。
1.3.遗传物质的存在形式
真核生物(人、高等动物、植物、真菌、藻类及原生动物)的遗传物质是DNA，其染色体由DNA和蛋白质等组成。真核生物的染色体不止一个，少的几个，多的几十或更多，染色体呈丝状结构，细胞内所有染色体由核膜包裹成一个细胞核。真核微生物染色体以外的DNA主要以细胞器形式存在，这些细胞器中的DNA常呈环状，细胞器DNA的含量只占染色体DNA的1%以下。
原核微生物的染色体往往只有一个，是由单纯的DNA或?RNA组成。细菌和放线菌的遗传物质单纯由一条DNA细丝构成环状的染色体，拉直时比细胞长许多倍，为双链的DNA，与很少量的蛋白质结合，没有核膜包围，它在细胞的中央，高度折叠形成具有空间结构的一个核区。由于含有磷酸根，它带有很高的负电荷。原核微生物DNA的负电荷被Mg2+离子和有机碱：精胺、亚精胺和腐胺等中和。真核生物DNA的负电荷被碱性蛋白质：组蛋白和鱼精蛋白中和。病毒中的遗传物质是DNA或?RNA，为双链或单链，呈线状或环状，且病毒的核酸都不与蛋白质相结合。原核微生物染色体外的DNA称为细菌质粒，例如原核生物中的性因子(F因子)，抗药性因子(R因子)等，它们的DNA只占染色体DNA的一小部分。
2.微生物的基因突变
在微生物中，突变是经常发生的，学习和掌握突变的规律，不但有助于对基因定位和基因功能等基本理论问题的了解，而且还为微生物选种、育种提供必要的理论基础,同时对于致癌物质的检测也有重要意义。
突变是指遗传物质突然发生稳定的可遗传的变化，它有两个意义：一是指与野生型不同的个体所携带和传递的基因组变异结构，这种变异结构可以是基因水平的，也可以是染色体水平的；突变的另一个意义是指上述变异结构发生的过程。对微生物来讲，基因突变最常见，最重要，而由于重组或附加体等外源遗传物质的整合而引起DNA的改变，则不属突变的范围。
在微生物纯种群体或混合群体中，都可能偶尔出现个别微生物在形态、生理生化或其他方面的性状发生改变。改变了的性状可以遗传，这时的微生物发生变异，成了变种或变株。
2.1.突变的类型
突变的类型是多种多样，从突变涉及的范围，可以把突变分为基因突变和染色体畸变。在粗糙脉孢菌中，染色体畸变的研究已经相当深入了。在电子显微镜下现在已经可以观察病毒的染色体畸变。不过就遗传学研究较为深人的大肠杆菌、沙门氏菌、枯草杆菌等细菌以及其它多数微生物来讲，突变的研究主要是在基因突变方面。下面就分类的依据不同，探讨一下突变的类型。
2.1.1.从突变涉及范围，可以把突变分为基因突变和染色体畸变。
基因突变，又称点突变。是发生于一个基因座位内部的遗传物质结构变异。往往只涉及一对碱基或少数几个碱基对。点突变可以是碱基对的替代，也可以是碱基对的增减。前者可分为转换和颠换（图5－8）。转换是指一种嘌呤—嘧啶对变为另一种嘌呤—嘧啶对，或一种嘧啶—嘌呤对变为另一种嘧啶—嘌呤对；颠换是指一种嘧啶—嘌呤对变为另一种嘌呤—嘧啶对，或反过来一种嘌呤—嘧啶对变为另一种嘧啶—嘌呤对。这两种碱基的替代突变改变了遗传密码的结构和该密码所编码的氨基酸。碱基对的增减则造成增减变异点以后全部密码及其编码的氨基酸，所以称为移码突变。
图5－8.各种类型的转换和颠换(实线代表转换，虚线代表颠换)
染色体畸变染色体畸变是一些不发生染色体数目变化而在染色体上有较大范围结构改变的变异，是由DNA(RNA)的片段缺失、重复或重排而造成染色体异常的突变。其中包括以下变化：一是易位，指两条非同源染色体之间部分相连的现象。它包括一个染色体的一部分连接到某一非同源染色体上的单向易位以及两个非同源染色体部分相互交换连接的相互易位。二是倒位，指一个染色体的某一部分旋转180度后以颠倒的顺序出现在原来位置的现象。三是缺失，指在一条染色体上失去一个或多个基因的片段，这是造成畸变的缺失。四是重复，指在一条染色体上增加了一段染色体片段，使同一染色体上某些基因重复出现的突变。发生染色体畸变的微生物往往易致死，所以微生物中突变类型的研究主要是在基因突变方面。
2.1.2.从突变所带来的表型的改变来讲，突变的类型可以分为以下几?类：
形态突变型指细胞形态结构发生变化或引起菌落形态改变的那些突变类型。包括影响细胞形态的突变型以及影响细菌、霉菌、放线菌等的菌落形态以及影响噬菌体的噬菌斑的突变型。例如细菌的鞭毛、芽孢或荚膜的有无，菌落的大小，外形的光滑或粗糙及颜色的变异；放线菌或真菌产孢子的多少，外形及颜色的变异；噬菌斑的大小和清晰程度的变异等。
致死突变型指由于基因突变而造成个体死亡的突变类型，造成个体生活力下降的突变型称为半致死突变型。一个隐性的致死突变基因可以在二倍体生物中以杂合状态保存下来，可是不能在单倍体生物中保存下来，所以致死突变在微生物中研究得不多。
条件致死突变型这类突变型的个体只是在特定条件，即限定条件下表达突变性状或致死效应，而在许可条件下的表型是正常的。广泛应用的一类是温度敏感突变型，这些突变型在一个温度中并不致死，所以可以在这种温度中保?存下来；它们在另一温度中是致死的，通过它们的致死作用，可以用来研究基因的作用等问题。
营养缺陷突变型是一类重要的生化突变型。是指某种微生物经基因突变而引起微生物代谢过程中某些酶合成能力丧失的突变型，它们必须在原有培养基中添加相应的营养成分才能正常生长繁殖。这种突变型在微生物遗传学研究中应用非常广泛，它们在科研和生产中也有着重要的应用价值。
抗性突变型是指一类能抵抗有害理化因素的突变型，细胞或个体能在某种抑制生长的因素(如抗生素或代谢活性物质的结构类似物)存在时继续生长与繁殖。根据其抵抗的对象分抗药性、抗紫外线、抗噬菌体等突变类型。这些突变类型在遗传学基本理论的研究中非常有用，常以抗性突变为选择标记，特别在融合试验、协同转染实验中用得最多。
抗原突变型是指细胞成分，特别是细胞表面成分如细胞壁、荚膜、鞭毛的细致变异而引起抗原性变化的突变型。
其它突变型如毒力、糖发酵能力、代谢产物的种类和数量以及对某种药物的依赖性等的突变型。
这几类突变型并不是彼此排斥的。营养缺陷型也可以认为是一种条件致死突变型，因为在没有补充给它们所需要的物质的培养基上它们不能生长。某些营养缺陷型也具有明显的形态改变。例如粗糙脉胞菌和酵母菌的某些腺嘌呤缺陷型分泌红色色素。所有的突变型可以认为都是生化突变型，最为常见的是营养缺陷型。抗药性突变也是微生物遗传学中常用的一类生化突变型。因为任何突变，不论是影响形态的或是致死的，都必然有它的生化基础。突变型的这一区分不是本质性的。
2.1.3.按突变的条件和原因划分，突变可以分为自发突变和诱发突变。
自发突变是指某种微生物在自然条件下，没有人工参与而发生的基因突变。在过去相当长的时间里，人们认为自发突变是由于自然界中存在的辐射因素和环境诱变剂所引起的。然而深入研究表明这种看法不够完全。绝大多数的自发突变起源于细胞内部的一些生命活动过程，如遗传重组的差错和DNA复制的差错，这些差错的产生与酶的活动相关联。
DNA复制是非常精确的，细菌的DNA多聚酶具有聚合3’至5’的外切功能，它可以切除掺入到合成链的3’端和样板链不互补的错配碱基。通过这种复制中的校正作用，大大减少了碱基的错配，提高了复制合成的精确度。根据计算，这种校正可以把复制错误减少到10-10／碱基对，即每复制1010碱基对，只发生一次错误的掺入。细菌碱基组含有3×l06碱基对，复制一次发生错误的机会是3×10-4，假设基因的大小为l03碱基对，则可推算出细菌在一个增殖世代中，每个基因的突变率平均为10-7左右。考虑到自发突变中的大多数是检测不出来的沉默突变，所以，对于多数可检突变来讲，自发突变率为10-8左右。
DNA复制中的碱基错配、跳格，DNA聚合酶结构变异等均是提高自发突变的原因。在序列相似的DNA片段间的重组过程中，特别容易发生重组差错，从而造成一个或几个碱基的重复和缺失；基因重组是由重组酶来催化的，重组酶结构的变异也会影响基因的自发突变率。总之，各种DNA复制和基因重组过程有关的酶和蛋白，对维持生物基因自发突变率起着重要的，决定性的作用。
诱发突变是利用物理的或化学的因素处理微生物群体，促使少数个体细胞的DNA分子结构发生改变，基因内部碱基配对发生错误，引起微生物的遗传性状发生突变。凡能显著提高突变率的因素都称诱发因素或诱变剂。
物理诱变利用物理因素引起基因突变的称物理诱变。物理诱变因素有：紫外线、X-射线、γ-射线、快中子、β-射线、激光和等离子等。
化学诱变利用化学物质对微生物进行诱变，引起基因突变或真核生物染色体的畸变称为化学诱变。化学诱变的物质很多，但只有少数几种效果明显，如烷化剂、吖啶类化合物等。
复合处理及其协同效应诱变剂的复合处理常有一定的协同效应，增强诱变效果，其突变率普遍比单独处理的高，这对育种很有意义。复合处理有几类：同一种诱变剂的重复使用，两种或多种诱变剂先后使用，两种或多种诱变剂同时使用。
定向培育和驯化定向培育是人为用某一特定环境条件长期处理某一微生物群体，同时不断将他们进行移种传代，以达到累积和选择合适的自发突变体的一种古老的育种方法。由于自发突变的变异频率较低，变异程度较轻，故变异过程均比诱变育种和杂交育种慢得多。
2.2.基因突变的特点
在生物界中由于遗传变异的物质基础是相同的，因此显示在遗传变异的本质上也具有相同的规律，这在基因突变的水平上尤其显得突出。
自发性由于自然界环境因素的影响和微生物内在的生理生化特点，在没有人为诱发因素的情况下，各种遗传性状的改变可以自发地产生。
稀有性自发突变虽然不可避免，并可能随时发生，但是突变的频率极低，一般在10-6~10-9之间。
诱变性通过各种物理、化学诱发因素的作用，可以提高突变率，一般可提高10~106倍。
突变的结果与原因之间的不对应性即突变后表现的性状与引起突变的原因之间无直接对应关系。例如抗紫外线突变体不是由紫外线而引起，抗青霉素突变体并也不是由于接触青霉素所引起。
独立性在一个群体中，各种形状都可能发生突变，但彼此之间独立进行。
稳定性突变基因和野生型基因一样，是一个相对稳定的结构，由此而产生的新的遗传性状也是相对稳定的，可以一代一代地传下去。
可逆性原始的野生型基因可以通过变异成为突变型基因，此过程称为正向突变；相反，突变型基因也可以恢复到原来的野生型基因，称回复突变。实验证明任何突变既有可能正向突变，也可发生回复突变，二者发生的频率基本相同。
2.3.基因突变的机制
DNA分子中碱基对的变化可以在自然条件下自发地发生，也可以人为的应用物理、化学因素诱导发生，它们的变化机制主要有以下几类,
2.3.1.自发突变机制
虽然自发突变是指微生物在没有人工参与的条件下发生的突变，但是这决不意味这种突变是没有原因的，只是人们到现在对它还没有认识清楚而已。下面讨论几种自发突变的可能机制。?
多因素低剂量的诱变效应不少自发突变实质上是由于一些原因不详的低剂量诱变因素长期作用的综合结果。早在20世纪30年代中就认为任何剂量的X射线都足以诱发突变，因此有人认为宇宙空间拥有的各种短波辐射是自发突变的原因之一。根据计算，它至多只能说明自发突变的1%。自然界中还存在着能诱发突变的低浓度物质，由于偶然接触它们可能引起自发突变。除此以外，热也是诱发自发突变的一种影响因素，例如噬菌体T?4在370?C中每天每一GC碱基对以4×10-8这一频率发生变化，因此一些自发突变来自热的诱变作用。
A、B正常配对；C、D、E、F嘌呤-嘧啶错配；G、H、I、J嘌呤-嘌呤错配
图5－9.各种碱基错配
微生物自身代谢产物的诱变效应已经发现在一些微生物中具有诱变作用的物质，例如咖啡碱、硫氰化合物、二硫化二丙烯、重氮丝氨酸等。过氧化氢是微生物正常代谢的一种产物，它对脉胞菌具有诱变作用，如果同时加入过氧化氢酶抑制剂，则可提高诱变的效率。这说明过氧化氢有可能是引起自发突变的一种内源诱变剂。
互变异构效应由于DNA分子中的A、T、G、C四种碱基的第六位碳原子上的酮基(T、G)和氨基(A、C)，胸腺嘧啶（T）和鸟嘌呤（G）不是酮式就是烯醇式，胞嘧啶（C）和腺嘌呤（A）不是氨基式就是亚氨基式。所以有人认为T和G会以酮式和烯醇式两种互变异构的形式出现，而A和C则以氨基式或亚氨基式两种状态出现。由于化学结构的平衡一般趋向于酮式和亚氨基式，因此，在DNA双链结构中一般总是以AT与GC碱基配对的形式出现（图5－9A、B?）。可是在偶然情况下，T也会以烯醇式形式出现，恰好DNA的合成到达这位置的一瞬间，通过DNA多聚酶的作用，在它相对应的位置上出现配对碱基G，而不出现常规的A（图5－9D）。当DNA再次复制时，通过G和C配对，就使原来的AT转变为GC。同样如果C以亚氨基形式出现，在DNA复制的合成到达这位置的一瞬间，DNA对应链上将是A，而不是G（图5－9?C）。以此类推，这些可能是引起自发突变的重要原因之一。
除了由于酮式—烯醇式互变和氨基式—亚氨基式互变而造成的碱基错配以外，还可能发生另一种嘌呤-嘌呤错配。这种错配来源于另一种由于碱基-脱氧核糖键旋转而造成的称为正-反的互变。根据DNA模型制作结果，证明腺嘌呤的亚氨基式能和腺嘌呤或鸟嘌呤的正式配对(图5－9G、I)，鸟嘌呤的烯醇兼亚氨基式能和鸟嘌呤或腺嘌呤的正式配对(图5－9H、J)，这些错配也能通过DNA复制而造成转换和颠换(图5－10)。
从图5－10可以看到，由酮式—烯醇式互变或氨基式—亚氨基式互变可以引起转换，由正式—反式互变可以引起颠换。正式—亚氨基式配对或正式—烯醇式兼正式配对不容易形成，所以颠换应少于转换。
图5－10.由错配所引起的突变
环状突变效应近来还有人提出另一种造成自发突变的原因，它可以称为环状突变效应或简称环出效应。如图5－11A所示，当DNA复制到C时，模板链G向外环出；当复制继续进行时模板又恢复正常。结果在原来应出现GC碱基对的地方出现了GA碱基对。再经一次DNA复制时，便会出现TA，因此造成了GC?-TA颠换。图5－11B?中，环出的是两个核苷酸，这样就会导致相邻的两对碱基发生变化。如果这两对碱基属于两个密码，那么一次突变可以使两个密码发生变化，带来两个氨基酸的改变。关于这一突变机制模型还缺乏实验根据，但它同样指出，DNA结构的另一种瞬时的可逆性变化，可能导致基因突变。自然突变的偶然性在这里可以得到解释。
—T—T—C——T—T—C—A——T—T—C—A—A—T—
A—A—A—G—G—T—A—A—A—GT—A——A—A—G—G—T—A—
\/
G
—G—T——G—T—A—T——G—T—A—T—A—T—
B—C—A—A—G—T—A——C—AT—A——C—A—A—G—T—A—

A—G
A单个核苷酸环出B两个核苷酸环出
图5－11.核苷酸环出诱变
2.3.2.诱发突变的机制
诱发突变就是人类对突变过程的某种干扰，这种干扰往往是了解、掌握和改变自然变化的起点。诱发突变为我们研究突变机理创造了条件。诱发机制主要有以下几类,
碱基对的置换在DNA分子上，碱基对置换属于一种微小的损伤，它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。碱基对的置换可分成两类：一类是转换；另一类是颠换。对某一种具体的诱变剂引起的碱基对置换。即可同时有转换和颠换两类，也可只具有其中的一个功能。碱基对的置换绝大多数是由化学诱变剂通过直接或间接的方式引起，因此可以把置换的机制分为两类。
直接引起置换的诱变剂是一类可直接与核酸碱基发生化学反应的诱变剂，不论在生物体内或离体条件下均有作用。这类诱变剂的种类很多，常用的主要有各种烷化剂、亚硝酸和羟胺。它们可以与一个或几个核苷酸发生化学反应，从而引起DNA复制时碱基对的转换，并进一步使微生物发生变异。在这些诱变剂中，除羟胺只引起GC—AT转换外其余都是GC---AT互变的。
烷化剂是诱变育种极其重要的一类诱变剂，它们的化学结构都带有一个或多个活性烷基，并能转移到其它分子中电子密度极高的位置上去。这种活性烷基的数目表示它具有单功能、双功能或多功能。常见的烷化剂有硫酸二乙酯(DES)、甲基磺酸乙酯(EMS)、N-甲基-N’-硝基-N-亚硝基胍(NG)、N-亚硝基-N-甲基-氨基甲酸乙酯?(NMU)、乙烯亚氨(EI)、环氧乙酸(EO)、氮芥(NM)等，所有这些物质通过烷化磷酸基、烷化嘌呤和烷化嘧啶与DNA作用，其中烷化鸟嘌呤是最易发生的作用，且形成7-烷基鸟嘌呤。烷化剂对于点突变的诱变作用可能主要是由于引起碱基的错误配对。另外烷化剂还能诱发染色体畸变，由于染色体畸变常为辐射所诱发，所以这些物质又称为拟辐射物质。
亚硝酸常用于诱发真菌突变，是一种对含有氨基的碱基对直接作用而诱发碱基对转换的诱变剂。它能使碱基中的氨基氧化脱去，从而使胞嘧啶(C)变成尿嘧啶(U)，引起GC-AT的转换；腺嘌呤(A)变成次黄嘌呤(H)，引起AT-GC的转换；鸟嘌呤(G)变成黄嘌呤(?(X)，不引起碱基对的转换。亚硝酸还能引起DNA两链间的交联而引起DNA结构上的缺失作用。它很不稳定，易分解为水和亚硝酐?。
羟胺几乎只和胞嘧啶发生反应而不和其它三种碱基发生，故几乎只引起GC-?AT的转换，而不引起AT?-GC的转换。羟胺还能和细胞中的其他一些物质发生反应而产生过氧化氢等，而过氧化氢则是一种非专一性的诱变剂。所以羟胺对于游离噬菌体和转化因子等能引起非常专一性的突变，可是对于活体来讲则专一性就比较差了。
间接引起置换的诱变剂是一些碱基结构类似物，例如5-溴尿嘧啶(5-BU)、5-氨基尿嘧啶(5-AU)、8-氮鸟嘌呤(8-NG)、2-氨基嘌呤(2-AP)及6-氮嘌呤(6-NP)等。机体缺乏天然碱基时，易通过活化细胞的代谢活动掺人到DNA分子中去，引起碱基配对发生错误。在这些碱基类似物中，最常被应用的是5-溴尿嘧啶(5-BU)和2-氨基嘌呤(2-AP)。5-溴尿嘧啶(5-BU)是胸腺嘧啶(T)的结构类似物。当微生物生长于含有5-BU的培养液中并合成DNA时，如果5-BU以烯醇式状态存在于DNA中，与它配对的是鸟嘌呤，进而经DNA复制，引起AT至CG的转换；如果5-BU?以酮式状态存在于DNA中，就不会引起碱基对的置换；另外，5-BU也可以通过烯醇式和酮式结构的变化，引起GC至AT的回复突变过程。但是在5-BU的酮式和烯醇]式两种结构中，出现烯醇式的几率更多，这样也就增加了AT转换变为GC的突变几率。2-氨基嘌呤是腺嘌呤的结构类似物，它能代替A进入DNA分子中与T配对有两个氢键，结合的程度较牢固；它也能与C形成只有一个氢键的碱基对，结合得较弱。随后经DNA复制，C与G配对完成AT至CG的转换，且这种转换多是单方向的，因为2-氨基嘌呤较难代替G而被C吸引。
移码突变这是由于DNA分子中一对或少数几对核苷酸的增加或缺失而造成的基因突变。由于遗传信息是以三对核苷酸为一组的密码形式表达的，所以一对或少数几对核苷酸的增加或缺失往往造成增加或缺失位置后面的密码意义全部发生错误。与染色体畸变相比，移码突变也属于DNA分子中的微小损伤。吖啶类染料及其化合物是有效的移码突变诱变剂，例如吖啶、吖啶黄、吖啶橙，5-氨基吖啶。吖啶类化合物的诱变机制目前还不很清楚。现普遍认为，由于吖啶类化合物是一种平面型三环分子，结构与一个嘌呤-嘧啶碱基对相似，因此能够插入DNA分子中两个相邻的碱基之间，使得DNA分子的长度增加，造成双螺旋一定程度的延长和部分解开。从而在复制过程中，会使链上增加或缺失一个碱基，结果引起增加或缺失位置之后全部遗传密码转录翻译的错误，造成移码突变。?
染色体畸变是指引起DNA分子较大损伤的诱变，包括染色体结构上的易位、倒位、缺失、重复等。紫外线、x射线、γ射线等射线、亚硝酸及烷化剂等均是引起染色体畸变的有效的诱变剂。它们能引起DNA分子多处较大的损伤，如DNA链的断裂，DNA分子内两条单链的交联，胞嘧啶和尿嘧啶的水合作用以及嘧啶二聚体的形成等。烷化剂根据其烷化作用分单功能、双功能、三功能的烷化剂，其中一些单功能烷化剂（如NG、EMS等）常被称为超诱变剂，它们虽然杀伤力较低但却有较强的诱变作用。烷化剂分子能烷化DNA分子上的碱基，造成一条单链的断裂或两条单链的交联等，引起染色体畸变。紫外线作用的主要机制是：在同链DNA相邻的嘧啶间或在互补双链间形成以共价键结合的嘧啶二聚体。胸腺嘧啶二聚体如在互补链间形成就会妨碍双链的解开，从而影响DNA复制和转录，并使细胞死亡；如在同链DNA上形成就会减弱或消除DNA双链间氢键的作用，并引起双链结构的扭曲变形，阻碍碱基间正常的配对，从而引起突变或死亡。微生物能以多种形式去修复被紫外线损伤后的DNA，主要方式有光复活、切除修复、重组修复、紧急呼救修复等。
光复活作用经紫外线照射后的微生物暴露于可见光下时，可明显的降低其死亡率的现象称为光复活作用。光复活作用首先于1949年在放线菌中发现。引起的原因是可见光所激活的酶在起作用，经紫外线照射后形成胸腺嘧啶二聚体的DNA分子，在黑暗中会与一种光激活酶结合形成复合物，当再暴露在下可见光时，复合物会因获得光能而使酶与DNA分子解离，从而使胸腺嘧啶二聚体重新分散成两个胸腺嘧啶单体，同时光激活酶也从复合物中释放出来。由于微生物中一般都存在着光复活作用，因此用紫外线照射菌液时，要在红灯下进行操作处理，然后再于暗室中或用黑布包起来培养。
切除修复作用也称暗修复作用，这种修复作用与光无关，整个修复过程是在四种酶的协同作用下进行的将胸腺嘧啶切除的?DNA损伤修复：核酸内切酶胸腺嘧啶在胸腺嘧啶二聚体的5’一侧切开一个3’-OH和5’-P的单链缺口；核酸外切酶从5’-P至3’-0H方向切除二聚体；cDNA聚合酶以DNA的另一条互补链作模板，从原有链上暴露的3’-0H端起逐渐延长，重新合成一段缺损的DNA链；通过连接酶的作用，把新合成的那段DNA?的3’-OH末端与原来的5’-P末端相连接，形成一个完整的双链结构。
重组修复作用又称为复制后修复，必须在DNA进行复制的情况下进行。重组修复可以在不切除胸腺嘧啶二聚体的情况下，以带有二聚体的这一单链为模板而合成互补单链，可是在每一个二聚体附近留下一个空隙。一般认为通过染色体交换，空隙部位就不再面对着胸腺嘧啶二聚体而是面对着正常的单链，在这种情况下DNA多聚酶和连接酶便能起作用而把空隙部分进行修复。
紧急呼救(SOS)修复系统这是细胞经诱导产生的一种修复系统。它的修复功能依赖于某些蛋白质的诱导合成，而且这些蛋白质是不稳定的。SOS修复功能和细菌的一系列生理活动有关，如细胞的分裂抑制、λ噬菌体的诱导释放，以及引起DNA损伤的因素和抑制DNA复制的许多因素都能引起SOS反应。
x射线和γ射线属于能量很高的电离辐射，能产生电离作用，直接或间接地使DNA结构发生改变。直接的效应是碱基的化学键、脱氧核糖的化学键和糖酸相连接的化学键断裂；间接的效应是电离辐射使水或有机分子产生自由基，这些自由基作用于DNA分子，引起缺失和损伤。此外还能引起染色体畸变，导致染色体结构上的缺失、重复、倒位和易位。
3.微生物的基因重组
基因重组是分子水平上的概念，可以理解成是遗传物质分子水平上的杂交，杂交必然包含有重组，而重组则不仅限于杂交一种形式。基因重组又称为遗传传递，是指遗传物质从一个微生物细胞向另一个微生物细胞传递而达到基因的改变，形成新遗传型个体的过程。它是在细胞繁殖过程或在特定环境中不同细胞接触，或不接触，引起遗传物质传递而造成的。在基因重组时，不发生任何碱基对结构上的变化。重组后生物体新的遗传性状的出现完全是基因重组的结果。它可以在人为设计的条件下发生，使之服务于人类育种的目的。
基因重组有原核微生物的接合和F因子转导，通过双亲细胞的接触沟通，涉及部分染色体基因的重组；有原核微生物的转化、转导，双亲细胞不经接触，仅涉及个别或少数基因的重组；还有真核微生物的有性杂交、准性生殖，通过双亲细胞的融合，涉及整套染色体基因的重组；此外，原生质体融合是破壁后的原生质体细胞在一定条件下互相融合，实现遗传物质的重组；而DNA重组技术则是在体外对DNA修饰改变后，设法引入受体细胞再实现基因重组。
3.1.原核生物的基因重组
原核生物的遗传物质传递的方式有：有转化、转导、接合和溶原性转变等四种方式。
3.1.1.转化(transformation)
转化是指一个种或品系的生物（受体菌）吸收来自另一个种或品系生物（供体菌）的遗传物质（DNA片段），通过交换组合把它整和到自己的基因组中去，从而获得了后者某些遗传性状的现象。转化后的受体菌称为转化子，供体菌的DNA片段称为转化因子。呈质粒状态的转化因子转化频率最高。能被转化的细菌包括革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌，但受体细胞只有在感受态的情况下才能吸收转化因子。
感受态是指细胞能从环境中接受转化因子的这一生理状态。处于感受态的细菌，其吸收DNA的能力比一般细菌大1000倍。感受态可以产生，也可以消失，它的出现受菌株的遗传特性、生理状态（如菌龄等）、培养环境等的影响。例如肺炎双球菌的感受态出现在对数生长期的中后期，枯草芽孢杆菌等细菌则出现在对数期末和稳定初期。转化时培养环境中加入环腺苷酸(cAMP)可以使感受态水平提高104倍。
转化因子的吸附、吸收和整合：不论是否处于感受态细菌都能吸附DNA，但只有处在感受态的细菌，其吸附的DNA才被吸收。受体细胞吸附的转化因子，必须是双链的DNA，且DNA分子的相对分子质量不小于3×105?，但转化时只有一条链进入受体细胞，而另一条链被细胞表面的核酸外切酶分解。具体转化过程如下：先从供体菌提取DNA片段，接着DNA片段与感受态受体菌的细胞表面特定位点结合，在结合位点上，DNA片段中的一条单链逐步降解为核苷酸和无机磷酸而解体，另一条链逐步进入受体细胞，这是一个消耗能量的过程。进入受体细胞的DNA单链与受体菌染色体组上同源区段配对，而受体菌染色体组的相应单链片段被切除，并被进入受体细胞的单链DNA所取代，随后修复合成，连接成部分杂合双链。然后受体菌染色体进行复制，其中杂合区段被分离成两个，一个类似供体菌，一个类似受体菌。当细胞分裂时，此染色体发生分离，形成一个转化子。
影响转化效率的因素：受体细胞的感受态，它决定转化因子能否被吸收进入受体细胞；受体细胞的限制酶系统和其他核酸酶，它们决定转化因子在整合前是否被分解；受体和供体染色体的同源性，它决定转化因子的整合。
在原核微生物中，转化是一种比较普遍的现象，除肺炎双球菌外，目前还在
嗜血杆菌属、芽孢杆菌属、奈氏杆菌属、葡萄球菌属、假单孢杆菌属、黄单孢杆菌属等以及若干放线菌和蓝细菌中发现具有转化现象。另外，真核微生物如酵母、粗糙链孢霉和黑曲霉中也发现了转化现象。
3.1.2.转导(transduction)
转导是以噬菌体为媒介，把一个菌株的遗传物质导入另一个菌株，并使这个菌株获得另一个菌株遗传性状。转导又分为普遍性转导和特异性转导。
普遍性转导(generalized?transduction)是指转导型噬菌体能传递供体菌株任何基因。如大肠杆菌P1噬菌体、枯草杆菌PBS1噬菌体、伤寒沙门氏菌的P22噬菌体等都能进行普遍性转导。它的转导频率为10-5~10-8。能进行普遍转导的噬菌体，含有一个使供体菌株染色体断裂的酶。当噬菌体DNA被噬菌体蛋白外壳包裹时，正常情况下，是将噬菌体本身的DNA包裹进蛋白衣壳内，但也有异常情况出现，供体染色体DNA?(通常和噬菌体DNA长度相似)偶然错误地被包进噬菌体外壳，而噬菌体本身的DNA却没有完全包进去，装有供体染色体片段的噬菌体称为转导颗粒。转导颗粒可以感染受体菌株，并把供体DNA注入受体细胞内，与受体细胞的DNA进行基因重组，形成部分二倍体。通过重组，供体基因整合到受体细胞的染色体上，从而使受体细胞获得供体菌的遗传性状，产生变异，形成稳定的转导子，这种转导称为完全转导(如图5－12)。在普遍性转导中，有时转导来的供体DNA不一定都能整合到受体染色体上，产生稳定转导子，更多的则是转导来的供体染色体不能整合到受体染色体上，也不能复制，但可以表达，这种转导称为流产转导。
图5－12.沙门氏菌的普遍性转导
在一次转导中流产转导往往多于完全转导的细胞。在流产转导的情况下，转导子细胞每分裂一次，转导来的供体染色体片段只传给两个子细胞中的一个。这样一代一代的分裂下去，供体染色体片段便一直沿着单个细胞单线传递下去，称为单线传递(如图5－13)。?
特异性转导(specializedtransduction)是指噬菌体只能转导供体染色体上某些特定的基因。它的转导频率为10-6。特异性转导是在大肠杆菌K12的温和型噬菌
图5－13.流产转导中所形成的微小菌落示意图
细胞中的长线表示染色体，短线表示由转导噬菌体引入的野生型基因,
黑点表示酶分子，虚线范围内是一个菌落中的全部细菌
体（λ）中首次发现的，它只能转导大肠杆菌染色体上半乳糖发酵基因(ga1)和生物素基因（bio）。当λ噬菌体侵入大肠杆菌K12后，使其溶源化，λ原噬菌体的核酸被整合到大肠杆菌DNA特定位置上，即gal基因和bio基因座位的附近。λ噬菌体可以通过附着位置间一次切离，从细菌染色体上脱落下来，偶而在噬菌体和细菌染色体之间发生不正常交换，诱发产生转导型噬菌体，带有细菌染色体基因gal或基因bio(如图5－14)，而噬菌体的部分染色体（大约25％的噬菌体DNA）被留在细菌染色体上，形成带有ga1基因或bio基因的噬菌体。其中带有ga1基因的转导颗粒称为λdga1，d表示缺陷的意思。这种转导颗粒不能独立复制，当它侵染敏感细菌时，不能产生侵染性子代。

图5－14.转导噬菌体形成过程
图5－15.λdga1+通过lac基因位置的交换所形成的转导子
A表示两次交换产生稳定的转导子B表示一次交换产生不稳定的转导子
λdga1转导颗粒导入gal-受体菌后产生两种情况(如图5－15)，一种是形成稳定的、非溶源性的转导子，约占1／3。λdga1所带的ga1+基因通过lac基因位置的两次交换，永远取代gal-基因，得到ga1+转导子；另一种转导子是不稳定的，约占2／3。它是λdga1转导颗粒通过lac基因位置的一次交换，使ga1+基因整合到受体染色体的gal-基因旁，这样受体细胞中除gal-基因外，还有λdga1噬菌体的ga1+基因，其基因型是λdga1+gal-，也称杂基因子，其后代都能分离出gal-细菌。
3.1.3.接合(conjugation)?
接合是通过供体菌和受体菌的直接接触传递遗传物质。接合有时也称杂交，接合不仅存在于大肠杆菌中，还存在于其他细菌中，如鼠伤寒沙门氏菌。
F因子在细菌中，接合现象研究最清楚的是大肠杆菌。大肠杆菌的接合与其细菌表面的性纤毛有关，大肠杆菌有雄性和雌性之分，而决定它们性别的是F因子的有无。F因子又称致育因子，能促使两个细胞之间的接合，是一种质粒。其遗传组成包括三个部分：原点（是转移的起点）、致育基因群、配对区域。F因子约有6×104对核苷酸组成，相对分子质量为5×107，约占大肠杆菌总DNA含量的2％。F因子具有自主地与细菌染色体进行同步复制和转移到其他细胞中去的能力。它既可以脱离染色体在细胞内独立存在，也可以整合到染色体基因组上；它既可以通过接合而获得，也可以通过理化因素的处理而从细胞中消除。
脐状雌性细菌不含F因子，称为F—菌株，雄性含有F因子，并且根据F因子在细胞中存在情况的不同而有不同名称。一种是游离在细胞染色体之外，为自主复制的小环状DNA分子，这样的细菌称为F+菌株；另一种状态是F因子整合在细菌染色体上，成为细菌染色体的一部分，随同染色体一起复制，这种细菌称为Hfr菌株(high?frequency?recombination)，即高频重组菌株；还有一种状态是F因子能被整合到细胞核DNA上，也能从上面脱落下来，呈游离存在，但在脱落时，F因子有时能带一小段细胞核DNA，这种含有游离存在的但又带有一小段细胞核DNA的F因子的细菌称为F’菌株。上述三种雄性菌株与雌性菌株接合时，将产生三种不同的结果,
F+×F—当F+和F—细胞混合在一起时，不同类型的细胞，只要几分钟，便成对地连在一起，即所有F+细胞跟F—细胞配好对，同时在细胞间形成一个很细的接合管。F因子穿过接合管，进入F—细胞，使其转变为F+?菌株。具体过程为：F+?菌株的F因子的一条DNA单链在特定的位置上发生断裂，断裂的单链逐渐解开，同时留下另一条环状单链为模板，通过模板的旋转，一方面解开的一条单链通过性纤毛而推入F—菌株中，另一方面，又在供体细胞内，重新组合成一条新的环状单链，以取代解开的单链，此即为滚环模型。在F—菌株细胞中，外来的供体DNA单链上也合成一条互补的新DNA链，并随之恢复成一条环状的双链F因子，这样，F—就变成了F+?菌株。在F+×?F—杂交中，虽然F因子以很高的频率传递，但给体遗产标记的传递则是十分稀少的（只有10-6~10-7）。
F’×F—F’菌株与F—菌株的接合过程同F+与F—菌株的接合过程，接合后，产生二个F’菌株。
Hfr×F—当Hfr细菌与?F—细菌混合时，两细胞接合配对，接着从Hfr细胞把染色体通过接合管定向转移给F—细胞。Hfr菌株与F—菌株接合的情况比较复杂，接合结果也不完全一样（图5－16）。在大多数情况下，受体细菌仍是F—菌株，只有在极少数情况下，由于遗传物质转移的完整，受体细胞才能成为Hfr菌株。其原因如下：当Hfr菌株与F—菌株发生接合时，Hfr染色体在F因子处发生断裂，由环状变成线状。紧接着，由于F因子位于线状染色体之后，处于末端，所以必然要等Hfr的整条染色体全部转移完后，F因子才能进入到F—细胞。而由于一些因素的影响，在转移过程中，Hfr染色体常常发生断裂，因此Hfr菌株的许多基因虽然可以进入F—菌株，越是前端的基因，进入的机会越多，在F—菌株中出现重组子的时间就越早，频率也高。而对于F因子，其进入F—菌株的机会很少，引起性别变化的可能性也非常小。这样Hfr与F—菌株接合的结果重组频率虽高，但却很少出现F+菌株。
(1)具有组入F因子(用波状线表示)的Hfr细胞跟F—细胞配对。双重圆圈表示构成细菌染色体的双螺旋DNA。(2)接合管形成，Hfr?染色体从F插入点附近的起始位置(i)开始复制。亲本DNA?的一条链穿过按合附近的起始位置?(i)开始复制。亲本DNA的一条链穿过接合管进入受体细胞。(3)在复制和传递过程中，正在交配的细菌分开，形成一个F—部分合子或部分双倍体细胞。在F—细胞中大概还合成了DNA的一条互补链。?(4)F—染色体跟从Hfr传入的染色体片断发生重组产生稳定的重组型。
3.1.4.溶原性转变
这是一种与转导相似但又有本质不同的现象。首先是它的温和型噬菌体不携带任何供体菌的基因，其次是这种噬菌体是正常的完整的，而不是异常情况下产生的缺陷型噬菌体。溶原转变的典型例子是不产毒素的白喉棒状杆菌(Lorynebactcerium?diphthariac)，菌株被噬菌体侵染而发生溶原化时，会变成产毒素的致病菌株。其它如沙门氏菌、红曲霉、链霉菌等也具有溶原转变的能力。
图5－16.大肠杆菌的Hfr×F—杂交
3.2.噬菌体的基因重组
噬菌体原来指细菌病毒，近年来发现真菌、藻类都有噬菌体。病毒属于原核生物，是化学成份最简单的生物，它没有一般的细胞结构，它的染色体和细菌一样并不和蛋白质结合在一起。它具有寄生专一性，只能在寄主细胞内繁殖。它可以离开寄主细胞而存活，可是不能繁殖。由于病毒的简单的体制和它与寄主细胞的特殊关系，它已成为分子遗传学研究中最普遍采用的材料之一。病毒的研究对认识遗传物质的本质有着重要的作用，在遗传工程的研究中它也是一种重要的工具。
噬菌体就它的化学本质来讲，有RNA噬菌体、DNA噬菌体、单链噬菌体、双链噬菌体等，就它和寄主的关系来讲，可以分为烈性噬菌体和温和性噬菌体两大类。
3.2.1.烈性噬菌体
20世纪40年代在大肠杆菌T2噬菌体中首次发现了噬菌体的基因重组。T2噬菌体有许多突变型，最早发现的有快速溶菌(r)、寄主范围(h)、小形噬菌斑（m）等突变型。h可以感染野生型细菌和抗T2细菌?(用B／2表示)，h+只能感染野生型大肠杆菌B品系；r为快速溶菌突变型，能产生大噬菌斑，r+为迟缓溶菌，生成小的噬菌斑。当h+r(寄主范围正常，但具速溶性状)和h?r+(无速溶性状，但寄主范围扩大)两种噬菌体同时感染大肠杆菌B品系，然后把子代噬菌体接种在同时长有大肠杆菌B和B／2两种菌组成的混合菌平板上，结果出现四种不同的噬菌斑(图5－17)。在四种噬菌斑中，透明而小(hr+)和半透明而大(h+r)是亲本组合，半透明而小(h+r+)和透明而大(hr)是重组类型。
图5－17.噬菌体h+r-×?h-r+产生的四种子裔噬菌体形成的噬菌斑
3.2.2.温和性噬菌体
温和性噬菌体跟F因子一样，宛如附加的细菌基因群，既能以自主的自我复制颗粒存在，也可以插入细菌染色体与其一起复制。λ噬菌体是最著名的温和性噬菌体。
当λ侵染大肠杆菌时，发生两种反应：一种是裂解性反应，和烈性噬菌体侵染敏感细菌所进行的反应相同。在寄主体内，侵染的噬菌体DNA立即复制，合成头部和尾部，装配成成熟的噬菌体颗粒，裂解寄主细胞，释放出几百个成熟的噬菌体。另一种是溶源反应。侵染的噬菌体进入寄主细胞后，其DNA可以整合到寄主细胞染色体上，成为细菌染色体的一部分，以原噬菌体形式存在于细胞中，使细菌溶源化，这种状态的温和噬菌体又称为原噬菌体。受λ噬菌体侵染的大肠杆菌的裂解只是一小部分，其裂解的确切频率部分依赖于噬菌体和寄主的基因型，部分依赖于侵染的环境条件，其余大部分细菌则进入溶源反应。原噬菌体能够自发的诱变成成熟的噬菌体颗粒而裂解寄主细胞，紫外线是一种有效的诱发因素。

3.3.真核微生物的基因重组
真核微生物的基因重组方式有有性杂交、准性生殖和无性生殖等,
3.3.1.有性杂交
有性杂交是指在微生物的有性繁殖过程中，两个性细胞相互接合，通过质配、核配后形成双倍体的合子，随之合子进行减数分裂，部分染色体可能发生交换而进行随机分配，由此而产生重组染色体及新的遗传型，并把遗传性状按一定的规律性遗传给后代的过程。凡是能产生有性孢子的酵母菌和霉菌，都能进行有性杂交。
有性杂交在生产实践中被广泛用于优良品种的培育。在进行有性杂交时，首先要选择杂交的亲株，不但要考虑到性的亲和性，还要考虑其标记，以免在杂种鉴别时引起极大困难；其次，要考虑子囊孢子的形成条件，选用生孢子培养基，营造饥饿条件促进细胞发生减数分裂形成子囊孢子；另外，可以采用群体交配法、孢子杂交法、单倍体细胞交配法等进行有性杂交。群体交配法是将两种不同交配型的单倍体酵母混合培养在麦芽汁中过夜，当镜检时发现有大量的哑铃型接合细胞时，就可以挑出接种微滴培养液中，培养形成二倍体细胞。孢子杂交法需借助显微操纵器将不同亲株的子囊孢子配对，进行微滴培养和湿室培养，使之发芽接合，形成合子，这种方法的优点在于可以在显微镜下直接观察到合子的形成，但这种方法需精密仪器，费工也大。单倍体细胞交配法与孢子杂交法类似，是用两种交配型细胞配对放在微滴中培养，在显微镜下观察合子形成，但此法的成功率较小。例如用于酒精发酵的酵母菌和用于面包发酵的酵母菌是同属一种啤酒酵母(Saccharomyces?cereuisiac)的两个不同菌株，由于各自的特点，它们不能互用。而通过两者的杂交，得到了产酒率既高，又对麦芽糖及葡萄糖的发酵能力强，产生C02多，生长快，可以用作面包厂和家用发酵酵母的优良菌种。
3.3.2.准性生殖
准性生殖是一种类似于有性生殖但比它更原始的一种生殖方式。它可使同一种生物的两个不同来源的体细胞经融合后，不经过减数分裂和接合的交替，不产生有性孢子和特殊的囊器，仅导致低频率的基因重组，重组体细胞和一般的营养体细胞没有什么不同。准性生殖多见于一般不具典型有性生殖的酵母和霉菌，尤其是半知菌中，其主要过程为,
菌丝联结发生联结的频率很低，常发生在一些形态上没有区别的，但在遗传性状上有差别的两个同种亲本的体细胞(单倍体)间，。
形成异核体当两个遗传性状不同的菌株的菌丝互相接触时，通过菌丝的联结，使细胞核由一根菌丝进入另一根菌丝，原有的两个单倍体核集中到同一个细胞中，形成双倍的异核体。异核体能独立生活。
形成杂合二倍体异核体的两个不同遗传性状的细胞核融合在一起，产生杂合二倍体。它与异核体不同，与亲本也不同，它的DNA含量约为单倍体的二倍，孢子体积约比单倍体孢子大一倍，其它一些性状也有明显区别，杂合二倍体相当稳定。核融合后产生杂合二倍体的频率也是极低的，如构巢曲霉和米曲霉为10-5～10-7。
体细胞重组和单倍体化尽管杂合二倍体的无性繁殖很稳定，但也有极少数细胞核在有丝分裂过程中染色体会发生交换和单倍体化，从而形成了极个别的具有新遗传性状的单倍体杂合子。如果对杂合二倍体用紫外线、γ射线或氮芥等化学诱变剂进行处理，就会促进染色体断裂、畸变或导致染色体在两个子细胞中的分配不均，因而有可能产生有不同性状组合的单倍体杂合子。
准性生殖为一些没有有性繁殖过程但有重复生产价值的半知菌及其它微生物的育种，提供了重要的手段。如霉菌中酱油曲霉、黑曲霉等已杂交成功。
4.微生物的菌种选育
良好的菌种是微生物发酵工业的基础。在应用微生物生产各类食品时，首先是选种的问题，要挑选出符合需要的菌种，一方面可以根据有关信息向菌种保藏机构、工厂或科研单位直接索取；另一方面根据所需菌种的形态、生理、生态和工艺特点的要求，从自然界特定的生态环境中以特定的方法分离出新菌株。其次是育种的工作，根据菌种的遗传特点，改良菌株的生产性能，使产品产量、质量不断提高。第三当菌种的性能下降时，还要设法使它复壮。最后还要有合适的工艺条件和合理先进的设备与之配合，这样菌种的优良性能才能充分发挥。
4.1.自然界工业菌种筛选程序
我国幅员辽阔，各地气候条件、土质条件、植被条件差异很大，这为自然界中各种微生物的存在提供了良好的生存环境。自然界中微生物种类繁多，估计不少于几十万种，但目前已为人类研究及应用的不过千余种。由于微生物到处都有，无孔不入，所以它们在自然界大多是以混杂的形式群居于一起的。而现代发酵工业是以纯种培养为基础，故采用各种不同的筛选手段，挑选出性能良好、符合生产需要的纯种是工业育种的关键一步。自然界工业菌种分离筛选的主要步骤是：采样、增殖培养、培养分离和筛选。如果产物与食品制造有关，还需对菌种进行毒性鉴定。
4.1.1.采样
以采集土壤为主。一般在有机质较多的肥沃土壤中，微生物的数量最多，中性偏碱的土壤以细菌和放线菌为主，酸性红土壤及森林土壤中霉菌较多，果园、菜园和野果生长区等富含碳水化合物的土壤和沼泽地中，酵母和霉菌较多。采样的对象也可以是植物，腐败物品，某些水域等。采样应充分考虑采样的季节性和时间因素，以温度适中，雨量不多的秋初为好。因为真正的原地菌群的出现可能是短暂的，如在夏季或冬季土壤中微生物存活数量较少，暴雨后土壤中微生物会显著减少。采样方式是在选好适当地点后，用无菌刮铲、土样采集器等，采集有代表性的样品，如特定的土样类型和土层，叶子碎屑和腐质，根系及根系周围区域，海底水，泥及沉积物，植物表皮及各部，阴沟污水及污泥，反色动物第一胃内含物，发酵食品等。
具体采集土样时，就森林、旱地、草地而言，可先掘洞，由土壤下层向上层顺序采集；就水田等浸水土壤而言，一般是在不损土层结构的情况下插入圆筒采集。如果层次要求不严格，可取离地面5~15cm处的土。将采集到的土样盛入清洁的聚乙烯袋、牛皮袋或玻璃瓶中。采好的样必须完整地标上样本的种类及采集日期、地点以及采集地点的地理、生态参数等。采好的样品应及时处理，暂不能处理的也应贮存于4℃下，但贮存时间不宜过长。这是因为一旦采样结束，试样中的微生物群体就脱离了原来的生态环境，其内部生态环境就会发生变化，微生物群体之间就会出现消长。如果要分离嗜冷菌，则在室温下保存试样会使嗜冷菌数量明显降低。
在采集植物根际土样时，一般方法是将植物根从土壤中慢慢拔出，浸渍在大量无菌水中约20min，洗去粘附在根上的土壤，然后再用无菌水漂洗下根部残留的土，这部分土即为根际土样。
在采集水样时，将水样收集于100m1干净、灭菌的广口塑料瓶中。由于表层水中含有泥沙，应从较深的静水层中采集水样。方法是：握住采样瓶浸入水中30~50cm处，瓶口朝下打开瓶盖，让水样进入。如果有急流存在的话，应直接将瓶口反向于急流。水样采集完毕时，应迅速从水中取出采集瓶并带有较大的弧度。水样不应装满采样瓶，采集的水样应在24h之内迅速进行检测，或者4℃下贮存。
4.1.2.增殖培养
一般情况下，采来的样品可以直接进行分离，但是如果样品中我们所需要的菌类含量并不很多，而另一些微生物却大量存在。此时，为了容易分离到所需要的菌种，让无关的微生物至少是在数量上不要增加，即设法增加所要菌种的数量，以增加分离的几率。可以通过选择性的配制培养基（如营养成分、添加抑制剂等），选择一定的培养条件（如培养温度、培养基酸碱度等）来控制。具体方法是根据微生物利用碳源的特点，可选定糖、淀粉、纤维素，或者石油等，以其中的一种为唯一碳源，那么只有利用这一碳源的微生物才能大量正常生长，而其他微生物就可能死亡或淘汰。对G一菌有选择的培养基(如结晶紫营养培养基、红—紫胆汁琼脂、煌绿胆汁琼脂等)通常含有5%~10%的天然提取物。在分离细菌时，培养基中添加浓度一般为50μg／m1的抗真菌剂(如放线菌酮和制霉素)，可以抑制真菌的生长。在分离放线菌时，通常于培养基中加入1~5m1天然浸出汁(植物、岩石、有机混合腐质等的浸出汁)作为最初分离的促进因子，由此可以分离出更多不同类型的放线菌类型；放线菌还可以十分有效地利用低浓度的底物和复杂底物(如几丁质)，因此，大多数放线菌的分离培养是在贫脊或复杂底物的琼脂平板上进行的，而不是在含丰富营养的生长培养基上分离的；在放线菌分离琼脂中通常加入抗真菌剂制霉菌素或放线菌酮，以抑制真菌的繁殖；此外，为了对某些特殊种类的放线菌进行富集和分离，可选择性地添加一些抗生素(如新生霉素)。在分离真菌时，利用低碳／氮比的培养基可使真菌生长菌落分散，利于计数、分离和签定；在分离培养基中加入一定的抗生素如氯霉素、四环素、卡那霉素、青霉素、链霉素等即可有效地抑制细菌生长及其菌落形成；抑制细菌的另外一些方法有：在使用平皿之前，将平皿先干燥3~4天；降低培养基的pH值或在无法降低pH时，加入1：30000玫瑰红。这样有利于下阶段的纯种分离。
4.1.3.培养分离
通过增殖培养，样品中的微生物还是处于混杂生长状态。因此还必须分离，纯化。在这一步，增殖培养的选择性控制条件还应进一步应用，而且要控制得细一点，好一点。同时必须进行纯种分离，常用的分离方法有稀释分离法、划线分离法和组织分离法。稀释分离法的基本方法是将样品进行适当稀释，然后将稀释液涂布于培养基平板上进行培养，待长出独立的单个菌落，进行挑选分离。划线分离法要首先倒培养基平板，然后用接种针（接种环）挑取样品，在平板上划线。划线方法可用分步划线法或一次划线法，无论用哪种方法，基本原则是确保培养出单个菌落。组织分离法主要用于食用菌菌种或某些植物病原菌的分离。分离时，首先用10%漂白粉或0.1%升汞液对植物或器官组织进行表面消毒，用无菌水洗涤数次后，移植到培养皿中的培养基上，于适宜温度培养数天后，可见微生物向组织块周围扩展生长。经菌落特征和细胞特征观察确认后，即可由菌落边缘挑取部分菌种进行移接斜面培养。
对于有些微生物如毛霉、根霉等在分离时，由于其菌丝的蔓延性，极易生长成片，很难挑取单菌落。常在培养基中添加0.1%的去氧胆酸钠或在察氏培养基中添加0.1%的山梨糖及0.01%的蔗糖，利于单菌落的分离。
4.1.4.筛选
经过分离培养，在平板上出现很多单个菌落，通过菌落形态观察，选出所需菌落，然后取菌落的一半进行菌种鉴定，对于符合目的菌特性的菌落，可将之转移到试管斜面纯培养。这种从自然界中分离得到的纯种称为野生型菌株，它只是筛选的第一步，所得菌种是否具有生产上的实用价值，能否作为生产菌株，还必须采用与生产相近的培养基和培养条件，通过三角瓶的容量进行小型发酵试验，以求得适合于工业生产用菌种。这一步是采用与生产相近的培养基和培养条件，通过三角瓶的容量进行小型发酵试验，以求得适合于工业生产用菌种。如果此野生型菌株产量偏低，达不到工业生产的要求，可以留之作为菌种选育的出发菌株。
4.1.5.毒性试验
自然界的一些微生物在一定条件下将产生毒素，为了保证食品的安全性，凡是与食品工业有关的菌种，除啤酒酵母、脆壁酵母、黑曲霉、米曲霉和枯草杆菌无须作毒性试验外，其他微生物均需通过两年以上的毒性试验。
4.2.微生物的诱变育种
从自然界直接分离的菌种，一般而言其发酵活力往往是比较低的，不能达到工业生产的要求，因此要根据菌种的形态、生理上的特点，改良菌种。以微生物的自然变异为基础的生产选种的几率并不高，因为这种变异率太小，仅为10—6~10—10。为了加大其变异率，采用物理和化学因素促进其诱发突变，这种以诱发突变为基础的育种就是诱变育种，它是国内外提高菌种产量、性能的主要手段。诱变育种具有极其重要的意义，当今发酵工业所使用的高产菌株，几乎都是通过诱变育种而大大提高了生产性能。诱变育种不仅能提高菌种的生产性能而且能改进产品的质量、扩大品种和简化生产工艺等。从方法上讲，它具有方法简便、工作速度快和效果显著等优点。因此，虽然目前在育种方法上，杂交、转化、转导以及基因工程、原生质体融合等方面的研究都在快速地发展，但诱变育种仍为目前比较主要、广泛使用的育种手段。
4.2.1.诱变育种的步骤和方法
诱变育种的步骤如下（图5－18）,
图5－18.诱变育种的步骤
出发菌株的选择用来进行诱变或基因重组育种处理的起始菌株称为出发菌株。在诱变育种中，出发菌株的选择，会直接影响到最后的诱变效果，因此必须对出发菌株的产量、形态、生理等方面有相当的了解，挑选出对诱变剂敏感性大、变异幅度广、产量高的出发菌株。具体方法是选取自然界新分离的野生型菌株，它们对诱变因素敏感，容易发生变异；选取生产中由于自发突变或长期在生产条件下驯化而筛选得到的菌株，与野生型菌株较相象，容易达到较好的诱变效果；选取每次诱变处理都有一定提高的菌株，往往多次诱变可能效果迭加，积累更多的提高。另外，出发菌株还可以同时选取2~3株，在处理比较后，将更适合的菌株留着继续诱变。
另外，对于基因重组的出发菌株，无论是供体还是受体，都必须考虑与重组方式对应的基本性能，如感受态、性亲和性、噬菌体吸附位点等，还必须考虑标记互补、选择性性状、受菌体的强代谢活性、营养需求、生长速度等，以及与社会公害有关的问题如耐药性、致病性、肠道寄生性等。
同步培养在诱变育种中，处理材料一般采用生理状态一致的单倍体、单核细胞，即菌悬液的细胞应尽可能达到同步生长状态，这称为同步培养。细菌一般要求培养至对数生长期，此时群体生长状态比较同步，比较容易变异，重复性较好。如亚硝基胍诱变时作用于复制叉处，生长旺盛的细胞中复制叉点较多，碱基类似物也在此时期比较容易进入DNA链中。霉菌处理使用分生孢子，应该将分生孢子在液体培养基中短时间培养，使孢子孵化，处于活化状态，并恰好未形成菌丝体，易于诱变。
单细胞(或单孢子)?悬液的制备这一步的关键是制备一定浓度的分散均匀的单细胞或单孢子悬液，为此要进行细胞的培养，并收集菌体、过滤或离心、洗涤。菌悬液一般可用生理盐水或缓冲溶液配制，如果是用化学诱变剂处理，因处理时?pH值会变化，必须要用缓冲溶液。除此之外，还应注意分散度，方法是先用玻璃珠振荡分散，再用脱脂棉或滤纸过滤，经处理，分散度可达90％以上，这样，可以保证菌悬液均匀地接触诱变剂?，获得较好诱变效果。最后制得的菌悬液，霉菌孢子或酵母菌细胞的浓度大约为106~107个／ml，放线菌和细菌的浓度大约为108个／ml。菌悬液的细胞可用平板计数法、血球计数板或光密度法测定，但以平板计数法较为准确。
诱变处理首先选择合适的诱变剂，然后确定其使用剂量。常用诱变剂有两大类：物理诱变剂和化学诱变剂。常用的物理诱变剂有紫外线、x射线、γ射线(如Co60等)、等离子、快中子、α射线、β射线、超声波等。常用的化学诱变剂有碱基类似物、烷化剂、羟胺、吖定类化合物等。
物理诱变剂中最常用的有紫外线。由于紫外线不需要特殊贵重设备，只要普通的灭菌紫外灯管即能做到，而且诱变效果也很显著，因此被广泛应用于工业育种。紫外线是波长短于紫色可见光而又紧接紫色光的射线、波长范围为136～300nm，紫外线波长范围虽宽，但有效范围仅限于一个小区域，多种微生物最敏感的波长集中在265nm处，对应于功率为15W的紫外灯。它是一种非电离辐射，当物质吸收一定能量的紫外线后，它的某些电子将被提升到较高的能量水平，从而引起分子激发而造成突变；而不吸收紫外线的物质，能量不发生转移，分子也不会激发，不会产生任何化学变化，然而，脱氧核糖核酸能大量吸收紫外线，因此它极容易受紫外线的影响而变化。紫外线的诱变作用是由于它引起DNA分子结构变化而造成的。这种变化包括DNA链的断裂，DNA分子内和分子间的交连，核酸与蛋白质的交联，嘧啶水合物和嘧啶二聚体的产生等，特别是嘧啶二聚体的产生对于DNA的变化起主要作用。
紫外诱变的方法是：将10m1菌悬液放在直径为9cm的培养皿中，液层厚度约为2mm，启动磁力搅拌器，使用15w功率紫外灯管，照射距离为30cm左右，照射时间以几秒至数十分钟为宜，具芽孢的菌株需处理10?min左右。为准确起见，照射前紫外灯应先预热20~30min，然后再进行处理。不同的微生物对于紫外线的敏感程度不一样，因此不同的微生物对于诱变所需要的剂量也不同。在紫外灯的功率、照射距离已定的情况下，决定照射剂量的只有照射时间，这样可以设计一个照射不同时间梯度的实验，根据不同时间照射的死亡率，作出照射时间与死亡率的曲线，这样就可以选择适当的照射剂量。一般以照射后微生物的致死率在90%~99.9%?的剂量为最佳照射剂量，近来也有倾向于采用杀菌率70%~75%甚至更低(30%~70%)的剂量。一般认为，偏低的剂量处理后正突变率较高，而用较高的剂量时则负突变率较高，但高剂量造成损伤大、回复少。目前趋向采用低剂量、长时间处理，尽管致死率较高，而诱变效果较好。实验时，为了避免光复活现象，处理过程应在暗室的红光下操作，处理完毕后，将盛菌悬液的器皿用黑布包起来培养，然后再进行分离筛选。
CO60属γ射线，是一种高能电磁波，其诱发的突变率和射线剂量直接有关，而与时间长短无关。它能产生电离作用，直接和间接改变DNA结构。直接的效应是导致碱基的化学键、脱氧核糖的化学键、糖-磷酸相连接的化学键的断裂；间接的效应是电离辐射使水和有机分子产生自由基，自由基作用于DNA分子，特别是对嘧啶的作用更强，可引起缺失和损伤，造成基因突变，还能引起染色体断裂，引起倒位、缺失和易位等畸变。不同的微生物对C060的辐射敏感程度差异很大，可以相差几倍，引起最高变异的剂量也随菌种而有所不同。一般照射时多采用菌悬液，也可用长了菌落的平皿直接照射。照射剂量在4~10万伦琴，或者采用能使微生物产生90％~99％死亡率的剂量。电离幅射是造成染色体巨大损伤的最好诱变剂，它能造成不可回复的缺失突变，但可能影响邻近基因的性能。
等离子输入是一种较新的诱变方法，国外自20世纪60年代中、后期相继开始把等离子注入技术应用于生物学领域的研究，国内将离子束作为一种新技术应用于生物等品种改良的研究则是由中国科学院等离子体物理研究所于1986年开创的。低能离子束是以具质量、能量双重诱变效应的特征不同于传统的电磁辐射，它的注入引发的生物效应，机制相当复杂，既有能量的沉积、动量的传递，又有粒子的注入和电荷的交换，可导致细胞表面被刻蚀，引起细胞膜透性和膜电场的改良，与γ射线，中子束等明显不同。离子束与生物体作用，首先有能量的沉积，即注入离子与生物大分子发生一系列碰撞，生物大分子获得能量时，键断裂，分子击出原位，留下断键或缺陷；同时还有质量沉积，离子束是高LET粒子，有Braag峰，具有较强的电离作用，还能产生活性高的自由基间接损伤作用，因此它对生物体的作用可导致较高的突变率；另外由于注入离子的不同电荷数、质量数、能量、剂量的组合，提供了众多的诱变条件，通过这种电、能、质的联合作用，将强烈影响生物细胞的生理生化特性，以引起基因突变，所以变异幅度大，有较高的突变率，较广的突变谱；再者突变体的遗传性能比较稳定，回复突变率低。
化学诱变剂化学诱变剂的种类很多，根据它们对DNA的作用机制，可以分为三大类：第一类是烷化剂，它与一个或多个核酸碱基起化学变化，因而引起DNA复制时碱基配对的转换而发生变异。例如硫酸二乙酯、亚硝酸、甲基磺酸乙酯、N-甲基-N’-亚硝基胍、亚硝基甲基尿等。第二类是一些碱基类似物，它们通过代谢作用渗入到DNA分子中而引起变异，例如?5-溴尿嘧啶、5-氨基尿嘌呤、2-氨基嘌呤、8-氮鸟嘌呤等。第三类是吖啶类，它造成DNA分子增加或减少一、二个碱基，从而引起碱基突变点以下全部遗传密码在转录和翻译时产生错误。选择化学诱变剂时还应注意：亚硝胺和烷化剂应用的范围较广，造成的遗传损伤较多，其中亚硝基胍和甲基磺酸乙酯被称为“超诱变剂”，?甲基磺酸乙酯是毒性最小的诱变剂之一。碱基类似物和羟胺虽然具有很高的特异性，但很少使用，因其回复突变率高，效果不大。
决定化学诱变剂剂量的因素主要有诱变剂的浓度、作用温度和作用时间。化学诱变剂的处理浓度常用几微克~几毫克／毫升，但是这个浓度取决于药剂、溶剂及微生物本身的特性，还受水解产物的浓度、一些金属离子以及某些情况下诱变剂的延迟作用的影响。一般对于一种化学诱变剂，处理浓度对不同微生物有一个大致范围，在进行预试验时，也通常是将处理浓度、处理温度确定后，测定不同时间的致死率来确定适宜的诱变剂量。这里需要说明的是化学诱变剂与物理诱变剂不同，在处理到确定时间后，要有合适的终止反应方法，一般采用稀释法、解毒剂或改变pH值等方法来终止反应。
要确定一个合适的剂量，通常要经过多次试验，就一般微生物而言，诱变频率往往随剂量的增高而增高，但达到一定剂量后，再提高剂量会使诱变频率下降。根据对紫外线、x?射线及乙烯亚胺等诱变剂诱变效应的研究，发现正突变较多地出现在较低的剂量中。而负突变则较多地出现在高剂量中，同时还发现经多次诱变而提高产量的菌株中，高剂量更容易出现负突变。因此，在诱变育种工作中，目前较倾向于采用较低剂量。
在诱变育种时，有时可根据实际情况，采用多种诱变剂复合处理的办法。复合处理方法主要有三类：第一类是两种或多种诱变剂先后使用；第二类是同一种诱变剂的重复使用；第三类是两种或多种诱变剂的同时使用。如果能使用不同作用机制的诱变剂来做复合处理，可能会取得更好的诱变效果。诱变剂的复合处理常呈现一定的协同效应，这对诱变育种的工作是很有价值的。
中间培养对于刚经诱变剂处理过的菌株，有一个表现迟滞的过程，即细胞内原酶有量的稀释过程（生理延迟），需3代以上的繁殖才能将突变性状表现出来。据此应让变异处理后细胞在液体培养基中培养几小时，使细胞的遗传物质复制，繁殖几代，以得到纯的变异细胞。这样，稳定的变异就会显现出来。若不经液体培养基的中间培养，直接在平皿上分离就会出现变异和不变异细胞同时存在于一个菌落内的可能，形成混杂菌落，以致造成筛选结果的不稳定和将来的菌株退化。
分离和筛选经过中间培养，分离出大量的较纯的单个菌落，接着，要从几千万个菌落中筛选出几个好的，即筛选出所谓性能良好的正突变菌株，这将要花费大量的人力和物力。怎样设计才能花费较少的工作量达到最好的效果，这是筛选工作中的一条原则。一般采用一些方法加以简化，如利用形态突变直接淘汰低产变异菌株，或利用平皿反应直接挑取高产变异菌株等。平皿反应是指每个变异菌落产生的代谢产物与培养基内的指示物在培养基平板上作用后表现出一定的生理效应，如变色圈、透明圈、生长圈、抑菌圈等，这些效应的大小表示变异菌株生产活力的高低，以此作为筛选的标志。常用的方法有纸片培养显色法、透明圈法、琼脂块培养法等。
4.2.2.营养缺陷型突变体的筛选及应用
在诱变育种工作中，营养缺陷型突变体的筛选及应用有着十分重要的意义。营养缺陷型菌株是指通过诱变而产生的缺乏合成某些营养物质(如氨基酸、维生素、嘌呤和嘧啶碱基等)的能力，必须在其基本培养基中加入相应缺陷的营养物质才能正常生长繁殖的变异菌株。其变异前的菌株称为野生菌株。凡是能满足野生菌株正常生长的最低成分的合成培养基，称为基本培养(MM)；在基本培养基中加入一些富含氨基酸、维生素及含氮碱基之类的天然有机物质，如蛋白质、酵母膏等，能满足各种营养缺陷型菌株生长繁殖的培养基，称为完全培养基(CM)；在基本培养基中只是有针对性的加入某一种或某几种自身不能合成的有机营养成分，以满足相应的营养缺陷型菌株生长的培养基，称为补充培养基(SM)。
营养缺陷型菌株的筛选一般要经过诱变、淘汰野生型菌株、检出缺陷型和确定生长谱四个环节。诱变剂处理时与其它诱变处理基本相同。在诱变处理后的存活个体中，营养缺陷型的比例一般很低，通常只有百分之几至千分之几，采用抗菌素法或菌丝过滤法，可以淘汰为数众多的野生型菌株，从而达到浓缩营养缺陷型的目的。抗生素法是利用野生型菌株能在MM中生长，而缺陷型不能生长，于是将诱变处理液在MM中培养短时让野生型生长，处于活化阶段，而缺陷型无法生长，仍处于“休眠状态”，这时，加入一定量的抗生素，结果活化状态的野生型就被杀死，保存了缺陷型。在选择抗生素时，细菌可以用青霉素，酵母可用制霉菌素。菌丝过滤法只适用于丝状真菌，其原理是在基本培养基中，野生型的孢子能发芽成菌丝，而营养缺陷型则不能。因此将诱变处理后的孢子在基本培养基中培养一段时间后，再进行过滤。如此重复数次后，就可以除去大部分野生型菌株，同样达到“浓缩”营养缺陷型的目的。
营养缺陷型的检出方法很多，主要有影印法、夹层法、逐个检出法、限量补充培养法等四种。影印法是将诱变处理后的细胞涂布在完全培养基表面上，经培养后长出菌落，然后用一小块直径比平皿稍小的圆柱形木块复盖于灭过菌的丝绒布上作为接种工具，将长出菌落的平皿倒转过来，在丝绒上轻轻按一下，转接到另一基本培养基平板上，经培养后，比较这两个平皿长出的菌落。如果发现前一平扳上某一部位长有菌落，而在后一培养基上的相应部位却没有，就说明这是一个营养缺陷型菌落。夹层培养法是先在培养皿上倒一层基本培养基，冷凝后加上一层含菌液的基本培养基，凝固后再浇上一薄层的基本培养基。经培养后，在皿底对首先出现的菌落做标记，然后再倒上一薄层完全培养基(或补充培养基)，再培养，这时再出现的新菌落，多数即为营养缺陷型。此法缺点是，结果有时不明确，而且将缺陷型菌落从夹层中挑出并不很容易。逐个检出法是将经过诱变处理的细胞涂布在完全培养基平板上，待长出单个菌落后，用接种针或牙签将这些单个菌落逐个依次地分别接种到基本培养基和另一完全培养基平板上。经培养后，如果在完全培养基上长出菌落，而在基本培养基上却不长菌落，说明这是一个营养缺陷型菌株。限量补充培养法是将诱变处理后的细胞接种在含有微量(0.01％以下)蛋白胨的基本培养基上。野生型菌株就会迅速生长成较大的菌落，而营养缺陷型菌株只能形成生长缓慢的微小菌落，因而可以识别检出。如果想得到某一特定缺陷型菌株，则可直接在基本培养基上加入微量的相应物质。
确定生长谱是指采用上法选出的缺陷型菌株经几次验证确定后，还需确定其缺陷的因子，是氨基酸缺陷型，还是维生素缺陷型，或是嘌呤、嘧啶缺陷型。生长谱测定可以用两种方法：一种是将缺陷型菌株培养后，收集菌体，洗涤培养基，制备成细胞悬液后，与MM培养基（融化并凉至50°C）混合并倾注平皿。待凝固后，分别在平皿的5~6个区间放上不同的营养组合的混合物或吸饱此组织营养物的滤纸圆片，培养后会在组合区长出，就可测得所需营养。另一种方法是以不同组合的营养混合物与融化凉至50°C的MM培养基铺成平皿，然后在这些平皿上划线接种各个缺陷型菌株于相应位置，培养后根据在什么组合长出可推知其营养因子。
营养缺陷型菌株不论在科学实验中，还是在生产实践中都具有广泛的用途。利用营养缺陷型菌株定量分析各种生长因素的方法称为微生物分析法。常用于分析食品中氨基酸和维生素的含量，因为在一定浓度范围内，营养缺陷型菌株生长繁殖的数量与其所需维生素和氨基酸的量成正比。这种方法特异性强，灵敏度高，所用样品可以很少而且不需提纯，也不需要复杂的仪器设备。利用营养缺陷型菌株作为研究转化、转导、接合等遗传规律的标记菌种和微生物杂交育种的标记。由于微生物经杂交育种后形成的杂种在形态上往往与亲本难以区别，因此常常选择不同的营养缺陷型来进行标记，通过测定后代的营养特性，以判断它们杂交的性质。利用营养缺陷型菌株测定微生物的代谢途径，并通过有意识地控制代谢途径，获得更多的我们所需要的代谢产物，从而成为发酵生产氨基酸、核苷酸和各种维生素等的生产菌种，例如利用丝氨酸营养缺陷型可以生产更多的赖氨酸，利用腺苷酸营养缺陷型菌株可提高肌苷酸的产量等。
4.3.微生物的杂交育种
杂交育种是指将两个基因型不同的菌株经细胞的互相联结、细胞核融合，随后细胞核进行减数分裂，遗传性状会出现分离和重新组合的现象，产生具有各种新性状的重组体，然后经分离和筛选，获得符合要求的生产菌株。尽管一些优良菌种的选育主要是采用诱变育种的方法，但是某一菌株长期使用诱变剂处理后，其生活能力一般要逐渐下降，如生长周期延长、孢子量减少、代谢减慢、产量增加缓慢、诱变因素对产量基因影响的有效性降低等。因此，常采用杂交育种的方法继续优化菌株。另外，由于杂交育种是选用已知性状的供体和受体菌种作为亲本，因此不论在方向性还是自觉性方面，都比诱变育种前进了一大步，所以它是微生物菌种选育的另一重要途径。但由于杂交育种的方法复杂，工作进度慢，因此还很难象诱变育种那样得到普遍的推广和应用。
4.3.1.细菌的杂交
细菌的杂交行为是于1946年首次在大肠杆菌K-12菌株中发现并证实的。首先在大肠杆菌K-12菌株中诱发一个营养缺陷型(A—)、不能发酵乳糖(Lac—)和抗链霉素(SM?r?)以及对噬菌体T?l敏感的突变体，可以写成A—B?+Lac—SM?r?T?s1；另一菌株诱发成一个营养缺陷型(B—)，能发酵乳糖(Lac+)，对链霉菌敏感(SM?s)和抗噬菌体T?l的突变体A+B—Lac+SM?s?T?r?1。这两个菌株各自都不能在基本培养基上生长，如果把大约105?/ml浓度的上述两种菌株混合在一起，并接种在基本培养基上，则能长出少数菌落；如果把上述两种菌株分别接种到一个特制的U型管的两端去培养,中间用一片可以使培养液流通,但不能使细菌通过的烧结玻璃隔开,那么在基本培养基上就不会出现菌落。这说明细胞的接触是导致基因重组的必要条件，即细菌通过接合完成了杂交行为。在鼠伤寒沙门氏菌、绿脓杆菌、肺炎克氏杆菌、霍乱弧菌等许多细菌中也发现了没接合现象，但是至今未在革兰氏阳性菌中发现接合现象。细菌的杂交还可以通过F因子转移,转化和转导等发生基因重组,但通过这些方式进行杂交育种获得成功的报道还不多。
4.3.2.放线菌的杂交育种
放线菌的基因重组于1955年至1957年首先在天蓝链霉菌中发现,以后在其它科、属、种中相继发现。现在常用的放线菌杂交方法主要有三种,即混合培养法、平板杂交法和玻璃纸转移法。国外在金霉素、土霉素、新生霉素等抗生素产生菌的杂交育种方面都有过成功的报道,在我国几乎与国外同时起步开展放线菌基因重组的研究工作,并取得了一定成效。
4.3.3.酵母的杂交育种
一般而言，杂交育种运用了酵母的单双倍生活周期，将不同基因型和相对的交配型的单倍体细胞经诱导杂交而形成二倍体细胞，经筛选便可获得新的遗传性状。酵母的杂交方法有孢子杂交法，群体交配法，单倍体细胞杂交法和罕见交配法。就啤酒酵母而言，运用罕见交配法更易获得结果。
4.3.4.霉菌的杂交育种
霉菌的杂交育种主要是通过体细胞的核融合和基因重组，即通过准性生殖过程而不是通过性细胞的融合。
霉菌的杂交育种的步骤为：第一?选择直接亲本。用来进行杂交的两个野生型菌株叫原始亲本。原始亲本经过诱变以后得到各种突变型菌株,假设这种菌株是用来作为形成异核体的亲本,就叫直接亲本。作为直接亲本的遗传标记有多种，如营养突变型、抗药突变型、形态突变型等,目前应用普遍的是营养缺陷型菌株。第二是异核体的形成。在基本培养基上,强迫两株营养缺陷型互补营养，则这两个菌株经过菌丝细胞间的吻合形成异核体。由直接亲本形成异核体的方法有：完全培养基液体混合培养法、完全培养基斜面混合培养法、液体有限培养基混合培养法、有限培养基平板异核丛形成法、基本培养基斜面衔接接种法、基本培养基平板穿刺法等。第三是双倍体的检出，检出双倍体的方法有很多种，如用放大镜观察异核体菌落表面，如果发现有野生型颜色的斑点和扇面，即可用接种针将其孢子挑出，进行分离纯化，即得杂合双倍体。或者将大量异核体孢子分离于基本培养基平板上从中长出野生型原养性菌落，将其挑出分离纯化，即得杂合双倍体。第四是分离子的检出。可以用选择性培养基筛选分离子，也可以将杂合双倍体单孢子分离于完全培养基平板上，培养至菌落成熟，检查大量双倍体菌落，在一些菌落上有突变颜色（隐性标记）的斑点或扇面出现，从每个菌落接出一个斑点或扇面的孢子于完全培养基斜面上，培养后经过纯化和鉴别即得分离子。
4.4.原生质体育种
原生质体育种技术主要有原生质体融合、原生质体转化，原生质体诱变育种等。原生质体融合育种是基因重组的一种重要方法，由于它具有一系列的特点，所以目前已为国内外微生物育种学者所广泛研究和应用。
由于细胞壁是微生物细胞之间进行物质交换的主要障碍之一，用一些方法将细胞壁去除后在高渗条件下形成类似球形的原生质体，在原生质体融合时又加入融合促进剂聚乙二醇（PEG）和Ca++，所以微生物原生质体间的杂交频率都明显高于常规杂交法，霉菌与放线菌已达10—l?~10—2，细菌与酵母已达10-5~10-6。原生质体融合受接合型或致育型的限制较小，二亲株中任何一株都可能起受体或供体的作用，因此有利于不同种属间微生物的杂交。已报道的丝状真菌种间的原生质体融合主要是曲霉属和青霉属；属间原生质体融合主要在酵母中实现：热带假丝酸母×饰针复膜孢酵母，酿酒酵母×彭贝裂殖酵母等。原生质体融合是二亲株的细胞质和细胞核进行类似的合二为一的过程，因此可以想象遗传物质的交换更为完整，提高菌株产量的潜力更大。原生质体融合可以是两株以上的亲株同时参与融合，如研究表明两个亲株的融合频率为2.8×10-2，三个亲株的融合频率为4×10-4，四个亲株的融合频率为4.9×10-7。
原生质体融合育种的步骤是：标记菌株的筛选和稳定性验证?，原生质体制备，等量原生质体加聚乙二醇促进融合，涂布于再生培养基、再生出菌落，选择性培养基上划线生长、分离验证、挑取融合子进一步试验保藏，生产性能筛选。
前面已经提到转化在工业微生物遗传改良及基因工程中占有十分重要的地位。但除少数细菌外，多数微生物的自然转化能力很低，特别是真核微生物几乎很少能发现自然转化。这主要是因为转化的必备条件之一是感受态的存在，经过人工诱导法可使一些微生物获得感受态，已成功的例子如枯草芽抱杆菌、大肠杆菌等并得到广泛应用。但在链霉菌及真菌中，人工诱导法实现完整细胞的转化的成功例子就不多了。原生质体技术出现后不久，Bibb等发现，当有PEG存在时，质粒DNA可以很高频率转化链霉菌原生质体，从而彻底摆脱了转化依赖感受态出现的限制。在真菌中巳成功地进行原生质体转化的菌株如酿酒酵母、构巢曲霉、黑曲霉、米曲霉等。
图5－19.基因工程技术的主要操作步骤示意图
4.5.基因工程技术用于工业菌种改良
基因工程技术又称基因操作、基因克隆、DNA重组等，是一个将含目的基因DNA片段经体外操作与载体连接，转入一个受体细胞并使之扩增、表达的过程。因此比其它育种方法更有目的性和方向性，效率更高。其全部过程大体可分为以下6个步骤（如图5－19）：目的基因的获得；载体的选择；含目的基因的DNA片段克隆入载体中构成重组载体；将重组载体引入宿主细胞内进行复制、扩增；筛选出带有重组目的基因的转化细胞；鉴定外源基因的表达产物。
目的基因的获得目的基因的获得一般有四条途径；从生物细胞中提取、纯化染色体DNA并经适当的限制性内切酶部分酶切；经反转录酶的作用由mRNA在体外合成互补DNA(cDNA)，此主要用于真核微生物及动，植物细胞中特定基因的克隆；化学合成，主要用于那些结构简单、核苷酸顺序清楚的基因的克隆；从基因库中筛选、扩增获得，目前认为是取得任何目的基因的最好和最有效的方法。
载体的选择基因工程中所用的载体系统主要有细菌质粒、粘性质粒、酵母菌质粒、λ噬菌体、动物病毒等。载体一般为环状DNA，能在体外经限制酶及DNA连接酶的作用同目的基因结合成环状DNA?(即重组DNA)，然后经转化进入受体细胞大量复制和表达。
重组栽体的构建DNA体外重组是将目的基因用DNA连接酶连接到合适的载体DNA上，可采用粘端连接法和末端连接法。
工程菌的获得经重组DNA的转化与鉴定，得到符合原定的“设计蓝图”的工程菌。
5.微生物菌种保藏及复壮
5.1.微生物菌种保藏
在发酵工业中，具有良好性状的生产菌种的获得十分不容易，如何利用优良的微生物菌种保藏技术，使菌种经长期保藏后不但存活健在，而且保证高产突变株不改变表型和基因型，特别是不改变初级代谢产物和次级代谢产物生产的高产能力，即很少发生突变，这对于菌种极为重要。
微生物菌种保藏技术很多，但原理基本一致，即采用低温、干燥、缺氧、缺乏营养、添加保护剂或酸度中和剂等方法，挑选优良纯种，最好是它们的休眠体，使微生物生长在代谢不活泼，生长受抑制的环境中。具体常用的方法有：蒸馏水悬浮或斜面传代保藏；干燥-载体保藏或冷冻干燥保藏；超低温或在液氮中冷冻保藏等方法。

5.1.1.蒸馏水悬浮法
这是一种最简单的菌种保藏方法，只要将菌种悬浮于无菌蒸馏水中，将容器封好口，于10℃保藏即可达到目的。好气性细菌和酵母等可用此法保存。
5.1.2.斜面传代保藏
斜面传代保藏方法是将菌种定期在新鲜琼脂斜面培养基上、液体培养基中或穿刺培养，然后在低温条件下保存。它可用于实验室中各类微生物的保藏，此法简单易行，且不要求任何特殊的设备。但此方法易发生培养基干枯、菌体自溶、基因突变、菌种退化、菌株污染等不良现象。因此要求最好在基本培养基上传代，目的是能淘汰突变株，同时转接菌量应保持较低水平。斜面培养物应在密闭容器中于5℃保藏，以防止培养基脱水并降低代谢活性。此方法一般不适宜作工业生产菌种的长期保藏，一般保存时间为3~6个月。如放线菌于4~6℃保存，每3个月移接一次；酵母菌于4~6℃保存，每4~6个月移接一次；霉菌于4~6℃保存，每6个月移接一次。
5.1.3.矿物油中浸没保藏
此方法简便有效，可用于丝状真菌、酵母、细菌和放线菌的保藏。特别对难于冷冻干燥的丝状真菌和难以在固体培养基上形成孢子的担子菌等的保藏更为有效。是将琼脂斜面或液体培养物或穿刺培养物浸入矿物油中于室温下或冰箱中保藏，操作要点是首先让待保藏菌种在适宜的培养基上生长，然后注入经160℃干热灭菌1~2h或湿热灭菌后120℃烘去水分的矿物油，矿物油的用量以高出培养物1cm为宜，并以橡皮塞代替棉塞封口，这样可使菌种保藏时间延长至1~2年。以液体石蜡作为保藏方法时，应对需保藏的菌株预先作试验，因为某些菌株如酵母、霉菌、细菌等能利用石蜡为碳源，还有些菌株对液体石蜡保藏敏感。所有这些菌株都不能用液体石蜡保藏，为了预防不测，一般保藏菌株?2~3年也应做一次存活试验。
5.1.4.干燥-载体保藏
此法适用于产孢子或芽孢的微生物的保藏。是将菌种接种于适当的载体上，如河砂、土壤、硅胶、滤纸及麸皮等，以保藏菌种。以沙土保藏用得较多，制备方法为：将河砂经24目过筛后用10%~20%盐酸浸泡3~4?h，以除去其中所含的有机物，用水漂洗至中性，烘干，然后装入高度约1cm的河沙于小试管中，121℃间歇灭菌3次。用无菌吸管将孢子悬液滴入砂粒小管中，经真空干燥8?h，于常温或低温下保藏均可，保存期为1~10年。土壤法以土壤代替砂粒，不需酸洗，经风干、粉碎，然后同法过筛、灭菌即可。一般细菌芽孢常用砂管保藏，霉菌的孢子多用麸皮管保藏。
5.1.5.冷冻保藏
冷冻保藏是指将菌种于-20℃以下的温度保藏，?冷冻保藏为微生物菌种保藏非常有效的方法。通过冷冻，使微生物代谢活动停止。一般而言，冷冻温度愈低，效果愈好。为了保藏的结果更加令人满意，通常在培养物中加入一定的冷冻保护剂；同时还要认真掌握好冷冻速度和解冻速度。冷冻保藏的缺点是培养物运输较困难。
普通冷冻保藏技术(-20℃)：将菌种培养在小的试管或培养瓶斜面上，待生长适度后，将试管或瓶口用橡胶塞严格封好，于冰箱的冷藏室中贮藏，或于温度范围在-5~20℃的普通冰箱中保存。或者将液体培养物或从琼脂斜面培养物收获的细胞分别接到试管或指管内，严格密封后，同上置于冰箱中保存。用此方法可以维持若干微生物的活力?1~2年。应注意的是经过一次解冻的菌株培养物不宜再用来保藏。这一方法虽简便易行，但不适宜多数微生物的长期保藏。
超低温冷冻保藏技术：要求长期保藏的微生物菌种，一般都应在-60℃以下的超低温冷藏柜中进行保藏。超低温冷冻保藏的一般方法是：先离心收获对数生长中期至后期的微生物细胞，再用新鲜培养基重新悬浮所收获的细胞，然后加入等体积的20％甘油或10％二甲亚砜冷冻保护剂，混匀后分装入冷冻指管或安瓿中，于-70℃超低温冰箱中保藏。超低温冰箱的冷冻速度一般控制在1~2℃/?min。若干细菌和真菌菌种可通过此保藏方法保藏5年而活力不受影响。
液氮冷冻保藏技术：近年来，大量有特殊意义和特征的高等动、植物细胞能够在液氮中长期保藏，并发现在液氮中保藏的菌种的存活率远比其他保藏方法高且回复突变的发生率极低。液氮保藏巳成为工业微生物菌种保藏的最好方法。具体方法是：把细胞悬浮于一定的分散剂中或是把在琼脂培养基上培养好的菌种直接进行液体冷冻，然后移至液氮(-196℃)或其蒸汽相中(-l56℃)保藏。进行液氮冷冻保藏时应严格控制致冷速度。液氮冷冻保藏微生物菌种的步骤是先制备冷冻保藏菌种的细胞悬液，分装0.5~1ml入玻璃安瓿或液氮冷藏专用塑料瓶，玻璃安瓿用酒精喷灯封口。然后以1.2℃／min的致冷速度降温，直到温度达到相对温度之上几度的细胞冻结点(通常为-30℃)。待细胞冻结后，将致冷速度降为1℃／min，直到温度达到-50℃，将安瓿迅速移入液氮罐中于液相(-196℃)或气相?(-156℃)中保存。如果无控速冷冻机，则一般可用如下方法代替：将安瓿或液氮瓶置于-70℃冰箱中冷冻4h，然后迅速移入液氮罐中保存。在液氮冷冻保藏中，最常用的冷冻保护剂是二甲亚砜和甘油，最终使用浓度一般为甘油10％、二甲亚砜5％。所使用的甘油一般用高压蒸汽灭菌，而二甲亚砜最好为过滤灭菌。
5.1.6.真空冻干保藏
真空冷冻干燥的基本方法是先将菌种培养到最大稳定期后，一般培养放线菌和丝状真菌约需7~10天，培养细菌约需24~28小时，培养酵母约需3天。然后混悬于含有保护剂的溶液中，保护剂常选用脱脂乳、蔗糖、动物血清、谷氨酸钠等，菌液浓度为109~1019个/ml，取0.1~0.2ml菌悬液置于安瓿管中冷冻，再于减压条件下使冻结的细胞悬液中的水分升华至1%~5%，使培养物干燥。最后将管口熔封，保存在常温下或冰箱中。此法是微生物菌种长期保藏的最为有效的方法之一，大部分微生物菌种可以在冻干状态下保藏10年之久而不丧失活力。而且经冻干后的菌株无需进行冷冻保藏，便于运输。但操作过程复杂，并要求一定的设备条件。
5.1.7.寄主保藏
适用于一些难于用常规方法保藏的动植物病原菌和病毒。
5.1.8.基因工程菌的保藏
随着基因工程的不断发展，越来越多的基因工程菌需要得到合理的保藏，由于它们的载体质粒等所携带的外源DNA片段的遗传性状不太稳定、且其外源质粒复制子很容易丢失。另外，对于宿主细胞质粒基因通常为生长非必需，一般情况下当细胞丢失这些质粒时，生长速度会加快。而由质粒编码的抗生素抗性在富集含此类质粒的细胞群体时极为有用。当培养基中加入抗生素时，抗生素提供了一有利于携带质粒的细胞群体的极有用的生长选择压。而且在运用基因工程菌进行发酵时，抗生素的加入可帮助维持质粒复制与染色体复制的协调。由此看来基因工程菌最好应保藏在含低浓度选择剂的培养基中。例如，质粒pBR322。它除了能将外源DNA?输入E．coli细胞外，还赋予E．coli细胞Ampr和Tetr。如果在培养基中加入Amp和Tet，则培养时可选择出含pBR322质粒的细胞。
5.1.9.菌种保藏机构
1979年7月，我国成立了中国微生物菌种保藏管理委员会(CCCCM),委托中国科学院负责全国菌种保藏管理业务,并确定了与普通、农业、工业、医学、抗生素和兽医等微生物学有关的六个菌种保藏管理中心。各保藏管理中心从事应用微生物各学科的微生物菌种的收集、保藏、管理、供应和交流。以便更好地利用微生物资源为我国的经济建设、科学研究和教育事业服务。
(一)中国微生物菌种保藏管理委员会组织系统,
中国微生物菌种保藏管理委员会办事处,
中国科学院微生物研究所内，北京。
1．普通微生物菌种保藏管理中心(CCGMC),
　中国科学院微生物研究所，北京(AS)：真菌、细菌。
　中国科学院武汉病毒研究所，武汉(AS—IV)：病毒。
2．农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)：
　中国农业科学院土壤肥料研究所，北京(ISF)。
3．工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)：?
　中国食品发酵工业科学研究所，北京(IFFI)。
4．医学微生物菌种保藏管理中心(CMCC),
　中国医学科学院皮肤病研究所，南京(ID)：?真菌。
　卫生部药品生物制品鉴定所，北京(NICPBP)：细菌。
　中国医学科学院病毒研究所，北京(IV)：病毒。
5．抗生素菌种保藏管理中心(CACC),
　中国医学科学院抗菌素研究所，北京(IA)和四川抗菌素工业研究所，成都(SIA)：新抗菌素菌种。
　华北制药厂抗菌素研究所，石家庄(IANP)：生产用抗菌素菌种。
6．兽医微生物菌种保藏管理中心(CVCC),
　农业部兽医药品监察所，北京(CIVBP)。

(二)国外著名菌种保藏中心
1．美国标准菌种收藏所(ATCC)，美国马里兰州，罗克维尔市。
2．冷泉港研究室(CSH)，美国。
3．国立卫生研究院(NIH)，美国，马里兰州，贝塞斯达。
4．美国农业部北方开发利用研究部(NRRL)，美国，皮奥里亚市。
5．威斯康新大学，细菌学系（WB）,美国，威斯康新州马迪孙。
6．国立标准菌种收藏所(NCTC)，英国，伦敦。
7．英联邦真菌研究所(CMI)，英国，丘(园)。
8．荷兰真菌中心收藏所(CBS)，荷兰，巴尔恩市。?
9．日本东京大学应用微生物研究所(IAM)，日本，东京。
10.　发酵研究所(IFO)，日本，大阪。．?
11．日本北海道大学农业部(AHU)，日本，北海道扎幌市。
　12.?科研化学有限公司(KCC)，日本，东京。
13．国立血清研究所(SSI)，丹麦。
　14．世界卫生组织(WHO)。
5.2.菌种的退化与复壮
5.2.1.菌种的退化现象
随着菌种保藏时间的延长或菌种的多次转接传代，菌种本身所具有的优良的遗传性状可能得到延续，也可能发生变异。变异有正变（自发突变）和负变两种，其中负变即菌株生产性状的劣化或有些遗传标记的丢失均称为菌种的退化。但是在生产实践中，必须将由于培养条件的改变导致菌种形态和生理上的变异与菌种退化区别开来。因为优良菌株的生产性能是和发酵工艺条件紧密相关的。如果培养条件发生变化，如培养基中缺乏某些元素，会导致产孢子数量减少，也会引起孢子颜色的改变；温度、pH值的变化也会使发酵产量发生波动等。所有这些，只要条件恢复正常，菌种原有性能就能恢复正常，因此这些原因引起的菌种变化不能称为菌种退化。常见的菌种退化现象中，最易觉察到的是菌落形态、细胞形态和生理等多方面的改变，如菌落颜色的改变，畸形细胞的出现等；菌株生长变得缓慢，产孢子越来越少直至产孢子能力丧失，例如放线菌、霉菌在斜面上多次传代后产生“光秃”现象等，从而造成生产上用孢子接种的困难；还有菌种的代谢活动，代谢产物的生产能力或其对寄主的寄生能力明显下降，例如黑曲霉糖化能力的下降，抗菌素发酵单位的减少，枯草杆菌产淀粉酶能力的衰退等。所有这些都对发酵生产均不利。因此，为了使菌种的优良性状持久延续下去，必须做好菌种的复壮工作。即在各菌种的优良性状没有退化之前，定期进行纯种分离和性能测定。
5.2.2.菌种退化的原因
菌种退化的主要原因是有关基因的负突变。当控制产量的基因发生负突变，就会引起产量下降；当控制孢子生成的基因发生负突变，则使菌种产孢子性能下降。一般而言，菌种的退化是一个从量变到质变的逐步演变过程。开始时，在群体中只有个别细胞发生负突变，这时如不及时发现并采用有效措施而一味移种传代，就会造成群体中负突变个体的比例逐渐增高，最后占优势，从而使整个群体表现出严重的退化现象。因此，突变在数量上的表现依赖于传代，即菌株处于一定条件下，群体多次繁殖，可使退化细胞在数量上逐渐占优势，于是退化性状的表现就更加明显，逐渐成为一株退化了的菌体。同时，对某一菌株的特定基因来讲，突变频率比较低，因此群体中个体发生生产性能的突变不是很容易的，但就一个经常处于旺盛生长状态的细胞而言，发生突变的机率比处于休眠状态的细胞大得多，因此，细胞的代谢水平与基因突变关系密切，应设法控制细胞保藏的环境，使细胞处于休眠状态，从而减少菌种的退化。
5.2.3.防止退化的措施
合理的育种选育菌种时所处理的细胞应使用单核的，避免使用多核细胞；
合理选择诱变剂的种类和剂量或增加突变位点，以减少分离回复；在诱变处理后进行充分的后培养及分离纯化，以保证保藏菌种纯碎。这些可有效的防止菌种的退化。
选用合适的培养基有人发现用老苜蓿根汁培养基培养“5406”抗生菌—细黄链霉菌可以防止它的退化。在赤霉菌产生菌—藤仓赤霉的培养基中，加入糖蜜、天门冬素、谷氨酰胺、5-核苷酸或甘露醇等物质时，也有防止菌种退化的效果。也有选取营养相对贫乏的培养基做菌种保藏培养基，如培养基中适当限制容易利用的糖源葡萄糖等的添加，因为变异多半是通过菌株的生长繁殖而产生的，当培养基营养丰富时，菌株会处于旺盛的生长状态，代谢水平较高，为变异提供了良好的条件，大大提高了菌株的退化几率。
创造良好的培养条件?在生产实践中，创造和发现一个适合原种生长的条件可以防止菌种退化，如低温、干燥、缺氧等。在栖土曲霉3．942?的培养中，有人曾用改变培养温度的措施(从20-30℃提高到33-34℃)来防止它产孢子能力的退化。
控制传代次数由于微生物存在着自发突变，而突变都是在繁殖过程中发生而表现出来的。所以应尽量避免不必要的移种和传代，把必要的传代降低到最低水平，以降低自发突发的机率。菌种传代次数越多，产生突变的几率就越高，因而菌种发生退化的机会就越多。这要求不论在实验室还是在生产实践上，必须严格控制菌种的移种传代次数，并根据菌种保藏方法的不同，确立恰当的移种传代的时间间隔。如同时采用斜面保藏和其它的保藏方式（真空冻干保藏、砂土管、液氮保藏等），以延长菌种保藏时间。
利用不同类型的细胞进行移种传代在有些微生物中，如放线菌和霉菌，由于其菌的细胞常含有几个核或甚至是异核体，因此用菌丝接种就会出现不纯和衰退，而孢子一般是单核的，用它接种时，就没有这种现象发生。有人在实践中发现构巢曲霉如用分生孢子传代就容易退化，而改用子囊孢子移种传代则不易退化；还有人采用灭过菌的棉团轻巧地沾取“5406”孢子进行斜面移种，由于避免了菌丝的接入，因而达到了防止退化的效果。
采用有效的菌种保藏方法用于工业生产的一些微生物菌种，其主要性状都属于数量性状，而这类性状恰是最容易退化的。因此，有必要研究和制定出更有效的菌种保藏方法以防止菌种退化。
5.2.4.退化菌种的复壮
退化菌种的复壮可通过纯种分离和性能测定等方法来实现，其中一种是从退化菌种的群体中找出少数尚未退化的个体，以达到恢复菌种的原有典型性状。另一种是在菌种的生产性能尚未退化前就经常而有意识地进行纯种分离和生产性能的测定工作，以达到菌种的生产性能逐步有所提高。所以这实际上是一种利用自发突变不断从生产中进行选种的工作。具体的菌种的复壮措施如下,
纯种分离采用平板划线分离法、稀释平板法或涂布法均可。把仍保持原有典型优良性状的单细胞分离出来，经扩大培养恢复原菌株的典型优良性状，若能进行性能测定则更好。还可用显微镜操纵器将生长良好的单细胞或单孢子分离出来，经培养恢复原菌株性状。
通过寄主进行复壮寄生型微生物的退化菌株可接种到相应寄主体内以提高菌株的活力。
联合复壮对退化菌株还可用高剂量的紫外线辐射和低剂量的DTG联合处理进行复壮。
思考题,
1.什么是微生物的遗传和变异？它们的物质基础是什么？如何证明？
2.DNA是如何复制的？
3.微生物有几种RNA？它们各有什么作用？
4.微生物变异的实质是什么？微生物基因突变的类型有哪几种？
5.什么叫杂交、转化和转导？各有什么实践意义？
6.自然界微生物菌种的筛选程序是什么？
7.诱变育种的关键步骤有哪些？
8.什么是营养缺陷型菌株？它的研究意义是什么？
9.什么叫“工程菌”？如何获得？
10.微生物菌种的保藏方法有哪些？举例说明。


第6章 微生物的生态本章的学习目的与要求,
1了解微生物在自然界的分布
2理解微生物在自然界物质循环中的作用
3掌握微生物与生物环境间的相互关系
4应用微生物生态学原理分析和设法解决与食品环境有关的微生物问题
生态学是研究生物系统与其环境条件间相互作用的规律性的科学。因此，微生物生态学就是研究微生物群体——微生物区系（microflora）或正常菌群（normal?flora）对其周围的生物和非生物环境条件相互作用关系的科学。
在生物学研究对象中，一般可以分成十个水平，依次为：“生物圈（biosphere）、生态系统（ecosystem）、群落（community）、种群（population）、个体（individual）、器官（organ）、组织（tissue）、细胞（cell）、细胞器（organelle）和分子（molecule）。其中前四个客观层次都是生态学的研究范围。在此，我们仅介绍微生物生态学中的一些基础知识及其应用。
研究微生物的生态有着重要的理论意义和实践价值。例如，研究微生物的分布规律，有助于开发丰富的菌种资源，防止有害微生物的活动；研究微生物间及其与它种生物间的相互关系，有助于发展新的微生物农药、微生物肥料以及积极防治人和动、植物病虫害，也有利于发展食品混菌发酵、序列发酵和生态农业；研究微生物在自然界物质循环中的作用，有利于阐明地球进化和生物进化的原因，也可促进探矿、冶金、保护环境、提高土壤肥力以及开发生物能（沼气）等各项生产事业的发展。
1.微生物在自然界中的分布
1.1.土壤中的微生物
土壤具有绝大多数微生物的生活条件，土壤的矿物质提供了矿质养料；土壤中的有机物提供了良好的碳源、氮源和能源；土壤的酸碱度接近中性，是一般微生物最适合的范围；土壤的持水性、渗透压、保温性等等使土壤成为了微生物的天然培养基，因此土壤中的微生物的数量和种类最多。对微生物来说，土壤是微生物的“大本营”；对人类来说，土壤是人类最丰富的“菌种资源库”。
表6－1.我国各主要土壤的含菌量（万∕克干土）
（据中国科学院南京土壤研究所资料）
土类地点细菌放?线?菌真菌
暗棕壤黑龙江呼玛2?32761213
棕壤辽宁沈阳1?2843936
黄棕壤江苏南京1?4062716
红壤浙江杭州1?1031234
砖红壤广东徐闻5073911
磷质石灰土西沙群岛2?2291?10515
黑土黑龙江哈尔滨2?1111?02419
黑钙土黑龙江安达1?0743192
棕钙土宁夏宁武140114
草甸土黑龙江亚沟7?8632923
塿土陕西武功9511?0324
白浆土吉林皎河1?598553
滨海盐土江苏连云港466410.4
尽管土壤中各种微生物含量的变动很大，但每克土壤的含菌量大体上有一个十倍系列的递减规律,
细菌（～108）＞放线菌ü?（～107）＞霉菌ü（～106）＞酵母菌（～105）＞藻类（～104）＞原生动物（～103）
由上可知，土壤中所含的微生物数量很大，尤以细菌为最多。据估计，每亩耕作层土
壤中，细菌湿重约有90～225kg；以土壤有机质含量为2％计算，则所含细菌干重约为土壤有机质的1％左右。通过土壤微生物的代谢活动，可改变土壤的理化性质，进行物质转化，因此，土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。
不同类型土壤中的各种微生物含量可见表6－1。从表中可以看出，在有机物含量丰富的黑土、草甸土、磷质石灰土和植被茂盛的暗棕壤中，微生物含量较高；而在西北干旱地区的棕钙土，华中、华南地区的红壤和砖红壤，以及沿海地区的滨海盐土中，微生物的含量最少。
表6－2是水田和旱地土壤微生物区系及其在不同深度分布的比较研究资料。从表中可以看出不论是水田还是旱地，总是表层耕作层的微生物含量最高；旱地土壤中的放线菌和真菌比水田土壤中多，这是与它们的好氧生活特性直接相关的。
表6－2.水田与旱地各层土壤的含菌量（万∕克干土）
微生物种类水田旱地
耕作层犁底层心土层耕作层犁底层心土层
好氧细菌3?0001?3108372?185628164
放线菌220883847717235
真菌8.51.60.623.14.31.1
硝化细菌1.1－－7.15.30.05
厌氧细菌232112221475716
反硝化细菌29.716.412.24.72.7－
硫酸还原细菌7.91.60.40.0910.0610
1.2.水体中的微生物
水体是微生物栖息的第二个天然场所。在江、河、湖、海、地下水中都有微生物的存在。习惯上把水体中的微生物分为淡水微生物和海洋微生物两大类型。
淡水微生物的种类及在水中的分布受到水的类型、有机质的含量等因素影响。在含有石油的地下水中，有大量能分解碳氢化合物的细菌；含铁的泉水中含有铁细菌；含硫的泉水中含有硫磺细菌；在温泉中则有耐热菌的存在。
水中真菌以水生藻状菌为主。天然水中还有一些低等藻类生物，以硅藻数量最大，此外还有各种原生动物。
海洋微生物包括细菌、真菌、藻类、原生动物及噬菌体等。由于海洋环境具有盐度高、有机质含量少、温度低及深海静水压力大等特点，所以海洋微生物绝大多是需盐、嗜冷和耐高渗透压的微生物。水生微生物的区系可分以下几类,
1.2.1.清水型水生微生物
在洁净的湖泊和水库蓄水中，因有机物含量低，故微生物数量很少（10～103/ml）。典型的清水型微生物以化能自养微生物和光能自养微生物为主，如硫细菌、铁细菌和衣细菌等，以及含有光合色素的蓝细菌、绿硫细菌和紫细菌等。部分腐生性细菌，如Chromobacterium（色杆菌属），Achromobacter（无色杆菌属）和Micrococcus（微球菌属）的一些种也能在低含量营养物的清水中生长。霉菌中一些水生性种类，例如Saprolegnia（水霉属）和Achlya（绵霉属）的一些种可生长于腐烂的有机残体上。单细胞和丝状的藻类以及一些原生动物常在水面生长，但数量一般不大。
根据细菌对周围水生环境中营养物质浓度的要求，可分成三类：“①贫营养细菌（oligotrophic?bacteria）：即一些能在1～15mgC/L低有机质含量的培养基中生长的细菌；②兼性贫营养细菌：即一些在富营养培养基中经反复培养后也能适应并生长的贫营养细菌；③富营养细菌：即一些能生长在营养物质浓度很高（10g?C/L）的培养基中的细菌，它们在贫营养培养基中反复培养后即行死亡。由于淡水中溶解态和悬浮态有机物碳的含量一般在1～26mg?C/L间，故清水型的腐生微生物，很多都是一些贫营养细菌。某水样中贫营养细菌与总菌数（包括贫营养和富营养菌）的百分比，称为贫营养指数或O．1值（oligotrophic?index）。
1.2.2.腐败型水生微生物?
上述清水型的微生物可认为是水体环境中“土生土长”的土居微生物或土著种（native?species）。流经城市的河水、港口附近的海水、滞留的池水以及下水道的沟水中，由于流入了大量的人畜排泄物、生活污物和工业废水等，因此有机物的含量大增，同时也夹入了大量外来的腐生细菌，使腐败型水生微生物尤其是细菌和原生动物大量繁殖，每毫升污水的微生物含量达到107～108个。其中数量最多的无芽胞革兰氏阴性细菌，如?proteus(变形杆菌属)、E.coli、Enterobacter?aerogenes（产气肠杆菌）和Alcaligenes（产碱杆菌属）等，还有各种Bacillus（芽胞杆菌属）、Vibrio（弧菌属）和Spirillum（螺菌属）等的一些种。原生动物有纤毛虫类、鞭毛虫类和根足虫类。这些微生物在污水环境中大量繁殖，逐渐把水中的有机物分解成简单的无机物，同时它们的数量随之减少，污水也就逐步净化变清。还有一类是随着人畜排泄物或病体污物而进入水体的动植物致病菌，通常因水体环境中的营养等条件不能满足其生长繁殖的要求，加上周围其它微生物的竞争和拮抗关系，一般难以长期生存，但由于水体的流动，也会造成病原菌的传播甚至疾病的流行。
海洋是地球上最大的水体。海水与淡水最大的差别在于其中的含盐量。含盐量越高，则渗透压越大，反之则越小。因此海洋微生物与淡水中的微生物在耐渗透压能力方面有很大的差别。此外，在深海中的微生物还能耐很高的静水压。例如，少数微生物可以在600个大气压下生长。如Micrococcus?aquivivus（水活微球菌）、Bacillus?boborokoiles和Vibrio?phytoplanktis（浮游植物弧菌）等。
水中微生物的含量对该水源的饮用价值影响很大。一般认为，作为良好的饮用水，其细菌含量应在100个/ml以下，当超过500个/ml时，即不适合作饮用水了。对饮用水来说，更重要的指标是其中微生物的种类。因此，在饮用水的微生物学检验中，不仅要检查其总菌数，还要检查其中所含的病原菌数。由于水中病原菌的含量总是很少，难以直接找到，故一般就只能根据病原菌与最常见的但数量很大的的细菌E.coli同样来自动物粪便污染的原理,只要通过检查水样中的指示菌—E.coli数即可知道该水源被粪便污染的程度，从而间接推测其它病原菌存在的概率。根据我国的饮用水标准，自来水中细菌总数不可超过100个/ml(37℃,培养24小时)，E.coli数不能超过3个/L。
在自然水体,尤其是快速流动的水体中，存在着对有机或无机污染物的自净作用。其原因是多方面的，虽有物理性的稀释作用和化学性的氧化作用，但更重要的却是各种生物学和生物化学作用，例如好氧菌对有机物的分解作用，原生动物对细菌等的吞噬作用，噬菌体对宿主的裂解作用，以及微生物产生的凝胶物质对污染物的吸附、沉降作用等，这就是“流水不腐”的重要原因。
1.3.空气中的微生物
空气本身不含微生物生长繁殖所需要的营养物质和充足的水分，而且日光对细菌等微生物生命活动有很大影响，所以空气不是微生物生长繁殖的良好场所。然而，空气中还是含有一定数量的微生物。这是由于土壤、人和动植物体等物体上的微生物不断以微粒、尘埃等形式飘逸到空气中而造成的。
凡含尘埃越多的空气，其中所含的微生物种类和数量也就越多。一般在畜舍、公共场所、医院、宿舍、城市街道的空气中，微生物的含量最高，在海洋、高山、高空、森林地带、终年积雪的山脉或极地上空的空气中，微生物的含量就极少。（表6－3）。
尘埃的自然沉降，使得越近地面的空气，含菌量越高。然而，微生物在高空中分布的记录却越来越高。在本世纪30年代，人们首次用飞机证实在20km的高空存在着微生物；70年代中期又发现在30km的高空中存在着微生物；70年代末，人们用地球物理火箭，从74km的高空采集到处在同温层和大气中层的微生物，其中包括两种细菌和四种真菌，它们是Micrococcus?albus（白色微球菌），Mycobacterium?luteum（藤黄分枝杆菌），Circinella?muscae（绳卷霉），Aspergillus?niger（黑曲霉），Penicilliumnotatum（点青霉），以及Papulospora?anomala（异形丝葚霉）；后来，又从85km的高空找到了微生物。这是目前所知道的生物圈的上限。
表6－3.不同条件下1m3空气的含菌量
条 件数 　量
畜舍1～2×106
宿舍20?000
城市街道5?000
市区公园200
海洋上空1～2
北极（北纬80°）0
室外空气中的微生物，主要有各种球菌、芽胞杆菌、产色素细菌和对干燥和射线有抵抗力的真菌孢子等。室内空气中的微生物含量更高，尤其是医院的病房、门诊间的空气,因经常受病人的污染，故可找到多种病原菌，例如Mycobacterium?tuberculosis（结核分枝杆菌）、Corynebacterium?diphtheriae（白喉棒杆菌）、Streptococcus?hemolyticus（溶血链球菌）、Staphylococcus?aureus（金黄色葡萄球菌）、若干病毒（麻疹病毒，流感病毒）以及多种真菌孢子等。
表6－4.粗过滤后空气中细菌或其芽胞的种类
种 　类宽度（μm）长度（μm）
产气肠杆菌1.0～1.51.0～2.5
蜡样芽孢杆菌1.3～2.08.1～25.8
地衣芽孢杆菌0.5～0.71.8～3.3
巨大芽孢杆菌0.9～2.12.0～10.0
蕈状芽孢杆菌0.6～1.61.6～13.6
枯草芽孢杆菌0.5～1.11.6～4.8
金黄色微球菌0.5～1.00.5～1.0
普通变形杆菌0.5～1.01.0～3.0
巨大芽孢杆菌的芽孢0.6～1.20.9～1.7
蕈状芽孢杆菌的芽孢0.8～1.20.8～1.8
枯草芽孢杆菌的芽孢0.5～1.00.9～1.8
空气的气溶胶对动植物病原菌的传播、发酵工业中的污染以及工农业产品的霉腐等都有很重要的关系。因此，在发酵工厂中，在空气进入空气压缩机前有时要用粗过滤器过滤掉个体较大的微生物，其种类见表6－4。
测定空气中微生物的数目可用培养皿沉降或液体阻留等方法进行。凡须进行空气消毒的场所，例如医院的手术室、病房、微生物接种室或培养室等处可以用紫外线消毒、福尔马林等药物的熏蒸或喷雾消毒等方法进行。为防止空气中的杂菌对微生物培养物或发酵罐内的纯种培养物的污染，可用棉花、纱布（8层以上）、石棉滤板、活性碳或超细玻璃纤维过滤纸进行空气过滤。
1.4.食品环境微生物
1.4.1.农产品上的微生物
在各种农产品上生存着大量的微生物，粮食尤为突出。按其来源可分为原生性微生物区系和次生性微生物区系。原生性微生物区系是微生物与植物在长期相处的关系中形成的，它们以种子的分泌物为生，与植物的生活和代谢强度息息相关。次生性微生物区系，指的是那些存在于土壤、空气中，通过各种途径侵染粮食的微生物。在粮食微生物中，尤以霉菌危害严重，并且能产生150多种对人和动物有害的真菌毒素。
据估计，全世界每年因霉变而损失的粮食就占其总产量的2％左右，这是一笔极大的浪费。至于因霉变而对人畜引起的健康等危害，更是难以统计。在各种粮食和饲料上的微生物以Asperqillus（曲霉属）、Penicillium（青霉属）和Fusarium（镰孢霉属）的一些种为主。例如，在谷物上，一般以Asperqillus和Penicillium为多见；在小麦上，一般以Fusarium为主；而在大米上，则一般以Penicillium为多见。现将各种粮食和饲料上所分布的主要霉菌种类列于表6－5中。
表6－5.各种粮食和饲料上的主要霉菌
试样名称主要霉菌
大米灰绿曲霉，白曲霉，黄曲霉，赭曲霉，桔青霉，圆弧青霉，常见青霉
面粉黄曲霉，谢瓦曲霉，青霉，毛霉
小麦曲霉，青霉，芽枝霉，链格孢霉，葡萄孢霉，镰孢霉，长蠕孢霉，茎点霉，木霉，拟青霉
小麦粉白曲霉，桔青霉，圆弧青霉，芽枝霉，葡萄孢霉，茎点霉，头孢霉
玉米粉灰绿曲霉，纯绿青霉，圆弧青霉，镰孢霉
玉米面葡萄曲霉，黄曲霉，青霉
大豆粉黄曲霉，杂色曲霉，青霉
花生黄曲霉，灰绿曲霉，溜曲霉，桔青霉，绳状青霉，根霉，镰孢霉，粘霉，茎点霉
调味料灰绿曲霉，白曲霉，黑曲霉，青霉
米糠黄曲霉，谢瓦曲霉，毛霉，青霉
乳牛饲料曲霉，青霉，根霉，链格孢霉，茎点霉，毛壳菌
家禽饲料黄曲霉，构巢曲霉，芽枝霉，镰孢霉，茎点霉
据调查，在目前知道的5万多种菌中，已知至少其中有两百多个种可产生一百余种真菌毒素。在这些真菌毒素中有14种能致癌，其中的2种是剧毒的致癌剂，内中之一就是由部分Asperqillus?flavus（黄曲霉）菌株产生的黄曲霉毒素（aflatoxin），另一种则是由某些镰孢霉（Fusarium）产生的单端孢烯族毒素T2。这就说明，凡长有大量霉菌的粮食，一般都含有多种真菌毒素，极有可能存在致癌的真菌毒素，因此，“防癌必先防霉”的口号是很有科学根据的。据报道，日本曾对全国各处售米点进行调查，发现有65.3％的样品被产毒真菌污染；据泰国的调查资料（1972），当地有53％的玉米被产毒真菌污染，其中黄曲霉毒素的最高含量达2730ppb?；在我国，有人发现（1980），在一份“黄变米”试样中，70％的米粒污染有产毒真菌，并都含真菌毒素；还有人调查了北京市空气中所飘逸的真菌，发现其中11.5％是产毒的。
主要的霉菌毒素有黄曲霉毒素、赭曲霉素、杂色曲霉素、岛青霉素、黄天精、环绿素、展青霉素、桔青霉素、皱褶青霉素、黄绿青霉素、青霉酸、圆弧青霉素、偶氮酸、单端孢烯族霉素、二氢雪腐镰刀菌烯酮和T2毒素等。
黄曲霉毒素是于1960年起逐渐被认识和发现的。当时在英国东南部的农村相继有约10万只火鸡死于一种病因不明的“火鸡X病”。后经多方研究，发现从巴西进口的花生粉中，污染有大量的Asperqillus?flavus，并证明由它所分泌的黄曲霉毒素，就是“火鸡X病”的根源，以后又证实它可引起雏鸭、兔、猫、猪等多种动物和人的肝脏中毒。经深入研究后，发现黄曲霉毒素有B1、B2、G1、G2、M1和M2等多种衍生物，其中以B1的毒性为最高。联合国卫生机构规定粮食中所含的黄曲霉毒素B1必须低于30ppb。我国有关机构则规定玉米、花生制品所含B1应低于20ppb，大米、食油应低于10ppb，其它的粮食、豆类和发酵食品的B1含量应低于5ppb。据报道，含黄曲霉毒素最多的食品是花生及花生制品。玉米、“红变米”、“黄变米”、自制的酱（发现其中约12.5％含黄曲霉毒素）等。
黄曲霉毒素是一种强烈的致肝癌毒物。B1的致癌强度比一向有名的致肝癌剂二甲基偶氮苯（即“奶油黄”?）要大900倍，比二甲基亚硝胺强75倍。Asperqillus?flavus是一种分布极广的霉菌，但也不是其所有的菌株都产毒。据国外不同的研究报道，发现A.?flavus产毒菌株的比例为10％（Mateles,1967）和60～94％（Moreau，1979），而我国几个研究单位作了不同研究后，则发现该菌产毒菌株的比例在30％左右。
由于A.flavus广泛分布于我们的周围，因此，由它产生的毒素往往是长期、低剂量、慢性的作用，表现为对肝功能的损害，肝细胞变性、坏死，胆管的卵圆细胞增生，还可能引起肝纤维化或肝硬化等症状。黄曲霉毒素已证明是我国少数肝癌高发地区引起肝癌的重要原因。由此就不难理解，为什么在我国9种主要恶性肿瘤中，肝癌占据第三位，且在前六位（胃癌、食道癌、肝癌、宫颈癌、肺癌、肠癌）中，消化道的癌症竟占了4种。
另一类剧毒致癌毒素为T2。已知Fusarium（镰孢霉属）的真菌可产50余种毒素，其中以T2为最强。Fusarium?tricinctum（三隔镰孢霉）和?F.sporotrichioides（拟分枝孢镰孢霉）等可产生T2毒素。污染过这些菌的作物，被人或动物摄入后，经2周至2个月，就会引起白细胞急剧下降和骨髓造血机能破坏。在国际上，少数国家曾用T2毒素制成生物武器，并以“黄雨”形式进行撒播，受害者经皮肤、粘膜吸收后，迅速发生中毒症状（致死剂量为100ppb）。这是全世界爱好和平的国家和人民必须反对和应引起高度警惕的。
1.4.2.食品上的微生物
食品是用营养丰富的动植物原料经过人工加工后的制成品，其种类繁多，主要有面包、糕点、糖果、罐头、饮料、蜜饯和调味品等。由于在食品的加工、包装、运输和贮藏等过程中，都不可能进行严格的无菌操作，食物可能会被各种微生物所污染，其中包括病原菌。罐头食品也会被一些耐热厌氧性芽孢梭菌和芽孢杆菌所污染，这是造成罐头食品腐败的主要原因。在合适的温、湿度条件下，污染的微生物又会迅速繁殖。因此，食品上常常有各种微生物分布着，且保存时间稍长，就会使食品迅速变质。
污染食品的微生物主要是Aspergillus（曲霉属）、Penicillium?（青霉属）、Fusarium?（镰孢霉属）、Alternaria（链格孢霉属）、Paecilomyces（拟青霉属）、Rhizopus?（根霉属）、Mucur（毛霉属）、Phoma（茎点霉属）、trichoderma（木霉属）、Escherichia?coli（大肠杆菌）、Staphylococcus?aureus（金黄色葡萄球菌）、Bacillus?subtilis（枯草杆菌）、B.megaterium（巨大芽胞杆菌）、Salmonella?（沙门氏菌属）、Proteus?vulgaris?（普通?变形杆菌）、Pseudomonas?aeruginosa（铜绿假单胞菌）、Lactobacillus（乳杆菌属）、Streptococcus?lactis（乳链球菌）、Clostridium?（梭菌属）和Saccharomyces?cerevisiae（酿酒酵母）等。
由于在霉腐变质的食品上经常有各种致病菌和真菌毒素等有毒代谢产物存在，它们会引起人类的各种严重疾病，所以食品卫生工作就显得格外重要。
食品中的一类独特产品是罐头。1804年前后，法国厨师N.?Appert偶而发现，如把一瓶密封的果汁煮沸，就能使它长期保存。从1811年起，这项发明已被用于拿破仑的军队中。这就是罐头的起源。
罐头食品种类很多，从使其变质腐败的微生物的角度来看，可分以下几类,
1.4.2.1.酸性食品罐头
属于一般酸性食品（pH3.7～4.5）者，如番茄、梨、无花果、菠萝和其它水果罐头；属于高酸食品（pH＜3.7者如泡菜、浆果和柠檬汁罐头。对酸性食品罐头只要用较低的灭菌温度即可达到长期包藏的目的。当这类罐头变质时，从中可分离到Bacillus?thermoacidurans(嗜热耐酸芽孢杆菌)等“平酸菌”(即产酸不产气因而不会引起罐体膨胀的细菌)和产酸产气菌，如Clostridiumpasteurianum(巴氏梭菌)、C.butyricum(丁酸梭菌)、Lactobacillus?brevis(短乳杆菌)和Leuconostoc（明串珠菌）等。
1.4.2.2.低酸或中酸食品罐头
pH＞5的食品称低酸食品，如多数肉类、海产品、牛奶、玉米和豌豆等；而pH为4.5～5的食品则称中酸食品，如肉菜混合物、汤料和沙司等。这类罐头的灭菌温度应高些，肉类罐头尤甚。当这类罐头变质时，可检出Bacillus?stearothermophilus（嗜热脂肪芽孢杆菌）和B.coagulans（凝结芽孢杆菌）等“平酸菌”；还可分离到Clostridium?thermosaccharolyticum（热解糖梭菌）等产酸产气菌以及分解蛋白质的C.sporogenes（生孢梭菌）、C.histolyticum（溶组织梭菌）和C.botulinum（肉毒梭菌）等厌氧梭状芽孢杆菌。除“平酸菌”外，在生长过程中都会产生大量的CO2和H2，从而引起罐头膨胀（“胖听”）。其中的C.?botulinum还会产生对人畜具剧毒的细菌外毒素—肉毒毒素。
1.4.3.酿造食品中的微生物
1.4.3.1.微生物的空间和时间分布
在传统发酵过程中，曲、醅、醪、糟等物料都是一种混合培养物。以含高粱原料的醋醅为例，它首先被能消化或氧化高粱的微生物侵袭，在氧耗尽后，靠近高粱周围变成厌氧环境，这时发酵性的微生物开始活跃、繁殖起来。发酵产物可扩散到仍然有氧的区域继续被氧化，或者在厌氧条件下被厌氧微生物的厌氧性氧化所利用。其中有一小部分被彻底氧化成CO2和H2O，而另一大部分作为中间产物（比如乙醇、乳酸等）继续积累或参加转化。而当环境随着工艺过程的改变（如翻醅、倒缸），可能又有好氧过程的出现，好氧性微生物的数量又可继续增加，氧气被消耗后再变为厌氧环境，随着温度、水分、pH值、氧化还原值（rH2）、渗透压、营养条件的不断变化，微生物区系及活力也在不断变化，直至酿造过程结束。
1.4.3.2.酿造食品生态环境的一些特征
1)料醅团粒结构：固体发酵，料醅大都是相互凝结成各种形状的大小团块，也可称为结构体或团聚体。料醅结构体的大小、形状、排列和相应的孔隙状况称为料醅的结构性。传统酿造法中特别强调细致操作，“匀、透、适、”“低倒匀铺，先倒后翻，头匀二细”等.料醅物理性质的好坏往往反映在料醅孔性（孔隙的数量和质量）方面，结构性是决定孔性好坏的基础之一。
在不同产品生产工艺中对结构的状态、团粒的大小要求是不同的。团粒是指直径为0.25～10mm的较疏松的多孔性小料团，它的粮食及辅料颗粒经过润料、蒸煮、制曲、发酵等多次复合和团聚而成。团粒结构具有良好的物理性质，其特点是结构体内为毛管孔隙，结构体之间为大孔隙，而且总孔隙度以及毛管孔隙与非毛管孔隙的比例都比较适合。毛管孔隙有良好的蓄水保水能力，团粒之间的大孔隙又可透水通气，致使水气矛盾得以较好解决。这种状态对于微生物的活动十分有利，在大孔隙周围的水膜内旺盛地生活着好气性微生物，在小孔隙中生活着厌氧性微生物，在十分微小的孔隙内，由于细菌也不能进入，致使其中有机质可以缓慢地分解，可使碳水化合物等缓慢释放，不致使料醅升温过猛等等。
2)发酵醪表面环境：微生物在液态发酵醪环境中，液－固表面环境是不可忽视的一个因素，因为营养物质常吸附在表面。所以，在一个微环境的表面，其营养水平可能比表面以外部位营养水平要高得多。目前对微生物附着于表面的机制还不完全了解。据研究，大致可把微生物在物质表面形成表面膜的过程分为三个阶段：第一阶段是有机质附着在表面，凡是与水接触的物体表面都能很快地形成这一层；第二阶段，开始有初步的细菌膜附着在表面，起先是醪液中正常游离的细菌群体，因物理或化学作用暂时附着于表面，运动着的细菌也可以因营养物质的引诱而朝着它做定向运动，进而附着在表面上。这时细菌只是以一端附着，使菌体与表面呈直角，因而附着往往不很牢固；第三阶段是，当初步吸附在表面的细菌分泌出胞外聚合物时，就使细菌和表面粘连在一起，形成牢固的吸附层，此即微生物表面膜。至于气－液界的面问题，主要与表面积有关。表面积与体积之比越大，细菌活力愈强，单位体积内含菌量愈高。
1.5.生物体内外的正常菌群?
在正常生理状态下，人体的体表和体腔中所存在的一定种类和数量的微生物，并不侵害人体，称为人体正常微生物群落。如皮肤上的葡萄球菌、链球菌等；口腔中的乳酸杆菌、螺旋体；呼吸道和鼻咽腔中的类白喉杆菌、葡萄球菌、流感杆菌等。在肠道内也含有大量的细菌，人的肠道内如果缺乏正常的微生物群落，如大肠杆菌、产气杆菌、乳酸杆菌等，人体就不能维持正常的生活。因为肠道细菌可以合成人体所需的硫胺素、核黄素、烟酸、维生素B12等。此外，正常微生物群落的存在，还可以通过拮抗作用抑制或排斥病原微生物的生长。
在正常动物体的皮毛和与外界相通的器官上，也存在着许多微生物，例如皮毛上经常有葡萄球菌、双球菌等，肠道中存在着大量的大肠杆菌、粪链球菌、纤维分解细菌等。
1.5.1.人体的正常微生物区系
在人类的皮肤、粘膜以及一切与外界环境相通的腔道，如口腔、鼻咽腔、消化道和泌尿生殖道中经常有大量的微生物存在着。生活在健康动物各部位，数量大、种类较稳定且一般是有益无害的微生物，称为正常菌群。在人体内外各部位的正常菌群分布情况见表6－6。
在一般情况下，正常菌群与人体保持着一个平衡状态，在菌群内部的各种微生物间，也相互制约，从而维持相对的稳定。正常菌群的种类与数量，在不同个体间有一定的差异。从表6.1.5.1中可以看出，皮肤上以Staphylococcus?epidermidis为主，咽喉部以α－链球菌居多，大肠内则各种Bacteroides和E.coli占优势。应该指出的是，所谓正常菌群，实际上是相对的、可变的和有条件的。当机体防御机能减弱时，例如皮肤大面积烧伤、粘膜受损、机体着凉或过度疲劳时，一部分正常菌群会成为病原微生物。另一些正常菌群由于其生长部位的改变，也可引起疾病。例如，因外伤或手术等原因，E.coli进入腹腔或泌尿生殖系统，可引起腹膜炎、肾盂肾炎或膀胱炎等症；又如，革兰氏阴性无芽孢厌氧杆菌进入内脏，会引起各种脓肿。
还有一些正常菌群由于某些外界因素的影响，使其中各种微生物间的相互制约关系破坏，也能引起疾病。这种情况在长期服用抗生素后尤为突出。这时，由于肠道内对药物敏感的细菌被抑制，而不敏感的Candida?albicans（白色假丝酵母，旧称“白色念珠菌”）或耐药性葡萄球菌等就会乘机大量繁殖，从而引起病变。这就是通常所说的菌群失调症。凡属正常菌群的微生物，由于机体防御性降低、生存部位的改变或因数量剧增等情况而引起疾病者，称为条件致病菌（opportunist?pathogen）,这类由条件致病菌引起的感染，称为内源感染(endogenous?infection)。例如，大肠中数量最大的一些?Bacteroides?spp.（一些拟杆菌），在外科手术后，因消毒不好就会引起腹膜炎。
表6－6.在人体不同解剖部位上的正常微生物区系
部?位微?生?物?种?类检?出?率（％）
皮肤Staphylococcus?epidermidis(表皮葡萄球菌)S．aureus（金黄色葡萄球菌）Propionibacterium?acnes（疥疱丙酸杆菌）Corynebacterium?diphtheroides（类白喉棒杆菌）85～1005～2545～10055
鼻和鼻咽Staphylococcus?epidermidisS.aureusC.diphtheroidesBranhemella?calarrhalis（粘膜炎布兰汉氏球菌）Haemophilus?influenzae（流感嗜血杆菌）9020～855～801212
口腔S.epidermidisS.aureusStreptococcus?mitis（缓症链球菌）和其它α－链球菌S.salivarius（唾液链球菌）Peptostreptococcus?spp.（各种消化链球菌）Veillonella?alcalescens（产碱韦荣氏球菌）Lactobacillus?sp.（各种乳杆菌）Actinomyces?israelii（衣氏放线菌）1.5.1.1.H.influenzaeBacteroides?fragilis（脆弱拟杆菌）B.melaninogenicus（产黑素拟杆菌）B.oralis（口腔拟杆菌）Fusobacterium?nucleatu（具核梭杆菌）Candida?albicans（白色假丝酵母）Treponema?denticola（齿垢密螺旋体）T.vincenti（文氏密螺旋体）75～100常见100100占优势10095常见25～100常见常见常见15～906～50常见常见
口咽部Staphylococcus?epidermidisS．AureusC．DiphtheroidesStreptococcus?pneumoniae（肺炎链球菌）α－链球菌和非溶血链球菌B．CalarrhalisH．InfluenzaeH．Parainfluenzae(副流感嗜血杆菌)Neisseria?meningitidis（脑膜炎奈瑟氏球菌）30～7035～4050～900～5025～9910～975～2020～350～15
空肠Enterococcus?spp.LactobacillusC.diphtheroidesC.albicans少量少量少量20～40
回肠末端部位存在少量肠杆菌类和厌氧革兰氏阴性细菌
大肠B．FragilisB．MelaninogenicusB.?oralisF.?nucleatumF.?necrophorum?(坏死梭杆菌)Lactobacillus?spp.Clostridium?perfringens?（产气荚膜梭菌）Eubacterium?limosum?（粘液优杆菌）Bifidobacterium?bifidum?（两歧双歧杆菌）Peptostreptococcus?spp.肠球菌?（D组链球菌）Escherichia?coli（大肠杆菌）Klebsiella?spp.（各种克雷伯氏菌）Enterobacter?spp.（各种肠杆菌）Proteusspp.（各种变形杆菌）C.?albicans10010010010010020～6025～3530～7030～70常见10010040～8040～805～5515～30
阴道和子宫颈Lactobacillus?spp.B?acteroides?spp.Clostridium?spp.Peptostreptococcus?spp.C.?diphtheroidesS.?epidermidisD组链球菌肠杆菌科的各种细菌C.albicansTrichomonas?vaginalis?(阴道毛单胞菌)50～7560～8015～3030～4045～7535～8030～8018～4030～5010～25
1.5.2.无菌动物与悉生生物?
凡在其体内外检查不到任何正常菌群的动物，称为无菌动物（germ-free?animal）。它是将剖腹产的鼠、兔、猴、猪、羊等或特殊孵育的鸡等实验动物，放在无菌培养装置中进行精心培养而成的。用无菌动物进行实验，可排除正常菌群的干扰，从而使人们可以更深入、更精确地研究动物的免疫、营养、代谢、衰老和疾病等问题。
当然，目前也可通过同样的原理和适当的培养装置来获得无菌植物。
凡已人为地接种上某已知纯种微生物的无菌动物或无菌植物，就称作悉生生物(gnotobiota)，意即“了解其生物区系的生物”。研究悉生生物的科学，称悉生学(gnotobiotics)或悉生生物学(gnotobiology)。有关悉生生物学的观点，微生物学的奠基人巴斯德早在1885年就提出来了。他认为，“如果在动物体内没有肠道细菌的话，则它们的生命是不可能维持下去的。”因此，用悉生生物学的观点来看待每一个高等动物或高等植物的整个个体时，它们实际上都是一个与有关正常菌群形成一体的“共生复合体”。
通过对无菌动物的研究后发现：1)在没有正常菌群存在的状态下，其免疫系统的机能特别低下，若干器官变小，这在原来充满大量细菌的盲肠中表现得尤为突出；2)营养要求变得特殊，例如需要维生素k;?3)对属于非致病菌的Bacillus?subtilis（枯草杆菌）和Micrococcus?lutea（藤黄微球菌）等变得极为敏感，并易患病；4)对原来易患的阿米巴痢疾，因这种原生动物得不到细菌作食物，所以无菌动物反而不易患了,等等。
1.5.3.根际微生物和附生微生物
与动物体表面存在着大量正常菌群类似，在植物体表面也存在着正常微生物区系，最主要的有两类,
1.5.3.1.根际微生物(rhizosphere?microorganism)
植物根系经常向周围的土壤分泌各种外渗物质（糖类、氨基酸和维生素等），故在根际存在着大量的微生物。根际微生物的种类受植物的种类和植物的发育阶段所影响。一般地说，根际微生物以无芽胞杆菌居多，例如Pseudomonas（假单胞菌属），Agrobacterium（土壤杆菌属），?Achromobacter（无色杆菌属），Chromobacterium（色杆菌属），Arthrobacter（节杆菌属），?Enterobacter（肠杆菌属）和Mycobacterium?(分枝杆菌属)等。根际微生物在根际的大量繁殖，会强烈地影响植物的生长发育。主要为：1）改善了植物的营养条件。根际微生物的代谢作用加强了土壤中有机物的分解，改善了植物营养元素的供应，由微生物代谢中产生的酸类也可促进土壤中磷等矿质养料的供应。近年来还发现在根际生活的某些固氮细菌，如Azospirillum（固氮螺菌属）等，可为植物提供氮素养料；2)分泌植物生长刺激物质。根际微生物可分泌维生素和植物生长素类物质，例如，Pseudomomas的一些种可分泌多种维生素；Clostridium?butyricum（丁酸梭菌）可分泌若干B族维生素和有机氮化物；一些放线菌可分泌维生素B12；固氮菌可分泌氨基酸、酰胺类物质、多种维生素（B1、B2、B12?等）和吲哚乙酸等；3)分泌抗生素类物质，以利于植物避免土居性病原菌的侵染；4)根际微生物有时也会对植物产生有害的影响，例如，当土壤中碳氮比例较高时，它们会与植物争夺碳、磷等营养；有时还会分泌一些有毒物质，抑制植物生长，等等。
1.5.3.2.附生微生物(epibiotic?microbe)
一般指生活在植物体表面，主要借其外渗物质或分泌物质为营养的微生物。叶面微生物是主要的附生微生物。一般每克新鲜叶表面约含106个细菌，也存在少数的酵母菌和霉菌，而放线菌则极少。叶面微生物对植物的生长发育和人类的实践有着一定的关系，例如，乳酸杆菌上广泛存在于叶面的微生物，在腌制泡菜、酸菜和青贮饲料过程中，存在于叶面的乳酸杆菌就成了天然接种剂，在各种成熟的浆果表面有大量糖质分泌物，因而存在着大量的酵母菌和其它附生微生物。当果皮损伤时，附生微生物就乘机进入果肉引起果实腐烂。在用葡萄等原料进行果酒酿造时，其表面的酵母菌也成了良好的天然接种剂。还有一些叶面微生物可以固氮，它们可直接或间接地向植物供应氮素营养。
思考题
1?什麽使生态学，什麽是微生物生态学？
2?简述研究微生物生态的理论意义和实践价值。
3?简述不同的自然环境中微生物的分布状况，以及各自的优势代表类群。
4?简述食品环境中的微生物，以及各类微生物对食品和人类的影响。
5?什麽是无菌动物，悉生生物，以及它们的特征？
6?什麽是根际微生物，附生微生物？它们各自的特征是什麽？


第7章 在食品制造中的主要微生物及其应用本章的学习目的与要求
1?了解在食品制造中的主要微生物的特征及其作用.。
.2掌握各种酿造食品或发酵食品的生产工艺及其要点。
1食品制造中的细菌及其应用
微生物用于食品制造是人类利用微生物的最早、最重要的一个方面，在我国已有数千年的历史。在食品工业中，可利用细菌制造出许多食品，如乳酸饮料、味精及种类繁多的调味品等。下面选择几种用细菌生产的食品作简要介绍。
1.1食醋
食醋是我国劳动人民在长期的生产实践中制造出来的一种酸性调味品。它能增进食欲，帮助消化，在人们饮食生活中不可缺少。在我国的中医药学中醋也有一定的用途。全国各地生产的食醋品种较多。著名的山西陈醋、镇江香醋、四川麸醋、东北白醋、江浙玫瑰米醋、福建红曲醋等是食醋的代表品种。食醋按加工方法可分为合成醋、酿造醋、再制醋三大类。其中产量最大且与我们关系最为密切的是酿造醋，它是用粮食等淀粉质为原料，经微生物制曲、糖化、酒精发酵、醋酸发酵等阶段酿制而成。其主要成分除醋酸(3%～5%)外，还含有各种氨基酸、有机酸、糖类、维生素、醇和酯等营养成分及风味成分，具有独特的色、香、味。它不仅是调味佳品，长期食用对身体健康也十分有益。
1.1.1生产原料
目前酿醋生产用的主要原料有：薯类　如甘薯、马铃薯等；粮谷类　如玉米、大米等；粮食加工下脚料?如碎米、麸皮、谷糠等；果蔬类　如黑醋栗、葡萄、胡萝卜等；野生植物如橡子、菊芋等；其他　如酸果酒、酸啤酒、糖蜜等。
生产食醋除了上述主要原料外，还需要疏松材料如谷壳、玉米芯等，使发酵料通透性好，好氧微生物能良好生长。
1.1.2酿造微生物
传统工艺酿醋是利用自然界中的野生菌制曲、发酵，因此涉及的微生物种类繁多。新法制醋均采用人工选育的纯培养菌株进行制曲、酒精发酵和醋酸发酵，因而发酵周期短、原料利用率高。
1）淀粉液化、糖化微生物?
淀粉液化、糖化微生物能够产生淀粉酶、糖化酶。使淀粉液化、糖化的微生物很多，而适合于酿醋的主要是曲霉菌。常用的曲霉菌种有,
甘薯曲霉AS?3.324　因适用于甘薯原料的糖化而得名，该菌生长适应性好、易培养、有强单宁酶活力，适合于甘薯及野生植物等酿醋；
东酒一号?它是AS?3.758的变异株，培养时要求较高的湿度和较低的温度，上海地区应用此菌制醋较多；
黑曲霉AS?3.4309(UV-11)?该菌糖化能力强、酶系纯，最适培养温度为32℃。制曲时，前期菌丝生长缓慢，当出现分生孢子时，菌丝迅速蔓延；
宇佐美曲霉AS?3.758是日本在数千种黑曲霉中选育出来的其糖化力极强、耐酸性较高的糖化型淀粉酶菌种。菌丝黑色至黑褐色。孢子成熟时呈黑褐色。能同化硝酸盐，其生酸能力很强。对制曲原料适宜性也比较强。
此外还有米曲霉菌株：沪酿3.040、沪酿3.042(AS?3.951)、AS?3.863等。黄曲霉菌株：AS?3.800，AS?3.384等。
2）?酒精发酵微生物
生产上一般采用子囊菌亚门酵母属中的酵母，但不同的酵母菌株，其发酵能力不同，产生的滋味和香气也不同。北方地区常用1300酵母，上海香醋选用工农501黄酒酵母。K字酵母适用于以高梁、大米、甘薯等为原料而酿制普通食醋。AS?2.109、AS?2.399适用于淀粉质原料，而AS?2.1189、AS?2.1190适用于糖蜜原料。
3）醋酸发酵微生物
①醋酸菌的选择
醋酸菌是醋酸发酵的主要菌种。醋酸菌具有氧化酒精生成醋酸的能力，其形态为长杆状或短杆状细胞，单独、成对或排列成链状。不形成芽孢，革兰氏染色幼龄菌阴性，老龄菌不稳定，好氧，喜欢在含糖和酵母膏的培养基上生长。其生长最适温度为28~32℃，最适pH值为3.5~6.5。
醋厂选用的醋酸菌的标准为：氧化酒精速度快、耐酸性强、不再分解醋酸制品、风味良好的菌种。目前国内外在生产上常用的醋酸菌有,
奥尔兰醋杆菌(A.?orleanense)它是法国爱尔兰地区用葡萄酒生产醋的主要菌种。生长最适温度为30℃。该菌能产生少量的酯，产酸能力较弱，但耐酸能力较强。
许氏醋杆菌(A.?schutzenbachii)它是国外有名的速酿醋菌种，也是目前制醋工业较重要的菌种之一。在液体中生长的最适温度为25~27.5℃，固体培养的最适温度为28~30℃，最高生长温度37℃。该菌产酸高达11.5%。对醋酸没有氧化作用。
恶臭醋杆菌(A.?rancens)恶臭醋杆菌是我国酿醋常用菌株之一。该菌在液面处形成菌膜，并沿容器壁上升，菌膜下液体不浑浊。一般能产酸6~8%，有的菌株副产2%的葡萄糖酸，并能把醋酸进一步氧化成二氧化碳和水。
AS?1.41醋酸菌它属于恶臭醋酸杆菌，是我国酿醋常用菌株之一。该菌细胞呈杆状，常呈链状排列，单个细胞大小为（0.3~0.4）μm×（1~2）μm，无运动性、无芽孢。在不良的环境条件下，细胞会伸长变成线形、棒形或管状膨大。平板培养时菌落隆起，表面平滑，菌落呈灰白色，液体培养时则形成菌膜。该菌生长的适宜温度为28~30℃，生成醋酸的最适宜的温度为28~33℃，最适PH3.5~6.0，耐受酒精浓度为8%（体积分数）。最高产醋酸为7~9%，产葡萄糖酸力弱。能氧化分解醋酸为二氧化碳和水。
沪酿1.01醋酸菌它是从丹东速酿醋中分离得到的，是我国食醋工厂常用的菌种之一。该菌细胞呈杆形，常呈链状排列，菌体无运动性，不形成芽孢。在含酒精的培养液中，常在表面生长，形成淡青灰色薄层菌膜。在不良的条件下，细胞会伸长，变成线状或棒状，有的呈膨大状、分支状。该菌由酒精生成醋酸的转化率平均高达93~95%。
②?醋酸菌的培养及保藏
a斜面试管培养基
下面是斜面试管培养基两例,
酒精(6%)?100ml葡萄糖?0.3g酵母膏?1gCaCO3?1.5g琼脂?2.5g；
葡萄糖1g酒精2ml碳酸钙（CaCO3）1.5g酵母膏1g琼脂2.5g水100ml。
PH值自然（各种成分先加热溶解后再将酒精加热）。
b?醋酸菌培养与保藏
斜面接种醋酸菌后置于30~32℃恒温箱内培养48h。醋酸菌因为没有孢子，所以容易被自己所产生的酸杀死。在醋酸菌中，特别能产生香酯的菌种每过十几天即死亡，因此宜保藏在0~4℃冰箱内备用。由于培养基中已加入碳酸钙，以中和产生的酸，所以保藏时间长一些。
1.1.3固态法食醋生产
醋酸菌在充分供给氧的情况下生长繁殖，并把基质中的乙醇氧化为醋酸，这是一个生物氧化过程，其总反应式为：C2H5OH+O2=CH3COOH+H2O
1）醋酸菌种制备工艺流程
斜面原种→斜面菌种(30~32℃，48h)→三角瓶液体菌种(一级种子30~32℃，振荡24h)→种子罐液体菌种(二级种子)→(30~32℃，通气培养22~24h)→醋酸菌种子
2）工艺流程
麸曲、酵母
↓
薯干(或碎米、高粱等)→粉碎→加麸皮、谷糠混合→润水→蒸料→冷却→接种→入缸糖化发酵→拌糠接种→醋酸发酵→翻醅→加盐后熟→淋醋→贮存陈醋→配兑→灭菌→包装→成品
↑
醋酸菌
3）?生产工艺
①原料配比及处理
甘薯或碎米、高粱等100kg，细谷糠80kg，麸皮120kg，水400kg，麸皮50kg，砻糠50kg，醋酸菌种子40kg，食盐3.75~7.5kg(夏多冬少)。
将薯干或碎米等粉碎，加麸皮和细谷糠拌合，加水润料后以常压蒸煮1h或在0.15MPa压力下蒸煮40min，出锅冷却至30~40℃。
②发酵
原料冷却后，拌入麸曲和酒母，并适当补水，使醅料水分达60%~66%。入缸品温以24~28℃为宜，室温在25~28℃左右。入缸第二天后，品温升至38~40℃时，应进行第一次倒缸翻醅，然后盖严维持醅温30~34℃进行糖化和酒精发酵。入缸后5~7d酒精发酵基本结束，醅中可含酒精7%~8%，此时拌入砻糠和醋酸菌种子，同时倒缸翻醅，此后每天翻醅一次，温度维持37~39℃。约经12d醋酸发酵，醅温开始下降，醋酸含量达7.0%~7.5%时，醋酸发酵基本结束。此时应在醅料表面加食盐。一般每缸醋醅夏季加盐3kg，冬季加盐1.5kg。拌匀后再放两天，再经2d后醋醅成熟即可淋醋。
③淋醋
淋醋工艺采用三套循环法。先用二醋浸泡成熟醋醅20~24h，淋出来的是头醋，剩下的头渣用三醋浸泡，淋出来的是二醋，缸内的二渣再用清水浸泡，淋出三醋。如以头淋醋套头淋醋为老醋；二淋醋套二淋醋3次为双醋，较一般单淋醋质量为佳。
④陈酿及熏醋
陈酿是醋酸发酵后为改善食醋风味进行的储存、后熟过程。陈酿有两种方法，一种是醋醅陈酿，即将成熟醋醅压实盖严，封存数月后直接淋醋。或用此法贮存醋醅，待销售旺季淋醋出厂。另一种是醋液陈酿，即在醋醅成熟后就淋醋，然后将醋液贮入缸或罐中，封存1~2个月，可得到香味醇厚、色泽鲜艳的陈醋。有时为了提高产品质量，改善风味，则将部分醋醅用文火加热至70~80℃，24h后再淋醋，此过程称熏醋。
⑤配兑和灭菌
陈酿醋或新淋出的头醋都还是半成品，头醋进入澄清池沉淀，调整其浓度、成分、使其符合质量标准。除现销产品及高档醋外，一般要加入0.1%苯甲酸钠防腐剂后进行包装。陈醋或新淋的醋液应于85~90℃维持50min杀菌，但灭菌后应迅速降温后方可出厂。一般一级食醋的含酸量5.0%，二级食醋含酸量3.5%。
1.1.4酶法液化通风回流制醋
1）?酶法液化通风回流制醋特点
酶法液化通风回流新工艺，是利用自然通风和醋汁回流代替倒醅的制醋新工艺。本法的特点是：α-淀粉酶制剂将原料进行淀粉液化后再加麸曲糖化，提高了原料的利用率；采用液态酒精发酵、固态醋酸发酵的发酵工艺；醋酸发酵池近底处设假底的池壁上开设通风洞，让空气自然进入，利用固态醋醅的疏松度使醋酸菌得到足够的氧，全部醋醅都能均匀发酵；利用假底下积存的温度较低的醋汁，定时回流喷淋在醋醅上，以降低醋温度醅调节发酵温度，保证发酵在适当的温度下进行。
2）工艺流程
(细菌a-淀粉酶、氯化钙、碳酸钠)
水↓麸曲（松醅、回流）
↓↓↓↓↓
碎米→浸泡→磨浆→调浆→加热→液化→糖化→冷却→液态酒精发酵→酒液→拌和入池→固态醋酸发酵→加盐→淋醋→加热灭菌→装坛→成品。↑↑
↑酒母（麸皮砻糠醋酸菌种子）
食盐
3）生产工艺
①配料
碎米1200kg、麸皮1400kg、砻糠1650kg、碳酸钠1.2kg、氯化钙2.4kg、a-淀粉酶以每克碎米130酶活力单位计3.9kg，麸曲60kg、酒母500kg、醋酸菌种子200kg、食盐100kg、水3250kg(配发酵醪用)。
②?水磨与调浆
将碎米浸泡使米粒充分膨胀，将米与水1:1.5的比例送入磨粉机，磨成70目以上的细度粉浆。使粉浆浓度在20%~23%，用碳酸钠调至pH值6.2~6.4，加入氯化钙和α-淀粉酶后，送入糖化锅。
③液化和糖化
粉浆在液化锅内应搅拌加热，在85~92℃下维持10~15min，用碘液检测显棕黄色表示已达到液化终点，再升温至100℃维持l0min，达到灭菌和使酶失活的目的，然后送入糖化锅。将液化醪冷至60~65℃时加入麸曲，保温糖化35min，待糖液降温至30℃左右，送入酒精发酵容器。
④酒精发酵
将糖液加水稀释至7.5~8.0′Bx，调pH值至4.2~4.4接入酒母，在30~33℃下进行酒精发酵70h，得出约含酒精8.5%的酒醪，酸度在0.3~0.4左右。然后将酒醪送至醋酸发酵池。
⑤醋酸发酵
将酒醪与砻糠、麸皮及醋酸菌种拌合，送入有假底的发酵池，扒平盖严。进池品温35~38℃为宜，而中层醋醅温度较低，入池24h进行一次松醅，将上面和中间的醋陪尽可能疏松均匀，使温度一致。
当品温升至40℃时进行醋汁回流，即从假底放出部分醋液，再泼回醋醅表面，一般每天回流6次，发酵期间共回流120~130次，使醅温降低。醋酸发酵温度，前期可控制在42~44℃，后期控制在36~38℃。经20~25d醋酸发酵，醋汁含酸达6.5%~7.0%时，发酵基本结束。醋酸发酵结束，为避免醋酸被氧化成二氧化碳和水，应及时加入食盐以抑制醋酸菌的氧化作用。方法是将食盐置于醋醅的面层，用醋汁回流溶解食盐使其渗入到醋醅中。淋醋仍在醋酸发酵池内进行。再用二醋淋浇醋醅，池底继续收集醋汁，当收集到的醋汁含酸量降到5%时，停止淋醋。此前收集到的为头醋。然后在上面浇三醋，由池底收集二醋，最后上面加水，下面收集三醋。二醋和三醋共淋醋循环使用。
⑥?灭菌与配兑
灭菌是通过加热的方法把陈醋或新淋醋中的微生物杀死；破坏残存的酶；使醋的成分基本固定下来。同时经过加热处理，醋的香气更浓，味道更和润。
灭菌后的食醋应迅速冷却，并按照质量标准配兑。
1.1.5液体深层发酵制醋
液体深层发酵制醋是利用发酵罐通过液体深层发酵生产食醋的方法，通常是将淀粉质原料经液化、糖化后先制成酒醪或酒液，然后在发酵罐里完成醋酸发酵。液体深层发酵法制醋具有机械化程度高、操作卫生条件好、原料利用率高（可达65-70%）、生产周期短、产品的质量稳定等优点。缺点是醋的风味较差。
1）工艺流程
麸曲酒母醋酸菌
↓↓↓
碎米→浸泡→磨浆→调浆→液化→糖化→酒精发酵→酒醪→醋酸发酵→醋醪→压滤→配兑→灭菌→陈醋→成品
2）生产工艺
在液体深层发酵制醋过程中，到酒精发酵为止的工艺均与酶法液化通风回流制醋相同，不同的是从醋酸发酵开始，采用较大的发酵罐进行液体深层发酵，并需通气搅拌，醋酸菌种子为液态，即醋母。
醋酸液体深层发酵温度为32~35℃，通风量前期为1:0.13/min；中期为1:0.17/min；后期为1:0.13/min。罐压维持0.03MPa。连续进行搅拌。醋酸发酵周期为65~72h。经测定已无酒精，残糖极少，测定酸度不再增加说明醋酸发酵结束。
液体深层发酵制醋也可采用半连续法，即当醋酸发酵成熟时，取出三分之一成熟醪，再加三分之一酒醪继续发酵，如此每20~22h重复一次。目前生产上多采用此法。
1.2发酵乳制品
发酵乳制品是指良好的原料乳经过杀菌作用接种特定的微生物进行发酵作用，产生具有特殊风味的食品，称为发酵乳制品。它们通常具有良好的风味、较高的营养价值、还具有一定的保健作用。并深受消费者的普遍欢迎。常用发酵乳制品有酸奶、奶酪、酸奶油、马奶酒等。
发酵乳制品主要包括酸奶和奶酪两大类，生产菌种主要是乳酸菌。乳酸菌的种类较多，常用的有干酪乳杆菌(Lactobacillus?casei)、保加利亚乳杆菌(L.?bulgaricus)、嗜酸乳杆菌(L.?acidophilus)、植物乳杆菌(L.?plantarum)、乳酸乳杆菌(L.?Lactis)、乳酸乳球菌(Lactococcus?lactis)、嗜热链球菌(Streptococcus?thermophilus)等。
近年来，随着对双歧乳酸杆菌在营养保健方面作用的认识，人们便将其引入酸奶制造，使传统的单株发酵，变为双株或三株共生发酵。由于双歧杆菌的引入，使酸奶在原有的助消化、促进肠胃功能作用基础上，又具备了防癌、抗癌的保健作用。双歧杆菌因其菌体尖端呈分枝状(如Y型或V型)而得名。双歧杆菌是无芽孢革兰氏阳性细菌，专性厌氧、不抗酸、不运动、过氧化氢酶反应为阴性，最适生长温度为37~41℃。初始生长最适pH6.5~7.0，能分解糖。双歧杆菌能利用葡萄糖发酵产生醋酸和乳酸(2：3)，不产生CO2。目前已知的双歧杆菌共有24种，其中9种存在于人体肠道内，它们是两歧双歧杆菌(B.?bifidum)、长双歧杆菌(B.?longum)、短双歧杆菌(B.?brevvis)、婴儿双歧杆菌(B.?angulatum)、链状双歧杆菌(B.?adolescentis)、假链状双歧杆菌(B.?pseudocatenulatum)和牙双歧杆菌(B.?dentmum)等。应用于发酵乳制品生产的仅为前面5种。
双歧杆菌与人体，除了如在酸奶中起到和其它乳酸菌一样的对乳营养成分的“预消化”作用，使鲜乳中的乳糖、蛋白质水解成为更易为人体吸收利用的小分子以外，主要产生双歧杆菌素。其对肠道中的致病菌如沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌等具有明显的杀灭效果。乳中的双歧杆菌还能分解积存于肠胃中的致癌物N-亚硝基胺，防止肠道癌变，并能通过诱导作用产生细胞干扰素和促细胞分裂剂，活化NK细胞，促进免疫球蛋白的产生、活化巨嗜细胞的功能，提高人体的免疫力，增强人体对癌症的抵抗和免疫能力。
目前，发酵乳制品的品种很多，如酸奶、饮料、干酪、乳酪等。现仅简要介绍一下双歧杆菌酸奶的生产工艺。
双歧杆菌酸奶的生产有两种不同的工艺。一种是两歧双歧杆菌与嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌等共同发酵的生产工艺，称共同发酵法。另一种是将两歧双歧杆菌与兼性厌氧的酵母菌同时在脱脂牛乳中混合培养，利用酵母在生长过程中的呼吸作用，以生物法耗氧，创造一个适合于双歧杆菌生长繁殖、产酸代谢的厌氧环境，称为共生发酵法。
1.2.1共同发酵法生产工艺
1）工艺流程
共同发酵法双歧杆菌酸奶的生产工艺流程如下,
　原料乳
↓
　标准化　
↓
调配←(蔗糖10%　+葡萄糖2%)
↓
　均质(15~20MPa)
↓
杀菌(115℃，8min)
↓
冷却(38~40℃)
↓
　适量维生素C→接种←(两歧双歧杆菌6%、嗜热链球菌3%)
↓
　灌装　←　消毒瓶
↓
　发酵(38-39℃，?6h)
↓
　冷却(10℃左右)
↓
冷藏(1~5℃)
↓
　成品
2）生产工艺
双歧杆菌产酸能力低，凝乳时间长，约需18~24h，且由于其属于异型发酵，最终产品的口味和风味欠佳。因而，生产上常选择一些对双歧杆菌生长无太大影响，但产酸快的乳酸菌，如嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、乳脂明串珠菌等与双歧杆菌共同发酵。这样既可以使制品中含有足够量的双歧杆菌，又可以提高产酸能力，大大缩短凝乳时间，缩短生长周期，并改善制品的口感和风味。
1.2.2共生发酵法生产工艺
1）工艺流程
双歧杆菌、酵母共生发酵乳的生产工艺流程如下,
原料乳
↓
　? 　标准化≥9.5%
↓
蔗糖10%十葡萄糖2%→调配
↓
　均质(15~20MPa)
↓
　杀菌(115℃，8min)
↓
冷却(26~28℃)
↓
两歧双歧杆菌6%→接种←乳酸酵母3%
↓
　发酵(26~28℃，2h)
↓?
升温(37℃)
↓
发酵(37℃，5h)
↓
冷却(10℃左右)
↓
罐装
↓
冷藏(l~5℃)
↓
成品
2）?生产工艺
共生发酵法常用的菌种搭配为两歧双歧杆菌和用于马奶酒制造的乳酸酵母(Sacch.?Lactis)，接种量分别为6%和3%。在调配发酵培养用原料乳时，用适量脱脂乳粉加入到新鲜脱脂乳中，以强化乳中固形物含量(固形物大于等于9.5%)，并加入10%蔗糖和2%的葡萄糖，接种时还可加入适量维生素C，以利于双歧杆菌生长。酵母菌的最适生长温度为26~28℃。为了有利于酵母先发酵，为双歧杆菌生长营造一个适宜的厌氧环境，因而接种后，首先在温度26~28℃下培养，以促进酵母的大量繁殖和基质乳中氧的消耗，然后提高温度到30℃左右，以促进双歧杆菌的生长。由于采用了共生混合的发酵方式，双歧杆菌生长迟缓的状况大为改观，总体产酸能力提高，加快了凝乳速度，所得产品酸甜适中，富有纯正的乳酸口味和淡淡的酵母香气，制品酸度为80~900T双歧杆菌活菌数保证在100万个/mL以上。因此，酸奶最好在生产7d内销售出去，而且在生产与销售之间必须形成冷冻链，因为即使在5~10℃以下，存放7d后，双歧活菌的死亡率高达96%，20℃下存放7d后，死亡率达99%以上。
1.3氨基酸发酵
1.3.1概述
氨基酸是组成蛋白质的基本成分，其中有8种氨基酸是人体不能合成但又必需的氨基酸，称为必需氨基酸，人体只有通过食物来获得。另外在食品工业中，氨基酸可作为调味料，如谷氨酸钠、肌苷酸钠、鸟苷酸钠可作为鲜味剂，色氨酸和甘氨酸可作为甜味剂，在食品中添加某些氨基酸可提高其营养价值等等。因此氨基酸的生产具有重要的意义。表7~1列出部分氨基酸生产所用的菌株。
自从60年代以来，微生物直接用糖类发酵生产谷氨酸获得成功并投入工业化生产。我国成为世界上最大的味精生产大国。味精以成为调味品的重要成员之一，氨基酸的研究和生产得到了迅速发展。随着科学技术的进步，对传统的工艺不断地进行改革，但如何保持传统工艺生产的特有风味，从而使新工艺生产出的产品更具魅力，是今后研究的课题。
1.4谷氨酸发酵
1）谷氨酸生产菌
谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium?glutamicum)、乳糖发酵短杆菌(Brevibacterium?lactofermentum)、黄色短杆菌(Brevibacterium?flavum)。我国使用的生产菌株是北京棒杆菌(Corynebacterium?pekinenese?n.sp.)AS1.299、北京棒杆菌D110、钝齿棒杆菌(Corynebacterium?crenatum?n.sp)AS1.542、棒杆菌S-914和黄色短杆菌T6~13（Brevibacterium?flavum?T6~13）等。
在己报道的谷氨酸产生菌中，除芽孢杆菌外，虽然它们在分类学上属于不同的属种，但都有一些共同的特点，如菌体为球形、短杆至棒状、无鞭毛、不运动、不形成芽孢、呈革兰氏阳性、需要生物素、在通气条件下培养产生谷氨酸。
2）生产原料
发酵生产谷氨酸的原料有淀粉质原料：玉米、小麦、甘薯、大米等。其中甘薯和淀粉最为常用；糖蜜原料：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜；氮源料：尿素或氨水。
3）工艺流程
味精生产全过程可分五个部分：淀粉水解糖的制取；谷氨酸生产菌种子的扩大培养；谷氨酸发酵；谷氨酸的提取与分离；由谷氨酸制成味精。
表7-1部分氨基酸及其生产所用菌株
生成的氨基酸 使用的菌株
谷氨酸 　谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌或黄色短杆菌北京棒杆菌（AS1.299）或钝齿棒杆菌（AS1.542或B9）缬氨酸 　　北京棒杆菌（AS1.586(ile-)*）乳糖发酵短杆菌(thr-)DL丙氨酸　?　凝结芽孢杆菌(Bacillus?cuagulans)(met-)脯氨酸链形寇氏杆菌(kurthia?catenoform)(ser-)黄色短杆菌(ile+SGR)*赖氨酸黄色短杆菌(AECR)乳糖发醇短杆菌(AECR+ser-或AECR+Ade-+Gu)谷氨酸棒杆菌(AECR+Leu或AECR+met或AECR+Ala)苏氨酸大肠杆菌(met-+var)?、大肠杆菌?W(DAP_+met+ile_)鸟氨酸谷氨酸棒杆菌(Cit_)?、黄色短杆菌(Cit-或Arg-)亮氨酸黄色短杆菌(ile-+met-+Tar)酪氨酸氨酸棒杆菌(Phe-+Pu-)
*营养缺陷型，R：抗性。
菌种的扩大培养
↓
淀粉质原料→糖化→中和、脱色、过滤→培养基调配→接种→发酵→提取(等电点法、离子交换法等)→谷氨酸→谷氨酸-Na→脱色→过滤→干燥→成品
4）发酵生产工艺
①培养基成分
碳源：碳源是构成菌体和合成谷氨酸的碳架及能量的来源。由于谷氨酸产生菌是异养微生物，因此只能从有机物中获得碳素，而细胞进行合成反应所需要能量也是从氧化分解有机物过程中得到的。实际生产中以糖质原料为主。培养基中糖浓度对谷氨酸发酵有密切的关系。在一定的范围内，谷氨酸产量随糖浓度的增加而增加。
氮源：氮源是合成菌体蛋白质、核酸及谷氨酸的原料。碳氮比对谷氨酸发酵有很大影响。大约85%的氮源被用于合成谷氨酸，另外15%用于合成菌体。谷氨酸发酵需要的氮源比一般发酵工业多得多，一般发酵工业碳氮比为100：0.2~2.0，谷氨酸发酵的碳氮比为100：15~21。
无机盐：是微生物维持生命活动不可缺少的物质。其主要功能是：构成细胞的组成成分；作为酶的组成成分；激活或抑制酶的活力；调节培养基的渗透压；调节培养基的pH；调节培养基的氧化还原电位。起着调节微生物生命活动的作用。发酵时，使用的无机离子有K+、Mg2+、Fe2+、Mn2+等阳离子和PO43-、SO42-、Cl－等阴离子，其用量如下：?
KH2PO40.05%~0.2%；
K2HPO40.05%~0.2%；
MgSO4.7H2O0.005%~0.1%；
FeSO4.7H2O0.0005%~0.01%；
MnSO4..4H2O?0.0005%~0.005%。
生长因子：凡是微生物生命活动不可缺少，而微生物自身又不能合成的微量有机物质都称为生长因子。生长因子通常是指氨基酸、嘌呤、嘧啶和B族维生素的一种，又叫维生素H或辅酶R。糖质为碳源的谷氨酸产生菌几乎都是生物素缺陷型，也就是说这些细菌本身都不能合成生物素。生长素的作用是影响代谢途径；影响细胞的渗透性。
生长因子含量的多少，与生产有着十分密切的关系。实际生产中通过添加玉米浆、麸皮、水解液、糖蜜等作为生长因子的来源，来满足谷氨酸产生菌必须的生长因子。
②培养基
a斜面培养基
葡萄糖?0.1%牛肉膏?1.0%蛋白胨?1.0%氯化钠?0.5%琼脂?2.0%pH?7.0~7.2
121℃灭菌30min(传代和保藏斜面不加葡萄糖)。
b?一级种子、二级种子及发酵培养基
一级种子葡萄糖?2.5%尿素?0.6%KH2PO4?0.1%MgSO4.7H2O?0.04%玉米浆?2.3~3.0mlpH?7.0
二级种子水解糖?3.0%尿素?0.6%玉米浆?0.5~0.6mlK2HPO4?0.1~0.2%MgSO4.7H2O?0.04%pH?7.0
发酵培养基水解糖12~14%尿素?0.5~0.8%玉米浆?0.6mlMgSO4.7H2O?0.06%KCl?0.05%Na2HPO40.17%pH?7.0
③?发酵条件的控制
a温度
谷氨酸发酵前期(0~12h)是菌体大量繁殖阶段，在此阶段菌体利用培养基中的营养物质来合成核酸、蛋白质等，供菌体繁殖用，而控制这些合成反应的最适温度均在30~32℃。在发酵中、后期，是谷氨酸大量积累的阶段，而催化谷氨酸合成的谷氨酸脱氢酶的最适温度在32~36℃，故发酵中、后期适当提高罐温对积累谷氨酸有利。
bpH值
发酵液的pH影响微生物的生长和代谢途径。发酵前期如果pH偏低，则菌体生长旺盛，长菌而不产酸；如果pH偏高，则菌体生长缓慢，发酵时间拉长。在发酵前期将pH值控制在7.5~8.0左右较为合适，而在发酵中、后期将pH值控制在7.0~7.6左右对提高谷氨酸产量有利。
c?通风
在谷氨酸发酵过程中，发酵前期以低通风量为宜；发酵中、后期以高通风量为宜。实际生产上，以气体转子流量计来检查通气量，即以每分钟单位体积的通气量表示通风强度。另外发酵罐大小不同，所需搅拌转速与通风量也不同。
d?泡沫的控制
在发酵过程中由于强烈的通风和菌体代谢产生的CO2，使培养液产生大量的泡沫，不仅使氧在发酵液中的扩散受阻，影响菌体的呼吸和代谢。给发酵带来危害，必须加以消泡。消泡的方法有机械消泡(耙式、离心式、刮板式、蝶式消泡器)和化学消泡(天然油脂、聚酯类、醇类、硅酮等化学消泡剂)两种方法。
e发酵时间
不同的谷氨酸产生菌对糖的浓度要求也不一样，其发酵时间也有所差异。一般低糖(10%~12%)发酵，其发酵时间为36~38h，中糖(14%)发酵，其发酵时间为45h。
1.5黄原胶
1.5.1概况
黄原胶(Xamthan?Gum)别名汉生胶，又称黄单胞多糖，是国际上70年代发展起来的新型发酵产品。它是由甘兰黑腐病黄单胞细菌(Xanthomonas?campestris)以碳水化合物为主要原料，经通风发酵、分离提纯后得到的一种微生物高分子酸性胞外杂多糖。其作为新型优良的天然食品添加剂用途越来越广泛。
国际上，黄原胶开发及应用最早的是美国。美国农业部北方地区Peoria实验室于60年代初首先用微生物发酵法获得黄原胶。1964年，美国Merck公司Keco分部在世界上首先实现了黄原胶的工业化生产。1979年世界黄原胶总产量为2000t，1990年达4000t以上。在美国，黄原胶年产值约为5亿美元，仅次于抗生素和溶剂的年产值，在发酵产品中居第3位。
我国对黄原胶的研究起步较晚，进行开发研究的单位，如南开大学、中科院微生物研究所、山东食品发酵研究所等，均已通过中试鉴定。目前全国有烟台、金湖、五连等数家黄原胶生产厂，年产在200t左右，主要用作食品添加剂。我国生产黄原胶的淀粉用量一般在5%左右，发酵周期为72~96h，产胶能力30~40g/L，与国外比较，生产水平较低。随着黄原胶生产和应用范围的进一步发展，目前北京、四川、郑州、苏州、山东等地都有黄原胶生产新厂建成，预示着我国的黄原胶生产将呈现一个新的局面。
1.5.2黄原胶的分子结构及其性质
1）?黄原胶的分子组成
黄原胶是以5分子糖为一单元，由与此相同的单元聚合而成的高分子多糖物质。每一单元由2分子葡萄糖，2分子甘露糖和1分子葡萄糖醛酸组成。其主链由β-葡萄糖通过1，4-糖苷键相连而成的2分子葡萄糖为单元，其结构与纤维素结构相同，相间在葡萄糖的C3上连有2分子甘露糖和1分子葡萄糖醛酸构成侧链。在侧链上有丙酮酸及竣酸侧基。因其侧链含酸性基团，在水溶液中呈多聚阴离子，构成黄原胶的三级立体结构：带阴离子的侧链缠绕主链形成螺旋结构，分子间靠氢键形成双股螺旋，而双股螺旋结构间又是靠微弱的非共价键维系，形成规则的"超级接合带状的螺旋聚合体”。
2）?黄原胶的性质
①典型的流变特性
随着剪切速率增加，因胶状网络遭到破坏，导致粘度降低，胶液变稀，但一旦剪切力消失，粘度又可恢复，因而使黄原胶具有良好的泵送和加工性能。利用这种特性在需要添加增稠剂的液体中加入黄原胶，不仅液体在输送过程中容易流动，而且静止后又能恢复到所需要的粘度，因此被广泛应用于饮料行业。
②低浓度时的高粘性
含2%~3%黄原胶的液体，其粘度高达3~7Pa.s。黄原胶的高粘性使其具有广阔的应用前景，但同时又给生产上的后处理带来麻烦。
③耐热性
黄原胶在相当宽的温度范围内(-98~90℃)粘度几乎无变化。黄原胶即使在130℃的高温下保持36min后冷却，溶液的粘度也无明显变化。在经多次冷冻-融化循环后，胶液的粘度并不发生改变。在高温条件下若添加少量电解质如0。5%NaCI，可稳定胶液的粘度。
④耐酸、碱性
黄原胶水溶液的粘度几乎与pH值无关。这一独特性质是其他增稠剂如竣甲基纤维素(CMC)等所不具备的。
⑤相容性及溶解性
黄原胶可与绝大部分的常用食品增稠剂溶液溶混，特别是与藻酸盐类、淀粉、卡拉胶、瓜胶溶混后，溶液的粘度以叠加的形式增加。
黄原胶易溶于水，不溶于醇、酮等极性溶剂。在非常广的温度、pH和盐浓度范围内，黄原胶很容易溶解于水中，其水溶液可在室温下配制，搅动时应尽可能减少空气混人。如果将黄原胶预先与一些干物质如盐、糖、味精等混匀，然后用少量水湿润，最后加水搅拌，这样配制出的胶液其性能更好。
⑥?分散性及保水性
黄原胶是食品添加剂中优良的悬浮剂和乳化稳定剂。黄原胶对食品具有良好的保水、保鲜作用。
1.5.3黄原胶的生产
1）?工艺流程
菌种的扩培→发酵原料配比→发酵→发酵条件控制→分离→提纯→干燥
2）菌种
黄原胶生产有广泛的微生物来源，黄单胞菌属的许多种类菌株都能产生黄原胶。目前，国内外用于生产黄原胶的菌种大多是从甘兰黑腐病病株上分离到的甘兰黑腐病黄单胞菌，也称野油菜黄单胞菌。另外生产黄原胶的菌种还有菜豆黄单胞菌(X.?phaseoli)、锦葵黄单胞菌(X.?Malvacearum)和胡萝卜黄单胞菌(X.?carotae)等。我国目前已开发出的菌株有南开-01、山大-152、008、L4和L5。这些菌株一般呈杆状，革兰氏染色阴性，产荚膜。在琼脂培养基平板上可形成黄色粘稠菌落，液体培养可形成粘稠的胶状物。
3）发酵培养基
黄原胶发酵培养基的碳源一般是糖类、淀粉等碳水化合物。在黄单胞菌菌体内酶的作用下，1、6-糖苷键被打开，形成直链多糖，经进一步转化，最终变成产物黄原胶。氮源一般以鱼粉和豆饼粉为主。另外，还添加一些微量无机盐，如铁、锰、锌等的盐类。特别是轻质碳酸钙以及NaH2PO4和MgSO4，它们对黄原胶的合成有明显的促进作用。
例如南开大学的南开-01菌种所使用的摇瓶发酵培养基如下：玉米淀粉4%，鱼粉蛋白胨0.5%，轻质碳酸钙0.3%，自来水配制，pH7.0。在大罐生产中将鱼粉蛋白胨改成鱼粉直接配料，其他原料不变。国外用作黄原胶发酵的碳源多数是葡萄糖。
4）发酵
①摇瓶发酵
摇瓶发酵条件：接种量1%~5%，旋转式摇床转速220r/min，培养温度28℃，发酵72h左右。发酵结束，黄原胶产酸能力为20~30g/L，对碳源的转化率在60%~70%。
②?工业化生产
接种量为5%~8%。由于培养基的高粘度，黄原胶生产属高需氧量发酵，需大通风量，一般为1~0.6m3/（m3min)。发酵温度为25~28℃。碳源的起始浓度一般在2%~5%。
黄原胶的收率取决于碳、氮源的种类和发酵条件。目前收率一般在起始糖量的40%~75%。黄单胞菌容易利用有机氮源，而不易利用无机氮源。有机氮源包括鱼粉蛋白胨、大豆蛋白胨、鱼粉、豆饼粉、谷糠等。其中以鱼粉蛋白胨为最佳，它对产物的生成有明显的促进作用，一般使用量为0.4%~0.6%。在氮源浓度较低时，随氮源浓度的提高，细胞浓度也增加，黄原胶的合成速率加快，黄原胶得率也相应提高。起始氮源在中等浓度时，细胞浓度和黄原胶的合成速率均有提高，发酵时间被缩短，但黄原胶的得率却降低，这是因为细胞生长过快，使用于细胞生长及维持细胞生命的糖量增加，用于合成黄原胶的糖反而减少，导致黄原胶得率下降。如果采用发酵后期流加糖的方法，使糖浓度始终维持在一定的水平，那么，由于补加的糖只用于细胞维持生命及合成黄原胶，而没有生长的消耗，从而得率就可比间歇发酵有较大提高。若起始氮源的浓度再提高，虽然细胞浓度有所增加，但黄原胶得率及合成速率却降低了。其主要原因是"氧限制"，高浓度细胞随着发酵的进行，发酵液粘度不断增大，体积传质系数降低，造成氧供应能力逐渐下降，合成速率变慢，得率降低。
黄原胶发酵培养基的起始pH值一般控制在6.5~7.0，这有利于初期的细胞生长和后期的黄原胶合成。
5）?黄原胶的分离提取
黄原胶通常由玉米淀粉辅以氮源及微量元素经微生物发酵后制得。发酵醪中除含黄原胶(3%左右)外，还有菌丝体、未消耗完的碳水化合物、无机盐及大量的液体。其中菌丝体等固形物占20%，水溶性无机盐占10%。如果菌丝体等固形物混杂在黄原胶成品中，会造成产品的色泽差、味臭，从而限制了黄原胶的使用范围。因此黄原胶的分离提取，其目的在于按产品质量规格的要求将发酵醪中的杂质不同程度地除去，通过纯化、分离、浓缩和干燥等手段获得成品。黄原胶成品分食品级、工业级和工业粗制品3种。
①?溶剂沉淀法
先将发酵液用6mol/LHCI酸化，然后加入工业酒精使黄原胶沉淀。过滤后沉淀物先后用工业酒精和10%KOH洗涤，过滤，沉淀物干燥后进行粉碎，经过筛制得成品。本法由于直接用HCl和工业酒精进行酸化沉淀，没有去除掉菌体，因此仅能制得工业级黄原胶。
为了制得食品级黄原胶，在上面的方法基础上增加了离心除菌体和多次用酒精进行沉淀、洗涤的操作，从而提高了成品的纯度。
溶剂沉淀法工艺简单，产品质量高，大型化生产技术成熟，是目前国内采用的主要生产方法，但该方法溶剂用量大，需设置溶剂回收设备，投资较大，生产成本高。本法提取收率在97.7%。
②钙盐-工业酒精沉淀法
在酸性条件下，黄原胶与氯化钙形成黄原胶钙凝胶状沉淀；加入酸性酒精脱去钙离子，使成短絮状沉淀；过滤，在沉淀中加人酒精并用氢氧化钾溶液调节pH值。
③?絮凝法
絮凝剂与黄原胶作用产生絮状沉淀，然后将沉淀物脱水，得到固型物含量为25%左右的湿滤饼；用多糖的非溶剂在适当条件下洗提上述湿滤饼，使其变为水溶性多糖。然后过滤，将水溶性滤饼干燥；经粉碎、筛分后得到合格的黄原胶成品。
④直接干燥法
本法采用滚筒干燥或喷雾干燥等方法，直接将发酵液进行干燥，从而制成工业粗制品级的黄原胶。该方法因为没有分离提纯工序，所以成品质量差，限于对黄原胶质量要求不高的场合使用，有利于降低产品成本。
⑤超滤脱盐法
本法采用近代分离技术，对高分子的黄原胶与小分子的无机盐和水进行超滤分离，将黄原胶发酵液浓缩至2.5%~5%，而无机盐浓度从10%降低至0.5%~1%，然后再进行喷雾干燥。本法与直接干燥法相比，产品质量有所提高，达到工业精制品等级。
⑥?酶处理-超滤浓缩法
本法用酶处理发酵液，将蛋白质水解，从而使发酵液变得澄清，简化了离心过滤这一步工序。本法使用的酶包括碱性蛋白酶，酸性或中性蛋白酶，或用复合酶共同进行作用。用酶处理后，不但发酵液澄清度提高，而且氮含量降低，过滤性能得到改善，在微孔过滤中过滤速度可提高3~20倍，成品质量也有提高。
综上所述，黄原胶的分离提取方法很多，但在应用上都受到各自条件、特点的制约。比较而言，采用超滤浓缩纯化发酵液的方法是比较理想的选择。
6）?黄原胶的干燥
为了便于保藏和运输，一般都将黄原胶制成干品。黄原胶的干燥有不同的处理方法：真空干燥、滚筒干燥、喷雾干燥、流化床干燥以及气流干燥。由于黄原胶是热敏性物质，不能承受长时间的高温处理，因此使用喷雾干燥法会使黄原胶的溶解性变差。滚筒干燥虽然热效率较高，但机械结构较复杂，用于大型工业化生产目前还难实现。带有惰性球的流化床干燥，因兼有强化传热传质以及研磨粉碎的功能，物料滞留时间也较短，所以适合像黄原胶那样的热敏性粘稠物料进行干燥。
2食品制造中的酵母及其应用
酵母菌与人们的生活有着十分密切的关系，几千年来劳动人民利用酵母菌制作出许多营养丰富、味美的食品和饮料。目前，酵母菌在食品工业中占有极其重要的地位。利用酵母菌生产的食品种类很多，下面仅介绍几种主要产品。
2.1面包?
面包是产小麦国家的主食，几乎世界各国都有生产。它是以面粉为主要原料，以酵母菌、糖、油脂和鸡蛋为辅料生产的发酵食品，其营养丰富，组织蓬松，易于消化吸收，食用方便，深受消费者喜爱。
2.1.1酵母
1)?酵母菌种1?
酵母是生产面包必不可少的生物松软剂。面包酵母是一种单细胞生物，属真菌类，学名为啤酒酵母。面包酵母有圆形、椭圆形等多种形态。以椭圆形的用于生产较好。酵母为兼性厌氧性微生物，在有氧及无氧条件下都可以进行发酵。酵母生长与发酵的最适温度为26~30℃，最适pH为5.0~5.8。酵母耐高温的能力不及耐低温的能力，60℃以上会很快死亡，而-60℃下仍具有活力。
生产上应用的酵母主要有鲜酵母、活性干酵母及即发干酵母。鲜酵母是酵母菌种在培养基中经扩大培养和繁殖、分离、压榨而制成。鲜酵母发酵力较低，发酵速度慢，不易贮存运输，0~5℃可保存二个月，其使用受到一定限制。活性干酵母是鲜酵母经低温干燥而制成的颗粒酵母，发酵活力及发酵速度都比较快，且易于贮存运输，使用较为普遍。即发干酵母又称速效干酵母，是活性干酵母的换代用品，使用方便，一般无需活化处理，可直接生产。
目前，我国市场上的活性干酵母有中外合资企业生产的梅山牌、安琪牌、东莞牌等产品，另外还有进口法国、荷兰、德国的产品。在选购时应注意产品的生产日期、包装是否密封，且必须注意选购适合配方要求的酵母如耐高糖与低糖的酵母。只有酵母质量有保障才能生产出高质量的面包。对于贮存时间过长的酵母在生产前要对其活力进行测定。
2)?酵母菌在面包制作中的作用
体积大、组织松软。酵母在发酵时利用原料中的葡萄糖、果糖、麦芽糖等糖类及a-淀粉酶对面粉中淀粉进行转化后的糖类进行发酵作用，产生CO2，使面团体积膨大，结构疏松，呈海绵状结构；
改善面包的风味。发酵后的面包与其他各类主食品相比，其风味自有特异之处。产品中有发酵制品的香味，这种香气的构成极其复杂。
增加面包的营养价值。在面团制作过程中，酵母中的各种酶对面团中的各种有机物发生的生化反应，将高分子的结构复杂的物质变成结构简单的、相对分子质量较低能为人体直接吸收的中间生成物和单分子有机物，如淀粉中的一部分变成麦芽糖和葡萄糖，蛋白质水解成胨、肽和氨基酸等生成物。这对人体消化吸收非常有利，提高了谷物的生理价值。酵母本身蛋白质含量甚高，且含有多种维生素，使面包的营养价值增高。
2.1.2生产面包的主要原辅料
1)?面粉
面粉的质量通常表现在面筋的量和质上。质量好的面粉，面筋延伸性大、弹性好，做出的面包体积大而膨松；反之面筋延伸性小、弹性差，调制的面团板结，不易起发。所以生产中常将面筋量大质差和量小质优的面粉搭配使用，以互相弥补不足。
2)?糖
糖是面包的重要辅料之一。使用最多的为蔗糖，其次为淀粉糖浆、葡萄糖、饴糖等。糖在面包生产中的作用有：提供酵母生长所需的碳源；参与美拉德反应，形成面包特有的色、香、味；增加甜味及营养价值；糖的吸湿与持水性能可增加面包的软性，延长其保存期。
3)油脂
油脂是面包生产的又一重要辅料。油脂可改善面包的风味和口感，且油脂的润滑作用有利于面包的体积增大。但油脂用量过多会因油膜的隔离作用影响面团的形成、酵母发酵和表皮上色。
4)其它辅料
蛋品在点心面包中应用较多，可增加点心面包的营养价值；由于蛋品中蛋白质将空气包成微型气室(搅拌时具有发泡功能)，烘烤时有利于面包的体积增大、组织疏松；另外，蛋品中的硫氢基化合物及磷脂的存在有利于延长面包的保存期。
乳品在高档面包中使用较多，可赋予面包优良风味和较高营养价值，且有助于面包上色及延长面包保存期。一般用量为4%-6%，过多会影响发酵。
果料在点心面包中使用，主要有果脯、果干、果仁、果酱等，可切成小块混入面团中或作为夹馅料。果料使用量以15%~20%为宜。
5)添加剂
使用于面包中的添加剂种类很多，主要有面团改良剂、乳化剂、营养强化剂、酵母营养剂等。
面团改良剂是指能够改善面团加工性能的一类添加剂，主要包括氧化剂和还原剂，另外还有一些酶制剂及活性面筋等。氧化剂能够增强面团筋力，提高面团弹性、韧性与持气性。它可以使面筋蛋白中的硫氢基形成二硫键，形成大分子网络结构，并可抑制蛋白酶活性；酶制剂主要指α-淀粉酶，可促进淀粉分解，有利于酵母发酵；乳化剂有利于面包同各种原辅料混合均匀，并且有利于蛋白质分子的互相连接，增加面团的持气性，此外乳化剂还具有抗衰老、保鲜作用。
2.1.3面包生产分类
面包生产有传统的一次发酵法、二次发酵法及新工艺快速发酵法等。我国生产面包多用一次发酵法及二次发酵法，近年来，快速发酵法应用也较多。
1)一次发酵法工艺流程
活化酵母
↓
原料处理→面团调制→面团发酵→分块、搓圆→整形→醒发→烘烤→冷却→包装
一次发酵法的特点是生产周期短，所需设备和劳力少，产品有良好的咀嚼感，有较粗糙的蜂窝状结构，但风味较差。该工艺对时间相当敏感，大批量生产时较难操作，生产灵活性差。
2)二次发酵法工艺流程
原辅料处理→第一次和面→第一次发酵→第二次和面→第二次发酵→整形→醒发→烘烤→冷却→成品↑↑
(部分面粉、部分水、全部酵母)(加入剩下的原辅料)

二次发酵法即采取两次搅拌、两次发酵的方法。第一次搅拌时先将部分面粉(占配方用量的1/3)、部分水和全部酵母混合至刚好形成疏松的面团。然后将剩下的原料加入，进行二次混合调制成成熟面团。成熟面团再经发酵、整形、醒发、烘烤制成成品。
二次发酵法应用较多，其特点是生产出的面包体积大、柔软，且具有细微的海绵状结构，风味良好、生产容易调整，但周期长操作工序多。
2.1.4面包生产工艺
如果不考虑发酵方法，面包生产工艺主要包括面团调制、发酵、整形、醒发、烘烤、冷却和包装等工序。
1)?面团调制
调制面团是生产面包的关键工序之一，它是将经过处理的原辅料按配方用量和工艺要求，通过和面机的机械作用调制成发酵面团的过程。面团调制主要作用是使酵母、水和其他各种辅料与面粉混合均匀，使和好的面团具有良好的工艺性能和组织结构以利于发酵和烘烤。
面团调制分为一次搅拌法和二次搅拌法。一次搅拌法就是先将全部面粉和水投入和面机内，再倒入糖、盐等辅料溶液，搅拌后加入活化好的酵母液，混合片刻，最后加入油脂，继续搅拌，直至面团成熟。
二次搅拌法是先将30%~70%的面粉，40%左右的水，全部酵母液和成软硬合适、温度为26~28℃的面团，开始第一次发酵。此次调制的目的是为制备种子面团作准备。第二次调制是将第一次发酵成熟的种子面团和剩下的原辅料(不包括油脂)在和面机中一起搅拌，快成熟时放入油脂继续搅拌，直至面团温度合适(26~38℃)、不粘手、均匀而有弹性时为止，然后进行第二次发酵。
2)?面团发酵
①面团发酵的一般原理
面团发酵就是在适宜条件下，酵母利用面团中的营养物质进行繁殖和新陈代谢，产生CO2气体，使面团膨松，并使面团营养物质分解为人体易于吸收的物质。
单糖是酵母最好的营养物质，而面粉中单糖含量很少，不能满足酵母发酵的需要。但面粉中含有相当多的淀粉酶，它将淀粉分解为麦芽糖，麦芽糖及蔗糖在酵母本身分泌的麦芽糖酶及蔗糖酶作用下分解为单糖被酵母利用。面包用酵母是一种典型的兼性厌氧微生物，有氧时呼吸旺盛，酵母将糖氧化分解成CO2和水，并释放能量。随着发酵的进行，面团中氧气迅速减少，酵母的有氧呼吸转变为缺氧呼吸，糖被分解为酒精和少量CO2及能量。实际生产中，上述两种作用是同时进行的，发酵初期，前者为主反应；发酵后期，为使发酵旺盛进行，应排除面团中的CO2气体，补充空气。整个发酵过程中均有大量CO2气体产生，因而能使面团膨松，形成大量蜂窝。
②?一次发酵法
一次发酵法发酵室温度26~28℃，相对湿度75%，发酵时间2~4h，在发酵期间常进行1~2次揿粉以排除CO2，补充空气。
③二次发酵法
第一次发酵即种子面团发酵，温度为25~30℃，时间2~4h，相对湿度75%；第二次发酵即生面团发酵，温度28~32℃，时间2~3h。
2.1.5整形与醒发
发酵成熟的面团应立即进入整形工序。整形工序包括面团的切块、称量、搓圆、静置、整形和入盘。整形后的面包坯在醒发室进行最后一次发酵，然后入炉烘烤。
醒发就是将整形后的面包坯在较高温度下经最后一次发酵(酵母快速呼吸，放出更多的气体)，使面包坯迅速起发到一定程度，形成松软的海绵状组织和面包的基本形状，以保证成品体积大而丰满且形状美观。醒发一般在醒发室内进行，温度38~40℃，相对湿度85%，时间45~60min。
2.1.6烘烤
1)?烘烤原理
醒发后的面包坯应立即进入烤炉烘烤，面包坯在炉内经过高温作用，由生变熟，并产生面包特有的膨松组织、金黄色表皮和可口风味。面包坯在烘烤过程中会发生一系列的物理、化学及微生物的变化。
面包坯中酵母在入炉初期，开始了比以前更加旺盛的生命活动，产生大量CO2气体，使面包坯体积进一步增大。当烘烤继续进行，面包坯温度上升到44℃时，酵母产气能力下降，50℃时开始死亡，60℃时全部死亡。除了酵母菌外，面包中还有部分产酸菌，主要是乳酸菌，当面包坯进入烤炉时，它们的主要生命活动随温度升高而加快，当超过其最适温度时，其生命活动逐渐减弱，大约到60℃时，全部死亡。
淀粉和蛋白质是面包坯的两大主要成分。在烘烤过程中，淀粉遇热糊化，面包坯由生变熟，同时，部分淀粉在酶的作用下分解为糊精和麦芽糖。面包坯中的蛋白质主要以面筋形式存在，当加热面包至60~70℃时，面包中蛋白质开始变性凝固，并释放出胀润时所吸收的水分。部分蛋白质在酶作用下分解为肽、胨及氨基酸。
面包表皮的褐色是在高温下产生的。食品的褐变主要有三种:酶促褐变、焦糖化反应及美拉德反应。面包表皮的褐变因在高温下产生而与酶促褐变无关。许多研究表明，面包褐变主要是由面包坯中的氨基酸与还原糖在150℃的高温下产生美拉德反应引起，焦糖化反应是次要的。
2)?面包焙烤技术
面包的焙烤过程大致可分为三个阶段,
入炉初期，焙烤应当在温度较低和相对湿度较高(60%~70%)的条件下进行。面火要低(120℃)，底火要高(250℃)，这样有利于面包体积的增大。烘烤时间2~3min；当面包瓢温度达到50~60℃时，便进入第二阶段。这时，可适当提高炉温，底火、面火温度都可达270℃，这样有利于面包快速失水及定型；主要作用是使面包皮着色和增加香气。这时应降低炉温，面火温度高于底火温度，为180~200℃；底火温度140~160℃。
面包烘烤时间，因面包的质量大小、形状、烤模形式等而不同，大面包则时间长且温度不宜过高，否则会皮焦心不熟。同样质量的面包，圆面包、装模面包时间相应要长些。
2.1.7面包的冷却与包装
面包冷却的方法有自然冷却和吹风冷却两种。前者是在室温下进行，产品质量好，但所需的时间长；后者是用吹风机强行冷却优点是速度快且卫生，但风力过大会使面包表面开裂。冷却至面包中心温度为35~36℃或室温即可。在此过程中，面包质量会损失1%~3.5%。
冷却后的面包应及时包装。经包装的面包可以避免水分的大量损失，防止干硬，保持面包的新鲜度，同时可以减少微生物的侵染，保持面包的清洁卫生，还能使产品美观，便于出售。
2.1.8面包的老化
面包的货架期很短，这是因为随着存放时间的延长，在面包中会发生一系列不良变化，主要有面包皮变硬、面包瓢变紧、风味变差、吃起来易掉渣等，这些现象统称为面包的"老化"。现代研究表明，面包的老化主要是因为淀粉的重结晶引起的。预防老化的方法有及时包装、贮运，使用乳化剂、α-淀粉酶、油脂等添加剂，使用高筋粉，在较高温度下贮藏(温度高于20℃)等。
2.2酿酒
我国是一个酒类生产大国，也是一个酒文化文明古国，在应用酵母菌酿酒的领域里，有着举足轻重的地位。许多独特的酿酒工艺在世界上独领风骚，深受世界各国赞誉，同时也为我国经济繁荣作出了重要贡献。
酿酒具有悠久的历史，产品种类繁多如：黄酒、白酒、啤酒、果酒等品种。而且形成了各种类型的名酒，如绍兴黄酒、贵州茅台酒、青岛啤酒等。酒的品种不同，酿酒所用的酵母以及酿造工艺也不同，而且同一类型的酒各地也有自己独特的工艺。
2.2.1啤酒
啤酒是以优质大麦芽为主要原料，大米、酒花等为辅料，经过制麦、糖化、啤酒酵母发酵等工序酿制而成的一种含有C02、低酒精浓度和多种营养成分的饮料酒。它是世界上产量最大的酒种之一。
1)?原辅料
大麦是生产啤酒的主要原料，其原因有：大麦在世界范围种植面极广，而且发芽能力强，价格又较便宜；大麦经发芽、干燥后制成的干大麦芽内含各种水解酶酶源和丰富的可浸出物，因此能较容易制备到符合啤酒发酵用的麦芽汁；大麦的谷皮是很好的麦芽汁过滤介质。大米是啤酒酿造的辅助原料，主要是为啤酒酿造提供淀粉来源。玉米也是啤酒酿造的淀粉质辅料。酒花是在啤酒酿造中不可少的辅助原料。酒花在啤酒生产中的主要作用是：赋予啤酒香气和爽口的苦味；提高啤酒泡沫的持久性；使蛋白质沉淀，有利于啤酒的澄清；酒花本身有抑菌作用，增强麦芽汁和啤酒的防腐能力。
2)?制麦
制麦的目的是使大麦产生各种水解酶类，并使麦粒胚乳细胞的细胞壁受纤维素酶和蛋白水解酶作用后变成网状结构，便于在糖化时酶进入胚乳细胞内，进一步将淀粉和蛋白质水解。通过制麦，使大麦胚乳细胞壁受损适度，淀粉和蛋白质等达到溶解状态，在糖化阶段被溶出。同时要将绿麦芽进行干燥处理，除去过多的水分和生腥味，而且要使麦芽具有酿造啤酒特有的色、香、味。
①?工艺流程
原料大麦→粗选→精选→分级→洗麦→浸渍→发芽→绿麦芽→干燥→除根→贮藏→成品麦芽
②制麦工艺
水分、氧气和温度是麦粒发芽的必要条件。大麦经水浸渍后，含水达40%~48%，在制麦过程中需要通入饱和湿空气，环境的相对湿度要维持在85%以上。麦粒发芽因呼吸作用而耗氧，同时产生大量的CO2，因此在制麦芽时要进行通风。通风既能供给氧气，又能带走麦粒呼吸产生的CO2，有利于麦粒发芽。但通风既不能过大也不能过少，通风过大麦芽呼吸作用太旺盛，营养物质消耗过多；通风过少容易发生霉烂现象。发芽的温度一般为13~18℃。温度过低，发芽周期延长；温度太高，麦芽生长速度快，营养物质耗费多。
大麦在发芽过程中，酶原被激活并生成许多水解酶，例如：淀粉酶、蛋白酶、磷酸酯酶和半纤维素酶等。与此同时，麦粒本身含有的物质如淀粉、蛋白质等大分子在各种水解酶的作用下达到适度的溶解。溶解的程度直接关系到糖化的效果，进而影响到啤酒的品质。质量好的麦芽粉碎后，粗、细粉差与浸出率差比较小，糖化率及最终发酵度高，溶解氮和氨基氮的含量高，粘度小。
另外，在大麦发芽的过程中，应避免阳光直射，因日光能促进叶绿素形成，有害啤酒风味和色泽。
3)?麦芽汁的制备
啤酒生产过程中的麦芽汁制备也叫糖化。麦芽汁的制备就是将干麦芽粉碎后，依靠麦芽自身含有的各种酶类，以水为溶剂，将麦芽中的淀粉、蛋白质等大分子物质分解成可溶性的小分子糊精、低聚糖、麦芽糖和肽、胨、氨基酸，制成营养丰富、适合于酵母生长和发酵的麦芽汁。质量好的麦芽汁，麦芽内容物的浸出率可达到80%。
①工艺流程
麦芽→粉碎→麦芽粉→?↓麦糟酒花
↓↓↑↓?
大米→粉碎→大米粉→糊化→糖化→过滤→煮沸→澄清→冷却→定型麦芽汁。
↑
水
②?原料处理
为了提高浸出率，原料和辅料必须进行粉碎。麦芽原料的粉碎要求做到皮壳破而不碎，且胚乳尽可能的细，从而避免由于皮壳过细造成的过滤困难。对于像大米、玉米等辅助原料则要求越细越好。
③糊化及糖化
糊化即是辅料在50℃的料液中，其淀粉颗粒吸水膨胀，表层胶质溶解，内部的淀粉分子脱离膨胀的表层进入水中，再升温至70℃左右成糊状物，为下一步进行糖化反应作必要的准备。糖化是啤酒酿造最重要的工艺之一，它主要是利用麦芽自身的各种酶类，把原料中的不溶性的高分子物质，分解成可溶性的低分子物质。因此，如何最大限度地利用各种酶的活力，是问题的关键。不同的酶有其自身最合适的反应温度、pH值和糖化工艺。在本工艺过程中主要就是围绕这两者来进行的。另外，还要注意在最大限度地提高浸出率的同时，还要控制适当的糖与非糖的比例。
糖化的方法很多，主要可分为煮出法和浸出法两大类。煮出糖化法根据醪液煮沸的次数，又可分为一次、两次及三次煮出法。目前国内绝大多数企业生产淡色啤酒都采用二次煮出法进行糖化。
二次煮出法的特点是将辅助原料和部分麦芽粉在糊化锅中与45℃温水混合，并升温煮沸糊化(第一次煮沸)。与此同时，麦芽粉与温水在糖化锅中混合并以45~55℃保温，进行蛋白质休止(即蛋白质分解过程)，时间在30~90?min。接着将糊化锅中已煮沸的糊化醪泵入糖化锅，使混合醪温达到糖化温度(65~68℃)，保温进行糖化，直到与碘液不起呈色反应为止。然后从糖化锅中取出部分醪液(一般取底部占总量二分之一的浓醪)泵人糊化锅煮沸(第二次煮沸)，再泵回糖化锅，使醪液升温至75~78℃，静止l0?min后进行过滤。
4)?过滤
麦汁过滤的方法有过滤槽法、压滤机法和快速过滤法等，目前国内多数啤酒生产企业主要采用过滤槽法。过滤槽法是以麦糟本身为过滤介质，在过滤前先行成过滤层，逐渐过滤出清亮的麦汁。当糖化液即将过滤完毕时（在过滤层漏出之前）要立即进行洗糟，洗出残留于糟层中的糖分等，提高麦汁回收率。洗糟水的温度为75~78℃为好。若水温过高将会把皮层的苦味成分如多酚类物质溶出，影响啤酒的质量；若洗糟水过低残糖不易从皮糟中洗出。
5)?煮沸和酒花添加
经过滤后清亮的麦汁，还需要煮沸。煮沸是蒸发掉多余水分，浓缩到规定浓度；破坏全部酶系，稳定麦汁成分；使热凝固物析出；杀死麦汁中的杂菌及浸出酒花中的有效成分。麦汁煮沸的基本要求是要有一定的煮沸强度和时间。煮沸强度是指单位时间内所蒸发掉的水分占麦芽汁的百分比例。一般煮沸强度以8%~12%为宜，煮沸时间为1.5~2h。酒花是在煮沸过程中添加的，用量为麦汁总量的0.1%~0.2%，一般在麦汁煮沸过程中分三次添加，第一次在麦汁初沸时加入，为总量的五分之一，第二次在麦汁煮沸后40~50?min加人，为总量的五分之二，第三次在结束麦汁煮沸前l0min加入，为总量的五分之二。但也有的厂家分两次或四次加入酒花。
6)?澄清及冷却
麦芽汁经过煮沸后，含有一定量的酒花糟和产生一系列的热凝固物，后者对啤酒发酵过程与啤酒的非生物学稳定性有很大的危害。一般啤酒企业采用回旋沉淀法和自然沉淀法除去。麦汁冷却的目的，主要是使麦汁达到主发酵最适宜的温度6~8℃，同时使大量的冷凝固物析出。另外，为了满足酵母在主发酵初期繁殖的需要，要充入一定量的无菌空气，此时的麦汁我们叫它定型麦汁。麦汁冷却设备通常采用薄板冷却器。
7)发酵
①?啤酒酵母
根据酵母在啤酒发酵液中的性状，可将它们分成两大类：上面啤酒酵母(Saccharomyces?cerevisiae)和下面啤酒酵母(Saccharomyces?carlsbergensis)。上面啤酒酵母(Saccharomyces?cerevisiae)在发酵时，酵母细胞随CO2浮在发酵液面上，发酵终了形成酵母泡盖，即使长时间放置，酵母也很少下沉。下面啤酒酵母(Saccharomyces?carlsbergensis)在发酵时，酵母悬浮在发酵液内，在发酵终了时酵母细胞很快凝聚成块并沉积在发酵罐底。按照凝聚力大小，把发酵终了细胞迅速凝聚的酵母，称为凝聚性酵母；而细胞不易凝聚的下面啤酒酵母，称为粉未性酵母。影响细胞凝聚力的因素，除了酵母细胞的细胞壁结构外，外界环境(例如麦芽汁成分、发酵液pH值、酵母排出到发酵液中的CO2量等)也起着十分重要的作用。国内啤酒厂一般都使用下面啤酒酵母生产啤酒。
上面啤酒酵母和下面啤酒酵母，两者在细胞形态、对棉子糖发酵能力、凝聚性以及啤酒发酵温度等方面有明显差异。但当培养组分和培养条件改变时，两种酵母各自的特性也会发生变化。
用于生产上的啤酒酵母，种类繁多。不同的菌株，在形态和生理特性上不一样，在形成双乙酰高峰值和双乙酰还原速度上都有明显差别，造成啤酒风味各异。
②?啤酒酵母的扩大培养流程
扩大培养是将实验室保存的纯种酵母，逐步增殖，使酵母数量由少到多，直至达到一定数量后，供生产需要的酵母培养过程。
斜面试管—→5ml麦芽汁试管3支(各活化3次)—→25ml麦芽汁试管3只—→250ml麦芽汁三角瓶3支—→3L麦芽汁三角瓶3支—→100L铝桶1只(第1次加麦芽汁18L第2次加麦芽汁73L)—→100L大缸3只(一次加满)—→1T增殖槽1只(加麦芽汁600L)—→5T发酵槽(第一次加麦芽汁1.8T第二次加麦芽汁3.2T)
③?啤酒酵母扩大培养工艺
在无菌室打开原菌试管，挑取1菌耳酵母菌菌落，接人己灭菌的盛有5ml麦芽汁的试管中，共3支试管，每支接1菌耳。接种后塞好棉塞，置25℃恒温箱中培养24h。
从上述3支已活化1次的酵母试管中，分别挑取菌液3~4菌耳，接种到盛有5ml已灭菌麦芽汁的另外3支试管中，于25℃可培养24h。接着再重复1次，总共活化3次。
将3支经3次活化的试管酵母，分别倒入3支盛有25ml灭菌麦芽汁的试管中。接种后，试管口用火焰灭菌，再放入25℃恒温箱中培养24h。用于接种的酵母培养液与麦芽汁体积之比为1:5。
将上述培养好的酵母种液，分别倒入3个盛有250ml灭菌麦芽汁的500ml三角瓶中。接种后瓶口用火焰灭菌，然后放入25℃恒温箱中培养24h。酵母种液与麦芽汁体积之比为1:10。培养期间要经常振荡容器，以增加溶解氧。
将上述培养好的酵母种液，分别倒人3个盛有3L灭菌麦芽汁的5L三角瓶中。接种后瓶口用火焰灭菌，然后将三角瓶置于灭菌室在常温下培养24h。酵母种液与麦芽汁体积之比为1:12。培养温度比上一次培养要低，目的是让酵母逐步适应低温发酵的要求，但降温幅度不能太大，否则会影响酵母活性。培养期间要经常振荡大三角瓶。
在培养室，将上述3个大三角瓶内的酵母种液一次倒入1个己灭菌的铝桶内，加入冷麦芽汁18L。酵母种液与麦芽汁体积之比为1：2。在13~14℃下培养24~36h。培养期间要通入无菌空气，以满足酵母细胞对氧气的需求。
在上述27L酵母培养液中，加入73L冷麦芽汁，于12~13℃下继续培养24~36h。酵母种液与麦芽汁体积之比为1:2.7。
将上述100L酵母种液等量倒入3只100L大缸内，每缸一次性加麦芽汁到满量100L。培养温度为9~10℃，培养时间24~36h。种液与麦芽汁体积之比为1：2。培养期间要通入无菌空气。
将培养好的300L酵母种子液倒入1T容积的增殖槽中，加入冷麦芽汁600L，在8~9℃下培养24h。酵母种子液与麦芽汁体积比为1：2。培养期间要通入无菌空气。
将上述酵母培养液倒入5T发酵槽内，加入冷麦芽汁1.8T，达到酵母种子液与麦芽汁体积之比为1：2，在7~7.5℃下培养24h，期间通入无菌空气。之后追加冷麦芽汁至满量5T。满槽后转入正常发酵。冷麦芽汁的量与酵母种子液体积之比为1:0.85。主发酵(也称前发酵)6~7天。主发酵结束后，即将发酵液(俗称嫩啤酒)从酒液排出口引入后发酵罐，并完成后发酵，待嫩啤酒排完，应及时回收发酵槽底部的酵母，经过筛和漂洗，得到零代酵母，这种酵母泥即可供生产使用。酵母泥存放的时间不得超过3天，并做到先洗涤的先用。扩大培养后，经过车间生产周转过来的第1次沉淀酵母，称为第一代种子。在正确洗涤和正常发酵条件下，酵母使用代数一般为7~8代。
④?啤酒发酵
将酵母泥与麦芽汁按1：1进行混合，通入无菌空气，使酵母细胞悬浮并压送到酵母增殖池的麦芽汁中，使麦芽汁与酵母细胞充分地混匀，待满池后再放置12~24h。在长出新酵母细胞和分离去凝固物后，将酵母培养液和新麦芽汁同时添加到发酵罐。
然后采用下部顶CO2泵入大罐，由于其容量较大，常需分批送入麦汁，一般要求在10~18h内装满罐，品温以9℃为宜。装满罐后麦汁即进入发酵阶段。24h后要在锥罐底排放一次冷凝固物和酵母死细胞。5~7d后，当麦汁糖度降到4.8~5.0度左右时，要封罐让其自升温至12℃，当罐压升到0.08~0.09MPa，糖度降到3.6~3.8度时，要提高罐压到0.10~0.12MPa，并以0.2~0.3℃/h的速度使罐温降温到5℃，并保持此罐温12~24h，自发酵的第七至八天开始排放酵母。由于罐压较大，排放的酵母不能再回收利用。在发酵接近后期时，在2~3d内继续以0.l℃/h的速度降温，使罐温降至0~l℃，并保持此温7~l0d，且保持罐压0.1MPa，啤酒发酵总时间约需21~28d。
啤酒的发酵也遵循微生物的生长规律，低泡期、高泡期、落泡期和泡盖形成期。在啤酒发酵过程中，酵母在厌氧环境中经过糖酵解途径（EMP）将葡萄糖降解成丙酮酸，然后脱羧生成乙醛，后者在乙醇脱氢酶催化下还原成乙醇。在整个啤酒发酵过程中，酵母利用葡萄糖除了产生乙醇和CO2外，还生成乳酸、醋酸、柠檬酸、苹果酸和琥珀酸等有机酸，同时有机酸和低级醇进一步聚合成酯类物质；经过麦芽中所含的蛋白质降解酶将蛋白质降解成胨、肽后，酵母菌自身含有的氧化还原酶继续将低含氮化合物进一步转化成氨基酸和其它低分子物质。这些复杂的发酵产物决定了啤酒的风味、泡持性、色泽及稳定性等各项指标，使啤酒具有独特的风格。
8)?啤酒过滤与包装
经后发酵的啤酒，还有少量悬浮的酵母及蛋白质等杂质，需要采取一定的手段将这些杂质除去。目前多数企业硅藻土过滤法、纸板过滤法、离心分离法和超滤。过滤的效果直接影响到啤酒的生物学稳定性和品质。因此，在啤酒过滤的过程中，啤酒的温度、过滤时的压力及后酵酒的质量是关键因素。
包装是啤酒生产的最后一道工序，对保证成品的质量和外观十分重要。啤酒包装以瓶装和罐装为主。
2.3葡萄酒
葡萄酒是新由鲜葡萄或葡萄汁通过酵母的发酵作用而制成的一种低酒精含量的饮料。葡萄酒质量的好坏和葡萄品种及酒母有着密切的关系。因此在葡萄酒生产中葡萄的品种、酵母菌种的选择是相当重要的。
2.3.1葡萄酒酵母的特征
葡萄酒酵母(Saccharomyces?ellipsoideus)在植物学分类上为子囊菌纲的酵母属，啤酒酵母种。该属的许多变种和亚种都能对糖进行酒精发酵，并广泛用于酿酒、酒精、面包酵母等生产中，但各酵母的生理特性、酿造副产物、风味等有很大的不同。
葡萄酒酵母除了用于葡萄酒生产以外，还广泛用在苹果酒等果酒的发酵上。世界上葡萄酒厂、研究所和有关院校优选和培育出各具有特色的葡萄酒酵母的亚种和变种。如我国张裕7318酵母，法国香槟酵母，匈亚利多加意(Tokey)酵母等。
葡萄酒酵母繁殖主要是无性繁殖，以单端(顶端)出芽繁殖。在条件不利时也易形成1~4个子囊孢子。子囊孢子为圆形或椭圆形，表面光滑。在显微镜下(500倍)观察，葡萄酒酵母常为椭圆形、卵圆形，一般为3~10μm×5~l5μm，细胞丰满，在葡萄汁琼脂培养基上，25℃培养3d，形成圆形菌落，色泽呈奶黄色，表面光滑，边缘整齐，中心部位略凸出，质地为明胶状，很易被接种针挑起，培养基无颜色变化。
优良葡萄酒酵母具有以下特性：除葡萄(其他酿酒水果)本身的果香外，酵母也产生良好的果香与酒香；
能将糖分全部发酵完，残糖在4g/L以下；具有较高的对二氧化硫的抵抗力；具有较高发酵能力，一般可使酒精含量达到16%以上；有较好的凝集力和较快沉降速度；能在低温(15℃)或果酒适宜温度下发酵，以保持果香和新鲜清爽的口味。
2.3.2酵母扩大培养
从斜面试管菌种到生产使用的酒母，需经过数次扩大培养，每次扩大倍数为10~20倍。
1)?工艺流程
斜面试管菌种(活化)→麦芽汁斜面试管培养(10倍)→液体试管培养(12.5倍)→三角瓶培养(12倍)→玻璃瓶(或卡氏罐)(20倍)→酒母罐培养→酒母
2)?培养工艺
①?斜面试管菌种
由于长时间保藏于低温下，细胞已处于衰老状态，需转接于50Be′麦芽汁制成的新鲜斜面培养基上，25℃培养4~5d。
②液体试管培养
取灭过菌的新鲜澄清葡萄汁，分装入经干热灭菌的试管中，每管约10mL，用0.1MPa的蒸汽灭菌20min，放冷备用。在无菌条件下接入斜面试管活化培养的酵母，每支斜面可接入10支液体试管，25℃培养l~2d，发酵旺盛时接入三角瓶。
③?三角瓶培养
往500ml经干热灭菌的三角瓶注入新鲜澄清的葡萄汁250ml，用0.1MPa蒸汽灭菌20min，冷却后接入两支液体培养试管，25℃培养24~30d，发酵旺盛时接入玻璃瓶。
④玻璃瓶(或卡氏罐)培养
往洗净的10L细口玻璃瓶(或卡氏罐)中加入新鲜澄清的葡萄汁6L，常压蒸煮(l00℃)1h以上，冷却后加入亚硫酸，使其二氧化硫含量达80ml/L，经4-8h后接入两个发酵旺盛的三角瓶培养酒母，摇匀后换上发酵栓于20~25℃培养2~3d，其间需摇瓶数次，至发酵旺盛时接入酒母培养罐。
⑤?酒母罐培养
一些小厂可用两只200~300L带盖的木桶(或不锈钢罐)培养酒母。木桶洗净并经硫磺烟熏杀菌，过4h后往一桶中注入新鲜成熟的葡萄汁至80%的容量，加入100~150mg/L的亚硫酸，搅匀，静止过夜。吸取上层清液至另一桶中，随即添加1~2个玻璃瓶培养酵母，25℃培养，每天用酒精消毒过的木把搅动1~2次，使葡萄汁接触空气，加速酵母的生长繁殖，经2~3d至发酵旺盛时即可使用。每次取培养量的2/3留1/3，然后再放入处理好的澄清葡萄汁继续培养。若卫生管理严格，可连续分割培养多次。
2.3.3红葡萄酒生产工艺
酿制红葡萄酒一般采用红葡萄品种。我国酿造红葡萄酒主要以干红葡萄酒为原酒，然后按标准调配成半干、半甜、甜型葡萄酒。
1)?工艺流程
红葡萄分选
↓
除梗破碎→梗
↓
SO2葡萄浆
↓
发酵←酒母
↓
压榨→皮渣
↓
调整成分
↓
后发酵
↓
添桶
↓
第一次换桶→酒脚→蒸馏→白兰地
↓
干红葡萄酒原料
↓
陈酿
↓
第二次换桶
↓
均衡调配
↓
澄清处理→酒脚→蒸馏→白兰地
↓
包装灭菌→干红葡萄酒
2)发酵
①前发酵(主发酵)
葡萄酒前发酵主要目的是进行酒精发酵、浸提色素物质和芳香物质。前发酵进行的好坏是决定葡萄酒质量的关键。红葡萄酒发酵方式按发酵中是否隔氧可分为开放式发酵和密闭发酵。发酵容器过去多为开放式水泥池，近年来逐步被新型发酵罐所取代。
接入酵母3~4d后发酵进入主发酵阶段。此阶段升温明显，一般持续3~7d，控制最高品温不超过30℃，在25℃左右下进行。当发酵液的相对密度下降到1.020以下时，即停止发酵，出池取新酒。
发酵生产中应注意的问题如下,
a?发酵容积利用率
葡萄浆在进行酒精发酵时体积增加。原因是发酵时本身产生热量，发酵醪温升高使体积增加，二是产生大量CO2气不能及时排出，也导致体积增加。为了保证发酵的正常进行，一般容器充满系数为80%。
b皮渣的浸渍
葡萄破碎后送入敞口发酵池，因葡萄皮相对密度比葡萄汁小，再加上发酵时产生的CO2，葡萄皮渣往往浮在葡萄汁表面，形成很厚的盖子，这种盖子亦称"酒盖"。因酒盖与空气直接接触，容易感染有害杂菌，败坏葡萄酒的质量。为保证葡萄酒的质量，并充分浸渍皮渣上的色素和香气物质，须将皮盖压入醪中。
c?温度控制
温度对红葡萄酒质量有很大的影响。发酵温度是影响红葡萄酒色素物质含量和色度值大小的主要因素。一般讲，发酵温度高，葡萄酒的色素物质含量高，色度值高。从红葡萄酒质量考虑，如口味醇和、酒质细腻、果香酒香等综合考虑，发酵温度控制低一些为好。红葡萄酒发酵温度一般控制在25~30℃。红葡萄酒发酵降温方法有循环倒池法，发酵池内安装蛇形冷却管法，外循环冷却法。
d?葡萄汁的循环
红葡萄酒发酵时进行葡萄汁的循环可以起以下方面的作用：增加葡萄酒的色素物质含量；降低葡萄汁的温度；开放式循环可使葡萄汁和空气接触，增加酵母的活力；葡萄浆与空气接触可促使酚类物质的氧化，使之与蛋白质结合成沉淀，加速酒的澄清。
e?二氧化硫的添加
SO2在葡萄酒酿造中的作用：杀菌作用。酿酒用的葡萄汁在发酵前不进行灭菌处理，有的发酵是开放式的，因此，为了消除细菌和野生酵母对发酵的干扰，在发酵时添加一定量的SO2；溶解作用。SO2在水中生成亚硫酸，能将葡萄皮中不溶于葡萄汁和发酵液的色素溶解出来；澄清作用。SO2很快使不溶性的物质沉淀下来。
3)压榨
当残糖降至5g/L以下，发酵液面只有少量CO2气泡，"酒盖"已经下沉，液面较平静，发酵液温度接近室温，并且有明显酒香，此时表明前发酵己结束，可以出池。一般前发酵时间为4~6d。出池时先将自流原酒由排汁口放出，放净后打开入孔清理皮渣进行压榨，得压榨酒。自流原酒和压榨原酒成分差异较大，若酿制高档名贵葡萄酒应单独贮存。
4)?后发酵
①后发酵目的
残糖的继续发酵。前发酵结束后，原酒中还残留3~5g/L的糖分，这些糖分在酵母作用下继续转化成酒精与CO2；澄清作用。前发酵得到的原酒，还残留部分酵母及其他果肉纤维悬浮于酒液中，在低温缓慢的发酵中，酵母及其他成分逐渐沉降，后发酵结束后形成沉淀即酒泥，使酒逐步澄清；陈酿作用。新酒在后发酵过程中，进行缓慢的氧化还原作用，并促使醇酸酯化。乙醇和水的缔合排列，使酒的口味变得柔和，风味上更趋完善；降酸作用。有些红葡萄酒在压榨分离后诱发苹果酸一乳酸发酵，对降酸及改善口味有很大好处。
②?后发酵的管理
a补加二氧化硫
前发酵结束后，压榨得到的原酒需补加二氧化硫，添加量(以游离计)为30~50mg/L。
b温度控制
原酒进入后发酵容器后，品温一般控制在18~25℃。若品温高于25℃，不利于新酒的澄清，给杂菌繁殖创造条件。
c隔绝空气及卫生管理
后发酵的原酒应避免与空气接触，工艺上常称为隔氧发酵。后发酵的隔氧措施一般在容器上安装水封。前发酵的原酒中含有糖类物质、氨基酸等营养成分，易感染杂菌，影响酒的质量。搞好卫生是后发酵的重要管理内容。
正常后发酵时间为3~5d，但可持续一个月左右。
2.4酵母细胞的综合利用
酵母细胞中含有蛋白质、脂肪、糖类、维生素和无机盐等，其中蛋白质含量特别丰富，如啤酒酵母蛋白质含量占细胞干重的的42%~53%，产假丝酵母为50%左右。糖类除糖原外，还发现有海藻糖、去氧核糖、直链淀粉等。
蛋白质中氨基酸的含量除蛋氨酸比动物蛋白低外，苏氨酸、赖氨酸、组氨酸、苯丙氨酸等含量均较高，氨基酸组成比较完全。人体必须的8种氨基酸的多数也都比小麦中的含量高；维生素在14种以上，因此，它具有较高的营养价值，是良好的蛋白质资源，可作为食用和饲用。
随着世界人口的不断增长和动植物资源的短缺，从微生物中获得蛋白质(单细胞蛋白)是解决人类蛋白质食物资源的一条重要而有效的途径。从微生物中获得蛋白质（单细胞蛋白）是解决人类蛋白质食物资源的一条重要而有效的途径。
微生物生长繁殖迅速，其生长条件完全受人工控制，而且由于微生物对营养物质适应性强，可以利用农副产废弃物、糖蜜、谷氨酸发酵废液，稻草、稻壳、玉米秸、酿造、食品厂的废渣、废液、木屑、纸浆废液等进行生产都可以作为培养酵母的材料，以达到综合利用的目的。当然作为食用还需要解决一些适口性问题。
3食品制造中的霉菌及其应用
霉菌在食品加工工业中用途十分广泛，许多酿造发酵食品、食品原料的制造，如豆腐乳、豆豉、酱、酱油、柠檬酸等都是在霉菌的参与下生产加工出来的。绝大多数霉菌能把加工所用原料中的淀粉、糖类等碳水化合物、蛋白质等含氮化合物及其它种类的化合物进行转化，制造出多种多样的食品、调味品及食品添加剂。不过，在许多食品制造中，除了利用霉菌以外，还要有细菌、酵母的共同作用下来完成。在食品酿造业中，常常以淀粉质为主要原料。只有将淀粉转化为糖才能被酵母菌及细菌利用。
3.1生产用霉菌菌种
淀粉的糖化、蛋白质的水解均是通过霉菌产生的淀粉酶和蛋白质水解酶进行的。通常情况是先进行霉菌培养制曲。淀粉、蛋白质原料经过蒸煮糊化加入种曲，在一定温度下培养，曲中由霉菌产生的各种酶起作用，将淀粉、蛋白质分解成糖、氨基酸等水解产物。
在生产中利用霉菌作为糖化菌种很多。根霉属中常用的有日本根霉(Rhizopus?japonicus?AS3.?849)、米根霉(Rhizopus?oryzae)、华根霉(Rhizopus?chinensis〉等；曲霉属中常用的有黑曲霉(Aspergillus?niger)、宇佐美曲霉(Asp.?usamii)、米曲霉(Asp.?oryzae)和泡盛曲霉(Asp.?awamori)等；毛霉属中常用的有鲁氏毛霉(Mucor?rouxii)，还有红曲属(Monascus)中的一些种也是较好的糖化剂，如紫红曲霉(Monascus.?Purpurens)、安氏红曲霉(Monascus.?anka)、锈色红曲霉(Monascus.?rubiginosusr)、变红曲霉(Monascus.?serorubescons?AS3.976)等。
3.2酱类
酱类包括大豆酱、蚕豆酱、面酱、豆瓣酱、豆豉及其加工制品，都是由一些粮食和油料作物为主要原料，利用以米曲霉为主的微生物经发酵酿制的。酱类发酵制品营养丰富，易于消化吸收，即可作小菜，又是调味品，具有特有的色、香、味，价格便宜，是一种受欢迎的大众化调味品。
用于酱类生产的霉菌主要是米曲霉（Asp.oryzae），生产上常用的有沪酿3.042，黄曲霉Cr-1菌株（不产生毒素），黑曲霉（Asp.?Nigerf-27）等。所用的曲霉具有较强的蛋白酶、淀粉酶及纤维素酶的活力，它们把原料中的蛋白质分解为氨基酸，淀粉变为糖类，在其他微生物的共同作用下生成醇、酸、酯等，形成酱类特有的风味。
市场上的豆酱种类繁多，其生产酿造工艺也不尽相同，生产用原辅料差异很大。下面是大豆酱的生产工艺。
3.2.1制曲工艺
1)制曲工艺流程
水水面粉种曲
↓↓↓↓
大豆→洗净→浸泡→蒸煮→冷却→混合→接种→厚层通风培养→大豆曲
2)制曲原料的处理
大豆洗净、浸泡及蒸熟；面粉在过去采用炒焙方法，现在有些厂家直接利用生面粉而不预以处理。
3)制曲操作
制曲时原料配比为大豆100kg，标准粉40~60kg。种曲用量为0.15%~0.3%，种曲使用时先与面粉拌和。为了使豆酱中麸皮含量减少，种曲最好用分离出的孢子（曲精）；由于豆粒较大，水分不易散发，制曲时间适当延长。
4)?制酱
①工艺流程
配制→澄清→盐水加热————————————∣
↓↓
大豆曲→发酵容器→自然升温→加第一次盐水→酱醅保温发酵→加第二次盐水及盐→翻酱→成品
②?制酱工艺
先将大豆曲倒入发酵容器内，表面扒平，稍予压实，很快会自然升温至40℃左右。在将准备好的14.5oB′热盐水（加热至60~65℃）加至面层，让它逐渐全部渗入曲内。最后面层加封面用细盐一层，并将盖盖好。大豆曲加入热盐水后，醅温即能达到45℃左右，以后维持此温度10d，酱醅就成熟。发酵完毕，补加240Be′盐水及所需细盐（包括封面盐），压缩空气或翻酱机充分搅拌，务使所加的细盐全部溶化，同时混合均匀，在室温中后发酵即的成品。
3.3酱油
酱油是人们常用的一种食品调味料，营养丰富，味道鲜美，在我国已有两千多年的历史。它是用蛋白质原料(如豆饼、豆柏等)和淀粉质原料(如麸皮、面粉、小麦等)，利用曲霉及其他微生物的共同发酵作用酿制而成的。
酱油生产中常用的霉菌有米曲霉、黄曲霉和黑曲霉等，应用于酱油生产的曲霉菌株应符合如下条件：不产黄曲霉毒素；蛋白酶、淀粉酶活力高，有谷氨酰胺酶活力；生长快速、培养条件粗放、抗杂菌能力强；不产生异味，制曲酿造的酱制品风味好。
3.3.1酱油生产霉菌
酱油生产所用的霉菌主要是米曲霉(Asp.?Oryzae)。生产上常用的米曲霉菌株有：AS?3.951(沪酿3.042)；UE328、UE336；AS?3.863；渝3.811等。
生产中常常是由两菌种以上复合使用，以提高原料蛋白质及碳水化合物的利用率，提高成品中还原糖、氨基酸、色素以及香味物质的水平。除曲霉外，还有酵母菌、乳酸菌参与发酵，它们对酱油香味的形成也起着十分重要的作用。
3.3.2种曲原料及其配比
目前一般采用的几种配比,
麸皮80kg、面粉（或甘薯干粉）20kg、水70kg左右；麸皮85kg、面粉85kg、水90kg、麸皮100kg、水95~100kg；
3.3.3原料处理
先将麸皮与辅料用拌和机拌匀，再加水充分拌和。由于一次加水蒸煮后熟料粘度高，团快多，过筛困难，应采用两次润水方法。即在混合原料中先加40%~50%的水，蒸熟过筛后再补充清洁的冷开水30%~45%。为防止杂菌的污染，可在冷开水中添加按总原料计0.3%的食用级冰醋酸或0.5~1%的醋酸钠拌匀。蒸料时先开起蒸汽，排尽冷水，分层进料。注意原料必须洒于冒蒸气处，洒料要求松散，切忌将原料压实而堵塞蒸气，导致蒸料不匀。进料完毕、全面冒汽后加盖蒸煮。常压蒸煮冒汽后维持1h，焖30min，或采用加压蒸煮0.1Mpa维持30min出锅，然后过筛，移入拌和台上摊开，适当翻拌，使之快速冷却。
3.3.4种曲制备
1)工艺流程
一级种→二级种→三级种
↓
麸皮、面粉→加水混合→蒸料→过筛→冷却→接种→装匾→曲室培养→种曲
2)?试管斜面菌种培养
①培养基
5°Be′豆饼汁100ml，MgSO4?0.05g，NaH2PO4?0.1g，可溶性淀粉2.0g，琼脂1.5g，0.1MPa蒸汽灭菌30min，制成斜面试管。
②?培养
将菌种接入斜面，置30℃培养箱中培养3d，待长出茂盛的黄绿色孢子，并无杂菌，即可作为三角瓶菌种扩大培养。
3)三角瓶纯菌种扩大培养
①培养基
麸皮80g，面粉20g，水80-90ml或麸皮85g，豆饼粉15g，水95ml。原料混合均匀分装入带棉塞的三角瓶中，瓶中料厚度1cm左右，在0.1MPa蒸汽压力下灭菌30min，灭菌后趁热摇松曲料。
②?培养
曲料冷却后接入试管斜面菌种，摇匀，置30℃培养箱内培养18h左右，当瓶内曲料已发白结饼，摇瓶一次，将结块摇碎，继续培养4h，再摇瓶一次，经过2d培养，把三角瓶倒置，以促进底部曲霉生长，继续培养1d，待全部长满黄绿色的孢子即可使用。若放置较长时间，应阴凉处或冰箱中。
4)种曲培养
①?曲料配比
目前一般采用的配比有两种：?麸皮80kg，面粉20kg，水70kg左右；麸皮100kg，水95~100kg。加水量应视原料的性质而定。根据经验，使拌料后的原料能捏成团，触之即碎为宜。原料拌匀后过3.5目筛。堆积润水1h，0.1MPa蒸汽压下蒸料30min，或常压蒸料1h再焖30min?。要求熟料疏松，含水量50%~54%。
②培养
待曲料品温降至40℃左右即可接种，将三角瓶的种曲散布于曲料中，翻拌均匀，使米曲霉孢子与曲料充分混匀，接种量一般为0.5%~1%。制种曲的两种常用方法,
a?竹匾培养
接种完毕，曲料移入竹匾内摊平，厚度约2cm，种曲室温度控制在28~30℃，培养16h左右，当曲料上出现白色菌丝，品温升高到38℃左右时可进行翻曲。翻曲前调换曲室的空气，将曲块用手捏碎，用喷雾器补加40℃左右的无菌水，补加水量40%左右，喷水完毕，再过筛1次，使水分均匀。然后分匾摊平，厚度1cm，上盖温纱布，以保持足够的温度。翻曲后，种曲室温控制在26~28℃之间，4~6h后，可见面上菌丝生长，这一阶段必须注意品温，随时调整竹匾上下位置及室温，务使品温不超过38℃，并经常保持纱布潮湿，这是制好种曲的关键。若品温过高，会影响发芽率。再经过10h左右，曲料呈淡黄绿色，品温下降至32~35℃。在室温28~30℃下，继续培养35h左右，曲料上长满孢子，此时可以揭去纱布，开窗放出室内湿气，并控制室温略高于30℃，以促进孢子完全成熟。整个培养时间需68-72h。
b曲盘培养
接种完毕，曲料装入曲盘内，将曲盘柱形堆叠于曲室内，室温28~30℃，培养16h左右。当曲面面层稍有发白、结块，品温达到40℃时，进行第一次翻曲。翻曲后，曲盘改为品字形堆叠，控制品温28~30℃，4~6h后品温上升到36℃，即进行第二次翻曲。每翻毕一盘，盘上盖灭菌的草帘一张，控制品温36℃，再培养30h后揭去草帘，继续培养24h左右，种曲成熟。
3.3.5成曲生产
1)工艺流程
种曲
↓
原料→粉碎→润水→蒸料→冷却→接种→通风培养→成曲
2)?发酵
①原料的选择和配比
酱油生产中是以酿制酱油的全部蛋白质原料和淀粉质原料制曲后，再经发酵生产酱油的。所以制曲原料的选用，即要满足米曲霉正常生长繁殖和产酶，又要考虑到酱油本身质量的需要。脱脂大豆的蛋白质含量非常丰富，宜作原料；麸皮质地疏松，适合于米曲霉的生长和产酶，因此，可以作辅料。制曲的配比生产厂家不进相同。酱油的鲜味主要来源于原料中的蛋白质分解产物氨基酸，而酱油的香甜则来源于原料中淀粉分解产物糖及发酵生成的醇、酯等物质，所以，若需酿制香甜味浓厚、体态粘稠的酱油，则在配比中要适当增加淀粉质原料。使用豆粕（豆饼）和麸皮为原料，常用的配比是：8：2、7：3、6：4和5：5。
②制曲原料的处理
a原料粉碎及润水
豆饼粉碎使其有适当的粒度，便于润水和蒸煮。一般若原料颗粒小，则表面积大，米曲霉生长繁殖面积大，原料利用率高。粉碎后的豆饼与麸皮按一定的比例充分的拌匀后，即可进行润水。所谓润水，就是给原料加上适当的水分，并使原料均匀而完全地吸收水分的工艺。其目的在于使原料吸收一定量水分后膨胀、松软，在蒸煮时蛋白质容易达到适度的变性；淀粉充分的糊化；溶出曲霉生长所需的营养成分，也为曲霉生长提供了所需的水分。
b?原料蒸料
使原料中蛋白质达到适度变性，成为酶易作用的状态。使原料中的淀粉充分糊化，以利于糖化；杀灭原料中的杂菌，减少制曲时的污染；要蒸料均匀并掌握蒸料的最适程度，达到原料蛋白质的适度变性；防止蒸料不透或不均匀而存在未变性的蛋白质，或蒸煮过度而过度变性使蛋白质发生褐变现象。蒸料的设备目前国内蒸煮设备有三种类型，即常压蒸煮锅、加压蒸煮锅和连续管道蒸煮设备。目前国内酱油厂大多使用旋转式加压蒸煮锅。
③?厚层通风制曲
就是将曲料置于曲池（也称曲箱）内，其厚度增至30cm左右，利于通风机供给空气及调节温度，促使半曲霉迅速生长繁殖。
a制曲时原料的物理变化
曲霉在曲料上生长的变化：曲料制种进入曲箱后，米曲霉得到适当的温度和水分，开始发芽生长。曲霉的最适发芽温度为30~32℃。通风制曲开始时的堆积，品温以维持32℃左右为宜。在最初的4~5d是米曲霉的孢子发芽阶段，所以成为孢子发芽期。
b?制曲时霉菌的生物学变化
孢子发芽后，接着生长菌丝。当静止培养8h左右时，品温已逐渐上升到36℃，需要进行间歇或连续通风，一方面调节品温，另一方面换新鲜空气，以利米曲霉生长。继续维持品温在35℃左右，培养12h左右，当肉眼稍见曲料发白时进行第一次翻曲，称为菌丝生长期。
④固态低盐发酵
在酱油发酵过程中，根据醪醅的状态，有稀醪发酵、固态发酵及固稀发酵之分；根据加盐量的多少，可分为高盐发酵、低盐发酵和无盐发酵三种；根据加温状况不同，又可分为晒夜露与保温速酿两类。
a工艺流程
成曲→打碎→加盐水拌合(在12~13°Be′，55℃左右的盐水，含水量50%~55%等条件下)→保温发酵(50~55℃，4~6d)→成熟酱醅
b固态低盐发酵工艺
a)食盐水的配制
食盐溶解后，以波美计测定其浓度，并根据当时温度调整到规定的浓度。一般经验是100kg水加盐1.5kg左右得盐水10°Be′，但往往因食盐质量不同及温度不同而需要增减用盐量。采用波美计检定盐水浓度二般是以20℃为标准温度，而实际生产上配制盐水时，往往高于或低于此温度，因此，必须换算成标准温度。
b)发酵料的配制
先将已准备好的糖浆盐水加热到50~55℃(根据下池后发酵品温的要求，掌握糖浆盐水温度的高低)，再将成曲通过制醅机的碎曲齿，由升高机的提升斗，输入螺旋拌和器中与糖浆盐水一起拌和均匀，落人发酵池内。初开始时，池底15cm左右的成曲拌糖浆盐水略少，以后用阀门掌握成曲与糖浆盐水的流速数量，使拌曲完毕后，多出150kg左右的糖浆盐水，将此糖浆盐水浇于料面。待糖浆盐水全部吸人料内，最后面层加盖聚乙烯薄膜，四周加盐将膜压紧，并在指定的点上插入温度计，池面加盖。
如果不用酶法生产，即将淀粉质原料与豆饼一起混合，经过润水、蒸煮及制曲后，直接加入12~180°Be′热盐水(55℃左右),
c)保温发酵及管理
保温发酵时温度与时间的掌握，各厂根据设备情况及要求的不同而各异。发酵时，成曲与糖浆盐水拌和人池后，酱醅品温要求在42~46℃之间，保持4d，在此期间，品温基本稳定，夏天不需要开蒸气保温，冬天如醋温不足需要进行保温。从第5d起按每天开汽3次的办法使品温逐步上升，最后提高到48~50℃。低盐发哮的时间一般为10d，酱醅已基本上成熟。但为了增加风味，往往延长发酵期12~15d，发酵温度前期为42~44℃，中间为44~46℃，后期为46~48℃。有的厂还采用淋浇发酵的办法，酱醅面上不封盐，制醅后相隔2~3h将酱汁(曲液水)先回浇一次于酱醅内，使酶和水分较为均匀。发酵温度5d天内为40~45℃，5天后逐步提高品温至45~48℃。前4d每天淋浇两次，4d后每天淋浇一次。发酵期共为10d。淋浇对发酵是有好处的，使发酵温度均匀，酱汁中的酶充分利用，并且可以减少面层的氧化层，因而能提高酱油的风味。它的缺点是需要增加淋浇设备与淋浇操作，在工艺上带来不方便。
固态低盐发酵期间要有专人负责，按时测定酱醋温度，做好记录。冬天要防止四周及面层的酱醋温度过低。如发现不正常状况，必须及时采取适当的措施。
⑤浸出提油及成品配制
a?工艺流程
二油三油水
↓↓↓
加热加热加热
↓↓↓?
成熟酱醅→第一次浸泡→头渣→第二次浸泡→二渣→第三次浸泡→残渣
↓↓↓
第一滤油第二滤油第三滤油
↓↓↓
头油二油三油
b?成品配制
以上提取的头油和二油并不是成品，必须按统一的质量标准或不同的食用用途进行配兑，调配好的酱油还须经灭菌、包装，并经检验合格后才能出厂。
3.4柠檬酸
柠檬酸(Citric?acid)分子式为C6H807。又名枸橼酸，外观为白色颗粒状或白色结晶粉末，无臭，具有另人愉快的强烈的酸味，相对密度为1.6550。柠檬酸易溶于水、酒精、不溶于醚、酯、氯仿等有机溶剂。商品柠檬酸主要是无水柠檬酸和一水柠檬酸，前者在高于36.6℃的水溶液中结晶析出，后者在低于36.6℃水溶液中结晶析出。它天然存在于果实中，其中以柑桔、菠萝、柠檬、无花果等含量较高。柠檬酸是生物体主要代谢产物之一。早期的柠檬酸生产是以柠檬、柑桔等天然果实为原料加工而成的。1893年德国微生物学家Wehmen发现二种青霉菌能够积累柠檬酸，1923年美国科学家研究成功了以废糖蜜为原料的浅盘法柠檬酸发酵，并设厂生产。1951年美国Miles公司首先采用深层发酵大规模生产柠檬酸。我国1968年用薯干为原料采用深层发酵法生产柠檬酸成功，由于工艺简单、原料丰富、发酵水平高，各地陆续办厂投产，至20世纪70年代中期，柠檬酸工业已初步形成了生产体系。
3.4.1柠檬酸在食品中的应用
1)饮料与冰淇淋
柠檬酸广泛用于配制各种水果型的饮料以及软饮料。柠檬酸本身是果汁的天然成分之一，不仅赋于饮料水果风味，而且具有增溶、缓冲、抗氧化等作用，能使饮料中的糖、香精、色素等成分交融协调，形成适宜的口味和风味；添加柠檬酸可以改善冰淇淋的口味，增加乳化稳定性，防止氧化作用。
2)果酱与酿造酒
柠檬酸在果酱与果冻中同样可以增进风味，并使产品抗氧化作用。由于果酱、果冻的凝胶性质需要一定范围的pH值，添加一定量的柠檬酸可以满足这一要求。
当葡萄或其它酿酒原料成熟过度而酸度不足时，可以用柠檬酸调节，以防止所酿造的酒口味单薄。柠檬酸加到这些果汁中还有抗氧化和保护色素的作用，以保护果汁的新鲜感和防止变色。
3)?腌制品
各种肉类和蔬菜在腌制加工时，加入或涂上柠檬酸可以改善风味，除腥去臭，抗氧化。
4)?罐头食品
加入柠檬酸除了调酸作用之外，还有螯合金属离子的作用，保护其中的抗坏血酸，使之不被金属离子破坏。柠檬酸添加到植物油中也有类似的作用。
5)?豆制品及调味品
用含有柠檬酸的水浸渍大豆，可以脱腥并便于后续加工。柠檬酸可以用于大豆等豆类蛋白、葵花子蛋白的水解，生产出风味别致的调味品。它也可以用于成熟调味品（酱油等）的调味。
6)?其它
柠檬酸在医药、化学等其它工业中也有一定的作用。柠檬酸铁胺可以用作补血剂；柠檬酸钠可用作输血剂；柠檬酸可制造食品包装用薄膜及无公害洗涤剂。
3.4.2柠檬酸发酵微生物
1)黑曲霉（Aspergillus?niger）的形态特征
目前生产上常用产酸能力强的黑曲霉作为生产菌。在固体培养基上，菌落由白色逐渐变至棕色。孢子区域为黑色，菌落呈绒毛状，边缘不整齐。菌丝有隔膜和分枝，是多细胞的菌丝体，无色或有色，有足细胞，顶囊生成一层或两层小梗，小梗顶端产生一串串分生孢子。
2)黑曲霉（Aspergillus?niger）的生理特征
黑曲霉生产菌可在薯干粉、玉米粉、可溶性淀粉糖蜜、葡萄糖麦芽糖、糊精、乳糖等培养基上生长、产酸。黑曲霉生长最适pH值因菌种而异，一般为pH3~7；产酸最适pH为1.8~2.5。生长最适温度为33~37℃，产酸最适温度在28~37℃，温度过高易形成杂酸，斜面培养要求在麦芽汁40Be′左右的培养基上。黑曲霉以无性生殖的形式繁殖，具有多种活力较强的酶系，能力用淀粉类物质，并且对蛋白质、单宁、纤维素、果胶等具有一定的分解能力。黑曲霉可以边长菌、边糖化、边发酵产酸的方式生产柠檬酸。
3.4.3柠檬酸发酵机理
关于柠檬酸发酵的机制虽有多种理论，但目前大多数学者认为它与三羧酸循环有密切的关系。糖经糖酵解途径(EMP途径)，形成丙酮酸，丙酮酸羧化形成C4化合物，丙酮酸脱羧形成C2化合物，两者缩合形成柠檬酸（见发酵代谢）。
3.4.4柠檬酸发酵用原料
柠檬酸发酵的原料有糖质原料(甘煎废糖蜜、甜菜废糖蜜)、淀粉质原料(主要是番薯、马铃薯、木薯等)和正烷烃类原料三大类。
3.4.5柠檬酸发酵工艺
1)?试管斜面菌种培养
察氏琼脂培养基：NaNO3?3g，?蔗糖20g，?K2HPO4?1g，?KCl?0.5g，?MgSO4.7?H2O?0.5g，?FeSO4?0.01g，?琼脂20g，?用水定溶至1000ml，?pH自然。
察氏-多氏琼脂培养基：蔗糖30g，NaNO3?2g，?MgSO4.7H2O?0.5g，?KH2PO4?1g，?KCl?0.5g，?FeSO4.7H2O?0.01g，?溴甲分绿0.4g，琼脂20g，?蒸馏水1000ml，?pH自然。
蔗糖合成琼脂培养基：蔗糖140g，?NH4NO3?2g，?KH2PO4?2g，?MgO4.7H2O?0.25g，?FeCl3.6H2O?0.02g，?MnSO4.4H2O?0.02g，?麦芽汁20ml，?琼脂20g，?用水定溶至1000ml。
米曲汁琼脂培养基：一份米曲加四倍质量的水，于55℃保温糖化3~4小时后煮沸，滤液用水调整浓度至10‘Bx，并用碱液将pH调制到6.0，接着添加琼脂2%。确认所制成的斜面无杂菌污染后，接入黑曲霉孢子悬液0.1ml，于32℃培养4~5d。
2)种子扩大培养
①二级扩大培养
a?培养基
有琼脂固体培养和液体表面培养两种方法，前者的培养基组成与斜面培养基相同，后者的组成如下,
麦芽汁70BX，氯化铵2%，尿素0.1%，
b培养
固体培养时，500ml茄子瓶装80ml琼脂培养基，250茄子瓶装50ml琼脂培养基。灭菌后摆成斜面，凝固后的斜面至37℃下培养24h。确认无杂菌污染即可使用。
液体培养时，将液体培养基装入三角瓶中，使液层深度达45cm，于0.1MPa下湿热灭菌15min。按无菌操作接种。培养温度32℃。液体表面需7~10d，琼脂固体培养需6~7d。
②?三级扩大培养
可采用麸曲固定培养、液体表面培养或琼脂固定培养。
所用培养基如下,
a?麸曲培养基,
新鲜小麦麸皮1kg，加水1.1~1.3L。液体培养基与第二级扩大培养基所用液体培养基相同。
b琼脂固体培养基,
与斜面培养基相同。
3）?发酵生产
①工艺流程
以薯干粉为原料的液体深层发酵工艺流程,
斜面菌种→麸曲瓶→种子
↓
薯干粉→调浆→灭菌(间歇或连续式)→冷却→发酵→发酵液→提取→成品
↑
无菌空气
以薯渣为原料的固体发酵工艺流程,
试管斜面→三角瓶菌种→种曲
↓
薯渣→粉碎→蒸煮→摊凉接种→装盘→发酵→出曲→提取→成品
↑
米糠
②液体发酵
a不置换法
培养液一次加入，发酵结束后弃去菌盖，发酵液用来提取柠檬酸。具体操作是：接种后，培养温度维持在35℃，这是黑曲霉的适宜生长温度，需维持72h左右，以促进孢子发芽及菌体发育。当温度逐渐下降时，必须通人约50℃的空气以维持35℃的培养温度，通风量为3~5m3/m2.h。接种后20h左右可出现灰白色、很薄的菌膜，72h时菌膜已完全形成，菌膜相当厚且有皱褶。48h起由于菌体耗氧增加，可开动另一组风管向盘层之间通汽，进汽温度为40℃左右，风量为7m3/m2.h，进汽湿度为75%以上，以防培养液水分蒸发过快。自接种后72h起进入产酸期，这时菌体代谢速率高，耗糖快，发酵液酸度急剧升高，并释放出大量热，最高时可达1000kJ/(m2.h)，此时应加强通风措施，严格将发酵温度控制在26~28℃，以利柠檬酸的形成。因此，一般在进入产酸期前8h左右需增大风量至15~18m3/m2.h，且降低进汽温度在25℃以下，湿度仍在75%以上。160h以后发酵结束。
b置换法
置换法一般是采用糖浓度低而营养较丰富的培养液先培养菌盖，待菌盖形成之后再更换发酵培养基。可更换1次也可数次，发酵液用来提取柠檬酸。培养菌盖，一般使用5%的糖液，视糖蜜质量再补充少量NH4NO3、K2HPO4等盐类。接种孢子后，室温保持在34~36℃，培养液品温为32~34℃，使孢子发芽，正常情况下40h即可形成紧密有皱的菌盖。菌盖形成后，放掉培养基，更换发酵培养基(即第1次置换)，并将室温降至30~32℃，待发酵48~60h后再放掉发酵液，加入新培养液即进行第2次置换。如此重复，一般可置换培养基8~10次，总发酵周期为14~20d，收集起来的发酵液，用来提取柠檬酸。置换法的优点是节省了大量培菌时间，发酵速度’快，而且原本不适宜长菌的原料却可用作发酵培养基。但为了保持菌盖的高活性，因此不能将发酵液残糖控制得很低，这样一来就造成替换出来的发酵液其残糖量较高，给后道提取柠檬酸带来困难。
c不置换法影响表面发酵的因素
a)培养液层厚度
培养基液层厚度大，发酵产物总的生成量就大。如果原料质量好，预处理方法得当，曲霉菌丝体活力强，那末可适当增加液层厚度;相反，就应减少液层厚度。
b)糖浓度
用于表面发酵的糖蜜浓度，质优的糖蜜浓度(以蔗糖浓度计)为18%~22%较适宜，而质劣的糖蜜一般采用14%。在表面发酵中，大约80%的糖被用于合成柠檬酸，菌体生长增殖耗糖8%左右，菌体进行呼吸消耗的糖在10%左右，另有1%~2%的糖用于合成副产物。
c)温度
黑曲霉适宜产酸温度是26~28℃。温度高，容易形成杂酸等副产物且菌体易衰老；温度低，发酵周期被延长。
d)pH值
黑曲霉长菌的最适pH为中性，而产酸的最适pH在2.5~2.0。因此，应该注意的是：菌盖形成之后，只是在菌盖下面有一个低PH区域，菌体合成柠檬酸的活动都是在这低pH区域内进行的，所以不应该搅动发液，避免低值区域的pH值上升而长菌不产酸。
e)通风
表面发酵是气相传氧，因此传氧效率较高，所以只要保持发酵室内有适当空气流通就可以满足霉菌对氧的需要。较高度的CO2会影响菌体的生长和降低产酸能力。一般将CO2控制在3%以下即可。
②固体发酵
a浅盘发酵
将曲置于曲室内培养，室温可按需要调节。在孢子发芽和菌丝生长期，由于产生的热量少，品温会逐渐下降，在入室后自18h内，应维持品温在27~31℃。培养18~48h期间，由于发酵热的大量释放，品温上升很快，应采取措施，不得让品温超过43℃，因为菌体活力下降，所以品温会下降，此时应维持在35℃左右，直至发酵结束。为了克服上、下曲盘的温差，在发酵40h左右时应将曲盘上下对调。整个发酵期间不必翻曲。曲室相对湿度在85%~90%。发酵终点根据酸度来判定，从48h开始测量酸度，以后每隔12h测定1次，自72h以后则每隔4h测定1次，在酸度达到最高时即出料，否则时间延长，柠檬酸反而被菌体消化。
b?厚层通风发酵
与浅盘发酵明显不同的是，在物料铺摊厚度上，厚层发酵的曲醅厚度在50cm左右，比浅盘发酵的15~20cm要大出许多。为了给曲霉菌提供氧，在培养过程中需要进行机械通风。培养过程中的温度控制与浅盘发酵的温度管理相似，但最高品温不能超过40℃。温度和湿度主要靠通风来调节，因为物料厚度大，所以培养过程中需要翻料。厚层发酵比浅盘发酵优越之处在于：占地面积少，污染杂菌可能性小，机械化程度高。
3.5苹果酸
L-苹果酸广泛存在于生物体中，是生物体三羧酸循环的成员。苹果酸广泛应用于食品领域。因为苹果酸具有比柠檬酸柔和的酸味，滞留时间长和口味更好的优点，所以作为食品酸味剂更为理想。
许多微生物都能产生苹果酸，但能在培养液中积累苹果酸并适合于工业生产的，目前仅限于少数几种，大致有：用于一步发酵法的黄曲霉、米曲霉、寄生曲霉；用于两步发酵法的华根霉、无根根霉、短乳杆菌、膜睽毕赤酵母；用于酶转化法的短乳杆菌、大肠杆菌、产氨短杆菌、黄色短杆菌。
3.5.1一步发酵法
以糖类为发酵原料，用霉菌直接发酵生产L-苹果酸的方法称为一步发酵法。
1)?菌种
一步发酵法采用黄曲霉A-114生产苹果酸。
2)?种子培养基组成(%)
C6H12O6?3，豆饼粉1，?FeSO4?0.05，K2HPO4?0.02，NaCl?0.001，MgSO4?0.01，CaCO3?6(单独灭菌)。
3)种子培养
将保存在麦芽汁琼脂斜面上的黄曲霉孢子用无菌水洗下并移接到装有100ml种子培养基的500m1三角瓶中，在33℃下静置培养2~4d，待长出大量孢子后，将其转入到种子罐扩大培养，接种量为5%。种子罐的培养基与三角瓶培养基的组成相同，只是另外添加0.4%(体积分数)泡敌。种子罐的装液量为70%，罐压0.1MPa，培养温度33~34℃，通风量0.15~0.3m3/m3.min，培养时间18~20h。
4)?发酵培养基组成
C6H12O6?7%~8%，其余成分的组成及用量与种子罐培养基相同。
5)发酵
发酵罐的装液量为70%，接种量10%，罐压0.1MPa，培养温度33~34℃，通风量0.7m3/（m3.min)，搅拌转速180r/min，发酵时间40h左右。发酵过程中由自动系统控制滴加泡敌，防止泡沫产生过多。当残糖在1%以下时，终止发酵，产苹果酸7%。
3.5.2两步发酵法
两步发酵法是以糖类为原料，先由根霉菌发酵生成富马酸(延胡索酸)和苹果酸的混合物，然后接人酵母或细菌，将混合物中的富马酸转化为苹果酸。
1)富马酸发酵
①菌种
两步发酵法以华根霉6508为菌种生产苹果酸。
②斜面培养
华根霉6508于葡萄糖马铃薯汁琼脂斜面上，30℃培养7d，易于长出大量孢子。
③摇瓶发酵
a培养基组成(%)
C6H12O6?10，(NH4)2SO4?0.5，K2HPO4?0.1，聚乙二醇10，MgSO4?0.05，FeCl3?0.002，CaCO3?5(单独灭菌)。?
b富马酸发酵
在500ml三角瓶中装入50ml培养基，灭菌，冷却。接种华根霉孢子，置往复式摇床上，于30℃下培养4~5d，发酵得到含富马酸和苹果酸的混合液。
c转换发酵
a)酶转化法
酶转化法是国外用来生产L-苹果酸的主要方法。酶转化法是以富马酸盐为原料，利用微生物的富马酸酶转化成苹果酸(盐)。酶转化法可分为游离细胞酶法、固定化细胞酶法。
b)游离细胞酶转化法
酶转化方法在pH7.5含18%富马酸的溶液中接入2%湿菌体，于35℃、150r/min条件下转化24~36h。转化率达90%以上。
c)固定化细胞酶转化法
目前，研究得最多的是以产氨短杆菌或黄色短杆菌为菌种，将化学法合成的富马酸钠作为底物，进行固定化细胞生产苹果酸。使用固定化细胞易于生成与苹果酸难以分离的琥珀酸。因此，细胞被固定以后必须经化学试剂处理，以防止这种副反应的发生。采用固定化技术必须注意以下几个问题,
细胞被固定前富马酸酶活力要高。当富马酸酶活力较高时，即使固定化细胞的酶活力有所下降，仍可以保证有较高的转化力；使用的固定化方法对酶的损害较小，细胞被固定后能保持较高的酶活力；细胞被固定后不应引起副反应的发生；固定化细胞应有高度的操作稳定性；
3.5.3苹果酸的提取和精制
1)?从发酵醪液中提取苹果酸
①工艺流程
发酵液→酸解→过滤→滤液→中和→过滤→沉淀→酸解→过滤→滤液→精制→浓缩→结品→干燥→成品
②操作方法
在发酵醪液中边搅拌边加入无砷硫酸，将pH值调节至1.5左右；过滤除去沉淀后，在滤液中加入碳酸钙，直到不再有CO2放出，此时生成苹果酸钙；接着，用石灰乳将体系的pH值调至7.5，静置6~8h。过滤，收集苹果酸钙沉淀，并用少量冷水洗去沉淀中的残糖和其他可溶性杂质；在苹果酸钙盐中加入近一倍量的温水，搅拌成悬浊液，接着加入无砷硫酸，使pH达到1.5左右，继续搅拌30min，最后静置数小时，使石膏渣沉淀充分析出；过滤，制得粗制苹果酸溶液，其中含有微量富马酸、Fe2+、Ca2+、Mg2+和色素；从联合柱流出的高纯度苹果酸溶液，在70℃下减压浓缩到苹果酸浓度为65%~80%，然后冷却至20℃，添加晶种析晶；晶体于40~50℃下真空干燥，得苹果酸成品。
2)?从混杂富马酸发酵醪液中提取苹果酸
①?工艺流程
发酵廖液→浓缩→析出富马酸结晶→过滤→滤液→浓缩→析出富马酸结晶→过滤→滤液→冷却，加晶种→苹果酸结晶→干燥→成品
②?操作方法
将发酵醪液浓缩到苹果酸浓度为50%并冷却至20~30℃，使富马酸结晶析出；
过滤除去富马酸后，母液在70℃下减压浓缩到苹果酸浓度为65%~80%，再冷却至20℃使富马酸结晶再次析出。为了防止苹果酸与富马酸同时析出，造成苹果酸提取收率下降，结温度不宜低于20℃；
将过滤除去富马酸结晶后的苹果酸溶液冷却至20℃，投入苹果酸品种，缓慢搅拌，使苹果酸结晶徐徐析出。
2)?从酶法转化液中提取苹果酸
从固定化细胞反应柱中流出的酶法转化液是清亮的，其中苹果酸盐含量为12.5%左右，富马酸盐含量为3%左右。在上述转化液中加入硫酸，使富马酸结晶析出，过滤后往滤液中添加碳酸钙，使苹果酸形成苹果酸钙沉淀析出。将苹果酸钙沉淀用硫酸酸解，酸解液经阴离子交换树脂处理后浓缩结晶，得苹果酸成品。游离细胞酶法转化液在除去细胞和其他不溶物后，按上述方法处理。
4食品制造中的主要微生物酶制剂及其应用
酶是一种生物催化剂，催化效率高、反应条件温和和专一性强等特点，已经日益受到人们的重视，应用也越来越广泛。生物界中已发现有多种生物酶，在生产中广泛应用的仅有淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、脂肪酶、纤维素酶、葡萄糖异构酶、葡萄糖氧化酶等十几种。利用微生物生产生物酶制剂要比从植物瓜果、种子、动物组织中获得更容易。因为动、植物来源有限，且受季节、气候和地域的限制，而微生物不仅不受这些因素的影响，而且种类繁多、生长速度快、加工提纯容易、加工成本相对比较低，充分显示了微生物生产酶制剂的优越性。现在除少数几种酶仍从动、植物中提取外，绝大部分是用微生物来生产的。
4.1主要酶制剂、用途及产酶微生物
酶制剂可以由细菌、酵母菌、霉菌、放线菌等微生物生产。微生物产生的各种酶以及它们在食品工业中的应用见表7-2。
表7-2微生物酶制剂及其在食品工业中的应用
酶用途来源
耐高温a-淀粉酶糖化酶普鲁兰酶蛋白酶脂肪酶纤维素酶半纤维素酶果胶酶葡萄糖氧化酶葡萄糖异构酶菌蔗糖酶橙皮苷酶乳糖酶单宁酶花色素酶凝乳酶胺氧化酶水解淀粉制造葡萄糖、麦芽糖、糊精水解淀粉成葡萄糖水解淀粉成直链低聚糖软化肌肉纤维、啤酒果酒澄清、动植物蛋白质水解营养液用于制作干酪和奶油，增进食品香味，大豆脱腥等用于大米、大豆、玉米脱皮，淀粉制造用于大米、大豆、玉米脱皮，提高果汁澄清度等用于柑桔脱囊衣，饮料、果酒澄清等用于蛋白质脱葡萄糖以防止食品褐变，食品除氧防腐可使葡萄糖转化为果糖制造转化糖，防止高浓度糖浆中蔗糖析出，防止糖果发沙防止柑桔罐头的白色沉淀乳糖酶缺乏的乳品制造，防止乳制品中乳糖析出食品脱涩防止水果制品变色，白葡萄酒脱去红色乳液凝固剂胺类脱臭细菌、霉菌细菌、霉菌细菌、霉菌细菌、霉菌酵母、霉菌霉菌霉菌霉菌、细菌霉菌细菌、放线酵母霉菌酵母、霉菌霉菌霉菌霉菌酵母、细菌
4.2微生物酶制剂生产
4.2.1菌种选择
任何生物都能在一定的条件下合成某些酶。但并不是所有的细胞都能用于酶的发酵生产。一般说来，能用于酶发酵生产的细胞必须具备如下几个条件：酶的产量高。优良的产酶细胞首先具有高产的特性，才有较好的开发应用价值。高产细胞可以通过筛选、诱变、或采用基因工程、细胞工程等技术而获得；容易培养和管理，要求产酶细胞容易生长繁殖，并且适应性较强，易于控制，便于管理；产酶稳定性好。在通常的生产条件下，能够稳定地用于生产，不易退化。一旦细胞退化，要经过复壮处理，使其恢复产酶性能；利于酶的分离纯化。发酵完成后，需经分离纯化过程，才能得到所需的酶，这就要求产酶细胞本身及其它杂质易于和酶分离；安全可靠。要使用的细胞及其代谢物安全无毒，不会影响生产人员和环境，也不会对酶的应用产生其它不良的影响。
4.2.2产酶培养
酶的发酵生产是以获得大量所需的酶为目的。为此，除了选择性能优良的产酶细胞以外，还必须满足细胞生长、繁殖和发酵产酶的各种工艺条件，并要根据发酵过程的变化进行优化控制。
1)固体培养法
固体培养是以皮麸或米糠为主要原料，另外添加谷糠、豆饼等为辅助原料。经过对原料发酵前处理，在一定的培养条件下微生物进行生长繁殖代谢产酶。固体培养法比液体培养法产酶量高。同时还具有原料简单、不易污染、操作简便、酶提取容易、节省能源等优点。缺点是不便自动化和连续化作业，占地多、劳动强度大、生产周期长。
2)?液体培养法
液体培养法的优点是：占地少、生产量大、适合机械化作业、发酵条件容易控制、不易污染，还可大大减轻劳动强度。其培养方法有分批培养、流加培养和连续培养三种，其中前两种培养法广为应用，后者因污染和变异等关键性技术问题尚未解决，应用受到限制。在深层液体培养中，pH值、通气量、温度、基质组成、生长速率、生长期及代谢产物等都对酶的形成和产量有影响，要严加控制。深层培养的时间通过监测培养过程的酶活来确定，一般较固体培养周期(1~7d)短，仅需1~5d。与固体培养法相比,
3)产酶条件的控制
提高微生物酶活性和产率的途径是多方面的，其中控制营养和培养条件是最基本也是最重要的途径。改变培养基成分，常常能提高酶活性，改变培养基的氢离子浓度和通气等条件，可以调节酶系的比例，改变代谢调节或遗传型，可以使酶的微生物合成产生成千倍的变化。上述的这些措施，对于微生物产酶的影响并非孤立的，而是相互联系、相互制约的。所谓最佳培养条件与培养基的最佳组成，都是保证酶合成达到最高产率的控制条件。通常，菌种的生长与产酶未必是同步的，产酶量也并不是完全与微生物生长旺盛程度成正比。为了使菌体最大限度地产酶，除了根据菌种特性或生产条件选择恰当的产酶培养基外，还应当为菌种在各个生理时期创造不同的培养条件。例如细菌淀粉酶生产采取"低浓度发酵，高浓度补料"，蛋白酶生产采取"提高前期培养温度"等不同措施，提高了产酶水平。
①培养基
a碳源
碳水化合物是微生物细胞的重要组成材料、能源和酶的组成部分，也是多种诱导酶的诱导物。不同微生物要求的碳源不同，是由菌种自身的酶系（组成酶或诱导酶）所决定。
综合起来有如下几点值得注意：葡萄糖、蔗糖等易利用的碳水化合物，对促进细胞的呼吸与生长有利。高浓度下，对产酶有抑制作用，如蛋白酶和α-淀粉酶等就是如此，也有与此相反的情况；有些微生物不能利用复杂的碳水化合物，必须使用葡萄糖等简单的碳水化合物时，可采用流加法等避免出现"葡萄糖效应"现象；有时近似的碳源，也会因某些原因，出现不同的产酶情况，如黄青霉（葡萄糖氧化酶产生菌）在甜菜糖蜜作碳源时不产酶，以甘蔗糖蜜作碳源时产酶量显著增高。此外，碳源类型除了影响产酶外，还能影响微生物胞内酶与胞外酶的比例。
有些碳源本身就是酶的诱导物，如短乳杆菌（葡萄糖异构酶产生菌）必须在木糖培养基上产酶，以葡萄糖作碳源时，尽管菌体繁殖旺盛却不产酶。当然也有不需木糖作诱导物的葡萄糖导构酶产生菌。至于α-淀粉酶生产培养基中加入淀粉，果胶酶生产时加入果胶或含果胶物质的甜菜渣和水果渣，这都是早为人所共知的诱导物。但是不以底物作诱导物的情况也很多，如以果糖代替果胶，却能使果胶酶活性提高二倍。乳糖不仅诱导果胶酶，也能诱导绿色木霉增加纤维素酶的产量。
诱导方法有：?直接诱导法，即将诱导剂直接加入培养基中，使之发酵产酶；两步培养诱导法，先将微生物接种在不含诱导剂的培养液中，繁殖大量菌丝。在产酶期，把菌体转入含诱导剂的培养液中，使之大量合成酶。两步法提高产酶的原因，可能是这种方法可以避免分解代谢物阻遏，使诱导物能充分发挥其诱导作用；二次诱导法，如焦曲霉在乳糖做碳源时，能产生少量a-半乳糖苷酶，焦曲霉也能在棉子糖诱导下合成α-半乳糖苷酶。若在培养液中先加少量棉子糖，使之起预诱导作用，然后在菌体进入大量合成酶的生长时期，再加入适量的乳糖，进行二次再诱导，可能合成较多的a-半乳糖苷酶。
b?氮源
氮源是蛋白质的组成成分，氯源的不同，也能起到诱导和阻遏酶形成的作用。在蛋白酶生产中，蛋白质能诱导酶的形成，而它的水解物就不及它本身好。氨基酸的作用变化很大，有的有利，有的抑制。
氮源对于微生物生长与产酶有几方面影响：既促进微生物生长，又促进产酶；只促进微生物生长，不促进产酶；只促进产酶，不促进微生物生长；既不促进微生物生长，又不促进产酶。
在严格选定氮源类型之后，还应当注意碳源浓度，即碳氮比、无机氮与有机氮的浓度比例、无机氮的种类等。在曲霉淀粉酶的生产过程中，如果碳源不足，不能得到充分的能源，菌丝体对于氮源的消耗显著降低，影响淀粉酶的合成。枯草杆菌产生果聚糖蔗糖酶时，培养基中蔗糖浓度10%，铵盐[如(NH4)SO4]浓度必须超过菌体生长的最高需要量（即达到含氮量0。15%左右），酶的产量才大幅度上升。
c无机盐
有些金属离子本身就是酶的组成部分。盐对产酶的效应比较复杂，现分述如下,
磷：多数情况对产酶有促进作用，在蛋白酶中比较明显；
钙：Ca2+对蛋白酶有明显的保护和稳定作用。如无Ca2+存在时，灰色链霉菌中性蛋白酶只在PH7~7.5很狭范围内稳定，当有Ca2+存在时，稳定pH范围扩大到5~9，在Ca2+存在下，枯草杆菌中性蛋白酶在pH5.5~10可以稳定数小时，其反应最适温度可以提高到57℃。一种真菌产生的碱性蛋白酶，在Ca2+存在时，37℃时的半衰期由7.5min延长到165min。有Ca2+时半数以上碱性蛋白酶可在65℃维持15min。50℃培养的耐热蛋白酶，在Ca2+存在下80℃加热10min、酶活尚存85%，无Ca2+时76℃经10min，酶活即下降50%。Ca2+对α-淀粉酶的作用更为明显，纯化的α-淀粉酶在50℃以上容易失活，但有大Ca2+存在时，酶的热稳性增加。不同的菌种热稳性提高到65℃至90℃。PH的稳定范围也从5~7扩展至5~11。α-淀粉酶是一种金属酶，每分子酶含1克原子Ca2+，Ca2+使酶分子保持适当的构象，从而维持最大的活性与稳定性。不同菌种热稳定性的不同是由于高温对Ca2+的亲和力不同所致。α-淀粉酶与Ca2+的结合不因EDTA的处理而失活，除非pH低于3，但若添加与EDTA相当量的Ca2+，并将其复至中性，仍可恢复活性。
Na+、Cl-对提高枯草杆菌液化型a-淀粉酶的耐热性的作用尤为显著。
添加适量的Mg2+，Zn2+，Mn2+，Co2+，Fe2+等能提高蛋白酶和α-淀粉酶等的产酶量。D-木糖异构酶需要二价金属离子才有活力，不同菌种需As2+，Mg2+，Mn2+和Co2+等，在一种情况下，一种离子可能是活化剂，在另一种情况下却成了抑制剂。不同的酶往往需要不同的离子作它的活化剂。
一般说金属和重金属离子如Hg2+，Ag2+，Pb2+，Zn2+，Ni2+，Cu2+，A13+及有些情况下的Ca2+，Fe2+等对酶活力有抑制。若有适当浓度的Mg2+，Co2+共存时，则可显著减轻有害离子的抑制作用。
d生长因素
多种氨基酸维生素是微生物生长与产酶的必要成分，有些维生素甚至就是酶的组成部分。麦芽根、酵母膏、玉米浆、米糠、曲汁、麦芽汁、玉米废醪中均含有不同程度的微量生长因素，对促进产酶有显著效应。磷酸酰环己六醇也是微生物的重要生长因素之一。
2)培养条件
①?pH值
同一菌种产酶的类型与酶系组成可以随pH值的改变而产生不同程度的变化。如用黑曲霉使腺苷酸氧化脱氨转变为肌苷酸时，培养在pH值6.0以上的环境中，果胶酶活性受到抑制，pH值改变到6.0以下就形成果胶酶。pH值还决定酶系的组成，泡盛曲霉突变株在pH值6.0培养时，以产生a-淀粉酶为主，糖化型淀粉酶与麦穿糖酶产生极少。在pH值2.4条件下培养，转向糖化型淀粉酶与麦穿糖酶的合成，α-淀粉酶的合成受到抑制。
在蛋白酶生产中，pH低有利于酸性蛋白酶生成，pH高有利于中性和碱性蛋白酶生成，这是相一致的。产酶pH值常同酶反应最适pH值接近，但酶反应的最适pH也许对某些酶最不稳定，在这种场合下只能选择尽量靠近的pH值。
在有些情况下，由于pH不同，出现胞内和胞外酶的产量比例不同，如α-半乳糖苷酶在PH4.8至6.0范围内，其胞内酶占74%。当pH升高时胞外酶的比例就升高。
②温度
温度对产酶的影响有以下几种情况,
产酶温度低于生长温度。酱油曲霉蛋白酶合成的适宜温度在28℃，比生长温度40℃条件下产酶量高出2~4倍。在异淀粉酶生产中也有这种情况；
产酶温度与生长温度一致。如链霉菌合成葡萄糖异构酶约在30℃；
产酶温度高于生长温度。例如产生糖化型淀粉酶的适宜温度在35℃，而它生长的最适温度为30℃。链霉菌产生淀粉酶的温度以35℃合适，而生长温度则以28℃最好；
此外，温度还能影响酶系组成及酶的特性。例如，用米曲霉制曲时，温度控制在低限，有利于蛋白酶合成，而α-淀粉酶活性受到抑制。
③通气和搅拌
以枯草杆菌产生α-淀粉酶为例。将细菌的生理时期划分为三个阶段：菌体繁殖期，接种后5~13h；
芽胞产生期；产酶期。这三个阶段对于供氧要求是不同的。如果第二时期维持缺氧状态，有助于抑制芽胞形成，第一和第三生理时期充分供氧，可以促进菌体繁殖并提高产酶量，证明不同时期，对通气量要求不同。
对于产异淀粉酶的气杆菌，不同的通气量和培养方式，酶活亦有很大差别。产异淀粉酶的气杆菌，生长期间要求有较大的通气量，而产酶期间通气量以小为好；就生长而论，通气量以中等程度较好。也有与此相反的情况，如蛋白深层发酵时，较小通气量有利于生长，不利于产酶，较大通风量可促进酶的合成而对生长则抑制。但异构酶产生菌因菌种不同，有的在强通风下产酶，有的需弱通风下产酶。
④种龄
过老或过嫩，不但延长发酵周期，而且会降低产酶量。一般种龄在30至45h的酶活性最高。
4.2.3分离提纯
微生物酶的提取方法，因酶的结合状态与稳定性的不同，应用部门对产品的纯度要求不同，而有一定的区别。如果提取到的酶是一种可溶于水的复杂混合物，则需要进一步加以纯化。适用于大生产的提纯方法总是以降低成本、提高效能而同时又提高产品纯度和质量为前提，事先应当经小试验规模充分对比，从中加以选择。理想的提纯方法应满足二个条件，即比活性的提高与总活性的回收高，但实际上往往难以兼得。
1)盐析法
盐析剂中性盐的选择：?MgS04，(NH4)2S04，Na2SO4，NaH2P04是常用的盐析用中性盐。其盐析蛋白质的能力随蛋白质的种类而不同，但一般说来这种能力按上述顺序依次增大。一般可以说含有多价阴离子的中性盐其盐析效果好。但实际上(NH4)2S04是最多用的盐析剂，这是因为它的溶解度在较低温度下也是相当高的。有的酶只有在低温下稳定，而低温下Na2S04，NaH2P04的溶解度很低，常常不能达到使这种酶盐析的浓度。
盐析剂用量的决定：不同的酶使之盐析沉淀的盐析剂用量是不同的，随共存的杂质的种类和数量而有所差异。因此适当的使用量只能根据实践决定，并根据数据可以绘制出盐析曲线。
pH和温度的影响：蛋白质的溶解度在无盐存在下，以在等电点时为最小，在稀盐状态时大致也是这样。但在高浓度的中性盐溶液中，原有蛋臼质溶液pH的影响不大。实际上溶液最终的pH为盐析剂所决定。
在无盐或稀盐溶液中，温度低，蛋白质的溶解度也低，但在高浓度盐溶液中，温度高则蛋白质的溶解度反而低。因此一般说来盐析时不要降低温度，除非这种酶不耐热。
盐析法的优点是在常温沉淀过程中不会造成酶的失活，沉淀物在室温下长时间放置也不会失活，在沉淀酶的同时夹带沉淀的非蛋白质杂质少，而且适用于任何酶的沉淀。它的缺点是沉淀物中含有大量的盐析剂。如用硫酸按一次沉淀法制取的酶制剂，就含有硫酸铵的气味，如果这种制剂不经脱盐直接用于食品工业，不但影响食品的风味和工艺效果，而且工业硫酸铵中可能含有毒性物质，不符合卫生要求。
2)有机溶剂沉淀法
①有机溶剂的选择
有机溶剂沉淀蛋白质的能力随蛋白质的种类及有机溶剂的种类而不同，对曲霉淀粉酶而言，有机溶剂的沉淀能力，丙酮>异丙醇>乙醇>甲醇。这个顺序还受温度、pH、盐离子浓度所影响，不是一成不变的。
②有机溶剂的用量
有机溶剂的沉淀能力受很多因素影响，特别是溶存盐类的影响尤为显著。当存在少量中性盐(0.1~0.2mol/L以上)时能产生盐溶作用。蛋白质在有机溶剂水溶液中的溶解度升高。多价阳离子如Ca2+，Zn2+与蛋白质结合，就能使蛋白质在水或有机溶剂中的溶解度降低，因而可以降低使酶沉淀的有机溶剂的浓度。
③工艺参数的影响
a温度
有机溶剂沉淀蛋白质的能力受温度的影响很大。一般言之，温度愈低沉淀愈完全。局部区域有机溶剂过浓，能够严重破坏蛋白质的空间结构造成酶的变性失活，在温度较高的条件下尤为显著。有机溶剂，特别是乙醇与水混合时放出大量热，使混合液的温度升高。因此在添加有机溶剂时，整个系统需要冷却，一般保持0℃左右，同时强烈搅拌，以避免有机溶剂局部过热和液体局部过热。另外，已经沉淀的酶对有机溶剂变性的抵抗力大，所以过分延长添加溶剂的时间也是不利的。
bpH值
蛋白质在等电点的溶解度最低，但很多酶的等电点在pH4~5值之间，比其稳定的pH值范围低。在这种情况下必须采用目的酶稳定的pH值，然后是尽可能靠近其等电点。
沉淀时酶液的温度和pH值不但对目的酶的收率具有决定性的影响，而且对酶的组成(各共存酶的比率)及单位重量沉淀物中目的酶的活力都有重要的关系。例如固体培养的米曲霉α-淀粉酶，用水抽出并过滤，清液预先冷却，在搅拌下加乙醇至终浓度70%，温度10℃，pH值5.6~6.0，α-淀粉酶的收率约94%。
2)?吸附法
①白土及活性氧化铝吸附法
白土类是以硅酸铝为主要成分的粘土，随其种类不同，能吸附酶或蛋白质的种类和数量也不同，一般在弱酸性条件下吸附酶或蛋白质，在中性或弱碱性条件下解吸。白土先用2mol/L盐酸活化。
活性氧化铝也是最常用的吸附酶或蛋白质的吸附剂之一。可以用明矶、硫酸铵等调制，加热使之活性化。酶或蛋白质一般在弱酸性条件下吸附，在弱碱性条件下解吸。
②淀粉吸附α-淀粉酶的方法
一定的酶只作用于特定的基质，这一事实说明两者之间有一种特别的亲和力。因此用基质吸附那种对基质具有特定作用的酶，可以达到很好的效果。但作为吸附剂的基质首先必须是固相物；其次在吸附酶的过程中，这种基质不会被它所吸附而又专门能作用于它的酶所分解，或分解程度极微；第三是单位重量的基质吸附这种特定酶的能力均应该足够大。现发现生淀粉对α-淀粉酶的吸附是比较接近于上述条件的。
4.2.4酶制剂化和稳定化处理
浓缩的酶液可制成液体或固体酶制剂。酶制剂的出售是以一定体积或重量的酶活计价，所以生产出的酶制剂在出售前往往需要稀释至一定的标准酶活。同时为改进和提高酶制剂的储藏稳定性，一般都要在酶制剂中加入一种以上的物质，它们既可作酶活稳定剂，又可作抗菌剂及助滤剂，它们若制成干粉，则可起到填料、稀释剂和抗结块剂的作用。可用作酶活稳定剂的物质很多，如辅基、辅酶、金属离子、底物、整合剂、蛋白质等，最常用的有多元醇(如甘油、乙二醇、山梨醇、聚乙二醇等)、糖类、食盐、乙醇及有机钙。有时用一种稳定剂效果不明显，则需要几种物质合用，如明胶对细菌淀粉酶及蛋白酶有稳定作用，但效果不明显，若同时加人些乙醇和甘油，稳定效果就显著了
4.3酶制剂在食品工业中的应用
4.3.1酶制剂在食品保鲜方面的应用
随着人们对食品的要求不断提高和科学技术的不断进步，一种崭新的食品保鲜技术—酶法保鲜技术正在崛起。酶法保鲜技术是利用生物酶的高效的催化作用，防止或消除外界因素对食品的不良影响，从而保持食品原有的优良品质和特性的技术。由于酶具有专一性强、催化效率高、作用条件温和等特点，可广泛地应用于各种食品的保鲜，有效地防止外界因素，特别是氧化和微生物对食品所造成的不良影响。
葡萄糖氧化酶（Glucose?oxidase）是一种氧化还原酶，它可催化葡萄糖和氧反应，生成葡萄糖酸和双氧水。将葡萄糖氧化酶与食品一起置于密封容器中，在有葡萄糖存在的条件下，该酶可有效地降低或消除密封容器中的氧气，从而有效地防止食品成分的氧化作用，起到食品保鲜作用。
葡萄糖氧化酶可以在有氧条件下，将蛋类制品中的的少量葡萄糖除去，而有效地防止蛋制品的褐变，提高产品的质量；另外在氧的存在下容易发生氧化作用的花生、奶粉、面制品、冰淇淋、油炸食品等富含油脂的食品；易发生褐变的马铃薯、苹果、梨、果酱类食品中，利用葡萄糖氧化酶这种理想的除氧保鲜剂，可以有效地防止氧化的发生。
溶菌酶（Lysozyme）是一种催化细菌细胞壁中的肽多糖水解的水解酶。它专一地作用于肽多糖分子中N-乙酰胞壁酸与N-乙酰氨基葡萄糖之间的β-1，4键，从而破坏细菌的细胞壁，使细菌溶解死亡。一般可从鸡蛋的蛋清中得到。用溶菌酶处理食品，可以有效地防止和消除细菌对食品的污染，起到防腐保鲜作用。溶菌酶由于其专一地作用于细菌的细胞壁，使细菌溶解，而对没有细胞壁的人体细胞不会产生不利的影响，所以广泛地应用于医药、食品等需要杀灭细菌的领域。在食品保鲜方面，可用于各种食品的防腐保鲜等，如干酪、水产品、低浓度酿造酒、乳制品等其它食品的保鲜。采用溶菌酶进行食品的防腐保鲜，一般使用蛋清溶菌酶。蛋清溶菌酶对人体无害，可有效地防止细菌对食品的污染，它已广泛地用于各种食品的防腐保鲜。
4.3.2酶制剂在淀粉类食品生产中的应用
淀粉类食品是指含大量淀粉或以淀粉为主要原料加工而成的食品，是世界上产量最大的一类食品。淀粉可以通过水解作用生成糊精、低聚糖、麦芽糊精和葡萄糖等产物。这些产物又可进一步转化为其他产物。在这些产物的生产中，已广泛应用各种酶。
在淀粉类食品的加工中，多种酶被广泛地应用，其中主要的有a-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶、支链淀粉酶、葡萄糖异构酶等。现在国内外葡萄糖的生产绝大多数是采用淀粉酶水解的方法。酶法生产葡萄糖是以淀粉为原料，先经a-淀粉酶液化成糊精，再利用糖化酶生成葡萄糖。果葡糖浆是有葡萄糖异构酶催化葡萄糖异构化生成果糖，而得到含有葡萄糖和果糖的混合糖浆。若将异构化反应完成后，混合糖液经过脱色、精制、浓缩等过程，得到固形物含量达71%左右的果葡糖浆，其中，含果糖42%左右，含葡萄糖52%左右，另有6%左右为低聚糖。若将异构化后的混合糖液中的果糖与葡萄糖分离，再将分离的葡萄糖进行异构化，如此反复进行，可使更多的葡萄糖转化为果糖，由此可生产出果糖含量达70%、90%甚至更高的果葡糖浆，称之为高国糖浆。
饴糖生产中所利用的酶，除了从添加的大麦芽中得到以外，也可以采用直接添加酶制剂的方法提供。添加的酶主要是a-淀粉酶和β-淀粉酶。目前高麦芽糖浆的生产的生产是采用β-淀粉酶和支链淀粉酶的共同作用，使淀粉更多地转化为麦芽糖。糖化时，将液化后得到的糊精液调至pH5~6，温度50℃左右，加入一定比例的支链淀粉酶和β-淀粉酶，作用10h左右，得到麦芽糖含量达80%~95%的糖化液。
糊精是淀粉的低级程度水解产物，广泛应用于食品增绸剂、填充剂和吸收剂等。糊精和麦芽糊精可用酸法和酶法生产，现在大多采用酶法水解的方法生产。环状糊精是由6~12个葡萄糖单位以a-1，4-葡萄糖苷键连接而成的环状结构的一类化合物，能吸附各种小分子物质，起到稳定、缓解、乳化、提高溶解度和分散度等作用，在食品工业中有广泛用途。β-环状糊精的生产，一般采用嗜碱芽孢杆菌BGT。常用的生产菌株有N-227，NO。38-2等。采用嗜碱芽孢杆菌N-227菌BGT生产β-环状糊精时，可使用木薯淀粉、马铃薯淀粉、甘薯淀粉及可溶性淀粉为原料，转化率可达35%~40%。
4.3.3酶在蛋白质食品生产中的应用
蛋白质食品是指含大量蛋白质或以蛋白质为主要原料加工而成的食品。在蛋白质食品的生产过程中，主要使用的酶是各种蛋白酶。蛋白质是由各种氨基酸通过肽键连接而成的高分子化合物，在蛋白质水解酶的作用下，可水解生成蛋白胨、多肽、氨基酸等蛋白质水解产物。这些产物在食品、医药、细菌培养等领域有广泛的应用价值。
蛋白酶（Proteinases）是一类催化蛋白质水解的酶。来自微生物的蛋白酶主要是枯草杆菌蛋白酶、黑曲霉蛋白酶等。蛋白质在加酶水解之前必须经过一定的处理，以破坏其完整的空间结构，使其变性，以利于酶的水解。一般可以采用加热处理的方法。也可采用生化分离技术将蛋白质先提取出来，再进行酶解。用蛋白酶水解法生产氨基酸时，要根据所使用的蛋白酶的动力学特性，选择并控制好各种水解条件，使蛋白质完全水解成氨基酸。
明胶是一种热可溶性的蛋白质凝胶，在食品加工中有广泛的用途。生产明胶的原料一般采用动物的皮或骨，这些原料含有丰富的胶原蛋白。天然状态的胶原蛋白呈三股螺旋结构，不溶于水，若采用适当的方法处理，即可使三股螺旋结构解体成为单链，而溶解在热水中，得到明胶溶液。在蛋白酶法水解生产明胶时原料需先经切割、捣碎处理，然后用清水洗净、沥干。
干酪（cheese）又称奶酪，是乳中的酪蛋白凝固而成的一种营养价值高、容易消化吸收的食品，其主要成分是蛋白质和乳脂，还含有少量的无机盐及丰富的维生素。干酪的生产可以采用乳酸菌发酵的方法，也可采用凝乳蛋白酶的方法进行。用于肉类嫩化的微生物蛋白酶有枯草杆菌蛋白酶、黑曲霉蛋白酶、米曲霉蛋白酶、根曲霉蛋白酶等微生物蛋白酶。
4.3.4酶在果蔬食品生产中的应用
在果蔬类食品的生产过程中，为了提高产量和产品质量，常常使用各种酶。常用果胶酶处理果汁、果酒、果胨、果蔬罐头等的生产。在果汁生产过程中，应用果胶酶处理，有利于压榨、提高出汁率。在沉淀、过滤、离心分离过程中，能促进凝聚沉淀物的分离，使果汁澄清。经酶处理的果汁比较稳定，可防止混浊。果胶酶已广泛用于苹果汁、葡萄汁、柑橘汁等的生产。用于果汁处理的果胶酶一般均是混合果胶酶，其中含有果胶酯酶（PE）、内切聚半乳糖醛酸酶（endo-PG）、外切聚半乳糖醛酸酶（exo-PG）、内切聚半乳糖醛酸裂解酶（endo-PGL）、外切聚半乳糖醛酸裂解酶（exo-PGL）、内切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（endo-PMGL）、外切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（exo-PMGL）。在应用果胶酶处理苹果汁时，要特别注意pH值、温度、作用时间、酶量等对果汁澄清速度的影响。
果汁经浓缩成为高浓度果汁后，在高浓度的糖存在的条件下，可以凝结形成果冻。但糖含量太多不仅影响风味，而且不符合当今人们对健康食品的要求。若要生产低糖果冻，必须采用酶法处理技术。用纯化的果胶酯酶（PG）处理果汁，使果胶的甲基化程度降低。
在果蔬制品的脱色方面也用到酶制剂处理。许多水果和蔬菜，如葡萄、桃、草莓、芹菜等都含有花青素。花青素是一类水溶性植物色素。其颜色随pH值的不同而改变，在光照和稍高的温度下，很快变为褐色，与金属离子反应则呈灰紫色。因此，含花青素的果蔬制品，如葡萄汁、草莓酱、桃子罐头、芹菜汁等，必须用花青素酶处理，使花青素水解成为五色的葡萄糖和配基。以保证产品质量。
4.3.5酶在果酒生产中的应用
在葡萄酒生产的过程中，已广泛应用酶制剂，主要应用的酶有果胶酶和蛋白酶。果胶酶用于葡萄酒生产，不仅可以提高葡萄汁和葡萄酒的产率、有利于过滤和澄清，而且可以提高产品质量。如使用果胶酶后，葡萄中单宁的抽出率降低，使酿制的白葡萄酒风味更佳。在红葡萄酒酿制过程中使用果胶酶，可提高色素的抽提率，还有助于酒的老熟，增加酒香。
用于葡萄酒生产的果胶酶大多数是复合酶制剂。除了含有各种果胶酶外，还含有少量的纤维素酶和半纤维素酶。在葡萄酒酿造过程中，还使用蛋白酶，以使酒中存在的蛋白质水解，防止出现蛋白质浑浊，使酒体清澈透明。除了葡萄酒以外，在其他果酒如桃酒、荔枝酒等的生产过程中，也可采用酶法处理，以提高产率和产品质量。
4.3.6酶在食品添加剂生产中的应用
酶作为一种高效生物催化剂，逐渐在食品添加剂的生产中获得较广泛的应用。介于天然提取和化学合成两种方法之间，酶合成的工艺具有前两者无法比拟的优点：酶的催化活性高，产品合成速度快，酶的催化特异性，产品纯度高，且能获得指定构象的产品。酶的使用确实能解决化学合成和天然提取方法中的问题，也就为食品添加剂的生产提出新的思路。
思考题,
1、列表说明微生物在食品制造方面的作用。
2、微生物在食品制造应用中菌种扩大培养有哪些共同特点？
3、为什么说食醋生产是多种微生物参与的结果？
4、近年来生产发酵乳制品时，在菌种开发方面有哪些进展？
5、在双歧杆菌酸奶生产中常用什么特定的工艺路线？
6、简述黄原胶的性质及在食品中的应用情况。
7、酵母菌在面包制造过程中起哪些作用？
8、简述啤酒生产的整个工艺过程。
9、在发酵生产葡萄酒过程中应注意的问题有哪些？
10、在酱油生产中对生产原料有什么要求？
11、柠檬酸在食品中的作用有哪些？
12、说明微生物酶制剂在食品加工制造中的应用情况。


第8章 食品微生物污染及其主要变质微生物本章的学习目的与要求
1.掌握污染食品的微生物来源及途径，并了解其在食品中的消长规律和特点。
2.了解食品中常见的细菌的种类及它们的主要生物学特性。
3.掌握食品中细菌数量和大肠菌群的含义及其食品卫生学意义。
4.熟悉产毒霉菌的种类，掌握霉菌污染食品及其产毒的特点、毒素性质，以及霉菌及其毒素的食品卫生学意义。
食品微生物污染是指食品在加工、运输、贮藏、销售过程中被微生物及其毒素污染。研究并弄清食品的微生物污染源和途径及其在食品中的消长规律，对于切断污染途径、控制其对食品的污染、延长食品保藏期、防止食品腐败变质与食物中毒的发生都有非常重要的意义。食品微生物的污染主要包括细菌及细菌毒素污染和霉菌及霉菌毒素污染。
1.污染食品的微生物来源及其途径
一方面微生物在自然界中分布十分广泛，不同的环境中存在的微生物类型和数量不尽相同，另一方面食品从原料、生产、加工、贮藏、运输、销售到烹调等各个环节，常常与环境发生各种方式的接触，进而导致微生物的污染。污染食品的微生物来源可分为土壤、空气、水、操作人员、动植物、加工设备、包装材料等方面。
1.1?污染食品的微生物来源
1.1.1土壤
土壤中含有大量的可被微生物利用的碳源和氮源，还含有大量的硫、磷、钾、钙、镁等无机元素及硼、钼、锌、锰等微量元素，加之土壤具有一定的保水性、通气性及适宜的酸碱度
（pH3.5~10.5），土壤温度变化范围通常在10～30℃之间，而且表面土壤的覆盖有保护微生物免遭太阳紫外线的危害。
可见，土壤为微生物的生长繁殖提供了有利的营养条件和环境条件。因此，土壤素有“微生物的天然培养基”和“微生物大本营”之称。
土壤中的微生物数量可达107～109个/g。土壤中的微生物种类十分庞杂，其中细菌占有比例最大，可达70%～80%，放线菌占5%～30%，其次是真菌、藻类和原生动物。不同土壤中微生物的种类和数量有很大差异，在地面下3～25cm是微生物最活跃的场所，肥沃的土壤中微生物的数量和种类较多，果园土壤中酵母的数量较多。土壤中的微生物除了自身发展外，分布在空气、水和人及动植物体的微生物也会不断进入土壤中。许多病原微生物就是随着动植物残体以及人和动物的排泄物进入土壤的。因此，土壤中的微生物既有非病原的，也有病原的。通常无芽孢菌在土壤中生存的时间较短，而有芽孢菌在土壤中生存时间较长。例如沙门氏菌只能生存数天至数周，炭疽芽孢杆菌却能生存数年或更长时间。同时土壤中还存在着能够长期生活的土源性病原菌。霉菌及放线菌的孢子在土壤中也能生存较长时间。
1.1.2?空气
空气中不具备微生物生长繁殖所需的营养物质和充足的水分条件，加之室外经常接受来自日光的紫外线照射，所以空气不是微生物生长繁殖的场所。然而空气中也确实含有一定数量的微生物，这些微生物是随风飘扬而悬浮在大气中或附着在飞扬起来的尘埃或液滴上。这些微生物可来自土壤、水、人和动植物体表的脱落物和呼吸道、消化道的排泄物。
空气中的微生物主要为霉菌、放线菌的孢子和细菌的芽孢及酵母。不同环境空气中微生物的数量和种类有很大差异。公共场所、街道、畜舍、屠宰场及通气不良处的空气中微生物的数量较高。空气中的尘埃越多，所含微生物的数量也就越多。室内污染严重的空气微生物数量可达106个/m3，海洋、高山、乡村、森林等空气清新的地方微生物的数量较少。空气中可能会出现一些病原微生物、它们直接来自人或动物呼吸道、皮肤干燥脱落物及排泄物或间接来自土壤，如结核杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、流感嗜血杆菌和病毒等。患病者口腔喷出的飞沫小滴含有1~2万个细菌。
1.1.3?水
自然界中的江、河、湖、海等各种淡水与咸水水域中都生存着相应的微生物。由于不同水域中的有机物和无机物种类和含量、温度、酸碱度、含盐量、含氧量及不同深度光照度等的差异，因而各种水域中的微生物种类和数量呈明显差异。通常水中微生物的数量主要取决于水中有机物质的含量，有机物质含量越多，其中微生物的数量也就越大。
淡水域中的微生物可分为两大类型：一类是清水型水生微生物，这类微生物习惯于在洁净的湖泊和水库中生活，以自养型微生物为主，可被看作是水体环境中的土居微生物，如硫细菌、铁细菌、衣细菌及含有光合色素的蓝细菌、绿硫细菌和紫细菌等。也有部分腐生性细菌，如色杆菌属（Chromobacterium），无色杆菌属（Achromobacter）和微球菌属（Micrococcus）的一些种就能在低含量营养物的清水中生长。霉菌中也有一些水生性种类，如水霉属（Saprolegnia）和绵霉属（Achlya）的一些种可以生长于腐烂的有机残体上。此外还要单细胞和丝状的藻类以及一些原生动物常在水中生长，通常它们的数量不大。另一类是腐败型水生微生物，它们是随腐败的有机物质进入水域，获得营养而大量繁殖的，是造成水体污染、传播疾病的重要原因。其中数量最大的上G—细菌，如变形杆菌属（Proteus）、大肠杆菌、产气肠杆菌（Enterobacter?aerogenes）和产碱杆菌属（Alcaligenes）等，还有芽孢杆菌属、弧菌属（Vibrio）和螺菌属（Spirillum）中的一些种。当水体受到土壤和人畜排泄物的污染后，会使肠道菌的数量增加，如大肠杆菌、粪链球菌（Streptococcus?faecalis）和魏氏梭菌（Clostridium?welchii）、沙门氏菌、产气荚膜芽孢杆菌（B.perfringens）、炭疽杆菌（B.anthracis）、破伤风芽孢杆菌（B.tetani）。污水中还会有纤毛虫类、鞭毛虫类和根足虫类原生动物。进入水体的动植物致病菌，通常因水体环境条件不能完全满足其生长繁殖的要求，故一般难以长期生存，但也有少数病原菌可以生存达数月之久。
海水中也含有大量的水生微生物，主要是细菌，它们均具有嗜盐性。近海中常见的细菌有：假单胞菌、无色杆菌、黄杆菌、微球菌属、芽孢杆菌属和噬纤维菌属（Cytophaga），它们能引起海产动植物的腐败，有的是海产鱼类的病原菌。海水中还存在有可引起人类食物中毒的病原菌，如副溶血性弧菌（Vibrio?parahaemolyticus）。
矿泉水及深井水中通常含有很少的微生物数量。
1.1.4人及动物体
人体及各种动物，如犬、猫、鼠等的皮肤、毛发、口腔、消化道、呼吸道均带有大量的微生物，如未经清洗的动物被毛、皮肤微生物数量可达105~106/cm2。当人或动物感染了病原微生物后，体内会存在有不同数量的病原微生物，其中有些菌种是人畜共患病原微生物，如沙门氏菌、结核杆菌、布氏杆菌（Bacterium?burgeri）。这些微生物可以通过直接接触或通过呼吸道和消化道向体外排出而污染食品。
蚊、蝇及蟑螂等各种昆虫也都携带有大量的微生物，其中可能有多种病原微生物，它们接触食品同样会造成微生物的污染。
1.1.5?加工机械及设备
各种加工机械设备本身没有微生物所需的营养物质，但在食品加工过程中，由于食品的汁液或颗粒粘附于内表面，食品生产结束时机械设备没有得到彻底的灭菌，使原本少量的微生物得以在其上大量生长繁殖，成为微生物的污染源。这种机械设备在后来的使用中会通过与食品接触而造成食品的微生物污染。
1.1.6包装材料
各种包装材料如果处理不当也会带有微生物。一次性包装材料通常比循环使用的材料所带有的微生物数量要少。塑料包装材料由于带有电荷会吸附灰尘及微生物。
1.1.7原料及辅料
1.1.7.1动物性原料
屠宰前健康的畜禽具有健全而完整的免疫系统，能有效地防御和阻止微生物的侵入和在肌肉组织内扩散。所以正常机体组织内部（包括肌肉、脂肪、心、肝、肾等）一般是无菌的，而畜禽体表、被毛、消化道、上呼吸道等器官总是有微生物存在，如未经清洗的动物被毛、皮肤微生物数量可达105~106个/cm2。如果被毛和皮肤污染了粪便，微生物的数量会更多。刚排出的家畜粪便微生物数量可多达107个/g、瘤胃成分中微生物的数量可达109个/g。
患病的畜禽其器官及组织内部可能有微生物存在，如病牛体内可能带有结核杆菌、口蹄疫病毒等。这些微生物能够冲破机体的防御系统，扩散至机体的其他部位，此多为致病菌。动物皮肤发生刺伤、咬伤或化脓感染时，淋巴结会有细菌存在。其中一部分细菌会被机体的防御系统吞噬或消除掉，而另一部分细菌可能存留下来导致机体病变。畜禽感染病原菌后有的呈现临床症状，但也有相当一部分为无症状带菌者，这部分畜禽在运输和圈养过程中，由于拥挤、疲劳、饥饿、惊恐等刺激，机体免疫力下降而呈现临床症状，并向外界扩散病原菌，造成畜禽相互感染。
屠宰后的畜禽即丧失了先天的防御机能，微生物侵入组织后迅速繁殖。屠宰过程卫生管理不当将造成微生物广泛污染的机会。最初污染微生物是在使用非灭菌的刀具放血时，将微生物引入血液中的，随着血液短暂的微弱循环而扩散至胴体的各部位。在屠宰、分割、加工、贮存和肉的配销过程中的每一个环节，微生物的污染都可能发生。
屠宰前畜禽的状态也很重要。屠宰前给予充分休息和良好的饲养，使其处于安静舒适的条件，此种状态下进行屠宰其肌肉中的糖元将转变为乳酸。在屠宰后6～7h内由于乳酸的增加使胴体的pH降低到5.6～5.7，24h内pH降低至5.3～5.7。在此pH条件下，污染的细菌不易繁殖。如果宰前家畜处于应激和兴奋状态，则将动用贮备糖元，宰后动物组织的pH接近于7，在这样的条件下腐败细菌的侵染会更加迅速。
健康禽类所产生的鲜蛋内部本应是无菌的，但是鲜蛋中经常可发现微生物存在，即使是刚产出的鲜蛋也是如此。微生物污染的来源：1）卵巢内。病原菌通过血液循环进入卵巢，在蛋黄形成时进入蛋中。常见的感染菌有雏沙门氏菌（S.pullora）、鸡沙门氏菌（S.gallinarum）等。2）排泄腔（生殖道）。禽类的排泄腔内含有一定数量的微生物，当蛋从排泄腔排出体外时，由于蛋内遇冷收缩，附在蛋壳上的微生物可穿过蛋壳进入蛋内。3）环境。鲜蛋蛋壳的屏障作用有限，蛋壳上有许多大小为4～6μm的气孔，外界的各种微生物都有可能进入，特别是贮存期长或经过洗涤的蛋，在高温、潮湿的条件下，环境中的微生物更容易借水的渗透作用侵入蛋内。
刚生产出来的鲜乳总是会含有一定数量的微生物，这是由于既使是健康乳畜的乳房内，也可能生存有一些细菌，特别是乳头管及其分枝，常生存着特定的乳房菌群。主要有微球菌属、链球菌属、乳杆菌属。当乳畜患乳房炎时，乳房内还会含有引起乳房炎的病原菌，如无乳链球菌（Str.agalactia）、化脓棒状杆菌（Cor.pyogenes）、乳房链球菌和金黄色葡萄球菌等。患有结核或布氏杆菌病时，乳中可能有相应的病原菌存在。
鱼类生活在水域中，由于水域中含有多种微生物，所以鱼的体表、鳃、消化道内都有一定数量的微生物。活鱼体表每平方厘米附着的细菌有102~107个，每毫升鱼的肠液中含细菌数为105~108个。因此，刚捕捞的鱼体所带有的细菌主要是水生环境中的细菌。主要有假单胞菌属、黄色杆菌属、无色杆菌属等，淡水中的鱼还有产碱杆菌属、气单胞菌属和短杆菌属（Brevibacterium）等。
近海和内陆水域中的鱼可能受到人或动物的排泄物污染，而带有病原菌如副溶血性弧菌。它们在鱼体上存在的数量不多，不会直接危害人类健康，但如贮藏不当，病原菌大量繁殖后可引起食物中毒。在鱼上发现的病原菌还可能有沙门氏菌、志贺氏菌和霍乱弧菌、红斑丹毒丝菌、产气荚膜梭菌，它们也是由环境污染的。捕捞后的鱼类在运输、贮存、加工、销售等环节中，还可能进一步被陆地上的各种微生物污染。这些微生物主要有微球菌属和芽孢杆菌属，其次还有变形杆菌、大肠杆菌、赛氏杆菌、八叠球菌及梭状芽孢杆菌。
1.1.7.2?植物性原料
健康的植物在生长期与自然界广泛接触，其体表存在有大量的微生物，所以收获后的粮食一般都含有其原来生活环境中的微生物。椐测定，每克粮食含有几千个以上的细菌。这些细菌多属于假单胞菌属、微球菌属、乳杆菌属和芽孢杆菌属等。此外，粮食中还含有相当数量的霉菌孢子，主要是曲霉属、青霉属、交链孢霉属、镰刀霉属等，还有酵母菌。植物体表还会附着有植物病原菌及来自人畜粪便的肠道微生物及病原菌。健康的植物组织内部应该是无菌或仅有极少数菌，如有时外观看上去是正常的水果或蔬菜，其内部组织中也可能有某些微生物的存在。有人从苹果、樱桃等组织内部分离出酵母菌，从番茄组织中分离出酵母菌和假单孢菌属的细菌。这些微生物是果蔬开花期侵入并生存于果实内部的。
感染病后的植物组织内部会存在大量的病原微生物，这些病原微生物是在植物的生长过程中通过根、茎、叶、花、果实等不同途径侵入组织内部的。
果蔬汁是以新鲜水果为原料，经加工制成的。由于果蔬原料本身带有微生物，而且在加工过程中还会再次感染，所以制成的果蔬汁中必然存在大量微生物。果汁的pH值一般在2.4～4.2之间，糖度较高，可达60～70°Brix，因而在果汁中生存的微生物主要是酵母菌，其次是霉菌和极少数的细菌。
粮食在加工过程中，经过洗涤和清洁处理，可除去籽粒表面上的部分微生物，但某些工序可使其受环境、机具及操作人员携带的微生物再次污染。多数市售面粉的细菌含量为每克几千个，同时还含有50～100个左右的霉菌孢子。
1.2微生物污染食品的途径
食品在生产加工、运输、贮藏、销售以及食用过程中都可能遭受到微生物的污染，其污染的途径可分为两大类。
1.2.1内源性污染
凡是作为食品原料的动植物体在生活过程中，由于本身带有的微生物而造成食品的污染称为内源性污染，也称第一次污染。如畜禽在生活期间，其消化道、上呼吸道和体表总是存在一定类群和数量的微生物。当受到沙门氏菌、布氏杆菌、炭疽杆菌等病原微生物感染时，畜禽的某些器官和组织内就会有病原微生物的存在。当家禽感染了鸡白痢、鸡伤寒等传染病，病原微生物可通过血液循环侵入卵巢，在蛋黄形成时被病原菌污染，使所产卵中也含有相应的病原菌。
1.2.2外源性污染
食品在生产加工、运输、贮藏、销售、食用过程中，通过水、空气、人、动物、机械设备及用具等而使食品发生微生物污染称外源性污染，也称第二次污染。
1.2.2.1通过水污染
在食品的生产加工过程中，水既是许多食品的原料或配料成分，也是清洗、冷却、冰冻不可缺少的物质，设备、地面及用具的清洗也需要大量用水。各种天然水源包括地表水和地下水，不仅是微生物的污染源，也是微生物污染食品的主要途径。自来水是天然水净化消毒后而供饮用的，在正常情况下含菌较少，但如果自来水管出现漏洞、管道中压力不足以及暂时变成负压时，则会引起管道周围环境中的微生物渗漏进入管道，使自来水中的微生物数量增加。在生产中，既使使用符合卫生标准的水源，由于方法不当也会导致微生物的污染范围扩大。如在屠宰加工场中的宰杀、除毛、开膛取内脏的工序中，皮毛或肠道内的微生物可通过用水的散布而造成畜体之间的相互感染。生产中所使用的水如果被生活污水、医院污水或厕所粪便污染，就会使水中微生物数量骤增，水中不仅会含有细菌、病毒、真菌、钩端螺旋体，还可能会含有寄生虫。用这种水进行食品生产会造成严重的微生物污染，同时还可能造成其他有毒物质对食品的污染，所以水的卫生质量与食品的卫生质量有密切关系。食品生产用水必须符合饮用水标准，采用自来水或深井水。循环使用的冷却水要防止被畜禽粪便及下脚料污染。
1.2.2.2通过空气污染
空气中的微生物可能来自土壤、水、人及动植物的脱落物和呼吸道、消化道的排泄物，它们可随着灰尘、水滴的飞扬或沉降而污染食品。人体的痰沫、鼻涕与唾液的小水滴中所含有的微生物包括病原微生物，当有人讲话、咳嗽或打喷嚏时均可直接或间接污染食品。人在讲话或打喷嚏时，距人体1.5m内的范围是直接污染区，大的水滴可悬浮在空气中达30min之久；小的水滴可在空气中悬浮4～6h，因此食品暴露在空气中被微生物污染是不可避免的。
1.2.2.3通过人及动物接触污染
从事食品生产的人员，如果他们的身体、衣帽不经常清洗，不保持清洁，就会有大量的微生物附着其上，通过皮肤、毛发、衣帽与食品接触而造成污染。在食品的加工、运输、贮藏及销售过程中，如果被鼠、蝇、蟑螂等直接或间接接触，同样会造成食品的微生物污染。试验证明，每只苍蝇带有数百万个细菌，80%的苍蝇肠道中带有痢疾杆菌，鼠类粪便中带有沙门氏菌、钩端螺旋体等病原微生物。
1.2.2.4通过加工设备及包装材料污染
在食品的生产加工、运输、贮藏过程中所使用的各种机械设备及包装材料，在未经消毒或灭菌前，总是会带有不同数量的微生物而成为微生物污染食品的途径。在食品生产过程中，通过不经消毒灭菌的设备越多，造成微生物污染的机会也越多。已经过消毒灭菌的食品，如果使用的包装材料未经过无菌处理，则会造成食品的重新污染。
1.3食品中微生物的消长
食品受到微生物的污染后，其中的微生物种类和数量会随着食品所处环境和食品性质的变化而不断地变化。这种变化所表现的主要特征就是食品中微生物出现的数量增多或减少，即称为食品微生物的消长。食品中微生物的消长通常有以下规律及特点。
1.3.1加工前
食品加工前，无论是动物性原料还是植物性原料都已经不同程度地被微生物污染，加之运输、贮藏等环节，微生物污染食品的机会进一步增加，因而使食品原料中的微生物数量不断增多。虽然有些种类的微生物污染食品后因环境不适而死亡，但是从存活的微生物总数看，一般不表现减少而只有增加。这一微生物消长特点在新鲜鱼肉类和果蔬类食品原料中表现明显，即使食品原料在加工前的运输和贮藏等环节中曾采取了较严格的卫生措施，但早在原料产地已污染而存在的微生物，如果不经过一定的灭菌处理它们仍会存在。
1.3.2?加工过程中
在食品加工的整个过程中，有些处理工艺如清洗、加热消毒或灭菌对微生物的生存是不利的。这些处理措施可使食品中的微生物数量明显下降，甚至可使微生物几乎完全消除。但如果原料中微生物污染严重，则会降低加工过程中微生物的下降率。在食品加工过程中的许多环节也可能发生微生物的二次污染。在生产条件良好和生产工艺合理的情况下，污染较少，故食品中所含有的微生物总数不会明显增多；如果残留在食品中的微生物在加工过程中有繁殖的机会，则食品中的微生物数量就会出现骤然上升的现象。
1.3.3加工后
经过加工制成的食品，由于其中还残存有微生物或再次被微生物污染，在贮藏过程中如果条件适宜，微生物就会生长繁殖而使食品变质。在这一过程中，微生物的数量会迅速上升，当数量上升到一定程度时不再继续上升，相反活菌数会逐渐下降。这是由于微生物所需营养物质的大量消耗，使变质后的食品不利于该微生物继续生长，而逐渐死亡，此时食品不能食用。如果已变质的食品中还有其他种类的微生物存在，并能适应变质食品的基质条件而得到生长繁殖的机会，这时就会出现微生物数量再度升高的现象。加工制成的食品如果不再受污染，同时残存的微生物又处于不适宜生长繁殖的条件，那么随着贮藏日期的延长，微生物数量就会日趋减少。
由于食品的种类繁多，加工工艺及方法和贮藏条件不尽相同，致使微生物在不同食品中呈现的消长情况也不可能完全相同。充分掌握各种食品中微生物消长规律的特点，对于指导食品的生产具有重要的意义。
2.?食品的细菌污染
细菌是污染食品和引起食品腐败变质的主要微生物类群，因此多数食品卫生的微生物学标准都是针对细菌制定的。
2.1食品中常见的细菌
食品中细菌来自内源和外源的污染，而食品中存活的细菌只是自然界细菌中的一部分。这部分在食品中常见的细菌，在食品卫生学上被称为食品细菌。食品细菌包括致病菌、相对致病菌和非致病菌，有些致病菌还是引起食物中毒的原因。它们既是评价食品卫生质量的重要指标，也是食品腐败变质的原因。在《伯杰氏系统细菌学手册》(Bergey’s?Manual?of?Systematic?Bacteriology)（1984~1989）中，污染食品后可引起腐败变质、造成食物中毒和引起疾病的常见细菌分为以下科属。
2.1.1革兰氏阴性需氧或微需氧、能运动的螺旋形或弯曲细菌
这一类细菌中与食品有关的主要是弯曲杆菌属（Campylobacter），该属菌为革兰氏阴性、微需氧的螺旋状细菌。菌体大小为0.5~5×0.2~0.8μm。在菌体的一端或两端生有一根鞭毛，能运动。
在陈旧培养基中有时变成球状。该属菌生长时需要8％~15％的氧，在含有0.5％~1.5％NaCl的培养基中才能生长，在不含NaCl的蛋白胨水和琼脂上不生长。不能利用葡萄糖等碳水化合物，不产生吲哚。氧化酶阳性。能使硝酸盐还原成亚硝酸盐。
弯曲杆菌广泛分布于世界各地。人食入含有该菌的食物后，可发生食物中毒，引起细菌性肠炎，症状为下痢、腹痛、发热、恶心、呕吐等。
2.1.2革兰氏阴性需氧杆菌和球菌
2.1.2.1假单胞菌科（Pseudomonadaceae）
该科中在食品中最常见的是假单胞菌属（Pseudomonas）。该属菌为革兰氏阴性、无芽孢、需氧、直或稍弯曲杆状。菌体大小为0.5~1×1.5~4μm，大部分极生鞭毛，能运动。氧化酶阳性，糖代谢方式为呼吸型。营养要求简单，大部分菌种在不含维生素、氨基酸的合成培养基中仍能良好生长。假单胞菌属的细菌多具有分解蛋白质和脂肪的能力，其中有些分解能力很强。部分菌株可产生水溶性荧光色素。
此外，假单胞菌还具有一些特点：增殖速度快；一些种能在5℃的低温下生长；具有很强的产生氨等腐败产物的能力。因而，假单胞菌污染肉及肉制品、鲜鱼贝类、禽蛋类、牛乳和蔬菜等食品后可引起腐败变质，并且是冷藏食品腐败的重要原因菌。例如，荧光假单胞菌（P.fluorescens）在低温下可使肉、乳及乳制品腐败；生黑色腐败假单胞菌（P.nigrifaciens）能使动物性食品腐败，并在其上产生黑色素；菠萝软腐病假单胞菌（P.ananas）可使菠萝果实腐烂，被侵害的组织变黑并枯萎。与食品腐败有关的菌种还有，草莓假单胞菌（P.fragi）、类蓝假单胞菌?（P.syncyanea）、类黄假单胞菌（P.synxantha）、腐臭假单胞菌（P.taetrolens）、腐败假单胞菌（P.putrefaciens）、生孔假单胞菌（P.lacunogenes）、粘假单胞菌（P.myxogenes）等。假单胞菌属中的有些种对人或动物有致病性。该属菌多分布于土壤和水中及各种植物体上。
2.1.2.2盐杆菌科（Halobacteriaceae）?
盐杆菌科包括盐杆菌属（Halobacterium）和盐球菌属（Halococcus）2个属。盐杆菌属和盐球菌属对高渗均具有很强的耐受能力，可在高盐环境中（3.5%至饱和盐溶液中）生长。低盐可使细菌由杆状变为球状。盐杆菌和盐球菌可在咸肉和盐渍食品上生长，引起食物变质。
2.1.2.3?醋酸杆菌科（Acetobacteraceae）?
1）醋酸杆菌属（Acetobacter）?该属菌的细胞为椭圆形至杆状，直或稍弯曲，以单个、成对或成链存在。有些菌株经常出现退化的类型。以周生鞭毛或侧生鞭毛运动，或不运动，无芽孢。菌落灰白色，大多数菌株不产生色素，少数菌株产生褐色水溶性色素，或由于细胞内含卟啉而使菌落呈粉红色。专性好氧。幼龄为革兰氏阴性杆菌，老龄常变为阳性。最适宜生长温度为25～30℃。该属菌能将乙醇氧化成醋酸，并可将醋酸和乳酸氧化成CO2和水。其生长所需的最好碳源是乙醇、甘油和乳酸。有些菌株能够合成纤维素，当这些菌株生长在静止的液体培养基中时，会在表面形成一层纤维素薄膜。醋酸杆菌属细菌主要分布在花、果实、葡萄酒、啤酒、苹果汁、醋和果园土等环境中，并可引起菠萝的粉红病和苹果、梨的腐烂。该属菌在食品工业上可用于食醋酿造。
2）葡糖杆菌属（Gluconobacter）?该属细菌为椭圆状或杆状，单生、成对或排列成链状，有或无鞭毛。菌落灰白色，专性好氧，最适生长温度为25~30℃，在37℃不生长。最适pH5.5~6.0，大多数菌株能在pH3.6生长。老龄菌常由革兰氏阴性变为阳性。能氧化乙醇成醋酸，但不能将醋酸或乳酸氧化成CO2和H2O。该属菌广泛分布于花、果实、蜂蜜、苹果汁、葡萄酒、醋和软饮料等环境中，可导致含酒精饮料变酸。
2.1.2.4所属科未定的属?
该类群中与食品关系较密切的是产碱杆菌属（Alcaligenes）。该菌为杆状、球杆状或球状，通常单个存在，周生鞭毛，可运动。适宜生长温度为20~37℃。专性好氧，有些菌株能在硝酸盐或亚硝酸盐存在时进行厌氧呼吸。能利用各种有机酸和氨基酸作为碳源，并能从几种有机盐和酰胺产碱。
产碱杆菌广泛分布于土壤、水、腐朽物质、人及动物肠道内等自然界中，与高蛋白食品变质有关，但不分解酪蛋白。
2.1.3革兰氏阴性兼性厌氧杆菌
2.1.3.1肠杆菌科（Enterobacteriaceae）?
肠杆菌科细菌为革兰氏阴性杆菌，大小为0.4~0.7×1.0~4.0μm。大部分周生鞭毛、能运动，少数无鞭毛、不运动。最适生长温度为37℃（除欧文氏菌属和耶尔森氏菌属外）。氧化酶阳性。能发酵糖类，大部分能发酵糖产酸产气。对热抵抗力弱，可被巴氏消毒杀死。
肠杆菌科的细菌大多存在于人和动物的肠道内，是肠道菌群的一部分。其中一些菌种是人和动物的致病菌，一些是植物的病原菌，还有一些是引起食品腐败变质的腐败菌。该科中的主要属如下：
1）?埃希氏菌属（Escherichia）?细胞呈直杆状，单个或成对存在。许多菌株产荚膜或微荚膜，周生鞭毛运动或不运动。有些菌株表面生有大量菌毛。化能有机营养，兼性厌氧。埃希氏菌属中的代表菌种是大肠埃希氏菌（E.coli），简称大肠杆菌。大肠杆菌多具有鞭毛，能发酵乳糖产酸产气，产生吲哚。通常单生。菌落光滑、低凸、潮湿和灰白、表面有光泽、边缘整齐，或粗糙、干燥，也可形成粘液状菌落。大肠杆菌是人和动物肠道正常菌群之一，绝大多数大肠杆菌在肠道内无致病性，极少部分可产生肠毒素等致病因子，引起食物中毒。此外，该菌大多具有组氨酸脱羧酶活性，污染食品后，可在食品中产生组胺，引起过敏性食物中毒。大肠杆菌是食品中常见的腐败菌，也是食品和饮用水的粪便污染指示菌之一。
大肠杆菌污染食品引起腐败变质后，可产生不洁净或粪便气味。
2）志贺氏菌属（Shigella）该属菌为直杆菌，革兰氏阴性、兼性厌氧、不运动、无芽孢，菌落中等大小、半透明、光滑。不能利用柠檬酸或丙二酸作为唯一碳源，大多数菌株不分解乳糖。根据生化和血清学反应，可将其分为痢疾志贺氏菌（S.dysenteriae?，A亚群）、弗氏志贺氏菌（S.flexneri?，B亚群）、鲍氏志贺氏菌（S.boydii?，C亚群）和宋内氏志贺氏菌（S.sonnei?，D亚群）4个亚群。该菌污染食品经口进入人体后，可侵入大肠的上皮细胞，引起以下痢、发热、腹痛为主的细菌性红痢。
3）沙门氏菌属（Salmonalla）?该属为革兰氏阴性无芽孢直杆菌，大小为0.5~0.8×3~4μm。菌体周生鞭毛，能运动。兼性厌氧，最适生长温度为35~37℃。该属菌能发酵葡萄糖产酸产气，不分解乳糖，产生H2S。根据其生化性状差别，可分为Ⅰ~Ⅴ个亚属。根据细胞表面抗原和鞭毛抗原的不同，分为2000多个血清型。不同血清型的致病力及侵染对象不尽相同，有些对人致病，有些对动物致病，也有些对人和动物都致病。
沙门氏菌广泛分布于自然界，已从人和家畜等哺乳动物、禽类、蛇、龟、蛙等两栖动物中分离出该菌。从自然环境中的蚯蚓、鱼等中也分离出该菌。该菌常污染鱼、肉、禽、蛋、乳等食品，在食品中增殖，人食入后可在消化道内增殖，引起急性胃肠炎和败血症等。该菌是重要的食物中毒性细菌之一。
4）肠杆菌属（Enterobacter）?该属菌为直杆状，周生鞭毛，能运动，兼性厌氧。可发酵葡萄糖产酸产气。在人肠道内比大肠杆菌少，广泛分布于土壤、水和食品中，是条件致病菌，可从尿液、痰、呼吸道等分离到。该属菌污染食品后可引起食品的腐败变质。此外，有部分低温性菌株可引起冷藏食品的腐败。
5）柠檬酸细菌属（Citrobacter）?该属菌能运动，可利用柠檬酸盐作为碳源。广泛分布与自然界，可引起食品腐败变质。该属中有部分低温性菌株可在4℃增殖，引起冷藏食品的腐败变质。
6）欧文氏菌属（Erwinia）?该属菌为直杆状，单个、成对、有时呈短链存在。周生鞭毛，能运动，兼性厌氧。既有寄居在人和动物肠道内的细菌，也有植物的病原菌和腐生菌。例如，解淀粉欧文氏菌（E.amylovora）可使植物发生癌瘤和枯萎；胡萝卜软腐欧文氏菌（E.carotovora）具有果胶酶，可引起植物软腐病。具有果胶酶的欧文氏菌可与假单胞菌、芽孢杆菌等其他腐败细菌一起附着在果蔬上，在运输过程中或在市场上引起腐败，是所谓市场病的原因菌之一。
7）克雷伯氏菌属（Klebsiella）?该属菌为直杆状，单个、成对或短链排列，革兰氏阴性、有荚膜、不运动。广泛分布于水、土壤、人和动物的消化道及呼吸道、粮食和冷藏食品上。可引起食品变质、人的上呼吸道感染、肺炎、败血症等。
8）沙雷氏菌属（Sarratia）?该属菌呈直杆状，两端钝圆，通常以周生鞭毛运动。菌落大多数不透明，略有光泽、白色、粉色或红色，许多菌株可产生红色色素。兼性厌氧。该属菌广泛分布于水、土壤和植物表面，是腐败作用较强的腐败细菌，也是人类的条件致病菌。对食品中的蛋白质具有较强的分解能力，并产生大量挥发性氨态氮等腐败性产物，使食品产生很强的腐败性气味。
9）变形菌属（Proteus）?该属菌呈直杆状，并随培养条件不同，可形成丝状、球杆状。以周生鞭毛运动，能急速运动，在湿润的培养基表面上，大多数菌株有周期性的群游而产生的同心圆带，或扩展成均匀的菌膜。该属菌为兼性厌氧，广泛分布于动物肠道、土壤和水中，具有很强的蛋白质分解能力，是重要的食品腐败菌之一。该菌污染食品后可在食品中迅速增殖，初期使食品的pH值稍下降，以后产生盐基氮，使食品转为碱性并使其软化。
10）哈夫尼菌属（Hafnia）?该属菌广泛分布于污水、土壤、人和动物粪便中，是蜜蜂等昆虫的病原菌。该属中有底温性菌株，可在4℃左右增殖，使食品特别是包装食品在底温贮藏时腐败变质。
11）耶尔森氏菌属（Yersinia）?该属中与食品关系最密切的是小肠结肠炎耶尔森氏菌（Y.enterocolitica）。该菌为短杆菌，无荚膜和芽孢，大多周生鞭毛，兼性厌氧。该菌在25~30℃培养时具有运动性，在37℃培养时则失去运动性。该菌广泛分布于自然界，污染食品后可引起以肠胃炎为主的食物中毒。
2.1.3.2弧菌科（Vibrionaceae）?
弧菌科包括4个属，菌体为球杆、直的或弯曲状，革兰氏阴性，以极生鞭毛运动，兼性厌氧。大多数种的最佳生长需要2%~3%NaCl或海水为基础。主要为水生，广泛分布于土壤、淡水、海水和鱼贝类中。有几个种是人类、鱼、鳗和蛙，以及其他脊椎或无脊椎动物的病原菌。该科中与食品密切有关的属如下。
1）弧菌属（Vibrio）?该属为革兰氏阴性弯曲或直杆菌，单端生鞭毛，兼性厌氧，氧化酶阳性，发酵糖类产酸不产气，不产生水溶性色素。广泛分布于淡水、海水和鱼贝中。在海洋沿岸、浅海海水中、海鱼体表和肠道、浮游生物等中，均有较高的检出率。海产动物死亡后，在低温或中温保藏时，该菌可在其中增殖，引起腐败。该菌污染食品后，可引起食用者感染型食物中毒，发生腹痛、下痢、呕吐等典型的急性肠胃炎。该属中重要的菌种有副溶血性弧菌（V.parahaemolyticus）、霍乱弧菌（V.cholerae）等，它们都是人和动物的病原菌。
2）气单孢菌属（Aeromonas）?该属菌为杆状至近球状，两端钝圆。以单个、成对或短链状存在。通常以单端生鞭毛运动，在固体培养基上的幼龄菌可以形成周生鞭毛。兼性厌氧，氧化酶阳性，发酵糖类产气或不产气。一些菌株可产生褐色水溶性色素。该属菌主要分布在海水和淡水中，可引起鱼类、蛙类和禽类疾病，还可引起海产食品的腐败变质及食用者的肠胃炎。
2.1.4革兰氏阳性球菌
2.1.4.1微球菌科（Micrococcaceae）?
细胞直径0.5~2.5μm，在一个以上的平面分裂，形成规则或不规则的细胞簇。不运动或很少运动，好氧或兼性厌氧。所有菌株都能在5%NaCl环境中生长，许多菌株能在10%~15%的NaCl环境中生长。某些种是动物和人的条件致病菌。
1）微球菌属（Micrococcus）?该属菌为好氧、不运动、氧化酶和过氧化氢酶阳性的球菌。单生、双生或四联球状排列，有的四联球状可以连接成立方堆团或不规则的簇群。菌落通常为圆形、凸起、光滑，某些菌株可以形成粗糙菌落。可产生黄、橙或红色色素。细胞壁中不含磷壁酸，DNA的G＋C克分子％含量为65％~75％。对干燥和高渗有较强抵抗力，可在5％NaCl环境中生长，最适生长温度为25~37℃。该属菌广泛存在于人和动物的皮肤上，也广泛分布于土壤、水、植物和食品上，是重要的食品腐败性细菌。在新鲜食品、加工食品和腐败的食品中，该菌的检出率都很高。可引起肉类、鱼类、水产制品、大豆制品等食品的腐败。
2）葡萄球菌属（Staphylococcus）?该属菌为兼性厌氧、过氧化氢酶阳性的球菌，以多个平面分裂，单个、成对以及不规则的葡萄串状排列。不运动。菌落圆形、低凸起、光滑、闪光奶油状，不透明，可产生金黄色、柠檬色、白色等非水溶性色素。细胞壁中含有磷壁酸，DNA的G＋C克分子%含量为30%~39%。该属具有很强的耐高渗透压能力，可在7.5%~15%NaCl环境中生长。本属中与食品关系最为密切的是金黄色葡萄球菌（S.aureus）。该菌除具有上述特征外，还能发酵葡萄糖、分解甘露醇，卵磷脂酶阳性，可产生肠毒素等多种毒素及血浆凝固酶等。该菌存在于人和动物的化脓处、健康人的鼻腔、手指、皮肤和毛发上，并广泛分布于动物体表、垃圾及人类的生活环境中。污染食品后可在其中繁殖，产生毒素，人食入该食品后可引起食物中毒。该菌感染人或动物后，可引起各种化脓性疾病、肺炎、败血症、心内膜炎等。
2.1.4.2所属科未定的属
这一类群中与食品有密切关系的属有链球菌属（Streptococcus）、明串珠菌属（Leuconostoc）、片球菌属（Pediococcus）和气球菌属（Aerococcus）等。它们均为革兰氏阳性、兼性厌氧、过氧化氢酶阴性球菌。
1）?链球菌属（Streptococcus）?细胞通常为球形或卵球形，直径小于2μm。无芽孢，不运动，革兰氏阳性。在液体培养基中成对或链状排列，有的种有荚膜。兼性厌氧，过氧化氢酶阴性，发酵糖类产生乳酸，不产气。DNA的G＋C克分子%含量为43%~46%。链球菌属又分为酿脓链球菌群、口腔链球菌群、厌氧链球菌群、乳酸链球菌群和肠球菌群等6个群。该属中许多种为共栖菌或寄生菌见于人和动物的口腔、上呼吸道、肠道等处，其中有些是致病菌。少数为腐生菌，存在于自然界，污染食品后可引起腐败变质。
乳酸链球菌群中的有些种，如乳链球菌（S.lactis）、乳脂链球菌（S.cremoris）、嗜热链球菌（S.thermophilus）可用于生产乳酸发酵食品。
①?乳链球菌（S.lactis）?细胞卵圆形，并在链长轴方向伸长，直径0.5~1.0μm，多数成对或短链。从葡萄糖、麦芽糖及乳糖产酸。在含4.0%NaCl的培养基中生长。营养要求复杂，在合成培养基上生长，需要多种B族维生素和氨基酸。最适生长温度约30℃，在45℃时不生长。常见于牛奶及乳制品中。
②?乳脂链球菌（S.cremoris）?细胞圆形或卵圆形，其卵圆形的长轴方向与链的方向相同。直径0.6~1.0μm。形成长链，在牛乳中更是如此，但在有些培养物中成对的细胞占优势。发酵葡萄糖和乳糖产酸，营养要求与乳链球菌几乎相同。最适生长温度约30℃，在40℃时不生长。分布于生奶和乳制品中。
③?嗜热链球菌（S.thermophilus）?细胞圆形或卵圆形，直径0.7~0.9μm，成对或长链状。从葡萄糖、果糖、乳糖和蔗糖产酸。在合成培养基上连续培养传代需要六种B族维生素。最适生长温度为40~45℃，在50℃能生长，但在53不能生长，低于20℃不生长。分布于牛乳及乳制品中。
2）明串珠菌属（Leuconostoc）?该属菌细胞呈球形或卵圆形，在成对或链状时长大于宽。在长链时呈具圆端的短杆状。革兰氏阳性，不运动，不产芽孢，兼性厌氧。生长缓慢，可形成小菌落，直径常小于1.0mm，光滑、圆形、略显灰白色。最适生长温度约20~30℃。发酵葡萄糖产生D型乳酸、乙醇和CO2。该属中的肠膜明串珠菌肠膜明串珠亚种（L.mesenteroides?subsp.mesenteroides）和肠膜明串珠菌葡聚糖亚种（L.mesenteroides?subsp?.dextoranicum），可发酵蔗糖产生特征性的葡聚糖粘质物，存在于粘质物中的菌可耐受80~85℃高温。广泛分布于果蔬、乳及乳制品中，能在高浓度的含糖食品中生长。对植物、动物和人无致病性。可使牛乳变粘；造成制糖工业中糖液粘度增加，影响过滤而降低糖的产量。
3）片球菌属（Pediococcus）?细胞球形，直径1.2~2.0μm。成对或沿着二个垂直平面形成四联状排列，罕见单个细胞，不形链状。革兰氏阳性，不运动，不形成芽孢，兼性厌氧，有的菌株在有氧时会抑制生长。同型发酵产生乳酸，从葡萄糖、果糖和甘露糖产酸不产气。最适生长温度25~40℃。主要存在于发酵的植物材料和腌渍蔬菜中，与啤酒等酒精饮料的变质有关。
①?啤酒片球菌（P.cerevisiae）细胞球状，直径0.6~1.0μm。从麦芽糖产酸不产气。可产生丁二酮，腐败啤酒中特殊的气味与该成分有关。最适生长温度25℃，在35℃不生长。致死温度60℃10min。高度耐啤酒花防腐剂。在pH3.5~6.2时可生长，最适pH约为5.5。分布于腐败的啤酒和啤酒酵母中。
②?乳酸片球菌（P.acidilactici）细胞球状，直径0.6~1.0μm。在不加啤酒花的麦芽汁中生长，但在啤酒花麦芽汁或啤酒中不生长。最适生长温度40℃，最高生长温度52℃。见于酸泡菜和发酵的麦芽汁中。
③?戊糖片球菌（P.pentosaceus）细胞球状，直径0.8~1.0μm。最适生长温度35℃，最高生长温度42~45℃。对啤酒花防腐剂敏感。分布于麦芽汁及发酵植物材料中，如酸腌菜、泡菜、青贮料等中。
④?嗜盐片球菌（P.halophilus）细胞球状，直径0.6~0.8μm。在含6%~8%NaCl的液体培养基中生长最好，耐盐力可高于15%。最适生长温度25~30℃，最高生长温度40℃。在豆酱和黄酱等产品的制作中本种很活跃。
2.1.5革兰氏阳性芽孢杆菌和球菌
该类群中与食品关系密切的菌属如下。
2.1.5.1芽孢杆菌属（Bacillus）?
该属为革兰氏阳性杆菌，可形成芽孢，对不良环境条件有很强的抵抗力。周生鞭毛，需氧或兼性厌氧，绝大多数菌种产生过氧化氢酶。该菌广泛分布于土壤、植物、腐殖质及食品上。其中包括人和动物的病原性细菌炭疽芽孢杆菌（B.anthracis）、食物中毒性细菌蜡样芽孢杆菌（B.cereus）、昆虫的病原菌苏云金芽孢杆菌（B.thuringiensis）。此外，也包括可用于食品工业生产的枯草芽孢杆菌（B.subtilis）。
1）蜡样芽孢杆菌（B.cereus）?该菌广泛分布于土壤、水、调味料、乳及咸肉中，污染牛乳后可产生卵磷脂酶，破坏脂肪球膜，使得脂肪不能很好地乳化，还可以产生类似凝乳酶的酶，使乳在酸度不高时即可发生凝固。蜡样芽孢杆菌的生长温度为10～48℃，pH为4.9～9.3，发芽温度范围为1～59℃。该菌污染食品后，可以引起食品腐败变质，并且产生下痢性毒素、肠毒素、溶血素、呕吐毒素及肠管坏死毒素等，引起人食物中毒。
2）枯草芽孢杆菌（B.subtilis）该菌菌落呈圆形或不规则形状，表面粗糙或有皱纹，呈奶油色或褐色，菌落形态与培养基成分有关。枯草芽孢杆菌污染面粉后，可以使发酵面团产生液化粘丝状现象，使烤制的面包或馒头出现斑点或斑纹，并且伴有异味。在肉类表面可产生粘液并有异味。在肉类罐头及其他肉制品上经常可以分离到该菌，但在密封的罐头中较少引起变质。在牛乳中生长，可以使牛乳变稠，有时在不变酸时使牛乳凝固，即产生所谓的甜凝乳现象。
3）巨大芽孢杆菌（B.megaterium）?该菌可以在含氨的环境中生长，不需要生长因子，无卵磷脂酶活性。在厌氧条件下，于葡萄糖肉汤中不生长，多数菌株可在培养基中产生黄、粉红、褐或黑色色素。适宜生长温度为28~37℃。该菌可以从鲜乳、消毒乳、干酪、肉类等食品中分离到，可使浓缩乳凝固并产生干酪味和气体，使肉类罐头变质胀罐。
4）嗜热脂肪芽孢杆菌（B.stearothermophilus）?该菌菌落为圆形或不规则圆形小菌落，表面光滑或粗糙，能在49~65℃范围内生长，对热的抵抗力很强。该菌在pH5.0以下的培养基上不生长。该菌主要可引起罐藏食品和淀粉类食品的腐败。
5）?凝结芽孢杆菌（B.coagulans）?该菌菌落为不透明的小菌落，生长温度范围为18~60℃，可在酸性条件下生长。在有氧条件下于葡萄糖肉汤中生长，产生醋酸、乳酸和CO2。在厌氧条件下主要产生乳酸，不产气。该菌能在pH3.5~4.5的食品中生长，引起食品变质，罐头食品变质后外观不膨胀。在炼乳罐头中，通常使乳形成坚实凝结，偶尔呈碎片状凝结，并有乳清析出。此种变质亦常发生于含有蔗糖的乳制品中。
2.1.5.2梭菌属?（Clostridium）
该属的绝大多数种为厌氧菌，只有少数种可在大气条件下生长，但在大气中不形成芽孢。该属菌形成的芽孢多呈球形，位于菌体中央，使菌体呈梭状。对不良环境条件具有极强的抵抗力。该属菌对营养的需要因菌种不同而异。可耐受2.5%～6.5%NaCl浓度的渗透压，对亚硝酸钠和氯敏感。
梭菌广泛分布于土壤、下水污泥、海水沉淀物、腐败植物、食品、人和其他哺乳动物的肠道内。该属中的一些菌种如丁酸梭菌（C.butyricum）可分解碳水化合物产生各种有机酸（乙酸、丙酸、丁酸）和醇类（乙醇、异丙醇、丁醇），在食品加工上可用以生产某些酸、醇和酮类。一些菌种如腐化梭菌（C.putrefaciens）分解蛋白质和氨基酸，产生H2S、硫醇、甲基吲哚（粪臭素）等具有恶臭味的腐败产物，在乳中生长时可使乳中酪蛋白完全胨化，在熟肉上生长使肉变黑，在罐头中生长时，因产气使罐头发生膨胀。肉毒梭菌（C.botulinum）在食品中增殖时可产生肉毒毒素，当人们食入含有该毒素的食品时，可发生毒素型食物中毒，早期症状为全身无力、头痛、头晕，继而出现眼睑下垂、视力模糊、瞳孔散大、吞咽困难等症状直至死亡。此外某些梭菌如破伤风梭菌（C.tetani）是人和动物的破伤风病病原菌。
2.1.6革兰氏阳性规则无芽孢杆菌
该类群中与食品关系最为密切的是乳杆菌属（Lactobacillus）。
乳杆菌属（Lactobacillus）?细胞杆状、规则，大小为0.5~1.2×1.0~10.0μm。通常长杆状，但有时是球杆状，通常成短链。革兰氏阳性，革兰氏染色或美蓝染色时，有的菌株显示出两极体、细胞内颗粒或横纹。不生芽孢。细胞罕见以周生鞭毛运动。菌落凸起、全缘，直径2~5mm。兼性厌氧，有时微好氧，在有氧时生长差，降低氧分压时生长较好；有的菌在刚分离时为厌氧菌。通常5%CO2可促进生长。发酵分解糖代谢，终产物中50%以上是乳酸。最适宜生长温度为30～40℃。广泛分布于乳制品、肉制品、鱼制品、谷物及果蔬制品等许多环境，它们是人类和许多动物口腔、消化道和阴道的正常菌群，罕见致病。该属中的许多种可用于生产乳酸或发酵食品，污染食品后也可应引起食品变质。
2.1.7革兰氏阳性不规则无芽孢杆菌
这一类群包括的属很多，其中在食品中常见的属有以下几个,
2.1.7.1棒杆菌属（Croynebacterium）
为直的或弯曲的棒状杆菌，有时呈椭圆、卵圆形，细胞突然分裂而形成“八”字形和栅栏状排列。不运动。过氧化氢酶阳性。好氧或兼性厌氧。主要分布在土壤、水和动植物上。通常可以在奶酪、乳、鸡肉、鸡蛋、肉类及鱼类等食品中发现。可引起食品腐败，但是腐败作用不强。该属中有人和动物病原菌、植物病原菌和腐生菌。
2.1.7.2节杆菌属（Arthrobacterium）
该属菌呈明显多形性，为杆状或球状，运动或不运动，较大的球状细胞移植到新鲜培养基上，从球状细胞上可伸出1～3个芽管，该芽管可形成杆状细胞，杆状细胞随着时间的延长，可变成球状。革兰氏染色大部分为阳性，少数呈阴性。过氧化氢酶阳性，适宜生长温度为25～30℃。严格好氧。该属细菌存在于土壤、肉与肉制品、乳制品、乳品加工废水以及污泥中等。
2.1.7.3短杆菌属（Brevibacterium）?
幼龄培养物的细胞呈不规则的杆状，大小为0.6~1.2×1.5~6.0μm。单个或成对排列，常成V形排列，可出现分支，但不形成菌丝体，老培养物变成球状。革兰氏阳性，不运动，不产芽孢，可在含有8%NaCl的培养基中生长。具有蛋白分解能力，可在灭菌鱼肉中生长，引起腐败，但腐败能力不强。广泛分布于乳制品，某些菌株可参与干酪成熟过程。
2.1.7.4微杆菌属（Microbaterium）?
该属菌为革兰氏阳性不规则的小杆菌，大小为0.4~0.9×1.0~3.0μm，单个或成对，有的排列成直角到V字形，不常见分支，不形成菌丝体，老培养物杆状缩短，可出现球状。革兰氏阳性，不形成芽孢，能运动或不运动。好氧，弱厌氧。DNA的G+C克分子%含量为69%~75%。该属菌可存在于猪肉、牛肉、禽肉、禽蛋及乳制品上，可使肉制品腐败产生异味。
2.1.7.5丙酸杆菌属（Propionibacterium）?
该属菌为不规则的杆菌，有分枝，有时呈球状。不形成芽孢，不运动。兼性厌氧。能使葡萄糖发酵产生丙酸、乙酸和气体。最适生长温度30~37℃。主要存在于乳酪、乳制品和人的皮肤上，参与乳酪成熟，使乳酪产生特殊香味和气孔。
2.1.7.6双歧杆菌属（Bifidobacterium）?细胞呈各种形态的杆状，包括弯、棒状和分支状。单生、成对、V字排列，有时成链，细胞平行成栅栏状，或玫瑰花结状。偶尔呈膨大的球杆状。大小为0.5~1.3×1.5~8.0μm。革兰氏阳性，通常染色不规则。不运动，不产芽孢。厌氧，少数种可在含10%CO2的空气中生长。pH低于4.5和高于8.5时不生长。发酵碳水化合物活跃，发酵产物主要是乙酸和乳酸，不产生CO2。最适生长温度为37~41℃。主要存在于人和各种动物的肠道内。
2.2食品中细菌数量及其食品卫生学意义
食品中的细菌数量，通常是以每克或每毫升食品中或每平方厘米食品表面积上所含有的细菌个数来表示。在我国的食品卫生标准中，采用的测定食品中细菌数量的方法，是在严格规定的培养方法和培养条件（样品处理、培养基种类及其pH、培养温度与时间、计数方法等）下进行的，使得适应这些条件的每一个活菌细胞能够生成一个肉眼可见的菌落，所生成的菌落总数即是该食品中的细菌总数。用此法测得的结果，常用Cfu（菌落形成单位，Colony?forming?unit）表示。
食品中细菌的种类很多，它们的生理特性和所需要的培养条件不尽相同。如果要采用培养的方法计数食品中所有的细菌种类和数量，必须采用不同的培养基及培养条件，其工作量很大。然而尽管食品中细菌种类很多，但其中是以异养、中温、好氧或兼性厌氧的细菌占绝对多数，同时它们对食品的影响也最大，所以在食品的细菌总数检测时采用国家标准规定的方法是可行的，而且已得到公认。
食品中细菌数量的食品卫生学意义主要有两个方面。第一个方面的意义是可作为食品被微生物污染程度的标志。食品中细菌数量越多，说明食品被污染的程度越重、越不新鲜、对人体健康威胁越大。相反，食品中细菌数量越少，说明食品被污染的程度越轻，食品卫生质量越好。在我国的食品卫生标准中，针对各类不同的食品分别制定出了不允许超过的数量标准，借以控制食品污染的程度。第二个方面的意义是可以用来预测食品可存放的期限，食品中细菌数量越少，食品可存放的时间就越长，相反，食品的可存放时间就越短。如菌数为105个/cm2的牛肉在0℃时可存放7d，而菌数为102个/cm2时，在同样条件下可存放18d；在0℃时菌数为105个/cm2的鱼可存放6d，而菌数为103个/cm2时，则存放时间可延长至12d。
由于食品的性质、处理方法及存放条件的不同，以致对食品卫生质量具有重要影响的细菌种类和相对数量比也不一致，因而目前在食品细菌数量和腐败变质之间还难于找出适用于任何情况的对应关系。同时，用于判定食品腐败变质的界限数值出入也较大。有人主张判定猪肉新鲜、次鲜及变质的菌落总数界限值分别为104个/g、104个/g～106个/g和106个/?g?以上，鲜鱼变质的界限值为104个/g。
2.3大肠菌群及食品卫生学意义
大肠菌群主要包括肠杆菌科中的埃希氏菌属、柠檬酸细菌属、克雷伯氏菌属和肠杆菌属。这些属的细菌均来自于人和温血动物的肠道，需氧与兼性厌氧，不形成芽孢，在35～37℃条件下，48h内能发酵乳糖产酸产气，革兰氏阴性。大肠菌群中以埃希氏菌属为主，埃希氏菌属被俗称为典型大肠杆菌。大肠菌群都是直接或间接地来自人和温血动物的粪便。本群中典型大肠杆菌以外的菌属，除直接来自粪便外，也可能来自典型大肠杆菌排出体外7~30d后在环境中的变异。所以食品中检出大肠菌群，表示食品受到人和温血动物的粪便污染，其中典型大肠杆菌为粪便近期污染，其他菌属则可能为粪便的陈旧污染。
大肠菌群最初作为肠道致病菌而被用于水质检验，现已被我国和国外许多国家广泛用作食品卫生质量检验的指示菌。大肠菌群的食品卫生学意义是作为食品被粪便污染的指示菌，食品中粪便含量只要达到10－3mg/kg即可检出大肠菌群。一般认为，作为食品被粪便污染的理想指示菌应具备以下特征：1）仅来自于人或动物的肠道，并在肠道中占有极高的数量。2）在肠道以外的环境中，具有与肠道病原菌相同的对外界不良因素的抵抗力，能生存一定时间，生存时间应与肠道致病菌大致相同或稍长。3）培养、分离、鉴定比较容易。大肠菌群比较符合以上要求。然而由于大肠菌群在低温条件不适宜生长，特别是在冰冻条件下容易死亡，所以用大肠菌群作为冷冻食品的粪便污染指示菌并不理想。由于肠球菌对冷冻条件有强的抵抗力，因而有人主张以它作为冷冻食品的粪便污染指示菌更为合适，但由于肠球菌的培养较难，加之检验方法比较复杂，而且还没有统一的检验方法，因此该主张尚未得到采用。
肠道致病菌如沙门氏菌属和志贺氏菌属是引起食物中毒的重要致病菌，然而对食品经常进行逐批逐件地检验又不可能，鉴于大肠菌群与肠道致病菌来源相同，而且一般在外环境中生存时间也与主要肠道病原菌一致，所以大肠菌群的另一个重要食品卫生学意义是作为肠道病原菌污染食品的指示菌。当然食品中检出大肠菌群，只能说明有肠道病原菌存在的可能性，两者并非一定平行存在，但只要食品中检出大肠菌群，则说明有粪便污染，即使无病原菌，该食品仍可被认为是不卫生的。
保证食品中不存在大肠菌群实际上并不容易做到，重要的是其污染程度。食品中大肠菌群的数量，我国和许多国家均用以每100g或100ml检样中大肠菌群最近似数（The?most?probable?number，简称为MPN）来表示。这是按照一定检验方法得到的估计数值，我国统一采用样品三个稀释度各接种三管，乳糖发酵、分离培养和复发酵试验，然后根据大肠菌群MPN检索表报告结果。
3?霉菌及其毒素对食品的污染
霉菌在自然界分布很广，同时由于其可形成各种微小的孢子，因而很容易污染食品。霉菌污染食品后不仅可造成腐败变质，而且有些霉菌还可产生毒素，造成误食人畜霉菌毒素中毒。霉菌毒素是霉菌产生的一种有毒的次生代谢产物，自从60年代发现强致癌的黄曲霉毒素以来，霉菌与霉菌毒素对食品的污染日益引起重视。霉菌毒素通常具有耐高温，无抗原性，主要侵害实质器官的特性，而且霉菌毒素多数还具有致癌作用。霉菌毒素的作用包括减少细胞分裂，抑制蛋白质合成和DNA的复制，抑制DNA和组蛋白形成复合物，影响核酸合成，降低免疫应答等。根据霉菌毒素作用的靶器官，可将其分为肝脏毒、肾脏毒、神经毒、光过敏性皮炎等。人和动物一次性摄入含大量霉菌毒素的食物常会发生急性中毒，而长期摄入含少量霉菌毒素的食物则会导致慢性中毒和癌症。因此，粮食及食品由于霉变不仅会造成经济损失，有些还会造成误食人畜急性或慢性中毒，甚至导致癌症。
3.1霉菌产毒的特点
1）霉菌产毒仅限于少数的产毒霉菌，而且产毒菌种中也只有一部分菌株产毒。2）产毒菌株的产毒能力还表现出可变性和易变性，产毒菌株经过多代培养可以完全失去产毒能力，而非产毒菌株在一定条件下可出现产毒能力。因此，在实际工作中应该随时考虑这一问题。3）一种菌种或菌株可以产生几种不同的毒素，而同一霉菌毒素也可由几种霉菌产生。4）产毒菌株产毒需要一定的条件，主要是基质种类、水分、温度、湿度及空气流通情况。
3.2?主要产毒霉菌
目前，已知可污染粮食及食品并发现具有产毒菌株的霉菌有以下属种,
3.2.1曲霉属（Aspergillus）
曲霉具有发达的菌丝体，菌丝有隔膜为多细胞。其无性繁殖产生分生孢子，分生孢梗不分枝，顶端膨大呈球形或棒槌形，称顶囊。顶囊上辐射着生一层或二层小梗，小梗顶端着生一串串分生孢子，分生孢子呈不同颜色，如黑色、褐色、黄色等。曲霉的有性世代产生闭囊壳，内含多个圆球状子囊，子囊内着生子囊孢子。曲霉在自然界分布极为广泛，对有机质分解能力很强。曲霉属中有些种如黑曲霉（A.niger）等被广泛用于食品工业。同时，曲霉也是重要的食品污染霉菌，可导致食品发生腐败变质，有些种还产生毒素。曲霉属中可产生毒素的种有黄曲霉（A.flavus）、赫曲霉（A.ochraceus）、杂色曲霉（A.versicolor）、烟曲霉、构巢曲霉（A.nidulans）和寄生曲霉（A.parasiticus）等。
3.2.2青霉属（Penicillium）
青霉的菌丝体无色或浅色，多分枝并具横隔。由菌丝发育成为具有横隔的分生孢子梗，顶端经过1~2次分支，这些分枝称为副枝和梗基，在梗基上产生许多小梗，小梗顶端着生成串的分生孢子，这一结构称为帚状体。分生孢子可有不同颜色，如青、灰绿、黄褐色等，帚状体有单轮生、对称多轮生、非对称多轮生。青霉中只有少数种类形成闭囊壳，产生子囊孢子。青霉分布广泛，种类很多，经常存在于土壤和粮食及果蔬上。有些种具有很高的经济价值，能产生多种酶及有机酸。另一方面，青霉可引起水果、蔬菜、谷物及食品的腐败变质，有些种及菌株同时还可产生毒素。例如，岛青霉（P.islandicum）、桔青霉（P.citrinum）、黄绿青霉（P.citreo-viride）、红色青霉（P.rubrum）、扩展青霉（P.expansum）、圆弧青霉、纯绿青霉、展开青霉（P.patulum）、斜卧青霉（P.decumbens）等。
3.2.3镰刀菌属（Fusarium）?
该属的气生菌丝发达或不发达，分生孢子分大小两种类型，大型分生孢子有3~7个隔，产生在菌丝的短小爪状突起上，或产生在粘孢团中，形态多样，如镰刀形、纺锤形等。小型分生孢子有1~2个隔，产生在分生孢子梗上，有卵形、椭圆形等形状。气生菌丝、粘孢团、菌核可呈各种颜色，并可将基质染成各种颜色。
镰刀菌属包括的种很多，其中大部分是植物的病原菌，并能产生毒素。如禾谷镰刀菌（F.graminearum）、三线镰刀菌（F.trincintum）、玉米赤霉、梨孢镰刀菌（F.poae）、无孢镰刀菌、雪腐镰刀菌、串珠镰刀菌、拟枝孢镰刀菌（F.sparotrichioides）、木贼镰刀菌、窃属镰刀菌、粉红镰刀菌等。
3.2.4交链孢霉属（Alternaria）?
菌丝有横隔，匍匐生长，分生孢子梗较短，单生或成丛，大多不分枝。分生孢子梗顶端生长分生孢子，其形状大小不定，形态为桑椹状，也有椭圆形和卵圆形，其上有纵
横隔膜、顶端延长成喙状，多细胞。孢子褐色，常数个连接成链。尚未发现有性世代。
交链孢霉广泛分布于土壤和空气中，有些是植物病原菌，可引起果蔬的腐败变质，产生毒素。
3.2.5?其他属
粉红单端孢霉、木霉属、漆斑菌属、黑色葡萄穗霉等。
3.3?主要的霉菌毒素
3.3.1黄曲霉毒素
黄曲霉毒素（Alfatoxin简称AFT或AT）是黄曲霉和寄生曲霉的代谢产物。寄生曲霉的所有菌株都能产生黄曲霉毒素，但我国寄生曲霉罕见。黄曲霉是我国粮食和饲料中常见的真菌，由于黄曲霉毒素的致癌力强，因而受到重视，但并非所有的黄曲霉都是产毒菌株，即使是产毒菌株也必须在适合产毒的环境条件下才能产毒。
3.3.1.1黄曲霉毒素的性质
黄曲霉毒素的化学结构是一个双氢呋喃和一个氧杂萘邻酮。现已分离出B1、B2、G1、G2、B2a、G2a、M1、M2、P1等十几种。其中以B1的毒性和致癌性最强，它的毒性比氰化钾大100倍，仅次于肉毒毒素，是真菌毒素中最强的；致癌作用比已知的化学致癌物都强，比二甲基亚硝胺强75倍。黄曲霉毒素具有耐热的特点，裂解温度为280℃，在水中溶解度很低，能溶于油脂和多种有机溶剂。
3.3.1.2黄曲霉的产毒条件
黄曲霉生长产毒的温度范围是12~42℃，最适产毒温度为33℃，最适Aw值为0.93~0.98。黄曲霉在水分为18.5%的玉米、稻谷、小麦上生长时，第三天开始产生黄曲霉毒素，第十天产毒量达到最高峰，以后便逐渐减少。菌体形成孢子时，菌丝体产生的毒素逐渐排出到基质中。黄曲霉产毒的这种迟滞现象，意味着高水分粮食如在两天内进行干燥，粮食水分降至13%以下，即使污染黄曲霉也不会产生毒素。
黄曲霉毒素污染可发生在多种食品上，如粮食、油料、水果、干果、调味品、乳和乳制品、蔬菜、肉类等。其中以玉米、花生和棉籽油最易受到污染，其次是稻谷、小麦、大麦、豆类等。花生和玉米等谷物是产生黄曲霉毒素菌株适宜生长并产生黄曲霉毒素的基质。花生和玉米在收获前就可能被黄曲霉污染，使成熟的花生不仅污染黄曲霉而且可能带有毒素，玉米果穗成熟时，不仅能从果穗上分离出黄曲霉，并能够检出黄曲霉毒素。
表8-1?各国食品饲料中黄曲霉毒素允许量标准
国?名食品与饲料黄曲霉毒素B1限量μg/kg备注
中?国玉米、花生、花生油大米、其他食油粮食、豆类发酵食品婴儿食品＜20＜10＜50国家卫生标准
日?本所有食品饲料002040小鸡、小牛、小猪乳牛其他家畜、家禽
美?国一般食品花生食品带壳花生201525B1B2G1G2总量B1B2G1G2总量B1B2G1G2总量
法?国食品饲料050200绵羊、山羊、成年羊成年猪、鸡、乳牛其他家畜家禽
德?国食品饲料10＜50～200（B1B2G1G2总量）随动物种类不同而异
黄曲霉主要产生B1和B2两种毒素，因此测定黄曲霉毒素的含量多以B1为代表。见于黄曲霉毒素的毒性大、致癌力强、分布广，对人畜威胁极大，因此各国都制定了在食品和饲料中的最高允许量（表8-1）。
从肝癌的流行病调查中发现，凡食品中黄曲霉毒素污染严重和人类实际摄入量较高的地区肝癌的发病率也高。
3.3.1.3中毒症状
黄曲霉毒素是一种强列的肝脏毒，对肝脏有特殊亲和性并有致癌作用。它主要强烈抑制肝脏细胞中RNA的合成，破坏DNA的模板作用，阻止和影响蛋白质、脂肪、线粒体、酶等的合成与代谢，干扰动物的肝功能，导致突变、癌症及肝细胞坏死。同时，饲料中的毒素可以蓄积在动物的肝脏、肾脏和肌肉组织中，人食入后可引起慢性中毒。
中毒症状分为三种类型,
1）急性和亚急性中毒短时间摄入黄曲霉毒素量较大，迅速造成肝细胞变性、坏死、出血以及胆管增生，在几天或几十天死亡。
2）慢性中毒持续摄入一定量的黄曲霉毒素，使肝脏出现慢性损伤，生长缓慢、体重减轻，肝功能降低，出现肝硬化。在几周或几十周后死亡。
3）致癌性实验证明许多动物小剂量反复摄入或大剂量一次摄入皆能引起癌症，主要是肝癌。
3.3.2黄变米毒素
黄变米是20世纪40年代日本在大米中发现的。这种米由于被真菌污染而呈黄色，故称黄变米。可以导致大米黄变的真菌主要是青霉属中的一些种。黄变米毒素可分为三大类,
3.3.2.1黄绿青霉毒素
大米水分14.6%感染黄绿青霉，在12~13℃便可形成黄变米，米粒上有淡黄色病斑，同时产生黄绿青霉毒素（Citreoviridin）。该毒素不溶于水，加热至270℃失去毒性；为神经毒，毒性强，中毒特征为中枢神经麻痹、进而心脏及全身麻痹，最后呼吸停止而死亡。
3.3.2.2桔青霉毒素
桔青霉污染大米后形成桔青霉黄变米，米粒呈黄绿色。精白米易污染桔青霉形成该种黄变米。桔青霉可产生桔青霉毒素（Citrinin），暗蓝青霉、黄绿青霉、扩展青霉、点青霉、变灰青霉、土曲霉等霉菌也能产生这种毒素。该毒素难溶于水，为一种肾脏毒，可导致实验动物肾脏肿大，肾小管扩张和上皮细胞变性坏死。
3.3.2.3岛青霉毒素
岛青霉污染大米后形成岛青霉黄变米，米粒呈黄褐色溃疡性病斑，同时含有岛青霉产生的毒素，包括黄天精、环氯肽?、岛青霉素、红天精。前两种毒素都是肝脏毒，急性中毒可造成动物发生肝萎缩现象；慢性中毒发生肝纤维化、肝硬化或肝肿瘤，可导致大白鼠肝癌。
3.3.3镰刀菌毒素
根据联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）联合召开的第三次食品添加剂和污染物会议资料，镰刀菌毒素问题同黄曲霉毒素一样被看作是自然发生的最危险的食品污染物。镰刀菌毒素是由镰刀菌产生的。镰刀菌在自然界广泛分布，侵染多种作物。有多种镰刀菌可产生对人畜健康威胁极大的镰刀菌毒素。镰刀菌毒素已发现有十几种，按其化学结构可分为以下三大类，即单端孢霉烯族化合物、玉米赤霉烯酮和丁烯酸内酯。
3.3.3.1单端孢霉烯族化合物（Tricothecenes）
单端孢霉烯族化合物是由雪腐镰刀菌、禾谷镰刀菌、梨孢镰刀菌、拟枝孢镰刀菌等多种镰刀菌产生的一类毒素。它是引起人畜中毒最常见的一类镰刀菌毒素。
在单端孢霉烯族化合物中，我国粮食和饲料中常见的是脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）。DON主要存在于麦类赤霉病的麦粒中，在玉米、稻谷、蚕豆等作物中也能感染赤霉病而含有DON。赤霉病的病原菌是赤霉菌（G.zeae），其无性阶段是禾谷镰刀霉。这种病原菌适合在阴雨连绵、湿度高、气温低的气候条件下生长繁殖。如在麦粒形成乳熟期感染，则随后成熟的麦粒皱缩、干瘪、有灰白色和粉红色霉状物；如在后期感染，麦粒尚且饱满，但胚部呈粉红色。DON又称致吐毒素（Vomitoxin）易溶于水、热稳定性高。烘焙温度210℃、油煎温度140℃或煮沸，只能破坏50%。
人误食含DON的赤霉病麦（含10%病麦的面粉250g）后，多在一小时内出现恶心、眩晕、腹痛、呕吐、全身乏力等症状。少数伴有腹泻、颜面潮红、头痛等症状。以病麦喂猪，猪的体重增重缓慢，宰后脂肪呈土黄色、肝脏发黄、胆囊出血。DON对狗经口的致吐剂量为0.1mg/kg。
3.3.3.2玉米赤霉烯酮（Zearelenone）?
玉米赤霉烯酮是一种雌性发情毒素。动物吃了含有这种毒素的饲料，就会出现雌性发情综合症状。禾谷镰刀菌、黄色镰刀菌、粉红镰刀菌、三线镰刀菌、木贼镰刀菌等多种镰刀菌均能产生玉米赤霉烯酮。
玉米赤霉烯酮不溶于水，溶于碱性水溶液。禾谷镰刀菌接种在玉米培养基上，在25~28℃培养两周后，再在12℃下培养8周，可获得大量的玉米赤霉烯酮。赤霉病麦中有时可能同时含有DON和玉米赤霉烯酮。饲料中含有玉米赤霉烯酮在1～5?mg/kg时才出现症状，500mg/kg含量时出现明显症状。玉米中也可检测出玉米赤霉烯酮。
3.3.3.3丁烯酸内酯（Butenolide）
丁烯酸内酯在自然界发现于牧草中，牛饲喂带毒牧草导致烂蹄病。哈尔滨医科大学大骨节病研究室报道：在黑龙江和陕西的大骨节病区所产的玉米中发现有丁烯酸内酯存在。丁烯酸内酯是三线镰刀菌、雪腐镰刀菌、拟枝孢镰刀菌和梨孢镰刀菌产生的，易溶于水，在碱性水溶液中极易水解。
3.3.4?杂色曲霉毒素中毒
杂色曲霉毒素（Sterigmatocystin简称ST）是杂色曲霉和构巢曲霉等产生的，基本结构为一个双呋喃环和一个氧杂蒽酮。其中的杂色曲霉毒素IVa是毒性最强的一种，不溶于水，可以导致动物的肝癌、肾癌、皮肤癌和肺癌，其致癌性仅次于黄曲霉毒素。由于杂色曲霉和构巢曲霉经常污染粮食和食品，而且有80%以上的菌株产毒，所以杂色曲霉毒素在肝癌病因学研究上很重要。糙米中易污染杂色曲霉毒素，糙米经加工成标二米后，毒素含量可以减少90%。
3.3.5棕曲霉毒素
棕曲霉毒素是由棕曲霉（A.ochraceus）、纯绿青霉、圆弧青霉和产黄青霉等产生的。现已确认的有棕曲霉毒素A和棕曲霉毒素B两类。它们易溶于碱性溶液，可导致多种动物肝肾等内脏器官的病变，故称为肝毒素或肾毒素，此外还可导致肺部病变。
棕曲霉产毒的适宜基质是玉米、大米和小麦。产毒适宜温度为20~30℃，Aw值为0.997~0.953。在粮食和饲料中有时可检出棕曲霉毒素A。
3.3.6展青霉毒素
展青霉毒素（Patulin）主要是由扩展青霉产生的，可溶于水、乙醇，在碱性溶液中不稳定，易被破坏。污染扩展青霉的饲料可造成牛中毒，展青霉毒素对小白鼠的毒性表现为严重水肿。扩展青霉在麦杆上产毒量很大。
扩展青霉是苹果贮藏期的重要霉腐菌，它可使苹果腐烂。以这种腐烂苹果为原料生产出的苹果汁会含有展青霉毒素。如用有腐烂达50%的烂苹果制成的苹果汁，展青霉毒素可达20~40μg/L。
3.3.7青霉酸
青霉酸（Penicllic?acid）是由软毛青霉、圆弧青霉、棕曲霉等多种霉菌产生的。极易溶于热水、乙醇。以1.0mg青霉酸给大鼠皮下注射每周2次，64~67周后，在注射局部发生纤维瘤，对小白鼠试验证明有致突变作用。
在玉米、大麦、豆类、小麦、高粱、大米、苹果上均检出过青霉酸。青霉酸是在20℃以下形成的，所以低温贮藏食品霉变可能污染青霉酸。
3.3.8?交链孢霉毒素?
交链孢霉是粮食、果蔬中常见的霉菌之一，可引起许多果蔬发生腐败变质。交链孢霉产生多种毒素，主要有四种：交链孢霉酚（Alternariol简称AOH）、交链孢霉甲基醚（Alternariol?methyl?ether简称AME）、交链孢霉烯（Altenuene简称ALT）、细偶氮酸（Tenuazoni?acid简称TeA）。
AOH和AME有致畸和致突变作用。给小鼠或大鼠口服50~398mg/kg?TeA钠盐，可导致胃肠道出血死亡。交链孢霉毒素在自然界产生水平低，一般不会导致人或动物发生急性中毒，但长期食用其慢性毒性值得注意，在番茄及番茄酱中检出过TeA。
3.4?霉菌及其毒素的食品卫生学意义
霉菌及其毒素污染食品后从食品卫生学角度应该考虑两方面的问题，即霉菌及其毒素通过食品引起食品腐败变质和人类中毒的问题。
3.4.1?霉菌污染引起食品腐败变质?
霉菌最初污染食品后，在基质及环境条件适应时，首先可引起食品的腐败变质，不仅可使食品呈现异样颜色、产生霉味等异味，食用价值降低，甚至完全不能食用，而且还可使食品原料的加工工艺品质下降，如出粉率、出米率、粘度等降低。粮食类及其制品被霉菌污染而造成的损失最为严重，根据估算，每年全世界平均至少有2%的粮食因污染霉菌发生霉变而不能食用。
3.4.2?人类霉菌毒素中毒
许多霉菌污染食品及其食品原料后，不仅可引起腐败变质，而且可产生毒素引起误食者霉菌毒素中毒。霉菌毒素中毒是指霉菌毒素引起的对人体健康的各种损害。人类霉菌毒素中毒大多数是由于食用了被产毒霉菌菌株污染的食品所引起的。食品受到产毒菌株污染有时不一定能检测出霉菌毒素，这种现象比较常见，这是因为产毒菌株必须在适宜产毒的特定条件下才能产毒。但也有时从食品中检验出有某种毒素存在，而分离不出产毒菌株，这往往是食品在贮藏和加工中产毒菌株已经死亡，而毒素不易破坏的缘故。一般来说，产毒霉菌菌株主要在谷物粮食、发酵食品及饲草上生长产生毒素，直接在动物性食品，如肉、蛋、乳上产毒的较为少见。而食入大量含毒饲草的动物同样可引起各种中毒症状或残留在动物组织器官及乳汁中，致使动物性食品带毒，被人食入后仍会造成霉菌毒素中毒。
霉菌毒素中毒与人群的饮食习惯、食物种类和生活环境条件有关，所以霉菌毒素中毒常常表现出明显的地方性和季节性，甚至有些还具有地方疾病的特征。例如黄曲霉毒素中毒，黄变米中毒和赤霉病麦中毒即具有此特征。再者，霉菌毒素中毒的临床表现较为复杂，可有急性中毒，也有因少量长期食入含有霉菌毒素的食品而引起的慢性中毒，也有的诱发癌肿、造成畸形和引起体内遗传物质的突变。
霉菌污染食品，特别是霉菌毒素污染食品对人类危害极大，就全世界范围而言，不仅造成很大的经济损失，而且可以造成人类的严重疾病甚至大批的死亡。60年代英国发现黄曲霉毒素污染饲料一次性造成19万只火鸡死亡的事件，开始引起了人们对霉菌及霉菌毒素污染食品问题的重视和研究。癌症是当今人类社会的一大杀手，癌症发病率与人们是否食入了含有霉菌毒素的食物以及食入的食品所含霉菌毒素量的多少有很大的关系。因此从一定意义上讲，不食用霉变及含有霉菌毒素的食物就可以在很大程度上降低癌症发病率，避免癌症的发生。
思?考?题
1．述污染食品的微生物来源及途径。
2．谓内源性和外源性污染？
3．品中微生物的消长规律及特点是什么？
4．常见的污染食品并可引起食品腐败变质的细菌有哪些？它们各自的主要生物学特性是什么？
5．食品中细菌数量和大肠菌群的食品卫生学意义是什么？
6．污染食品并可产生毒素的霉菌有哪些？各产生什么毒素？霉菌毒素有何特性？产毒霉菌的产毒特点是什么？
7．霉菌及其毒素的食品卫生学意义是什么？
第9章 食品腐败变质及其控制
本章的学习目的与要求,
⑴?掌握微生物引起食品腐败变质需要的基本条件，食品腐败变质发生的化学过程，食品腐败变质的初步鉴定方法及卫生学意义
⑵?了解各类主要食品的腐败变质现象、原因及目前常用的食品防腐保藏方法、原理及其他卫生管理措施
⑶?能够独立分析一个食品是否可能发生变质，变质的原因及在生产中如何采取合理的预防措施的目的。
1.?食品的腐败与变质
微生物广泛分布于自然界，食品中不可避免的会受到一定类型和数量的微生物的污染，当环境条件适宜时，它们就会迅速生长繁殖，造成食品的腐败与变质，不仅降低了食品的营养和卫生质量，而且还可能危害人体的健康。
食品腐败变质（food?spoilage），是指食品受到各种内外因素的影响，造成其原有化学性质或物理性质发生变化，降低或失去其营养价值和商品价值的过程。如鱼肉的腐臭、油脂的酸败、水果蔬菜的腐烂和粮食的霉变等。
食品的腐败变质原因较多，有物理因素、化学因素和生物性因素，如动、植物食品组织内酶的作用，昆虫、寄生虫以及微生物的污染等。其中由微生物污染所引起的食品腐败变质是最为重要和普遍的，故本章只讨论有关由微生物引起的食品腐败变质问题。
1.1微生物引起食品变质的基本条件?
食品加工前的原料，总是带有一定数量的微生物；在加工过程中及加工后的成品，也不可避免地要接触环境中的微生物，因而食品中存在一定种类和数量的微生物。然而微生物污染食品后，能否导致食品的腐败变质，以及变质的程度和性质如何，是受多方面因素的影响。一般来说，食品发生腐败变质，与食品本身的性质、污染微生物的种类和数量以及食品所处的环境等因素有着密切的关系，而它们三者之间又是相互作用、相互影响的。
1.1.1食品的基质特性?
⑴食品的营养成分?
食品含有蛋白质、糖类、脂肪、无机盐、维生素和水分等丰富的营养成分，是微生物的良好培养基。因而微生物污染食品后很容易迅速生长繁殖造成食品的变质。但由于不同的食品中，上述各种成分的比例差异很大，而各种微生物分解各类营养物质的能力不同，这就导致了引起不同食品腐败的微生物类群也不同，如肉、鱼等富含蛋白质的食品，容易受到对蛋白质分解能力很强的变形杆菌、青霉等微生物的污染而发生腐败；米饭等含糖类较高的食品，易受到曲霉属、根霉属、乳酸菌、啤酒酵母等对碳水化合物分解能力强的微生物的污染而变质；而脂肪含量较高的食品，易受到黄曲霉和假单孢杆菌等分解脂肪能力很强的微生物的污染而发生酸败变质。
⑵?食品的氢离子浓度?
各种食品都具有一定的氢离子浓度。根据食品pH值范围的特点，可将食品划分为两大类：酸性食品和非酸性食品。一般规定pH值在4．5以上者，属于非酸性食品；pH值在4.5以下者为酸性食品。例如动物食品的pH值一般在5～7之间，蔬菜pH值在5～6之间，它们一般为非酸性食品；水果的pH值在2～5之间，一般为酸性食品。
各类微生物都有其最适宜的pH范围，食品中氢离子浓度可影响菌体细胞膜上电荷的性质。当微生物细胞膜上的电荷性质受到食品氢离子浓度的影响而改变后，微生物对某些物质的吸收机制会发生改变，从而影响细胞正常物质代谢活动和酶的作用，因此食品pH值高低是制约微生物生长，影响食品腐败变质的重要因素之一。
大多数细菌最适生长的pH值是7.0左右，酵母菌和霉菌生长的pH值范围较宽，因而非酸性食品适合于大多数细菌及酵母菌、霉菌的生长；细菌生长下限一般在4．5左右，pH值3.3～4.0以下时只有个别耐酸细菌，如乳杆菌属尚能生长，故酸性食品的腐败变质主要是酵母和霉菌的生长。
另外，食品的pH值也会因微生物的生长繁殖而发生改变，当微生物生长在含糖与蛋白质的食品基质中，微生物首先分解糖产酸使食品的pH值下降；当糖不足时，蛋白质被分解，pH值又回升。由于微生物的活动，使食品基质的pH值发生很大变化，当酸或碱积累到一定量时，反过来又会抑制微生物的继续活动。
⑶?食品的水分?
水分是微生物生命活动的必要条件，微生物细胞组成不可缺少水，细胞内所进行的各种生物化学反应，均以水分为溶媒。在缺水的环境中，微生物的新陈代谢发生障碍，甚至死亡。但各类微生物生长繁殖所要求的水分含量不同，因此，食品中的水分含量决定了生长微生物的种类。一般来说，含水分较多的食品，细菌容易繁殖；含水分少的食品，霉菌和酵母菌则容易繁殖。
食品中水分以游离水和结合水两种形式存在。微生物在食品上生长繁殖，能利用的水是游离水，因而微生物在食品中的生长繁殖所需水不是取决于总含水量（%），而是取决于水分活度（Aw，也称水活性）。因为一部分水是与蛋白质、碳水化合物及一些可溶性物质，如氨基酸、糖、盐等结合，这种结合水对微生物是无用的。因而通常使用水分活度来表示食品中可被微生物利用的水。
水分活度（Aw）是指食品在密闭容器内的水蒸汽压(P)与纯水蒸汽压(P0)之比，即Aw=P/P0?。纯水的Aw=1；无水食品的Aw=0，由此可见，食品的Aw值在0-1之间。表1给出了不同微生物类群生长的最低Aw值范围，从表中可以看出，食品的Aw值在O.60以下，则认为微生物不能生长。一般认为食品Aw值在O.64以下，是食品安全贮藏的防霉含水量。
表9-1食品中主要微生物类群生长的最低Aw值范围
微生物类群最低Aw值范围微生物类群最低Aw值
大多数细菌0.99～0.90嗜盐性细菌0.75
大多数酵母菌0.94～0.88耐高渗酵母0.60
大多数霉菌0.94～0.73干性霉菌0.65
新鲜的食品原料，例如鱼、肉、水果、蔬菜等含有较多的水分，Aw值一般在O.98～0.99，适合多数微生物的生长，如果不及时加以处理，很容易发生腐败变质。为了防止食品变质，最常用的办法，就是要降低食品的含水量，使Aw值降低至O．70以下，这样可以较长期地进行保存。许多研究报道，Aw值在O.80～O.85之间的食品，一般只能保存几天；Aw值在O.72左右的食品，可以保存2至3个月；如果Aw在0.65以下，则可保存1至3年。
在实际中，为了方便也常用含水量百分率来表示食品的含水量，并以此作为控制微生物生长的一项衡量指标。例如为了达到保藏目的，奶粉含水量应在8%?以下，大米含水量应在13%?左右，豆类在15%?以下，脱水蔬菜在14～20%?之间。这些物质含水量百分率虽然不同，但其Aw值约在0.70以下。
⑷?食品的渗透压
渗透压与微生物的生命活动有一定的关系。如将微生物置于低渗溶液中，菌体吸收水分发生膨胀，甚至破裂；若置于高渗溶液中，菌体则发生脱水，甚至死亡。一般来讲，微生物在低渗透压的食品中有一定的抵抗力，较易生长，而在高渗食品中，微生物常因脱水而死亡。当然不同微生物种类对渗透压的耐受能力大不相同。
绝大多数细菌不能在较高渗透压的食品中生长，只有少数种能在高渗环境中生长，如盐杆菌属（Halobacterium)中的一些种，在20～30%的食盐浓度的食品中能够生活；肠膜明串珠菌能耐高浓度糖。而酵母菌和霉菌一般能耐受较高的渗透压，如异常汉逊氏酵母（Hansenula?anomala)、鲁氏糖酵母（Saccharomyces?rouxii)、膜毕赤氏酵母（Pichia?membranafaciens）等能耐受高糖，常引起糖浆、果酱、果汁等高糖食品的变质。霉菌中比较突出的代表是灰绿曲霉（Aspergillus?glaucus)、青霉属、芽枝霉属等。
食盐和糖是形成不同渗透压的主要物质。在食品中加人不同量的糖或盐，可以形成不同的渗透压。所加的糖或盐越多，则浓度越高，渗透压越大，食品的Aw值就越小。通常为了防止食品腐败变质，常用盐腌和糖渍方法来较长时间地保存食品。
食品的存在状态
完好无损的食品，一般不易发生腐败，如没有破碎和伤口的马铃薯、苹果等，可以放置较长时间。如果食品组织溃破或细胞膜碎裂，则易受到微生物的污染而发生腐败变质。
1.1.2微生物
在食品发生腐败变质的过程中，起重要作用的是微生物。如果某一食品经过彻底灭菌或过滤除菌，则食品长期贮藏也不会发生腐败。反之，如果某一食品污染了微生物，一旦条件适宜，就会引起该食品腐败变质。所以说，微生物的污染是导致食品发生腐效变质的根源。?
能引起食品发生腐败变质的微生物种类很多，主要有细菌、酵母和霉菌。一般情况下细菌常比酵母菌占优势。在这些微生物中，有病原菌和非病原菌，有芽孢和非芽孢菌，有嗜热性、嗜温性和嗜冷性菌，有好气或厌气菌，有分解蛋白质、糖类、脂肪能力强的菌。下面对容易引起不同食品腐败变质的微生物概括如表9-2,
表?9-2部分食品腐败类型和引起腐败的微生物
（微生物学，M?Ｊ?小佩尔扎等，１９８７)
食品腐败类型微生物
面包发霉产生粘液黑根霉?(Rhizopus?nigricans)、青霉属?(Penicillium)、黑曲霉?(Aspergillus?niger)枯草芽孢杆菌?(Bacillus?subtilis)
糖浆产生粘液发酵呈粉红色发霉产气肠杆菌?(Enterobacter?aerogenes)、酵母属?(Saccharomyces)接合酵母属?(Zygosacchromyces)玫瑰色微球菌?(Micrococcus?roseus)、曲霉属?(Aspergillus)、青霉属
新鲜水果和蔬菜软腐灰色霉菌腐烂黑色霉菌腐烂根霉属?(Rhizopus)、欧文氏杆菌属?(Erwinia)葡萄孢属?(Botrytis)黑曲霉?、假单胞菌属?(Pseudomonas)
泡菜、酸菜表面出现白膜红酵母属?(Rhodotorula)
新鲜腐败变黑产碱菌属?(Alcaligenes)、梭菌属?(Clostridium)、普通变形菌?(Proteus?vulgaris)荧光假单胞菌?(Pseudomonas?fluorescens)、腐败假单胞菌?(Pseudomonas?putrefaciens)
肉的发霉曲霉属、根霉属、青霉属
保存变酸变绿色、变粘假单胞菌属、微球菌属?(Micrococcus)、乳杆菌属?(Lactobacillus)明串珠菌属?(Leuconostoc)
鱼变色腐败假单胞菌属、产碱菌属、黄杆菌属?(Flavobacterium)腐败桑瓦拉菌?(Shewanellaputrefaciens)
蛋绿色腐败、褪色腐败黑色腐败荧光假单胞菌、假单胞菌属、产碱菌属、变形菌属
家禽变粘、有气味假单胞菌属、产碱菌属
浓缩桔汁失去风味乳杆菌属、明串珠菌属醋杆菌属?(Acetobacter)
⑴?分解蛋白质类食品的微生物
分解蛋白质而使食品变质的微生物，主要是细菌、霉菌和酵母菌，它们多数是通过分泌胞外蛋白酶来完成的。
细菌中，芽孢杆菌属、梭状芽孢杆菌属、假单孢菌属、变形杆菌属、链球菌属等分解蛋白质能力较强，即使无糖存在，它们在以蛋白质为主要成分的食品上生长良好；肉毒梭状芽孢杆菌分解蛋白质能力很微弱，但该菌为厌氧菌，可引起罐头的腐败变质；小球菌属、葡萄球菌属、黄杆菌属、产碱杆菌属、埃希氏杆菌属等分解蛋白质较弱。
许多霉菌都具有分解蛋白质的能力，霉菌比细菌更能利用天然蛋白质。常见的有：青霉属、毛霉属、曲霉属、木霉属、根霉属等。而多数酵母菌对蛋白质的分解能力极弱。如啤酒酵母属、毕赤氏酵母属、汉逊氏酵母属、假丝酵母属、球拟酵母属等能使凝固的蛋白质缓慢分解。但在某些食品上，酵母菌竞争不过细菌，往往是细菌占优势。
⑵?分解碳水化合物类食品的微生物
细菌中能高活性分解淀粉的为数不多，主要是芽孢杆菌属和梭状芽孢杆菌属的某些种，如枯草杆菌、巨大芽孢杆菌、马铃薯芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、淀粉梭状芽孢杆菌等，它们是引起米饭发酵、面包粘液化的主要菌株；能分解纤维素和半纤维素只有芽孢杆菌属、梭状芽孢杆菌属和八叠球菌属的一些种；但绝大多数细菌都具有分解某些糖的能力，特别是利用单糖的能力极为普遍；某些细菌能利用有机酸或醇类；能分解果胶的细菌主要有芽孢杆菌属、欧氏植病杆菌属、梭状芽孢杆菌属中的部分菌株，它们参与果蔬的腐败。
多数霉菌都有分解简单碳水化合物的能力；能够分解纤维素的霉菌并不多，常见的有青霉属、曲霉属、木霉属等中的几个种，其中绿色木霉、里氏木霉、康氏木霉分解纤维素的能力特别强。分解果胶质的霉菌活力强的有曲霉属、毛霉属、蜡叶芽枝霉等；曲霉属、毛霉属和镰刀霉属等还具有利用某些简单有机酸和醇类的能力。
绝大多数酵母不能使淀粉水解；少数酵母如拟内胞霉属能分解多糖；极少数酵母如脆壁酵母能分解果胶；大多数酵母有利用有机酸的能力。
⑶?分解脂肪类食品的微生物
分解脂肪的微生物能生成脂肪酶，使脂肪水解为甘油和脂肪酸。一般来讲，对蛋白质分解能力强的需氧性细菌，同时大多数也能分解脂肪。细菌中的假单孢菌属、无色杆菌属、黄色杆菌属、产碱杆菌属和芽孢杆菌属中的许多种，都具有分解脂肪的特性。
能分解脂肪的霉菌比细菌多，在食品中常见的有曲霉属、白地霉、代氏根霉、娄地青霉和芽枝霉属等。
酵母菌分解脂肪的菌种不多，主要是解脂假丝酵母，这种酵母对糖类不发酵，但分解脂肪和蛋白质的能力却很强。因此，在肉类食品、乳及其制品中脂肪酸败时，也应考虑到是否因酵母而引起。
1.1.3食品的环境条件
在某种意义上讲，引起食品变质，环境因素也是非常重要的。食品中污染的微生物能否生长，还要看环境条件，例如，天热饭菜容易变坏，潮湿粮食容易发霉。影响食品变质的环境因素和影响微生物生长繁殖的环境因素一样，也是多方面的。有些内容已在前面有关章节中加以讨论，故不再重复。在这里，仅就影响食品变质的最重要的几个因素，例如温度、湿度和气体等进行讨论。
温度
前面章节已经讨论了温度变化对微生物生长的影响。根据微生物对温度的适应性，可将微生物分为三个生理类群，即嗜冷、嗜温、嗜热三大类微生物。每一类群微生物都有最适宜生长的温度范围，但这三群微生物又都可以在20℃～30℃之间生长繁殖，当食品处于这种温度的环境中，各种微生物都可生长繁殖而引起食品的变质。
⑴?低温对微生物生长的影响
低温对微生物生长极为不利，但由于微生物具有一定的适应性，在5℃左右或更低的温度（甚至-20℃以下）下仍有少数微生物能生长繁殖，使食品发生腐败变质，我们称这类微生物为低温微生物。低温微生物是引起冷藏、冷冻食品变质的主要微生物。食品在低温下生长的微生物主要有：假单孢杆菌属、黄色杆菌属、无色杆菌属等革兰氏阴性无芽孢杆菌；小球菌属、乳杆菌属、小杆菌属、芽孢杆菌属和梭状芽孢杆菌属等革兰氏阳性细菌；假丝酵母属、隐球酵母属、圆酵母属、丝孢酵母属等酵母菌；青霉属、芽枝霉属、葡萄孢属和毛霉属等霉菌。食品中不同微生物生长的最低温度见表9-3
表9-3食品中微生物生长的最低温度
食品微?生?物生长最低温度（℃）食品微?生?物生长最低温度（℃）
猪肉细菌-4乳细菌0～-1
牛肉霉菌、酵母菌、细菌-1～1.6冰淇凌细菌-3～-10
羊肉霉菌、酵母菌、细菌-1～-5大豆霉菌-6.7
火腿细菌1～2豌豆霉菌、酵母菌-4～6.7
腊肠细菌5苹果霉菌0
熏肋肉细菌-5～-10葡萄汁酵母菌0
鱼贝类细菌-4～-7浓桔汁酵母菌-10
草莓霉菌、酵母菌、细菌-0.3～-6.5
这些微生物虽然能在低温条件下生长，但其新陈代谢活动极为缓慢，生长繁殖的速度也非常迟缓，因而它们引起冷藏食品变质的速度也较慢。
有些微生物在很低温度下能够生长，其机理还不完全清楚。但至少可以认为它们体内的酶在低温下仍能起作用。另外也观察到嗜泠微生物的细胞膜中不饱和脂肪酸含量较高，推测可能是由于它们的细胞质膜在低温下仍保持半流动状态，能进行活跃的物质传递。而其它生物则由于细胞膜中饱和脂肪酸含量高，在低温下成为固体而不能履行其正常功能。?
⑵?高温对微生物生长的影响
高温，特别在45℃以上，对微生物生长来讲，是十分不利的。在高温条件下，微生物体内的酶、蛋白质、脂质体很容易发生变性失活，细胞膜也易受到破坏，这样会加速细胞的死亡。温度愈高，死亡率也愈高。
然而，在高温条件下，仍然有少数微生物能够生长。通常把凡能在45℃以上温度条件下进行代谢活动的微生物，称为高温微生物或嗜热微生物（theophiles）。嗜热微生物之所以能在高温环境中生长，是因为它们具有与其它微生物所不同的特性，如它们的酶和蛋白质对热稳定性比中温菌强得多；它们的细胞膜上富含饱和脂肪酸。由于饱和脂肪酸比不饱和脂肪酸可以形成更强的疏水键，从而使膜能在高温下保持稳定；它们生长曲线独特，和其它微生物相比，延滞期、对数期都非常短，进入稳定期后，迅速死亡。
在食品中生长的嗜热微生物，主要是嗜热细菌，如芽孢杆菌属中的嗜热脂肪芽孢杆菌（Bacillus?stearothermophilus）、凝结芽孢杆菌（B.?coagulans）；梭状芽孢杆菌属中的肉毒梭菌（Clostridium?botulinum）、热解糖梭状芽孢杆菌（Cl.thermosaccharolyticum）、致黑梭状芽孢杆菌（Cl.nigrificans）；乳杆菌属和链球菌属中的嗜热链球菌（Streptococcus?thermophilus）、嗜热乳杆菌等。霉菌中纯黄丝衣霉（Byssochlamys?fulva）耐热能力也很强。
在高温条件下，嗜热微生物的新陈代谢活动加快，所产生的酶对蛋白质和糖类等物质的分解速度也比其它微生物快，因而使食品发生变质的时间缩短。由于它们在食品中经过旺盛的生长繁殖后，很容易死亡，所以在实际中，若不及时进行分离培养，就会失去检出的机会。高温微生物造成的食品变质主要是酸败，分解糖类产酸而引起。
气体
微生物与O2有着十分密切的关系。一般来讲，在有氧的环境中，微生物进行有氧呼吸，生长、代谢速度快，食品变质速度也快；缺乏O2条件下，由厌氧性微生物引起的食品变质速度较慢。O2存在与否决定着兼性厌氧微生物是否生长和生长速度的快慢。例如当Aw值是O．86时，无氧存在情况下金黄色葡萄球菌不能生长或生长极其缓慢；而在有氧情况下则能良好生长。
新鲜食品原料中，由于组织内一般存在着还原性物质（如动物原料组织内的巯基），因而具有抗氧化能力。在食品原料内部生长的微生物绝大部分应该是厌氧性微生物；而在原料表面生长的则是需氧微生物。食品经过加工，物质结构改变，需氧微生物能进入组织内部，食品更易发生变质。
另外，H2和CO2等气体的存在，对微生物的生长也有一定的影响。实际中可通过控制它们的浓度来防止食品变质。
湿度
空气中的湿度对于微生物生长和食品变质来讲，起着重要的作用，尤其是未经包装的食品。例如把含水量少的脱水食品放在湿度大的地方，食品则易吸潮，表面水分迅速增加。长江流域梅雨季节，粮食、物品容易发霉，就是因为空气湿度太大（相对湿度70%?以上）的缘故。
Aw值反映了溶液和作用物的水分状态，而相对湿度则表示溶液和作用物周围的空气状态。当两者处于平衡状态时，Aw×100就是大气与作用物平衡后的相对湿度。每种微生物只能在一定的Aw值范围内生长，但这一范围的Aw值要受到空气湿度的影晌。
1.2?食品腐败变质的化学过程?
食品腐败变质的过程实质上是食品中蛋白质、碳水化合物、脂肪等被污染微生物的分解代谢作用或自身组织酶进行的某些生化过程。例如新鲜的肉、鱼类的后熟，粮食、水果的呼吸等可以引起食品成分的分解、食品组织溃破和细胞膜碎裂，为微生物的广泛侵入与作用提供条件，结果导致食品的腐败变质。由于食品成分的分解过程和形成的产物十分复杂，因此建立食品腐败变质的定量检测尚有一定的难度。
⑴?食品中蛋白质的分解
肉、鱼、禽蛋和豆制品等富含蛋白质的食品，主要是以蛋白质分解为其腐败变质特征。由微生物引起蛋白质食品发生的变质，通常称为腐败（spoilage）。
蛋白质在动、植物组织酶以及微生物分泌的蛋白酶（protease）和肽链内切酶（endopetidase）等的作用下，首先水解成多肽，进而裂解形成氨基酸。氨基酸通过脱羧基、脱氨基、脱硫等作用进一步分解成相应的氨、胺类、有机酸类和各种碳氢化合物，食品即表现出腐败特征。
微生物蛋白质酶肽链内切酶脱羧基作用,
食物中蛋白质多肽氨基酸氨十胺十硫化氢等
或组织蛋白质酶脱氨基、脱硫等作用
蛋白质分解后所产生的胺类是碱性含氮化合物质，如胺、伯胺、仲胺及叔胺等具有挥发性和特异的臭味。各种不同的氨基酸分解产生的腐败胺类和其它物质各不相同，甘氨酸产生甲胺，鸟氨酸产生腐胺，精氨酸产生色胺进而又分解成吲哚，含硫氨基酸分解产生硫化氢和氨、乙硫醇等。这些物质都是蛋白质腐败产生的主要臭味物质。
氨基酸的分解氨基酸通过脱氨基、脱羧基被分解。
①?脱氨反应
在氨基酸脱氨反应中，通过氧化脱氨生成羧酸和a－酮酸，直接脱氨则生成不饱和脂肪酸，若还原脱氨则生成有机酸。例如,
RCH2CHNH2COOH（氨基酸）?+O2RCH2COCOOH?（a－酮酸）+NH3
RCH2CHNH2COOH（氨基酸）?+O2RCOOH?（羧酸）+NH3+CO2
RCH2CHNH2COOH（氨基酸）RCH=CHCOOH?（不饱和脂肪酸）+NH3
RCH2CHNH2COOH（氨基酸）?+H2RCH2CH2COOH?（有机酸）+NH3
②?脱羧反应
氨基酸脱羧基生成胺类；有些微生物能脱氨、脱羧同时进行，通过加水分解、氧化和还原等方式生成乙醇、脂肪酸、碳氢化合物和氨、二氧化碳等。例如,
CH2NH2COOH?(甘氨酸)CH3NH2?（甲胺）+CO2
CH2NH2(CH2)2?CHNH2COOH?(鸟氨酸)CH2NH2(CH2)2?CH2NH2?（腐胺）+CO2
CH2NH2(CH2)3?CHNH2COOH?(精氨酸)CH2NH2(CH2)3?CH2NH2?（尸胺）+CO2
组氨酸组胺+CO2
(CH3)2CHCHNH2COOH?（缬氨酸）?+?H2O(CH3)2CH?CH2OH（异丁醇）+NH3+CO2
CH3CHNH2COOH?（丙氨酸）?+?O2CH3COOH?（乙酸）+NH3+CO2
CH2NH2COOH?（甘氨酸）+?H2CH4?（甲烷）+NH3+CO2
③胺的分解
腐败中生成的胺类通过细菌的胺氧化酶被分解，最后生成氨、二氧化碳和水。
RCH2NH2?（胺?）+?O2?+?H2ORCHO+H2O2+NH3
过氧化氢通过过氧化氢酶被分解，同时，醛也经过酸再分解为二氧化碳和水。
硫醇的生成
硫醇是通过含硫化合物的分解而生成的。例如甲硫氨酸被甲硫氨酸脱硫醇脱氨基酶，进行如下的分解作用。
CH3SCH2CHNH2COOH（甲硫氨酸）+?H2OCH3SH（甲硫醇）+?NH3?+?CH3CH2COCOOH（a-酮酸）
④?甲胺的生成
鱼、贝、肉类的正常成分三甲胺氧化物可被细菌的三甲胺氧化还原酶还原生成三甲胺。此过程需要有可使细菌进行氧化代谢的物质（有机酸、糖、氨基酸等）作为供氢体。
(CH3)3NO?+?NADH(CH3)3N+NAD+
食品中脂肪的分解
虽然脂肪发生变质主要是由于化学作用所引起，但是许多研究表明，它与微生物也有着密切的关系。脂肪发生变质的特征是产生酸和刺激的“哈喇”气味。人们一般把脂肪发生的变质称为酸败（rancidity）。
食品中油脂酸败的化学反应，主要是油脂自身氧化过程，其次是加水水解。油脂的自身氧化是一种自由基的氧化反应；而水解则是在微生物或动物组织中的解脂酶作用下，使食物中的中性脂肪分解成甘油和脂肪酸等。但油脂酸败的化学反应目前仍在研究中，过程较复杂，有些问题尚待澄清。
⑵?油脂的自身氧化
油脂的自身氧化是一种自由基（游离基）氧化反应，其过程主要包括：脂肪酸（RCOOH）在热、光线或铜、铁等因素作用下，被活化生成不稳定的自由基R·?、H·?，这些自由基与O2生成过氧化物自由基；接着自由基循环往复不断地传递生成新的自由基，在这一系列的氧化过程中，生成了氢过氧化物、羰基化合物（如醛类、酮类、低分子脂酸、醇类、酯类等）、羟酸以及脂肪酸聚合物、缩合物（如二聚体、三聚体等）。
脂肪水解
脂肪酸败也包括脂肪的加水分解作用，产生游离脂肪酸、甘油及其不完全分解的产物。如甘油一酯、甘油二酯。
微生物的解脂酶等
食物中脂肪脂肪酸+甘油+其它产物
脂肪酸可进而断链而形成具有不愉快味道的酮类或酮酸；不饱和脂肪酸的不饱和键可形成过氧化物；脂肪酸也可再氧化分解成具有特臭的醛类和醛酸，即所渭的“哈喇”气味。这就是食用油脂和含脂肪丰富的食品发生酸败后感官性状改变的原因。
脂肪自身氧化以及加水分解所产生的复杂分解产物，使食用油脂或食品中脂肪带有若干明显特征：首先是过氧化值上升，这是脂肪酸败最早期的指标；其次是酸度上升，羰基（醛酮）反应阳性。脂肪酸败过程中，由于脂肪酸的分解其固有的碘价（值）、凝固点（熔点）、比重、折光指数、皂化价等也必然发生变化，因而脂肪酸败所特有的“哈喇”味；肉、鱼类食品脂肪的超期氧化变黄；鱼类的“油烧”现象等也常常被作为油脂酸败鉴定中较为实用的指标。
食品中脂肪及食用油脂的酸败程度，受脂肪的饱和度、紫外线、氧、水分、天然抗氧化剂以及铜、铁、镍离子等触媒的影响。油脂中脂肪酸不饱和度、油料中动植物残渣等，均有促进油脂酸败的作用；而油脂的脂肪酸饱和程度、维生素C、E等天然抗氧化物质及芳香化合物含量高时，则可减慢氧化和酸败。
⑶?食品中碳水化合物的分解
食品中的碳水化合物包括纤维素、半纤维素、淀粉、糖元以及双糖和单糖等。含这些成份较多的食品主要是粮食、蔬菜、水果和糖类及其制品。在微生物及动植物组织中的各种酶及其它因素作用下，这些食品组成成分被分解成单糖、醇、醛、酮、羧酸、二氧化碳和水等低级产物。由微生物引起糖类物质发生的变质，习惯上称为发酵或酵解（fermentation?）。
分解糖类的微生物
碳水化合物有机酸?十?酒精?十?气体等
碳水化合物含量高的食品变质的主要特征为酸度升高、产气和稍带有甜味、醇类气味等。食品种类不同也表现为糖、醇、醛、酮含量升高或产气（CO2），有时常带有这些产物特有的气味。水果中果胶可被一种曲霉和多酶梭菌（Cl.multifermentans）所产生的果胶酶分解，并可使含酶较少的新鲜果蔬软化。
1.3食品腐败变质的鉴定
食品受到微生物的污染后，容易发生变质。那么如何鉴别食品的腐败变质？一般是从感官、物理、化学和微生物四个方面来进行食品腐败变质的鉴定。
1.3.1?感官鉴定
感官鉴定是以人的视觉、嗅觉、触觉、味觉来查验食品初期腐败变质的一种简单而灵敏的方法。食品初期腐败时会产生腐败臭味，发生颜色的变化（褪色、变色、着色、失去光泽等），出现组织变软、变粘等现象。这些都可以通过感官分辨出来，一般还是很灵敏的。
1.3.2?色泽?
食品无论在加工前或加工后，本身均呈现一定的色泽，如有微生物繁殖引起食品变质时，色泽就会发生改变。有些微生物产生色素，分泌至细胞外，色素不断累积就会造成食品原有色泽的改变，如食品腐败变质时常出现黄色、紫色、褐色、橙色、红色和黑色的片状斑点或全部变色。另外由于微生物代谢产物的作用促使食品发生化学变化时也可引起食品色泽的变化。例如肉及肉制品的绿变就是由于硫化氢与血红蛋白结合形成硫化氢血红蛋白所引起的。腊肠由于乳酸菌增殖过程中产生了过氧化氢促使肉色素褪色或绿变。
1.3.3?气味
食品本身有一定的气味，动、植物原料及其制品因微生物的繁殖而产生极轻微的变质时，人们的嗅觉就能敏感地觉查到有不正常的气味产生。如氨、三甲胺、乙酸、硫化氢、乙硫醇、粪臭素等具有腐败臭味，这些物质在空气中浓度为10-8～10-11?mol/m3时，人们的嗅觉就可以查觉到。此外，食品变质时，其它胺类物质、甲酸、乙酸、酮、醛、醇类、酚类、靛基质化合物等也可查觉到。
食品中产生的腐败臭味，常是多种臭味混合而成的。有时也能分辨出比较突出的不良气味，例如：霉味臭、醋酸臭、胺臭、粪臭、硫化氢臭、酯臭等。但有时产生的有机酸，水果变坏产生的芳香味，人的嗅觉习惯不认为是臭味。因此评定食品质量不是以香、臭味来划分，而是应该按照正常气味与异常气味来评定。
1.3.4?口味?
微生物造成食品腐败变质时也常引起食品口味的变化。而口味改变中比较容易分辨的是酸味和苦味。一般碳水化合物含量多的低酸食品，变质初期产生酸是其主要的特征。但对于原来酸味就高的食品，如蕃茄制品来讲，微生物造成酸败时，酸味稍有增高，辨别起来就不那么容易。另外，某些假单孢菌污染消毒乳后可产生苦味；蛋白质被大肠杆菌、小球菌等微生物作用也会产生苦味。
当然，口味的评定从卫生角度看是不符合卫生要求的，而且不同人评定的结果往往意见分歧较多，只能作大概的比较，为此口味的评定应借助仪器来测试，这是食品科学需要解决的一项重要课题。
1.3.4?组织状态?
固体食品变质时，动、植物性组织因微生物酶的作用，可使组织细胞破坏，造成细胞内容物外溢，这样食品的性状即出现变形、软化；鱼肉类食品则呈现肌肉松弛、弹性差，有时组织体表出现发粘等现象；微生物引起粉碎后加工制成的食品，如糕鱼、乳粉、果酱等变质后常引起粘稠、结块等表面变形、湿润或发粘现象。
液态食品变质后即会出现浑浊、沉淀，表面出现浮膜、变稠等现象，鲜乳因微生物作用引起变质可出现凝块、乳清析出、变稠等现象，有时还会产气。
1.3.5?化学鉴定
微生物的代谢，可引起食品化学组成的变化，并产生多种腐败性产物，因此，直接测定这些腐败产物就可作为判断食品质量的依据。
一般氨基酸、蛋白质类等含氮高的食品，如鱼、虾、贝类及肉类，在需氧性败坏时，常以测定挥发性盐基氮含量的多少作为评定的化学指标；对于含氮量少而含碳水化合物丰富的食品，在缺氧条件下腐败则经常测定有机酸的含量或pH值的变化作为指标。
⑴?挥发性盐基总氮（total?volatile?basic?nitrogen?,TVBN）
挥发性盐基总氮系指肉、鱼类样品浸液在弱碱性下能与水蒸汽一起蒸馏出来的总氮量，主要是氨和胺类（三甲胺和二甲胺）,常用蒸馏法或Conway微量扩散法定量。该指标现已列入我国食品卫生标准。例如一般在低温有氧条件下，鱼类挥发性盐基氮的量达到30mg／100g时，即认为是变质的标志。
⑵?三甲胺
因为在挥发性盐基总氮构成的胺类中，主要的是三甲胺，是季胺类含氮物经微生物还原产生的。可用气相色谱法进行定量，或者三甲胺制成碘的复盐，用二氯乙烯抽取测定。新鲜鱼虾等水产品、肉中没有三甲胺，初期腐败时，其量可达4mg～6mg/100g。
⑶?组胺
鱼贝类可通过细菌分泌的组氨酸脱羧酶使组氨酸脱羧生成组胺而发生腐败变质。当鱼肉中的组胺达到4－10mg/100g，就会发生变态反应样的食物中毒。通常用圆形滤纸色谱法（卢塔－宫木法）进行定量。
⑷?K值（Kvalue）
Ｋ值是指ATP分解的肌苷（HxR）和次黄嘌呤（Hx）低级产物占ATP系列分解产物ATP＋ADP＋AMP＋IMP＋HxP＋Hx的百分比，Ｋ值主要适用于鉴定鱼类早期腐败。若K≤20％，说明鱼体绝对新鲜；K≥40％时，鱼体开始有腐败迹象。
⑸?PＨ的变化
食品中pH值的变化，一方面可由微生物的作用或食品原料本身酶的消化作用，使食品中pH值下降；另一方面也可以由微生物的作用所产生的氨而促使pH值上升。一般腐败开始时食品的pH略微降低，随后上升，因此多呈现V字形变动。例如牲畜和一些青皮红肉的鱼在死亡之后，肌肉中因碳水化合物产生消化作用，造成乳酸和磷酸在肌肉中积累，以致引起pH值下降；其后因腐败微生物繁殖，肌肉被分解，造成氨积累，促使pH值上升。我们借助于pH计测定则可评价食品变质的程度。
但由于食品的种类、加工法不同以及污染的微生物种类不同，pH的变动有很大差别，所以一般不用pH作为初期腐败的指标。
1.3.6?物理指标
食品的物理指标，主要是根据蛋白质分解时低分子物质增多这一现象，来先后研究食品浸出物量、浸出液电导度、折光率、冰点下降、粘度上升等指标。其中肉浸液的粘度测定尤为敏感，能反映腐败变质的程度。
1.3.6?微生物检验
对食品进行微生物菌数测定，可以反映食品被微生物污染的程度及是否发生变质，同时它是判定食品生产的一般卫生状况以及食品卫生质量的一项重要依据。在国家卫生标准中常用细菌总菌落数和大肠菌群的近似值来评定食品卫生质量，一般食品中的活菌数达到108cfu／g时，则可认为处于初期腐败阶段。详细内容见食品卫生微生物检验部分。
1.4?腐败变质食品的卫生学意义及处理原则
腐败变质的食品首先是带有使人们难以接受的感官性状，如刺激气味、异常颜色、酸臭味道和组织溃烂，粘液污秽感等。其次是营养成份分解，营养价值严重降低。腐败变质食品一般由于微生物污染严重，菌相复杂和菌量增多，因而增加了致病菌和产毒霉菌等存在的机会；由于菌量增多，可以使某些致病性微弱的细菌，引起人体的不良反应,甚至中毒；致病菌引起的食物中毒，几乎都有菌量异常增大这个必要条件；至于腐败变质分解产物对人体的直接毒害，至今研究仍不够明确；然而这方面的报告与中毒事件却越来越多，如某些鱼类腐败产生的组胺使人体中毒；脂肪酸败产物引起人的不良反应及中毒，以及腐败产生的亚硝胺类、有机胺类和硫化氢等都具有一定毒性。
因此，对食品的腐败变质要及时准确鉴定，并严加控制，但这类食品的处理还必须充分考虑具体情况。如轻度腐败的肉、鱼类，通过煮沸可以消除异常气味，部分腐烂的水果蔬菜可拣选分类处理，单纯感官性状发生变化的食品可以加工复制等。然而人体虽有足够的解毒功能，但在短时间内摄入量不可过大。因此应强调指出，一切处理的前提，都必须以确保人体健康为原则。
1.5?各类食品的腐败变质
食品从原料到加工产品，随时都有被微生物污染的可能。这些污染的微生物在适宜条件下即可生长繁殖，分解食品中的营养成分，使食品失去原有的营养价值，成为不符合卫生要求的食品。下面就各类主要食品的腐败变质作一介绍。
1.5.1?乳及乳制品的腐败变质
各种不同的乳，如牛乳、羊乳、马乳等，其成分虽各有差异，但都含有丰富的营养成分，容易消化吸收,是微生物生长繁殖的良好培养基。乳一旦被微生物污染，在适宜条件下，就会迅速繁殖引起腐败变质而失去食用价值，甚至可能引起食物中毒或其它传染病的传播。
乳中微生物的来源及主要类群
牛乳在挤乳过程中会受到乳房和外界微生物的污染，通常根据其来源可以分为两类,
⑴?乳房内的微生物
牛乳在乳房内不是无菌状态，即使遵守严格无菌操作挤出乳汁，在1ml中也有数百个细菌。乳房中的正常菌群，主要是小球菌属和链球菌属。由于这些细菌能适应乳房的环境而生存，称为乳房细菌。乳畜感染后，体内的致病微生物可通过乳房进入乳汁而引起人类的传染。常见的引起人畜共患疾病的致病微生物主要有：结核分枝杆菌、布氏杆菌、炭疽杆菌、葡萄球菌、溶血性链球菌、沙门氏菌等。
⑵?环境中的微生物
包括挤奶过程中细菌的污染和挤后食用前的一切环节中受到的细菌的污染。
污染的微生物的种类、数量直接受牛体表面卫生状况、牛舍的空气、挤奶用具、容器，挤奶工人的个人卫生情况的影响。另外，挤出的奶在处理过程中，如不及时加工或冷藏不仅会增加新的污染机会，而且会使原来存在于鲜乳内的微生物数量增多，这样很容易导致鲜乳变质。所以挤奶后要尽快进行过滤、冷却。
⑶?乳液的变质过程
鲜乳及消毒乳都残留一定数量的微生物，特别是污染严重的鲜乳，消毒后残存的微生物还很多，常引起乳的酸败，这是乳发生变质的重要原因。
乳中含有溶菌酶等抑菌物质，使乳汁本身具有抗菌特性。但这种特性延续时间的长短，随乳汁温度高低和细菌的污染程度而不同。通常新挤出的乳，迅速冷却到0℃可保持48小时，5℃可保持36小时，10℃可保持24小时，25℃可保持6小时，30℃仅可保持2小时。在这段时间内，乳内细菌是受到抑制的。
当乳的自身杀菌作用消失后，乳静置于室温下，可观察到乳所特有的菌群交替现象。这种有规律的交替现象分为以下几个阶段。
①?抑制期（混合菌群期）
在新鲜的乳液中含有溶菌酶、乳素等抗菌物质，对乳中存在的微生物具有杀灭或抑制作用。在杀菌作用终止后，乳中各种细菌均发育繁殖，由于营养物质丰富，暂时不发生互联或拮抗现象。这个时期约持续12小时左右。
②?乳链球菌期
鲜乳中的抗菌物质减少或消失后，存在于乳中的微生物，如乳链球菌、乳酸杆菌、大肠杆菌和一些蛋白质分解菌等迅速繁殖，其中以乳酸链球菌生长繁殖居优势，分解乳糖产生乳酸，使乳中的酸性物质不断增高。由于酸度的增高，抑制了腐败菌、产碱菌的生长。以后随着产酸增多乳链球菌本身的生长也受到抑制，数量开始减少。
③?乳杆菌期
当乳链球菌在乳液中繁殖，乳液的pH值下降至4.5以下时，由于乳酸杆菌耐酸力较强，尚能继续繁殖并产酸。在此时期，乳中可出现大量乳凝块，并有大量乳清析出，这个时期约有2天。
④?真菌期
当酸度继续升高至pH值3.0～3.5时，绝大多数的细菌生长受到抑制或死亡。而霉菌和酵母菌尚能适应高酸环境，并利用乳酸作为营养来源而开始大量生长繁殖。由于酸被利用，乳液的pH值回升，逐渐接近中性。
⑤?腐败期（胨化期）
经过以上几个阶段，乳中的乳糖已基本上消耗掉，而蛋白质和脂肪含量相对较高，因此，此时能分解蛋白质和脂肪的细菌开始活跃，凝乳块逐渐被消化，乳的pH值不断上升，向碱性转化，同时并伴随有芽孢杆菌属、假单孢杆菌属、变形杆菌属等腐败细菌的生长繁殖，于是牛奶出现腐败臭味。
在菌群交替现象结束时，乳亦产生各种异色、苦味、恶臭味及有毒物质，外观上呈现粘滞的液体或清水。
⑷?乳液的消毒和灭菌
鲜乳消毒和灭菌是为了杀灭致病菌和部分腐败菌，消毒的效果与鲜乳被污染的程度有关。牛乳消毒的温度和时间的确定是保证最大限度地消灭微生物和最高限度地保留牛乳的营养成分和风味，首先是必须消灭全部病原菌。
鲜乳的消毒灭菌方法有多种，以巴氏消毒法最为常见。巴氏消毒的操作方法有多种，其设备、温度和时间各不相同，但都能达到消毒目的，目前鲜乳的消毒灭菌方法主要有以下几种,
①?低温长时消毒法：60℃～65℃、加热保温30分钟，目前市场上见到的玻璃瓶装、罐装的消毒奶、啤酒、酸渍食品、盐渍食品采用的就是这种常压喷淋杀菌法。但此法由于消毒时间长，杀菌效果不太理想，目前许多乳品厂已不在使用。
②?高温短时消毒法：将牛乳置于72℃～75℃加热4～6分钟，或80℃～85℃加热10～15秒。可杀灭原有菌数99.9%。用此法对牛乳消毒时，有利于牛奶的连续消毒，但如果原料污染严重时，难以保证消毒的效果。
③?高温瞬时消毒法：目前许多大城市已采用高温瞬时消毒法。即控制条件为85～95℃，2～3秒加热杀菌，其消毒效果比前两者好，但对牛乳的质量有影响，如容易出现乳清蛋白凝固、褐变和加热臭等现象。
④?超高温瞬时灭菌法：许多科学家作了大量的试验，发现在保证相同杀菌效果的前提下，提高温度比延长杀菌时间对营养成分的损失要小些，因而目前比较盛行的乳灭菌方法是超高温瞬时灭菌法。即牛乳先经75℃～85℃预热4～6分钟，接着通过136℃～150℃的高温2～3秒。预热过程中，可使大部分的细菌杀死，其后的超高温瞬时加热，主要是杀死耐热的芽孢细菌。该方法生产的液态奶可保存很长的时间。
1.5.2?肉类的腐败变质?
肉类食品包括畜禽的肌肉及其制品、内脏等，由于其营养丰富，有利于微生物生长繁殖；家畜、家禽的某些传染病和寄生虫病也可通过肉类食品传播给人，因此保证肉类食品的卫生质量是食品卫生工作的重点。
⑴?肉类中的微生物?
参与肉类腐败过程的微生物是多种多样的，一般常见的有：腐生微生物和病原微生物。腐生微生物包括有细菌、酵母菌和霉菌，它们污染肉品，使肉品发生腐败变质。
细菌主要是需氧的革兰氏阳性菌，如蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌等；需氧的革兰氏阴性菌有假单胞杆菌属、无色杆菌属、黄色杆菌属、产碱杆菌属、埃希氏杆菌属、变形杆菌属等；此外还有腐败梭菌、溶组织梭菌和产气荚膜梭菌等厌氧梭状芽孢杆菌。
酵母菌和霉菌主要包括有假丝酵母菌属、丝孢酵母属、交链孢酶属、曲霉属、芽枝霉属、毛霉属、根霉属和青霉属。
病畜、禽肉类可能带有各种病原菌，如沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、结核分枝杆菌、炭疽杆菌和布氏杆菌等。它们对肉的主要影响并不在于使肉腐败变质，严重的是传播疾病，造成食物中毒。
⑵?肉类变质现象和原因?
肉类腐败变质时，往往在肉的表面产生明显的感官变化，常见的有,
①发粘微生物在肉表面大量繁殖后，使肉体表面有粘状物质产生，这是微生物繁殖后所形成的菌落，以及微生物分解蛋白质的产物。这主要是由革兰氏阴性细菌、乳酸菌和酵母菌所产生。当肉的表面有发粘、拉丝现象时，其表面含菌数一般为107cfu/平方厘米。
②变色肉类腐败变质，常在肉的表面出现各种颜色变化。最常见的是绿色，这是由于蛋白质分解产生的硫化氢与肉质中的血红蛋白结合后形成的硫化氢血红蛋白（H2S-Hb）造成的，这种化合物积蓄在肌肉和脂肪表面，即显示暗绿色。另外，粘质赛氏杆菌在肉表面所产生红色斑点，深兰色假单胞杆菌能产生兰色，黄杆菌能产生黄色。有些酵母菌能产生白色、粉红色、灰色等斑点。
③霉斑肉体表面有霉菌生长时，往往形成霉斑。特别是一些干腌制肉制品，更为多见。如美丽枝霉和刺枝霉在肉表面产生羽毛状菌丝；白色侧孢霉和白地霉产生白色霉斑；草酸青霉产生绿色霉斑；蜡叶芽枝霉在冷冻肉上产生黑色斑点。
④?气味肉体腐烂变质，除上述肉眼观察到的变化外，通常还伴随一些不正常或难闻的气味，如微生物分解蛋白质产生恶臭味；乳酸菌和酵母菌的作用下产生挥发性有机酸的酸味；霉菌生长繁殖产生的霉味等。
⑶?鲜肉变质过程?
健康动物的血液、肌肉和内部组织器官一般是没有微生物存在的，但由于屠宰、运输、保藏和加工过程中的污染，致使肉体表面污染了一定数量的微生物。这时，肉体若能及时通风干燥，使肉体表面的肌膜和浆液凝固形成一层薄膜时，可固定和阻止微生物浸入内部，从而延缓肉的变质。
通常鲜肉保藏在0℃左右的低温环境中，可存放10天左右而不变质。当保藏温度上升时，表面的微生物就能迅速繁殖，其中以细菌的繁殖速度最为显著，它沿着结缔组织、血管周围或骨与肌肉的间隙蔓延到组织的深部，最后使整个肉变质。宰后畜禽的肉体由于有酶的存在，使肉组织产生自溶作用，结果使蛋白质分解产生蛋白胨和氨基酸，这样更有利于微生物的生长。
随着保藏条件的变化与变质过程的发展，细菌由肉的表面逐渐向深部浸入，与此同时，细菌的种类也发生变化，呈现菌群交替现象。这种菌群交替现象一般分为三个时期，即需氧期、兼性厌氧繁殖期和厌氧菌繁殖期。
①?需氧菌繁殖期：细菌分解前3～4天，细菌主要在表层蔓延，最初见到各种球菌，继而出现大肠杆菌、变形杆菌、枯草杆菌等。
②?兼性厌氧菌期：腐败分解3～4天后，细菌已在肉的中层出现，能见到产气荚膜杆菌等。
③?厌氧菌期：约在腐败分解的7～8天以后，深层肉中已有细菌生长，主要是腐败杆菌。
值得注意的是这种菌群交替现象与肉的保藏温度有关，当肉的保藏温度较高时，杆菌的繁殖速度较球菌快。
1.5.3?鱼类的腐败变质
⑴?鱼类中的微生物?
目前一般认为，新捕获的健康鱼类，其组织内部和血液中常常是无菌的，但在鱼体表面的粘液中，鱼鳃以及肠道内存在着微生物。当然由于季节、鱼场、种类的不同，体表所附细菌数有所差异。
存在于鱼类中的微生物主要有：假单孢菌属、无色杆菌属、黄杆菌属、不动杆菌属、拉氏杆菌属和弧菌属。淡水中的鱼还有产碱杆菌、气单孢杆菌和短杆菌属。另外，芽孢杆菌、大肠杆菌、棒状杆菌等也有报导。
⑵?鱼类的腐败变质?
一般情况下，鱼类比肉类更易腐败，因为通常鱼类在捕获后，不是立即清洗处理，而多数情况下是带着容易腐败的内脏和鳃一道进行运输，这样就容易引起腐败。其次，鱼体本身含水量高（约70～80%），组织脆弱，鱼鳞容易脱落，细菌容易从受伤部位侵入，而鱼体表面的粘液又是细菌良好的培养基，因而造成了鱼类死后很快就发生了腐败变质。
1.5.4鲜蛋的腐败变质
⑴?鲜蛋中的微生物
通常新产下的鲜蛋里是没有微生物的，新蛋壳表面又有一层粘液胶质层，具有防止水分蒸发，阻止外界微生物侵入的作用。其次，在蛋壳膜和蛋白中，存在一定的溶菌酶，也可以杀灭侵入壳内的微生物，故正常情况下鲜蛋可保存较长的时间而不发生变质。然而鲜蛋也会受到微生物的污染，当母禽不健康时，机体防御机能减弱，外界的细菌可侵入到输卵管，甚至卵巢。而蛋产下后，蛋壳立即受到禽类，空气等环境中微生物的污染，如果胶质层被破坏，污染的微生物就会透过气孔进入蛋内，当保存的温度和湿度过高时，侵入的微生物就会大量生长繁殖，结果造成蛋的腐败。
鲜蛋中常见的微生物有：大肠菌群、无色杆菌属、假单孢菌属、产碱杆菌属、变形杆菌属、青霉属、枝孢属、毛霉属、枝霉属等。另外，蛋中也可能存在病原菌，如沙门氏菌、金黄色球菌。
⑵?鲜蛋的腐败变质
由于上述的多种原因，鲜蛋也容易发生腐败变质，其变质有二种类型。
①?腐败主要是由细菌引起的鲜蛋变质。侵入到蛋中的细菌不断生长繁殖并形成各种相适应的酶，然后分解蛋内的各组成成分，使鲜蛋发生腐败和产生难闻的气味。主要由荧光假单孢菌所引起，使蛋黄膜破裂，蛋黄流出与蛋白混合（即散蛋黄）。如果进一步发生腐败，蛋黄中的核蛋白和卯磷脂也被分解，产生恶臭的H2S等气体和其它有机物，使整个内含物变为灰色或暗黑色。这种黑腐病主要是由变形杆菌属和某些假单孢菌和气单孢菌引起。
②?霉变霉菌菌丝经过蛋壳气孔侵入后，首先在蛋壳膜上生长起来，逐渐形成斑点菌落，造成蛋液粘壳，蛋内成分分解并有不愉快的霉变气味产生。
1.5.5?罐藏食品的腐败变质?
罐藏食品是将食品原料经一系列处理后，再装入容器，经密封、杀菌而制成的一种特殊形式保藏的食品。一般来说，罐藏食品可保存较长时间而不发生腐败变质。但是，有时由于杀菌不彻底或密封不良，也会遭受微生物的污染而造成罐藏食品的变质。
⑴?罐藏食品的性质
存在于罐藏食品上的微生物能否引起食品变质，是由多种因素来决定的。其中食品的pH值是一个重要因素。因为食品的pH值多半与食品原料的性质及确定的食品杀菌工艺条件有关，并进而与引起食品变质的微生物有关。罐藏食品的分类及要求热力灭菌温度见表9-4
表9-4罐藏食品的pH值分类
低酸性食品(?pH值5.3以上)中酸性食品(?5.3～4.5)酸性食品(?4.5～3.7)高酸性食品(?3.7以下)
食品种类谷类、豆类、肉、禽、乳、鱼、虾等蔬菜、甜菜、瓜类等番茄、菠菜、梨、柑桔等酸泡菜、果酱等
热力灭菌要求高温杀菌105～121℃高温杀菌105～121℃沸水或100℃以下介质中杀菌沸水或100℃以下介质中杀菌
⑵?引起罐藏食品变质的微生物?
罐藏食品生物腐败变质通常分为嗜热菌、中温菌、不产芽孢菌、酵母菌和霉菌引起的腐败。
①?芽孢杆菌嗜热脂肪芽胞杆菌、凝结芽孢杆菌，它们是引起罐头平酸腐败（产酸不产气腐败）的嗜热菌；枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌，它们是引起罐头平酸腐败中温菌；也有少数中温芽孢细菌引起罐头腐败变质时伴随有气体产生，如多粘芽孢村菌、浸麻芽孢杆菌；TA菌（如嗜热解糖梭菌）是一种分解糖、专性嗜热、产芽孢的厌氧菌；特别是厌氧的肉毒梭状芽孢杆菌，在食品中繁殖能产生肉毒毒素，且毒性很强，因此罐藏食品常常把能否杀死肉毒梭菌的芽孢作为灭菌标准。
罐藏食品发生由芽孢杆菌引起的腐败，多是由于杀菌不彻底造成的。
②?非芽孢细菌一类是肠杆菌，如大肠杆菌、产气杆菌、变形杆菌等；另一类是球菌，如乳链球菌、类链球菌和嗜热链球菌等，它们能分解糖类产酸，并产生气体造成罐头胀罐。不产芽孢的细菌耐热性不如产芽孢细菌，如果罐头中发现有不产芽孢的细菌，这常常是由于罐头密封不良，漏气而造成的，或由于杀菌温度过低造成的。
③?酵母菌引起罐藏食品变质的酵母菌主要是球拟酵母属、假丝酵母属、啤酒酵母属。由于罐头食品加热杀菌不充分，或罐头密封不良而导致了酵母菌残存于罐内。罐藏食品因酵母引起的变质，绝大多数发生在酸性或高酸性罐头食品，如水果、果浆、糖浆以及甜炼乳等制品。酵母菌多为兼性厌氧菌，发酵糖产生二氧化碳而造成腐败胀罐。
④?霉菌霉菌具有耐酸、耐高渗透压的特性，因此引起罐藏食品变质，常见于酸度高（pH值4.5以下）的罐头食品中。但霉菌多为好氧菌，且一般不耐热，若罐头食品中有霉菌出现，说明罐头食品真空度不够、漏气或杀菌不充分而导致了霉菌残存，例如青霉属、曲霉属等。但也有少数几种霉菌耐热，如纯黄丝衣霉菌和雪白丝衣霉菌等较耐热、耐低氧，可引起水果罐头发酵糖产生二氧化碳而胀罐。
1.5.6?果蔬及其制品的腐败变质
⑴?微生物引起新鲜果蔬的变质
水果和蔬菜的表皮和表皮外覆盖着一层蜡质状物质，这种物质有防止微生物侵入的作用，因此一般正常的果蔬内部组织是无菌的。但是当果蔬表皮组织受到昆虫的刺伤或其它机械损伤时，微生物就会从此侵入并进行繁殖，从而促进果蔬的腐烂变质，尤其是成熟度高的果蔬更易损伤。
水果与蔬菜的物质组成特点是以碳水化合物和水为主，水分含量高，这些是果蔬容易引起微生物变质的一个重要因素（水果85%、蔬菜88%）；其次水果pH<?4.5，蔬菜pH?5～7之间，这决定了水果蔬菜中能进行生长繁殖的微生物的类群。引起水果变质的微生物，开始只能是酵母菌、霉菌；引起蔬菜变质的微生物是霉菌、酵母菌和少数细菌。
最常见的现象是首先霉菌在果蔬表皮损伤处繁殖或者在果蔬表面有污染物粘附的区域繁殖，侵入果蔬组织后，组织壁的纤维素首先被破坏，进而分解果胶、蛋白质、淀粉、有机酸、糖类，继而酵母菌和细菌开始繁殖。由于微生物繁殖，果蔬外观上就表现出深色的斑点，组织变得松软，发绵，凹陷、变形，并逐渐变成浆液状甚至是水液状，并产生了各种不同的味道，如酸味、芳香味，酒味等。
⑵?微生物引起果汁的变质
①?引起果汁变质的微生物
水果原料带有一定数量的微生物，在果汁制造过程中，不可避免地还会受到微生物的污染，因而果汁中存在一定数量的微生物，但微生物进入果汁后能否生长繁殖，主要取决于果汁的pH?值和果汁中糖分含量的高低。由于果汁的酸度多在pH?2.4～4.2之间，且糖度较高，因而在果汁中生长的微生物主要是酵母菌、霉菌和极少数的细菌。
果汁中的细菌主要是植物乳杆菌、乳明串珠菌和嗜酸链球菌。它们可以利用果汁中的糖、有机酸生长繁殖并产生乳酸、CO2等和少量丁二酮、3-羟基-2-丁酮等香味物质。乳明串珠菌可产生粘多糖等增稠物质而使果汁变质；当果汁的pH?>4.0时，酪酸菌容易生长而进行丁酸发酵。
酵母菌也是果汁中所含的微生物数量和种类最多的一类微生物，它们是从鲜果中带来的或是在压榨过程中环境污染的，酵母菌能在pH?>3.5的果汁中生长。果汁中的酵母菌，主要有假丝酵母菌属、圆酵母菌属、隐球酵母属和红酵母属。此外，苹果汁保存于低CO2气体中时，常会见到汉逊氏酵母菌生长，此菌可产生水果香味的酯类物质；柑桔汁中常出现有越南酵母菌、葡萄酒酵母、圆酵母属和醭酵母属的酵母菌，这些菌是在加工中污染的；浓缩果汁由于糖度高、酸度高，细菌的生长受到抑制，在其生长的是一些耐渗透压的酵母菌，如鲁氏酵母菌、蜂蜜酵母菌等。
霉菌引起果汁变质时会产生难闻的气味。果汁中存在的霉菌以青霉属最为多见，如扩张青霉、皮壳青霉，其次是曲霉属的霉菌，如构巢曲霉、烟曲霉等。原因是霉菌的孢子有强的抵抗力，可以较长的时间保持其活力。但霉菌一般对CO2敏感，故充入CO2的果汁可以防止霉菌的生长。
②?微生物引起果汁变质的现象
微生物引起果汁变质一般会出现浑浊、产生酒精和导致有机酸的变化。
果汁浑浊除了化学因素引起外，造成果汁浑浊的原因大多数是由于酵母菌进行酒精发酵而造成的，当然有时也可由霉菌而造成。通常引起浑浊的是圆酵母菌属中的一些种，以及一些耐热性的霉菌，如雪白丝衣霉菌、纯黄衣霉菌和宛氏拟青霉等，但霉菌在果汁中少量生长时，并不发生浑浊，仅使果汁的风味变坏，产生霉味和臭味等，因为它们能产生果胶酶，对果汁起澄清作用，只有大量生长时才会浑浊。
引起果汁产生酒精而变质的微生物主要是酵母菌，常见的酵母菌有葡萄汁酵母菌、啤酒酵母菌等。酵母菌能耐受CO2，当果汁含有较高浓度的CO2时，酵母菌虽不能明显生长，但仍能保持活力，一旦CO2浓度降低，即可恢复生长繁殖的能力。此外，少数霉菌和细菌也可引起果汁产生酒精变质，如，甘露醇杆菌、明串珠菌、毛霉、曲霉、镰刀霉中的部分菌种。
果汁变质时可导致有机酸的变化。果汁中含多种有机酸如酒酸、柠檬酸、苹果酸，它们以一定的含量形成了果汁特有的风味，当微生物生长繁殖后，分解或合成了某些有机酸，从而改变了它们的含量比例，因而使果汁原有的风味被破坏，有时甚至产生了一些不愉快的异味。如解酒石杆菌、黑根霉、葡萄孢霉属、青霉属、毛霉属、曲霉属和镰刀霉属等。
1.5.7?糕点的腐败变质?
⑴?糕点变质现象和微生物类群?
糕点类食品由于含水量较高，糖、油脂含量较多，在阳光、空气和较高温度等因素的作用下，易引起霉变和酸败。引起糕点变质的微生物类群主要是细菌和霉菌，如沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、粪肠球菌、大肠杆菌、变形杆菌、黄曲霉、毛霉、青霉、镰刀霉等。
⑵?糕点变质的原因分析?
糕点变质主要是由于生产原料不符合质量标准、制作过程中灭菌不彻底和糕点包装贮藏不当而造成的。
①?生产原料不符合质量标准
糕点食品的原料有糖、奶、蛋、油脂、面粉、食用色素、香料等，市售糕点往往不再加热而直接入口。因此，对糕点原料选择、加工、储存、运输、销售等都应有严格的遵守卫生要求。糕点食品发生变质原因之一是原料的质量问题，如作为糕点原料的奶及奶油未经过巴氏消毒，奶中污染有较高数量的细菌及其毒素；蛋类在打蛋前未洗涤蛋壳，不能有效地去除微生物。为了防止糕点的霉变以及油脂和糖的酸败，应对生产糕点的原料进行消毒和灭菌。对所使用的花生仁、芝麻、核桃仁和果仁等已有霉变和酸败迹象的不能采用。
②?制作过程中灭菌不彻底
各种糕点食品生产时，都要经过高温处理，既是食品熟制又是杀菌过程，在这个过程中大部分的微生物都被杀死，但抵抗力较强的细菌芽孢和霉菌孢子往往残留在食品中，遇到适宜的条件，仍能生长繁殖，引起糕点食品变质。
③?糕点包装贮藏不当
糕点的生产过程中，由于包装及环境等方面的原因会使糕点食品污染许多微生物。烘烤后的糕点，必须冷却后才能包装。所使用的包装材料应无毒、无味，生产和销售部门应具备冷藏设备。
2.?食品腐败变质的控制
食品的腐败变质主要是由于食品中的酶以及微生物的作用，使食品中的营养物质分解或氧化而引起的。因此，食品腐败变质的控制就是要针对引起腐败变质的各种因素，采取不同的方法或方法组合，杀死腐败微生物或抑制其在食品中的生长繁殖，从而达到延长食品货架期的目的。
2.1?食品的防腐保藏
食品保藏是从生产到消费过程的重要环节，如果保藏不当就会腐败变质，造成重大的经济损失，还会危及消费者的健康和生命安全。另外也是调节不同地区、不同季节以及各种环境条件下都能吃到营养可口的食物的重要手段和措施。
食品保藏的原理就是围绕着防止微生物污染、杀灭或抑制微生物生长繁殖以及延缓食品自身组织酶的分解作用，采用物理学、化学和生物学方法，使食品在尽可能长的时间内保持其原有的营养价值、色、香、味及良好的感官性状。
防止微生物的污染，就需要对食品进行必要的包装，使食品与外界环境隔绝，并在贮藏中始终保持其完整和密封性。因此食品的保藏与食品的包装也是紧密联系的。
2.1.1食品防腐保藏技术
⑴?食品的低温保藏
食品在低温下，本身酶活性及化学反应得到延缓，食品中残存微生物生长繁殖速度大大降低或完全被抑制，因此食品的低温保藏可以防止或减缓食品的变质，在一定的期限内，可较好地保持食品的品质。
目前在食品制造、贮藏和运输系统中，都普遍采用人工制冷的方式来保持食品的质量。使食品原料或制品从生产到消费的全过程中，始终保持低温，这种保持低温的方式或工具称为冷链。其中包括制冷系统、冷却或冷冻系统、冷库、冷藏车船以及冷冻销售系统等。
另外，冷却和冷冻不仅可以延长食品货架期，也和某些食品的制造过程结合起来，达到改变食品性能和功能的目的。例如，冷饮、冰淇淋制品、冻结浓缩、冻结干燥、冻结粉碎等，都已普遍得到应用。近年来，在我国方便食品体系中，冷冻方便食品也日渐普及。
低温保藏一般可分为冷藏和冷冻两种方式。前者无冻结过程，新鲜果蔬类和短期贮藏的食品常用此法。后者要将保藏物降温到冰点以下，使水部分或全部呈冻结状态，动物性食品常用此法。
①?食品的冷藏
一般的冷藏是指在不冻结状态下的低温贮藏。
病原菌和腐败菌大多为中温菌，其最适生长温度为20℃～40℃，在10℃以下大多数微生物便难于生长繁殖；-10℃以下仅有少数嗜冷性微生物还能活动；-18℃以下几乎所有的微生物不再发育。因此，低温保藏只有在-18℃以下才是较为安全的。低温下食品内原有的酶的活性大大降低，大多数酶的适宜活动温度为30℃～40℃，温度维持在10℃以下，酶的活性将受到很大程度的抑制，因此冷藏可延缓食品的变质。冷藏的温度一般设定在-1℃～10℃范围内，冷藏也只能是食品贮藏的短期行为（一般为数天或数周）。
另外，在最低生长温度时，微生物生长非常缓慢，但它们仍在进行生命活动。如霉菌中的侧孢霉属（Sportrichum）、枝孢属（Cladosporium）在-6.7℃还能生长；青霉属和丛梗孢霉属的最低生长温度为4℃；细菌中假单孢菌属、无色杆菌属、产碱杆菌属、微球菌属等在-4℃～7.5℃下生长；酵母菌中，一种红色酵母在–34℃冰冻温度时仍能缓慢发育。
对于动物性食品，冷藏温度越低越好，但对新鲜的蔬菜水果来讲，如温度过低，则将引起果蔬的生理机能障碍而受到冷害（冻伤）。因此应按其特性采用适当的低温，并且还应结合环境的湿度和空气成分进行调节（见后面的--食品的气调保藏法）。水果、蔬菜收获后，仍保持着呼吸作用等生命活动，不断地产生热量，并伴随着水分的蒸发散失，从而引起新鲜度的降低，因此在不致造成细胞冷害的范围内，也应尽可能降低其贮藏温度。湿度高虽可抑制水分的散失，但高湿度也容易引起微生物的繁殖，故湿度一般保持在85%-95%为宜。还应说明的是食品的具体的贮存期限，还与食品的卫生状况、果蔬的种类、受损程度以及保存的温度、湿度、气体成分等因素有关，不可一概而论。表9-5列举了部分食品的低温贮藏条件和贮存期限。
②?食品的冷冻保藏?
食品在冰点以上时，只能做较短期的保藏，较长期保藏需在-18℃以下冷冻贮藏。
当食品中的微生物处于冰冻时，细胞内游离水形成冰晶体，失去了可利用的水分，水分活性Aw值降低，渗透压提高，细胞内细胞质因浓缩而增大粘性，引起pH值和胶体状态的改变，从而使微生物的活动受到抑制，甚至死亡；微生物细胞内的水结为冰晶，冰晶体对细胞也有机械性损伤作用，也直接导致部分微生物的裂解死亡。
食品在冻结过程中，不仅损伤微生物细胞，鲜肉类、果蔬等生鲜食品的细胞也同样受到损伤，致使其品质下降。食品冻结后，其质量是否优良，受冻结时生成冰晶的形状、大小与分布状态的影响很大。如肉类在缓慢冻结中，冰晶先在溶液浓度较低的肌细胞外生成，结晶核数量少，冰晶生长大，损伤细胞膜，使细胞破裂，解冻时细胞质液外流而形成渗出液，导致肉类营养、水分和鲜味流失，口感降低。同时肌细胞的水分透过细胞膜形成冰晶，肌细胞脱水萎缩，解冻时细胞不可能完全恢复原状。果蔬等植物食品因含水分较高，结冰率更大，更易受物理损伤而使风味受到损失。
冻结时冰晶的大小与通过最大冰晶生成带的时间有关。肉、鱼等食品通常在-1℃至-5℃的温度范围为其最大冰晶生成带。冻结速度越快，形成的晶核多，冰晶越小，且均匀分布于细胞内，不致损伤细胞组织，解冻后复原情况也较好。因此快速冻结有利于保持食品（尤其是生鲜食品）的品质。
所谓快速冻结即速冻，不同的书籍中其说法不一，并无严格的定义。通常指的是食品在30分钟内冻结到所设定的温度（-20℃）；或以30分钟左右通过最大冰晶生成带（-5℃～-1℃）为准。如以生成冰晶的大小为准，生成的冰晶大小在70um以下者称为速冻。不过因食品种类不同，受冰晶的影响也不同，故很难有统一的标准。
肉的冻结速度是指在单位时间内，肉体由表面伸展向内部的冻结速度（即结冰层厚度，以厘米表示）。一般可分为：冻结速度为0.1～1cm/hr，称为缓慢冻结；冻结速度为1～5?cm/hr，称为中速冻结；冻结速度为5～20cm/hr，称为快速冻结。实践证明对中度厚度的半片猪肉在20小时内由0℃～4℃冻结到-18℃，冻结质量是好的。对大多数食品来说，冻结速度在2～5?cm/hr即可避免质量的下降。
肉类中的蛋白质在冻结时会引起酶活性、溶解性、粘度、凝胶形成力、起泡性等一系列变化。一般来说，冻结速度越慢，冻结的最终温度越低，蛋白质变性的程度也越大。防止动物性蛋白质的冻结变性，对于食品的价值及原料品质的保持有重要的意义,
低温对果蔬中的脂氧合酶和儿茶酚氧化酶等氧化还原活性较难抑制，这也是绿色果蔬褐变的主要原因。解冻后，冷冻对组织的损伤使氧化还原酶活性提高，更易发生褐变现象。因此若对水果、蔬菜冷冻，在冻结处理前往往要先行杀酶。通常用热水或蒸汽作短时间的热烫处理，即可使酶失活。表9-5列举了部分食品的低温冻藏条件和贮存期限。
表9-5各种食品的冻藏条件及贮存期限
品名结冰温度℃冻藏温度℃相对湿度?%保藏期限
奶油-2.2-23～-2980～851?年
加糖奶酪—-26—数月
冰?淇?淋—-26—数月
脱?脂?乳—-26—短期
冻结鸡蛋-0.45～-0.6-18～-2390～951年以上
冻?结?鱼-1.0-18～-2390～958～10月
猪油—-1890～9512～14月
冻结牛肉-1.7-18～-2390～959～18月
冻结猪肉-1.7-18～-2390～954～12月
冻结羊肉-1.7-18～-2390～958～10月
冻结兔肉—-18～-23—6月以内
冻结果实—-18～-23—6～12月
冻结蔬菜—-18～-23—2～6?月
三?明?治—-15～-1895～1005～6?月
③?解冻?
解冻是冻结的逆过程。通常是冻品表面先升温解冻，并与冻品中心保持一定的温度梯度。由于各种原因，解冻后的食品并不一定能恢复到冻结前的状态。
冻结食品解冻时，冰晶升温而溶解，食品物料因冰晶溶解而软化，微生物和酶开始活跃。因此解冻过程的设计要尽可能避免因解冻而可能遭受损失。对不同的食品，应采取不同的解冻方式。
通常是在流动的冷空气、水、盐水、水冰混合物等作为解冻媒体进行解冻，温度控制在0℃～10℃为好，可防止食品在过高温度下造成微生物和酶的活动，防止水分的蒸发。对于即食食品的解冻，可以用高温快速加热。用微波解冻是较好的解冻方法，能量在冻品内外同时发生，解冻时间短，渗出液少，可以保持解冻品的优良品质。
冻结状态良好的肉类，在缓慢解冻时，融解的水分再度被肉质所吸收，滴落液较少，肉质可基本恢复至原来的状态。对于冻结状态较差的肉类，在解冻时产生的滴落液较多，肉的重量损失较多，肉中部分可溶性物质也随之损失，肉的质量降低。
⑶?食品的气调保藏?（CAControlled?atmosphere?storing）
气调保藏是指用阻气性材料将食品密封于一个改变了气体的环境中，从而抑制腐败微生物的生长繁殖及生化活性，达到延长食品货架期的目的。
①?气调保藏的原理
果蔬的变质主要是由于果蔬的呼吸和蒸发、微生物生长、食品成分的氧化或褐变等作用，而这些作用与食品贮藏的环境气体有密切的关系，如氧气、二氧化碳、氮气、水分和温度等。如果能控制食品贮藏环境气体的组成，如增加环境气体中CO2?、N2比例，降低O2比例，控制食品变质的因素，可达到延长食品保鲜或保藏期的目的。
气调保藏可以降低果蔬的呼吸强度；降低果蔬对乙烯作用的敏感性；延长叶绿素的寿命；减慢果胶的变化；减轻果蔬组织在冷害温度下积累乙醛、醇等有毒物质，从而减轻冷害；抑制食品微生物的活动；防止虫害；抑制或延缓其它不良变化。因此，气调保藏特别适合于鲜肉、果蔬的保鲜，另外还可用于谷物、鸡蛋、肉类、鱼产品等的保鲜或保藏。
一般来说，果蔬在贮藏中希望尽可能降低气体成分中的氧气分压，但是如果氧气浓度降得过低，体内有机物就不能形成好气性分解，从而会引起有害于品质的厌氧性发酵。所以，当降低氧气的浓度时，应以不致造成厌氧性呼吸障碍为度。提高环境中二氧化碳的浓度可降低果蔬成熟反应（蛋白质、色素的合成）的速度，抑制微生物和某些酶（如琥珀酸脱酶、细胞色素氧化酶）的活动，抑制叶绿素的分解，改变各种糖的比例，从而良好地保持新鲜蔬菜和水果的品质。但若二氧化碳浓度过高，将造成正常呼吸的生理障碍，反而缩短贮藏时间。各种蔬菜水果的最适二氧化碳浓度均有所差别，一般水果为2%-3%，蔬菜为2.5%～5.5%，同时也都受到氧气浓度和环境温度的影响。氧浓度过低或二氧化碳浓度过高都可能会引起果蔬的异常代谢，从而使组织受到伤害。表9-6列出了各种蔬菜、水果气调贮藏的工艺条件。
②?气调保藏的方法
根据气体调节原理可将气调贮藏分为MA（Modified?atmosphere）和CA（Controlled?atmosphere）两种。前者指用改良的气体建立气调系统，在以后贮藏期间不再调整；后者指在贮藏期间，气体的浓度一直控制在某一恒定的值或范围内，这种方法效果更为确切。要想控制食品的贮藏气体环境，则必须将食品封闭在一定的容器或包装内。如气调库、气调车、气调垛、气调袋（即CAP，或MAP）、涂膜保鲜、真空包装和充气包装等。
表9-6各种蔬菜、水果气调贮藏的工艺条件
品?名气?体?成?分温度℃品名气?体?成?分温度℃
氧%二氧化碳%氧%二氧化碳%
苹果32～80～8桔3～52～46.5
洋葱2～30～212～14番?茄3～105～109.0
香蕉5～105～100黄?瓜3～16513
草莓3～55～100莴?苣3～52～30～1
桃子24～50蘑?菇3～53～100～1
葡萄0.5～11～212～14花?菜1550～1
柠檬5～105～104～6梨4～53～40
气调的方法较多，主要有自然气调法、置换气调法（即氮气、二氧化碳置换包装）、氧气吸收剂封入包装、涂膜气调法、减压（真空）保藏和充气包装等。但总的来说，其原理都是基于降低含氧量，提高二氧化碳或氮气的浓度并根据各贮藏物的不同要求，使气体成分保持在所希望的状况。
⑷?加热杀菌保藏?
①?微生物的耐热性及影响加热杀菌的因素
微生物具有一定的耐热性。细菌的营养细胞及酵母菌的耐热性，因菌种不同而有较大的差异。一般病原菌（梭状芽孢杆菌属除外）的耐热性差，通过低温杀菌（例如63℃，经30分钟）就可以将其杀死。细菌的芽孢一般具有较高的耐热性，食品中肉毒梭状芽孢杆菌是非酸性罐头的主要杀菌目标，该菌孢子的耐热性较强，必须特别注意。一般霉菌及其孢子在有水分的状态下，加热至60℃，保持5～10分钟即可以被杀死，但在干燥状态下，其孢子的耐热性非常强。
然而许多因素影响微生物的加热杀菌效果。首先食品中的微生物密度（原始带菌量）与抗热力有明显关系。带菌量愈多，则抗热力愈强。因为菌体细胞能分泌对菌体有保护作用的蛋白类物质，故菌体细胞增多，这种保护性物质的量也就增加。其次，微生物的抗热力随水分的减少而增大，即使是同一种微生物，它们在干热环境中的抗热性最大。此外，基质向酸性或碱性变化，杀菌效果则显著增大。
基质中的脂肪、蛋白质、糖及其它胶体物质，对细菌、酵母、霉菌及其孢子起着显著的保护作用。这可能是细胞质的部分脱水作用，阻止蛋白质凝固的缘故。因此对高脂肪及高蛋白食品的加热杀菌需加以注意。多数香辛料，如芥子、丁香、洋葱、胡椒、蒜、香精等，对微生物孢子的耐热性有显著的降低作用。
②?加热杀菌的方法
食品的腐败常常是由于微生物和酶所致。食品通过加热杀菌和使酶失活，可久贮不坏，但必须不重复染菌，因此要在装罐装瓶密封以后灭菌，或者灭菌后在无菌条件下充填装罐。食品加热杀菌的方法很多。主要有常压杀菌（巴氏消毒法）、加压杀菌、超高温瞬时杀菌、微波杀菌、远红外线加热杀菌和欧姆杀菌等。
常压杀菌:?常压杀菌即100℃以下的杀菌操作。巴氏消毒法只能杀死微生物的营养体（包括病原菌），但不能完全灭菌。现在的常压杀菌更多采用水浴、蒸汽或热水喷淋式连续杀菌。具体方法前面已有描述。
加压杀菌:?常用于肉类制品、中酸性、低酸性罐头食品的杀菌。通常的温度为100℃～121℃（绝对压力为0.2MPa），当然杀菌温度和时间随罐内物料、形态、罐形大小、灭菌要求和贮藏时间而异。在罐头行业中，常用D值和F值来表示杀菌温度和时间。
D（DRT）值：是指在一定温度下，细菌死亡90%（即活菌数减少一个对数周期）所需要的时间（分钟）。121.1℃（250℉）的D（DRT）值常写作Dr。例如嗜热脂肪芽孢杆菌的Dr?=?4.0～4.5分钟；A、B型肉毒梭状芽孢杆菌的Dr?=?0.1～0.2?分钟。
F值：是指在一定基质中，在121.1℃下加热杀死一定数量的微生物所需要的时间（分钟）。在罐头特别是肉罐头中常用。由于罐头种类、包装规格大小及配方的不同，F值也就不同，故生产上每种罐头都要预先进行F值测定。
对于液体或固体混合的罐装食品，可以采用旋转式或摇动式杀菌装置。玻璃瓶罐虽然也能耐高温，但是不太适宜于压力釜高温杀菌，必须用热水浸泡蒸煮。复合薄膜包装的软罐头通常采用高压水煮杀菌。
超高温瞬时杀菌:?根据温度对细菌及食品营养成分的影响规律，热处理敏感的食品，可考虑采用超高温瞬时杀菌法，即UHTST（ultra?high?temperature?for?short?times）杀菌，简称UHT。该杀菌法既可达到一定的杀菌要求，又能最大程度地保持食品品质。
牛乳在高温下保持较长时间，则易发生一些不良的化学反应。如蛋白质和乳糖发生美拉德反应，使乳产生褐变现象；蛋白质分解而产生H2S的不良气味；糖类焦糖化而产生异味；乳清蛋白质变性、沉淀等。若采用超高温瞬时杀菌既能方便工艺条件，满足灭菌要求，又能减少对牛乳品质的损害。
微波杀菌:?微波（超高频），一般是指频率在300-300000MHz的电磁波。目前915?MHz和2450?MHz两个频率已广泛地应用于微波加热。915MHz，可以获得较大穿透厚度，适用于加热含水量高、厚度或体积较大的食品；对含水量低的食品宜选用2450MHz。
微波杀菌的机理是基于热效应和非热生化效应两部分。①热效应：微波作用于食品，食品表里同时吸收微波能，温度升高。污染的微生物细胞在微波场的作用下，其分子被极化并作高频振荡，产生热效应，温度的快速升高使其蛋白质结构发生变化，从而使菌体死亡。②非热生化效应：微波使微生物生命化学过程中产生大量的电子、离子，使微生物生理活性物质发生变化；电场也使细胞膜附近的电荷分布改变，导致膜功能障碍，使微生物细胞的生长受到抑制，甚至停止生长或死亡。另外，微波还可以导致细胞DNA和RNA分子结构中的氢键松弛、断裂和重新组合，诱发基因突变。
微波杀菌保藏食品是近年来在国际上发展起来的一项新技术，具有快速、节能、对食品的品质影响很小的特点。因此，能保留更多的活性物质和营养成分，适用于人参、香菇、猴头菌、花粉、天麻以及中药、中成药的干燥和灭菌。微波还可应用于肉及其制品、禽及其制品、奶及其制品、水产品、水果、蔬菜、罐头、谷物，布丁和面包等一系列产品的杀菌、灭酶保鲜和消毒，延长货架期。此外，微波应用于食品的烹调，冻鱼、冻肉的解冻，食品的脱水干燥、漂烫、焙烤以及食品的膨化等领域。
目前国外已出现微波牛奶消毒器，采用高温瞬时杀菌技术，在2450MHz的频率下，升至200℃，维持0.13秒，消毒奶的菌落总数和大肠菌群的指标达到消毒奶要求，而且牛奶的稳定性也有所提高。瑞士卡洛里公司研制的面包微波杀菌装置(2450MHz,80KW),辐照1～2分钟,温度由室温升至80℃，面包片的保鲜期由原来的3天延长至30～40天而无霉菌生长。
远红外线加热杀菌:?远红外线是指波长为2.5–1000um的电磁波。食品的很多成分对3～10um的远红外线有强烈的吸收，因此食品往往选择这一波段的远红外线加热。
远红外线加热具有热辐射率高；热损失少；加热速度快，传热效率高；食品受热均匀，不会出现局部加热过度或夹生现象；食物营养成分损失少等特点。
远红外的杀菌、灭酶效果是明显的。日本的山野藤吾曾将细菌、酵母、霉菌悬浮液装入塑料袋中，进行远红外线杀菌试验，远红外照射的功率分别为6KW、8KW、10KW、12KW，试验结果表明，照射10分钟，能使不耐热细菌全部杀死，使耐热细菌数量降低105～108个数量级。照射强度越大，残活菌越少，但要达到食品保藏要求，照射功率要在12KW以上或延长照射时间。
远红外加热杀菌不需经过热媒，照射到待杀菌的物品上，加热直接由表面渗透到内部，因此远红外加热已广泛应用于食品的烘烤、干燥、解冻，以及坚果类、粉状、块状、袋装食品的杀菌和灭酶。
欧姆杀菌:?这是一种新型的热杀菌方法。欧姆加热是利用电极，将电流直接导入食品，由食品本身介电性质所产生的热量，以达到直接杀菌的目的。一般所使用的电流是50～60Hz的低频交流电。
欧姆杀菌与传统罐装食品的杀菌相比具有不需要传热面，热量在固体产品内部产生，适合于处理含大颗粒固体产品和高粘度的物料；系统操作连续、平稳，易于自动化控制；维护费用、操作费用低等优点。
对于带颗粒（粒径小于15mm）的食品，采用欧姆加热，可使颗粒的加热速率接近液体的加热速率，获得比常规方法更快的颗粒加热速率（约1～2℃/s），缩短了加工时间，使产品品质在微生物安全性、蒸煮效果及营养成分（如维生素）保持等方面得到改善，因此该技术已成功地应用于各类含颗粒食品杀菌，如生产新鲜、味美的大颗粒产品，处理高颗粒密度、高粘度食品物料。
欧姆杀菌装置系统主要有泵、柱式欧姆加热器、保温管、控制仪表等组成，其中最重要的是柱式欧姆加热器，是由4个以上电极室组成。物料通过欧姆加热组件时逐渐加热至所需的杀菌温度，然后依次进入保温管、冷却管（片式换热器）和贮罐，最后无菌充填包装。
英国APV?Baker公司已制造出工业化规模的欧姆加热设备，可使高温瞬时技术推广应用于含颗粒（粒径高达25mm）食品的加工。近年来英国、日本、法国和美国已将该技术及设备应用于低酸性食品或高酸性食品的杀菌。
⑸?非加热杀菌保藏?
所谓非加热杀菌（冷杀菌）是相对于加热杀菌而言，无需对物料进行加热，利用其它灭菌机理杀灭微生物，因而避免了食品成分因热而被破坏。冷杀菌方法有多种，如放射线辐照杀菌、超声波杀菌、放电杀菌、高压杀菌、紫外线杀菌、磁场杀菌、臭氧杀菌等。
1）辐照杀菌
食品的辐照保藏是指用放射线辐照食品，借以延长食品保藏期的技术。对辐射保藏的研究已有四十多年的历史。辐射线主要包括紫外线、X射线和γ射线等，其中紫外线穿透力弱，只有表面杀菌作用，而X射线和γ射线（比紫外线波长更短）是高能电磁波，能激发被辐照物质的分子，使之引起电离作用，进而影响生物的各种生命活动。
①?辐照对微生物的影响微生物受电离放射线的辐照，细胞膜、细胞质分子引起电离，进而引起各种化学变化，使细胞直接死亡；在放射线高能量的作用下，水电离为OH-和H+，从而也间接引起微生物细胞的致死作用；微生物细胞中的脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）对放射线的作用尤为敏感，放射线的高能量导致DNA的较大损伤和突变，直接影响着细胞的遗传和蛋白质的合成。
不同微生物对放射线的抵抗性不同，表9-7列出了不同微生物对放射线的敏感性。一般来说耐热性大的微生物，对放射线的抵抗力也往往比较大。三大类微生物中细菌芽孢大于酵母，酵母大于霉菌和细菌营养体，革兰氏阳性菌的抗辐射较强。另外,食品的状态、营养成分、环境温度、氧气存在与否，微生物的种类、数量等都影响着辐照杀菌的效果。此外，照射剂量影响微生物的存活，通常微生物随着被照射剂量的增加，其活菌的残存率逐渐下降。
杀灭食品中活菌数的90%（即减少一个对数周期）所需要吸收的射线剂量称为“D”值，其单位为“戈瑞”（Gy，即1kg被辐照物质吸收1焦耳的能量为1戈瑞），常用千戈瑞（kGy）表示。若按罐藏食品的杀菌要求，必须完全杀灭肉毒芽孢杆菌A、B型菌的芽孢，多数研究者认为需要的剂量为40-60kGy，根据12D的杀菌要求，破坏E型肉毒杆菌芽孢的D值为21?kGy。
②?环境条件对辐照杀菌的影响氧气的有无对杀菌效果有显著的影响。一般说来，有氧气存在的情况下，放射线杀菌的效果更好，但厌氧时对食品成分破坏不及有氧时的1/10，故实际运用放射线对食品杀菌时，多在厌气状态下进行；其次温度高，破坏性大；此外半胱氨酸、谷胱甘肽、氨基酸、葡萄糖等化合物对微生物体有保护作用。但放射线辐照对于食品中原有毒素的破坏几乎是无效的。因此在辐照时，应尽量采用低温、缺氧，以减轻对食品的副作用，提高辐照杀菌的效果。
表9-7微生物对放射线的敏感性
菌种基质D值（KGy）菌种基质D值（KGy）
A型肉毒梭菌食品4.0假单孢杆菌缓冲液、有氧0.04
B型肉毒梭菌缓?冲?液3.3枯草杆菌缓?冲?液2.0～2.5
E型肉毒梭菌肉汤2.0粪链球菌肉汁0.5
产气荚膜杆菌肉2.1～2.4米?曲?霉缓?冲?液0.43
鼠伤寒沙门氏菌缓冲液、有氧0.2产黄青霉缓?冲?液2.4
鼠伤寒沙门氏菌冰?冻?蛋0.7啤酒酵母缓?冲?液2.0～2.5
大?肠?杆?菌肉汤0.2短小芽孢杆菌缓冲液、有氧1.7
嗜热脂肪芽孢杆菌缓?冲?液1.0耐辐照小球菌牛肉2.5
③?辐照在食品保藏中的应用放射线辐照由于其具有节约能源（节约约70～97%能源）、杀菌效果好、可改善某些食品品质、便于连续工业化生产等优点，目前已有70多个国家批准应用于食品保藏，并已有相当规模的实际应用。表9-8列出了放射线在食品保藏中应用的情况。
利用放射线辐照食品，因其处理目的不同，所用剂量及处理方法也有所不同。一般将1?kGy以下者称为低剂量，1～10?kGy者称为中剂量，10?kGy以上者称为高剂量。
低剂量辐照，目的并不在于杀菌，而是为了调节和控制生理机能（如抑制种子发芽）以及驱除虫害等。低剂量对食品组织以及成分的影响是极微小的。
中剂量辐照，是以延长食品保藏期为目的。该辐照剂量尚不能将微生物孢子完全杀死，但对肉、鱼、虾类、香肠等加工食品表面所附着的主要病原菌及附着菌可全部杀灭。通过辐照可延长保藏期2～4倍。
高剂量辐照，是以食品在常温下进行长期贮藏为目的而进行的完全杀菌。但完全杀菌所用辐照剂量较高，将引起食品不同程度地变质。为了尽量减少副作用，在操作时应结合脱氧、冻结、杀菌增强剂及食品保护剂等方法运用。
常应用的放射源为放射性同位素钴60（Co60）、铯187（Cs187）、磷（P32）等。它们主要释放出的是γ射线。
表9-8放射线在食品保藏中的应用
辐照效果适?用?剂?量对象实例
生理学效果杀菌完全杀菌①30～50kGy畜肉、鱼肉加工品、发酵原料、饲料、病人食品
食品中有害菌的杀灭②5～8kGy畜肉、蛋的沙门氏菌的杀灭
不完全杀菌③1～3kGy家禽肉、鱼虾肉、水果、蔬菜、畜肉、鱼肉、加工食品保藏期的延长
杀虫贮粮害虫的杀灭0.1～0.2kGy稻米、小麦、豆类、杂粮
水果害虫的杀灭0.25kGy木瓜、芒果、桔
干燥食品中螨类的杀灭0.5～0.7?kGy香辛料、干燥蔬菜
寄生虫的杀灭0.5kGy猪肉
①除病毒以外的所有微生物完全杀灭。
②不生芽孢的病原性微生物的杀灭。
③杀死部分腐败性微生物，以延长保藏期的目标的处理。
④?辐照食品的卫生安全性
辐照食品的卫生安全性问题，尤其是食品经辐照后是否有放射性物质的残留?是否产生新的放射源?是否引起化学劣变或毒性物质等卫生安全问题，一直是人们所关注的。各国科学家对辐照食品的安全性进行了数十年的研究，通过长期的动物饲养实验、临床症状、血液学、病理学、繁殖及致畸等方面的研究，证明上述疑虑是可以消除的。
辐照食品是把被处理的食品在Co60γ射线中穿过一次，研究已确认当食品离开辐照源，射线就没有了，放射线不会残留在食品中。从原子反应理论可知，γ射线打开原子核引起核反应，最低能量要在5MeV以上，而Co60发生的γ射线的最大能量只有1.33?MeV，同5?MeV相差很远；同样对电子加速器发射出的电子束的能量要在10?MeV以上才能引起核反应，所以辐照不会激发产生新的放射性物质。
美国对经高剂量（47～71?kGy）辐照彻底灭菌的牛肉进行测试，分析结果证明，辐照分解产物不会造成任何有损于人类健康的不良影响。因为这些辐照分解物的量同人们日常生活中接触的食品添加剂、环境化学污染、烹调和加工分解产物相比是十分低的。
对于辐照食品的毒理学方面，各国科学家亦进行了大量的研究，其结果证明都是安全的。
因此，1980年11月世界卫生组织（WHO）、联合国粮农组织（FAO）和国际原子能机构（IAEA）三个国际组织的联合专家委员会,经过对10年的研究结果和各国进行辐照食品安全性的数据的审查，得出“任何食品总体平均剂量低于10?kGy，没有毒理学危险，用此剂量辐照的食品不再要求做毒理学实验，同时在营养和微生物学上也是安全的”的结论。目前已有几十个国家批准应用放射线辐照肉类及其制品、果蔬类和粮食及其制品等食品的杀菌保藏。
我国政府于1998年2月，在已批准的18种辐照食品的基础上，又一次批准了包括熟畜禽肉类和冷冻分割禽肉类在内的6个类别的辐照食品的卫生标准。同时，相继颁布和制定了辐照食品卫生管理办法等一系列标准和法规。
2)超声波杀菌
声波在9～20KHz以上都为超声波。超声对细菌的破坏作用主要是强烈的机械震荡作用，使细胞破裂、死亡；超声波作用于液体物料，产生空化效应，空化泡剧烈收缩和崩溃的瞬间，泡内会产生几百兆帕的高压、强大的冲击波及数千度的高温，对微生物会产生粉碎和杀灭作用；加热和氧化作用。
不同微生物对超声波的抵抗力是有差异的。伤寒沙门氏菌在频率为4.6MHz的超声中可全部杀死，但对葡萄菌和链球菌只能部分地受到伤害；个体大的细菌更易被破坏，杆菌比球菌更易于被杀死，但芽孢杆菌的芽孢不易被杀死。
超声波灭菌机制可用于食品杀菌、食具的消毒和灭菌及护士的洗手消毒等。曾实验用超声波对牛乳消毒，经15～16秒消毒后，乳液可以保持5天不发生腐败；常规消毒乳再经超声波处理，冷藏条件下，保存18个月未发现变质。日本生产的气流式超声餐具清洗机，清洗餐具可使细菌总数及大肠菌群降低105～106以上，若同时使用洗涤剂或杀菌剂，可做到完全无菌。
3）高压放电杀菌
高压放电杀菌是近年来出现的新型杀菌技术，高压放电杀菌采用的电源一般为脉冲电压。高压脉冲电场产生常用LG震荡电路，产生强度为15～100KV/cm,脉冲为1～100KHz，放电频率为1～20Hz。
脉冲放电杀菌是电化学效应、冲击波空化效应、电磁效应和热效应等综合作用结果，并以电化学效应和冲击波空化效应为主要作用。可使细胞膜穿孔；液体介质电离产生臭氧，微量的臭氧可有效杀灭微生物。高压放电杀菌的效果取决于电场强度、脉冲宽度、电极种类、液体食品的电阻、pH值、微生物种类以及原始污染程度等因素。
由于放电杀菌的介质为液体，故只能用于液态食品的杀菌。现在，高压放电杀菌已成功地用于牛奶、果汁等的杀菌。
4）高压杀菌
所谓高压杀菌就是将食品物料以某种方式包装以后，置于高压（200MPa以上，2000多个大气压）装置中加压，使微生物的形态、结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁膜发生多方面的变化，进而使微生物的生理机能丧失或发生不可逆变化而致死，达到灭菌、长期安全保存的目的。高压杀菌技术也是近年来出现的新型杀菌技术，需要有特殊的加压设备和耐高压容器及辅助设备，目前尚处于试验研究与开发阶段，但其在食品工业中的应用前景是可喜的,
①?高压对微生物影响
当细胞周围的流体静压达到0.6?MPa左右时，细胞内的气泡将会破裂，菌体细胞变长,胞壁脱离细胞膜、胞壁变厚。高压可使蛋白质变性，直接影响到微生物及其酶系的活力，使微生物的活动受到抑制，甚至死亡。
在高压作用下，细胞膜的磷脂双分子层结构随着磷脂分子横截面的收缩而收缩，表现为细胞膜通透性变化。20～40?Mpa高压能使较大细胞的细胞壁因超过应力极限而发生机械断裂，从而使细胞裂解。这种作用对真菌微生物是主要的影响因素。一般来讲，真核微生物比原核微生物对压力更为敏感。在300?Mpa以上的压力下，细菌、霉菌和酵母菌都可被杀死，但一些菌的芽孢耐压强，在600?Mpa才能被杀死。
②?高压对食品成分的影响
高压使蛋白质结构伸展，体积改变而变性，即压力凝固。如鸡蛋白在超过300?Mpa的压力下会发生不可逆变性。高压作用下，酶会钝化或失活。高压可使淀粉改性，常温下加压到400～600?MPa，淀粉发生糊化而呈不透明的粘稠糊状物。但高压对食品中的风味物质、维生素、色素及各种小分子物质的天然结构几乎没有影响。
③?高压杀菌的应用
采用高压技术对肉类进行加工处理，与常规方法相比，在肉制品的柔嫩度、风味、色泽、成熟度及保藏性等方面都得到不同程度的改善。例如，常温下质粗价廉牛肉经250?Mpa高压处理，牛肉制品明显得到嫩化；300?MPa压力处理鸡肉和鱼肉10分钟，能得到类似于轻微烹饪的组织状态。
高压处理水产品可最大限度地保持水产品的新鲜风味，增大鱼肉制品的凝胶性。例如，在600?MPa压力下处理水产品（如甲壳类水产品），其中的酶完全失活，细菌数量大大减少，色泽外红内白，仍保持原有的生鲜味。
在果酱加工中采用高压杀菌，不仅可杀灭其中的微生物，而且还可使果肉糜粒成酱，简化生产工艺，提高产品质量。这方面最成功的例子是日本明治屋食品公司，室温下加压400～600?MPa、10分钟加工草莓酱、猕猴桃酱和苹果酱，所得制品保持了新鲜水果的色、香、味，已有小批量产品上市。
食品的干燥和脱水保藏?
食品的干燥脱水保藏，是一种传统的保藏方法。其原理是降低食品的含水量（水活性），使微生物得不到充足的水而不能生长。
各种微生物要求的最低水活性值是不同的。细菌、霉菌和酵母菌三大类微生物中，一般细菌要求的最低Aw较高，在0.94—0.99；霉菌要求的最低Aw为0.73～0.94，酵母要求的最低Aw为0.88～0.94。但有些干性霉菌，如灰绿曲霉最低Aw仅为?0.64～0.70?（含水量16%），某些食品水活性值在0.70～0.73（含水量约16%）曲霉和青霉即可生长，因此干制食品的防霉Aw值要达到0.64以下（含水量12%～14%以下）才较为安全。
新鲜食品如乳、肉、鱼、蛋、水果、蔬菜等都有较高水分，其水活性值一般在0.98～0.99，适合多种微生物的生长。目前防霉干制食品的水分一般在3～25%，如水果干为15～25%，蔬菜干为4%以下，肉类干制品为5～10%，喷雾干燥乳粉为2.5～3%，喷雾干燥蛋粉在5%?以下。
食品干燥、脱水方法主要有：日晒、阴干、喷雾干燥、减压蒸发和冷冻干燥等。生鲜食品干燥和脱水保藏前，一般需破坏其酶的活性，最常用的方法是热烫（亦称杀青、漂烫）或硫磺熏蒸（主要用于水果）或添加抗坏血酸（0.05%～0.1%）及食盐（0.1%～1.0%）。肉类、鱼类及蛋中因含0.5%-2.0%?肝糖，干燥时常发生褐变，可添加酵母或葡萄糖氧化酶处理或除去肝糖再干燥。
食品的化学保藏法
化学保藏法包括盐藏、糖藏、醋藏、酒藏和防腐剂保藏等。盐藏和糖藏都是根据提高食物的渗透压来抑制微生物的活动，醋和酒在食物中达到一定浓度时也能抑制微生物的生长繁殖，防腐剂能抑制微生物酶系的活性以及破坏微生物细胞的膜结构。
1）盐藏
食品经盐藏不仅能抑制微生物的生长繁殖，并可赋予其新的风味，故兼有加工的效果。食盐的防腐作用主要在于提高渗透压，使细胞原生质浓缩发生质壁分离；降低水分活性，不利于微生物生长；减少水中溶解氧，使好气性微生物的生长受到抑制等。
各种微生物对食盐浓度的适应性差别较大。嗜盐性微生物，如红色细菌、接合酵母属和革兰氏阳性球菌在较高浓度食盐的溶液（15%?以上）中仍能生长。无色杆菌属等一般腐败性微生物约在5%的食盐浓度，肉毒梭状芽孢杆菌等病原菌在7%～10%食盐浓度时，生长也受到抑制。一般霉菌对食盐都有较强的耐受性，如某些青霉菌株在25%的食盐浓度中尚能生长。
由于各种微生物对食盐浓度的适应性不同，因而食盐浓度的高低就决定了所能生长的微生物菌群。例如肉类中食盐浓度在5%?以下时，主要是细菌的繁殖；食盐浓度在5%?以上，存在较多的是霉菌；食盐浓度超过20%，主要生长的微生物是酵母菌。
2）糖藏
糖藏也是利用增加食品渗透压、降低水分活度，从而抑制微生物生长的一种贮藏方法。
一般微生物在糖浓度超过50%时生长便受到抑制。但有些耐透性强的酵母和霉菌，在糖浓度高达70%以上尚可生长。因而仅靠增加糖浓度有一定局限性，但若再添加少量酸（如食醋），微生物的耐渗透力将显著下降。
果酱等因其原料果实中含有有机酸，在加工时又添加蔗糖，并经加热，在渗透压、酸和加热等三个因子的联合作用下，可得到非常好的保藏性。但有时果酱也会出现因微生物作用而变质腐败，其主要原因是糖浓度不足。
3）防腐剂保藏
防腐剂按其来源和性质可分成有机防腐剂和无机防腐剂两类。有机防腐剂包括有苯甲酸及其盐类、山梨酸及其盐类、脱氢醋酸及其盐类、对羟基苯甲酸酯类、丙酸盐类、双乙酸钠、邻苯基苯酚、联苯、噻苯咪唑等。此外还包括有天然的细菌素（如Nisin）、溶菌酶、海藻糖、甘露聚糖、壳聚糖、辛辣成分等。无机防腐剂包括有过氧化氢、硝酸盐和亚硝酸盐、二氧化碳、亚硫酸盐和食盐等。
①?天然食品防腐剂?——乳酸链球菌肽Nisin?（?Ninhibifory?Sabstance）
乳酸链球菌肽（Nisin），又称乳酸链球菌素,是从乳酸链球菌（S.?lactis）发酵产物中提取的一类多肽化合物，食入胃肠道易被蛋白酶所分解，因而是一种安全的天然食品防腐剂。FAO（世界粮农组织）和WHO（世界卫生组织）已于1969年给予认可，是目前唯一允许作为防腐剂在食品中使用的细菌素。
Nisin是一种仅有34个氨基酸残基的短肽，分子量约为3500Da，正常情况下，以二聚体状态存在，在分子组成中Nisin含有羊硫氨酸（lanthlonine）β-甲基羊硫氨酸（β-methy?llanthionine）、脱氢丙氨酸（dehy?droalanine）、β-甲基脱氢丙氨酸（β-metly?ldehydroa?lanine）四种不常见的氨基酸残基。
Nisin的抑菌机制是作用于细菌细胞的细胞膜，可以抑制细菌细胞壁中肽聚糖的生物合成，使细胞膜和磷脂化合物的合成受阻，从而导致细胞内物质的外泄，甚至引起细胞裂解。也有的学者认为Nisin?是一个疏水带正电荷的小肽，能与细胞膜结合形成管道结构，使小分子和离子通过管道流失，造成细胞膜渗漏。
Nisin的作用范围相对较窄，仅对大多数革兰氏阳性菌（G+）具有抑制作用，如金黄色葡萄球菌，链球菌、乳酸杆菌、微球菌、单核细胞增生利斯特菌、丁酸梭菌等，且对芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌孢子的萌发抑制作用比对营养细胞的作用更大。但Nisin对真菌和革兰氏阴性菌（G-）没有作用，因而只适用于G+?引起的食品腐败的防腐。最近报道，Nisin?与螯合剂EDTA二钠连接可以抑制一些?G-，如抑制沙门氏菌（Salmonella?）、志贺氏菌（Shigella）和大肠杆菌（E.?cloi）等细菌生长。
Nisin在中性或碱性条件下溶解度较小，因此添加Nisin防腐食品必须是酸性，在加工和贮存中室温、酸性下是稳定的。
目前Nisin已成功地应用于高酸性食品（pH<4.,5）的防腐；对于非酸性罐头食品，添加Nisin可减轻罐头热处理的温度和时间，更好地保持产品的营养和风味；用于鱼、肉类，在不影响肉的色泽和防腐效果情况下，可明显降低硝酸盐的使用量，达到有效防止肉毒梭状芽孢杆菌毒素形成目的。
在酒精饮料中，Nisin对G-酵母和霉菌几乎没有作用，因此在生产啤酒、果酒和烈性乙醇饮料时，加入100?u/ml的Nisin对乳杆菌、片球菌等酸败革兰氏阳性菌细菌均有抑制作用。
2000年10月，国家“九五”攻关项目——乳链球菌肽（Nisin）的工业化生产通过专家鉴定，其产品也终于从实验室走向国内外市场。
另外，也发现其它乳酸菌可产生多种乳酸菌细菌素，具有抑菌特性，但目前仍处于探索阶段。表9-9列出了Nisin在一些国家的应用情况。
②?苯甲酸、苯甲酸钠和对羟基苯甲酸酯
苯甲酸（C6H5COOH）和苯甲酸钠（C6H5COONA）又称安息香酸（benzoic?acid）和安息香酸钠（sodium?benzoate），系白色结晶，苯甲酸微溶于水，易溶于酒精；苯甲酸钠易溶于水。苯甲酸对人体较安全，是我国允许使用的两种国家标准的有机防腐剂之一。
苯甲酸抑菌机理是，它的分子能抑制微生物细胞呼吸酶系统活性，特别是对乙酰辅酶缩合反应有很强的抑制作用。在高酸性食品中杀菌效力为微碱性食品的100倍，苯甲酸以未被解离的分子态才有防腐效果，苯甲酸对酵母菌影响大于霉菌，而对细菌效力较弱。
表?9-9Nisin在一些国家应用情况
国家允许加入Nisin的食品国家允许加入Nisin的食品
澳大利亚比?利?时玻利维亚哥斯达黎加塞浦路斯丹麦芬兰法国乳酪、水果罐头、番茄汤罐头乳酪在食品中使用不限制乳酪制品乳酪、食品罐头、冰淇淋精制乳酪精制乳酪精制乳酪西班牙葡萄牙印度意大利科威特新加坡瑞典英国乳酪、奶米酒、奶油、快餐精制乳酪硬乳酪、精制乳酪、乳酪、蔬菜罐头、冰淇淋精制乳酪食品罐头乳酪、浓缩牛奶乳酪、食品罐头、冰淇淋

允许用量为酱油、醋、果汁类、果酱类、罐头，最大用量1.0?g/kg；葡萄酒、果子酒、琼脂软糖，最大用量0.8?g/kg；果子汽酒，0.4?g/kg；低盐酱菜、面酱灶、蜜饯类、山楂类、果味露最大用量0.5g/kg（以上均以苯甲酸计，1g钠盐相当于0.847g苯甲酸）。
对羟基苯甲酸酯（p-hydroxy-benzoate?ester）是白色结晶状粉末，无臭味，易溶于酒精，对羟基苯甲酸酯抑菌机理与苯甲酸相同，但防腐效果则大为提高。抗菌防腐效力受pH值（pH4—6.5）的影响不大，偏酸性时更强些。对羟基苯甲酸酯类对细菌、霉菌、酵母都有广泛抑菌作用，但对G-杆菌和乳酸菌的作用较弱。在食品工业应用较广，最大使用量为1g/kg。对羟基苯甲酸乙酯用于酱油为0.25g/kg；醋为0.1g/kg；丙酯用于清凉饮料为0.1g/kg；水果、蔬菜表皮为0.012g/kg；果子汁、果酱，0.20g/kg。
③?山梨酸（sorbic?acid）和山梨酸钾（potassium?sorbate）
山梨酸和山梨酸钾为无色、无味、无臭的化学物质。山梨酸难溶于水（600：1），易溶于酒精（7：1），山梨酸钾易溶于水。它们对人有极微弱的毒性，是近年来各国普遍使用的安全防腐剂，也是我国允许使用的两种国家标准的有机防腐剂之一。
山梨酸分子能与微生物细胞酶系统中的巯基（—SH）结合，从而达到抑制微生物生长和防腐目的。山梨酸和山梨酸钾对细菌、酵母和霉菌均有抑制作用，但对厌气性微生物和嗜酸乳杆菌几乎无效。其防腐作用较苯甲酸广，pH?5-6以下使用适宜。效果随pH值增高而减弱，在pH?3时抑菌效果最好。在腌制黄瓜时可用于控制乳酸发酵。
允许用量为酱油、醋、果酱类、人造奶油、琼脂奶糖、鱼干制品、豆乳饮料、豆制素食、糕点馅等的最大用量1.0g/kg(以酸计，1g山梨酸相当于其钾盐1.33g)；低盐酱菜、面酱类、蜜饯类、山楂类、果叶露等最大用量0.5g/kg；果汁类、果子露、果酒最大用量0.6g/kg；汽水、汽酒最大用量0.2g/kg；浓缩果汁应低于2g/kg。
④?双乙酸钠（sodium?diacetate，缩写为SDA）
双乙酸钠为白色结晶，略有醋酸气味，极易溶于水（1g/ml）；10%水溶液pH值为4.5～5.0。双乙酸钠成本低，性质稳定，防霉防腐作用显著。可用于粮食、食品、饲料等防霉防腐（一般用量为1g/kg），还可作为酸味剂和品质改良剂。该产品添加于饲料中可提高蛋白质的效价，增加适口性，提高饲养动物的产肉、产蛋和产乳率，还可防止肠炎，提高免疫力，是新近开发的添加剂，美国食品和药物管理局（FDA）认定为一般公认安全物质。并于1993年撤除了SDA在食品、医药及化妆品中的允许限量。
⑤?邻苯基苯酚（o-phenyl?phenol，OPP）和邻苯酚钠(o-phenyl?phenol?sodium?，?SOPP）
主要用作防止霉菌生长，对柑桔类果皮的防霉效果甚好。允许使用量为100mg/kg以下（以邻苯酚计）。
⑥?联苯（diphenyl）
对柠檬、葡萄、柑桔类果皮上的霉菌，尤其对指状青霉和意大利青霉的防治效果较好。一般不直接使用于果皮，而是将该药浸透于纸中,再将浸有此药液的纸放置于贮藏和运输的包装容器中，让其慢慢挥发(25℃下蒸气压为1.3Pa)，待果皮吸附后，即可产生防腐效果。每千克果实所允许的药剂残留量应在0.07g以下。
⑦?噻苯咪唑（thiabendazole，缩写为TBZ）
TBZ是美国新发明的防霉剂，适用于柑桔和香蕉等水果。使用后允许残留量，柑桔类为10mg/kg以下；香蕉每3?mg/kg以下；香蕉果肉为0.4?mg/kg以下。
总而言之，用于食品的一切化学物质必须无毒，要经长期的动物试验，对其毒性状况作科学的评价。表9-10是联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）的食品添加剂专门委员会颁布的有机保藏剂的安全性及使用标准。
表9-10保藏剂的每日允许摄取量（ADI，mg/kg体重）（FAO/WHO）
保?藏?剂ADI?（mg/kg体重）保?藏?剂ADI?（mg/kg体重）
苯甲酸、苯甲酸钠0～5?*丙酸钠、丙酸钙无毒，不限制
山利酸、山梨酸钠0～25?*邻苯酚0～0.2
对羟基苯甲酸酯类0～10?*噻苯咪唑0～0.05
*?为合计量。
⑧?溶菌酶
溶菌酶为白色结晶，含有129个氨基酸，等电点10.5～11.5。溶于食品级盐水，在酸性溶液中较稳定，55℃活性无变化。
溶菌酶能溶解多种细菌的细胞壁而达到抑菌、杀菌目的，但对酵母和霉菌几乎无效。溶菌作用的最适pH值为6～7；温度为50℃。食品中的羧基和硫酸能影响溶菌酶的活性，因此将其与其它抗菌物如乙醇、植酸、聚磷酸盐等配合使用，效果更好。目前溶菌酶已用于面食类、水产熟食品、冰淇淋、色拉和鱼子酱等食品的防腐保鲜。
⑨?海藻糖
海藻糖是一种无毒低热值的二糖。它之所以具有良好的防腐作用是鉴于它的抗干燥特性决定的。它可在干燥生物分子的失水部位形成氢键连接，构成一层保护膜，并能形成一层类似水晶的玻璃体。因此，它对于冷冻、干燥的食品，不仅能起到良好的防腐作用，而且还可防止品质发生变化。
⑩?甘露聚糖
甘露聚糖是一种无色、无毒无臭的多糖。以0.05%～1%的甘露聚糖水溶液喷、浸、涂布于生鲜食品表面或掺入某些加工食品中，能显著地延长食品保鲜期。如草莓用0.05%的甘露聚糖水溶液浸渍10s，经风干，贮存1周，仅表皮稍失光泽，3周也未见长霉；而对照组2日后失去光泽，3日开始发霉。
⑾?壳聚糖
壳聚糖即脱乙酰甲壳素（C30H50N4O19），是粘多糖之一，呈白色粉末状，不溶于水，溶于盐酸、醋酸。它对大肠杆菌，金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌等有很好的抑制作用，且还能抑制生鲜食品的生理变化。因此它可作食品，尤其是果蔬的防腐保鲜剂。使用时，一般将壳聚糖溶于醋酸中，如用含2%?改性壳聚糖涂膜苹果。
⑿?过氧化氢
过氧化氢是一种氧化剂，它不仅具有漂白作用，而且还具有良好的杀菌、除臭效果。缺点是过氧化氢有一定的毒性，对维生素等营养成分有破坏作用，但它杀菌力强、效果显著。但需经加热或者过氧化氢酶的处理以减少其残留。
常用于切面、面条、鱼糕等防腐，允许残留量为0.1g/kg以下，其它食品为0.03g/kg以下。
⒀?硝酸盐和亚硝酸盐
硝酸盐和亚硝酸盐主要是作为肉的发色剂而被使用。亚硝酸与血红素反应，形成亚硝基肌红蛋白，是肉呈现鲜艳的红色。另外硝酸盐和亚硝酸盐也有延缓微生物生长作用，尤其是对防止耐热性的肉毒梭状芽孢杆菌芽孢的发芽，有良好的抑制作用。但亚硝酸在肌肉中能转化为亚硝胺，有致癌作用，因此在肉品加工中应严格限制其使用量，目前还未找到完全替代物。
允许用量为火腿、咸肉、香肠、腊肉、鲸鱼肉等在0.07g/k以下；鱼肉香肠、鱼肉火腿为0.05g/kg以下（以亚硝酸残留量计）。
食品防腐保鲜理论
栅栏技术
随着人们对食品防腐保鲜研究的深入，对于保鲜理论也有了更新的认识，研究人员一致认为，没有任何一种单一的保鲜措施是完美无缺的，必须采用综合保鲜技术。目前保鲜研究的主要理论依据是栅栏因子理论。
栅栏因子理论是德国肉类食品专家Leistner博士提出的一套系统科学地控制食品保质期的理论。该理论认为，食品要达到可贮性与卫生安全性，其内部必须存在能够阻止食品所含腐败菌和病原菌生长繁殖的因子，这些因子通过临时和永久性地打破微生物的内平衡（微生物处于正常状态下内部环境的稳定和统一），从而抑制微生物的致腐与产毒，保持食品品质。这些因子被称为栅栏因子。这些因子及其互作效应决定了食品的微生物稳定性，这就是栅栏效应。在实际生产中，运用不同的栅栏因子，科学合理地组合起来，发挥其协同作用，从不同的侧面抑制引起食品腐败的微生物，形成对微生物的多靶攻击，从而改善食品品质，保证食品的卫生安全性，这一技术即为栅栏技术。
1）栅栏技术与微生物的内平衡
食品防腐中一个值得注意的现象就是微生物的内平衡。微生物的内平衡是微生物处于正常状态下内部环境的稳定和统一，并且具有一定的自我调节能力，只有其内环境处于稳定的状态下，微生物才能生长繁殖。例如，微生物内环境中pH值的自我调节，只有内环境pH值处于一个相对较小的变动范围，微生物才能保持其活性。如果在食品中加入防腐剂破坏微生物的内平衡，微生物就会失去生长繁殖的能力。在其内平衡重建之前，微生物就会处于延迟期，甚至死亡。食品的防腐就是通过临时或永久性打破微生物的内平衡而实现的。
将栅栏技术应用于食品的防腐，各种栅栏因子的防腐作用可能不仅仅是单个因子作用的累加，而是发挥这些因子的协同效应，使食品中的栅栏因子针对微生物细胞中的不同目标进行攻击，如细胞膜、酶系统、pH值、水分活性值、氧化还原电位等，这样就可以从数方面打破微生物的内平衡，从而实现栅栏因子的交互效应。在实际生产中，这意味着应用多个低强度的栅栏因子将会起到比单个高强度的栅栏因子更有效的防腐作用，更有益于食品的保质。这一“多靶保藏”技术将会成为一个大有前途的研究领域。
对于防腐剂的应用而言，栅栏技术的运用意味着使用小量、温和的防腐剂，比大量、单一、强烈的防腐剂效果要好得多。如Nisin在通常情况下只对革兰氏阳性菌起抑制作用，而对革兰氏阴性菌的抑制作用较差。然而，当将Nisin与螯合剂EDTA-二钠、柠檬酸盐、磷酸盐等结合使用时，由于螯合剂结合了革兰氏阴性菌的细胞膜磷脂双分子层的镁离子，细胞膜被破坏，导致膜的渗透性加强，使Nisin易于进入细胞质，加强了对革兰氏阴性菌的抑制作用。
2）食品中的防腐保质栅栏因子
食品防腐上最常用的栅栏因子，无论是通过加工工艺还是添加剂方式设置的，应用时仅有少数几个。随着对食品保鲜研究的发展，至今已经确认可以应用于食品的栅栏因子很多。例如高温处理、低温冷藏、降低水分活性、调节酸度、降低氧化还原电位、应用乳酸菌等竞争性或拮抗性微生物以及应用亚硝酸盐、山梨酸盐等防腐剂。
3）栅栏技术与食品的品质
从栅栏技术的概念上理解食品防腐技术，似乎侧重于保证食品的微生物稳定性，然而栅栏技术还与食品的品质密切相关。食品中存在的栅栏因子将影响其可贮性、感官品质、营养品质、工艺特性和经济效益。同一栅栏因子的强度不同，对产品的作用也可能是相反的。例如在发酵香肠中，pH值需降至一定的限度才能有效抑制腐败菌，但过低则对感官质量不利。因而在实际应用中，各种栅栏因子应科学合理地搭配组合，其强度应控制在一个最佳的范围。
食品生产的质量管理体系
食品的保藏技术与科学的管理密不可分，GMP管理体系和HACCP质量管理体系就是国际上较为流行的质量管理体系。
1）GMP管理体系
世界卫生组织称GMP为良好操作规范或良好生产工艺（good?manufacturing?practice的缩写）。是美国食品与药品管理局（FDA）在1969年最先发布，首先应用于药品行业，提高了药品品质。而推动食品的GMP发展则是近几年的事，现在已成为美国食品卫生条例之一。
GMP标准是由食品生产企业与卫生部门共同制定的，规定了在加工、贮藏和食品分配等各个工序中所要求的操作和管理规范。它要求食品生产企业应具备合理的生产工艺过程，良好的生产设备，正确的生产知识，严格的操作规范以及食品质量管理体系。其主要内容涵盖选址、设计、厂房建筑、设备、工艺过程、检测手段、人员组成、个人卫生、管理职责、卫生监督程序、满意程度等等一系列食品生产经营条件，并提出了卫生学评价的标准和规范。
GMP标准用文件形式提供管理的可靠性，目的是为各种食品的制造、加工、包装、贮藏等有关方面制定出一个统一的指导原则和卫生规范。不同的食品制造业各有其特点和要求，因而在这个框架的基础上，对各专门的食品制造业还需要制定详细的附加条件才行，使每一种食品加工行为按确定的管理和技术标准受到控制。
目前以美国为首的发达国家都在推行GMP制度，并用于各种食品企业的食品质量管理。FDA拥有一些高级法务人员，专门负责处理各种违章事件。对违章厂家的处罚，可采用发出违章通知，限期纠正；通报警告；查封产品、禁止出售；直至提出刑事诉讼。FDA的法律权力曾两次为美国最高法院所确认。美国现在凡是出口和进口的罐头厂，都必须接受GMP管理方式，并向FDA注册申报每一种罐头的灭菌条件。日本、台湾等因推行GMP管理体制，各食品企业质量管理都得到了很大的改善，并且成立有GMP指导咨询组，到各地进行宣传、指导和督促推行。
2）危险分析与关键点控制体系（Hazard?analysis?critical?control?point,?缩写为HACCP体系）
HACCP全面质量管理体系是二十世纪六十年代美国太空总署、陆军NATICK实验室和美国PILLSBURY食品公司共同发展起来的一套科学的卫生质量监控系统，HACCP系统经过30多年的发展和完善，已被食品界公认为确保食品安全的最佳管理方案，在发达国家已得到广泛应用。它可以确保食品加工和制造遵循GMP规范，目前已为全世界接受的ISO质量认证体系也将HACCP纳入其中。
HACCP系统的最大特点是：充分利用检验手段，对生产流程中各个环节进行抽样检测和有效分析，预测食品污染的原因，从而提出危害关键控制点（包括能保证控制有害事故发生的CCP1，和能最大限度减少事故发生但不能对危害事故控制的CCP2）及危害等级，再根据危害关键控制点提出控制项目（这些因素通常指温度、时间、湿度、水分活度、pH、可滴定酸、氯浓度、粘度等）、控制标准（管理关键限值）、检测方法、监控方法以及纠正的措施。通过采取这些相应的措施，从而预防了危害的发生。同时也能将正确的措施及时反馈到工艺流程中，如此循环反馈、改进，不断提高。同时能对每一个关键控制点的操作进行日常监测，并记录所有检测结果，建立准确可靠的档案资料系统和检查HACCP体系工作状况的程序，出现问题有据可查。
HACCP管理体系的核心是将食品质量的管理贯穿于食品从原料到成品的整个生产过程当中，侧重于预防性监控，不依赖于对最终产品进行检验，打破了传统检验结果滞后的缺点，从而将危害消除或降低到最低限度，HACCP是一个系统工程，必须各级领导重视，全员投入协调作战，才能保证HACCP的正常运转和取得预期效果。
HACCP系统在发达国家已广泛应用。我国目前也正将此管理体系尝试性应用于生产当中。HACCP管理体系是我国今后食品企业管理的发展方向，也是防止食品腐败变质，延长货架期的主要管理模式。
微生物预报技术
所谓微生物预报技术是指借助计算机的微生物数据库，在数字模型基础上，在确定的条件下，快速对重要微生物的生长、存活和死亡进行预测，从而确保食品在生产、运输贮存过程中的安全和稳定，打破传统微生物受时间约束而结果滞后的特点。微生物数据库和数字模型是微生物预报技术的必要条件。
1)微生物预报技术的作用
微生物预报技术可以起到以下几方面的作用：可帮助和指导管理者在生产中贯彻HACCP，外部多因素出现时，可决定关键控制点并决定竞争实验是否必需，同时对HACCP清单给予补充；在安全可以设计出来，但不可检验出来的指导思想下，可以预报产品配方变化对于食品安全和货架期的影响，并进行新产品货架期和安全性设计；可以预报产品在贮存和流通中，在不同包装条件下微生物的变化，并客观估价该过程的失误；可以大量节约开发研究的时间和资金。
2）微生物预报技术的应用
要预知微生物在食品中的生长情况和数量，必须具备微生物数据库和相应的数学模型。科学家们经过艰苦的努力已经建立了微生物数据库，它储存了不同微生物在不同的生长介质中的pH值、Aw值、培养温度及有氧、无氧条件下的关系数据。数学模型主要有经验型和机理型，一个有效的模型往往不是单一类型的模型，而是两种类型的混合体。人们首先把注意力集中在对食品稳定性最重要的因素，如贮藏温度、时间、pH值、Aw值等方面，针对某些种类的致病菌，一些适于亚硝、氮气、醋酸、乳酸、二氧化碳等诸多因素的模型已研制成功。近年来，美国、英国和澳大利亚等国家已尝试应用微生物预报技术控制食品中李斯特氏菌的污染以及食品的乳酸发酵。
综上所述，栅栏技术、GMP和HACCP体系及微生物预报技术在应用上各有其侧重点，栅栏技术主要应用于产品设计，GMP和HACCP主要应用于加工管理，微生物预报技术主要应用于加工优化，但三者又是紧密联系的。栅栏技术应用于产品设计之后，通过危险关键点控制方法，实施加工控制，同时将微生物预报技术渗透于二者之中，通过计算机快速预测加工食品的可贮性及质量特性，从而实现加工优化。因而，食品生产过程当中，只有将三者紧密结合起来，才能做到产品质量与经济效益的统一。
加强食品企业的卫生管理
食品卫生（WHO，1996）是指“为确保食品安全性和适用性在食物链的所有阶段必须采取的一切条件和措施”，即食品在它的生长、生产或制造直至最后消费的各个阶段都必须是保证安全的、符合卫生的和有益于健康的；食品不能含有营养成分以外的、人为添加的、污染的或天然固有的有毒、有害物质或杂质。
食品中威胁人体健康的有害因素和污染源是多方面的，主要包括各种性质的食品污染物(food?pollutants)、不适当的食品添加剂（food?additives）、动植物中的天然毒素和食品加工、贮藏中可能产生的有毒有害物质。其中微生物污染是食品污染中最广泛、最普遍的污染，是当代社会最为关注的卫生问题。有害微生物、寄生虫不仅造成食品的腐败变质，还引起食源性疾病和人畜共患疾病。其次是农药、重金属盐类（铅、砷、汞等）和各种有机化学物质（激素、抗生素残留、食品添加剂）等对食品造成的化学性污染。另外开采、冶炼、工业废弃物等还会对食品造成放射性污染。
中国已经或即将加入许多国际性的食品卫生工作机构和组织，特别是中国加入WTO临近，国际、国内形势都要求我国的食品卫生管理和法制建设必须与国际接轨，有一个较大的发展。因而必须加强食品的卫生监督管理，保证食品的卫生质量。当然要做好这一点，既要有科学管理，又必须有法制管理，二者缺一不可。
加强食品卫生的法制监督管理
食品卫生的监督管理主要包括三方面的内容：一是道德规范；二是法制管理；三是技术规范。三者相辅相承的发展、渗透以形成一股强大的社会力量，才能促使食品卫生管理工作不断得到加强。
《中华人民共和国食品卫生法》已于1983年制订开始试行，并于1995年10月30日第八届全国人大常委会通过施行，是国家对食品生产、经营卫生监督管理的最高层次法律规范。这标志着我国的食品卫生管理已进入了法制管理的时期。它规定了国家与从事食品生产、经营的单位或个人之间，以及食品生产、经营者与消费者之间在有关食品卫生管理、监督中所发生的社会关系，特别是经济利益关系，以及违反本法后的惩罚措施。为进一步使食品卫生法的原则性规定具体化，国务院或卫生部又制订颁发了实施细则或实施条例，其中技术规范是食品卫生法制监督管理的保障。
政府对食品卫生进行依法监督管理，实行法律规范的社会制约，其主要形式就是食品卫生监督，执行食品卫生监督行政权的机构为食品卫生法授权的机构。包括各级卫生防疫站或食品卫生监督检验所，代理各级政府卫生行政部门行使行政权。各执法机构执行行政权基本的法律依据就是食品卫生法及其派生的各种食品卫生法体系。图9-1?表示了我国现阶段食品卫生法规的构成。
食品卫生标准是由卫生部门批准颁发的单项物品卫生法规，是判定食品、食品添加剂及食品用产品是否符合食品卫生法的主要衡量标志，也是检验食品卫生状况的依据。它规定了食品中可能带入的有毒有害物质的限量，具体又分为国家标准、行业标准及地方（企业）标准。在国家标准部分又分为强制性国家标准（用GB表示）、推荐性国家标准（GB/T）、内部标准（GBn）和试行标准。不同行业标准分别用QB、SB、SN和NY等表示。到目前为止，正式公布的食品及加工产品类国家卫生标准共计175项（其中国家标准共有169项、行业标准6项）。食品企业制定的卫生标准至少要等齐于国家标准、行业标准及地方（企业）标准，提倡食品企业的卫生标准高于上级标准。
另外，我国自1988年以来制定了20多个食品行业的卫生规范，凡新建、扩建或改建的工程项目中，其建筑涉及食品卫生部分，均需按这些食品企业通用卫生规范（GB14881-1994）和各类食品企业卫生规范的有关规定进行设计和施工。在设计审查和工程验收时，也必须有食品卫生监督机构参加。其主要目的是预防、控制和消除食品的微生物和化学污染，保证产品质量。
加强食品企业的卫生质量管理?
食品企业是食品生产的主体，食品卫生质量的好坏，企业是关键，国家职能部门是保障。而食品的卫生质量首先取决于企业的卫生管理水平。食品企业应抓好环境卫生和生产中卫生的管理，严格遵守我国的食品卫生法规和标准，同时又要借鉴国际上先进的食品卫生管理经验和模式（GMP、HACCP、ISO9000系列标准、全面卫生管理模式），尽快与国际食品卫生标准和管理模式接轨。
食品卫生法（人大常委会级制定颁发）
实施条例或实施细则(由国务院或卫生部制定颁布)

单项行为规范基础卫生规范卫生标准企业卫生规范单项技术方法规范人员机构法规
卫生管理术语、定食品、食食品生产检验方法、普及标准、方法义的标准品添加剂、经营业设测试方法、任命标准、食品容器计和设备，诊断方法、岗位责任临时性或专包装材料、工艺过程食品安全制监督机项规范、单食品用工卫生规范。性毒理鉴构、人员项命令、禁令、具设备的如世界卫定程序工作程序通知通报卫生标准生组织建规定，培议的GMP训标准?、规范考试标准等地方各级政府卫生部门颁布的地方卫生法规
图9-1食品卫生法规体系图
1）做好粪便卫生管理工作
粪便中常常含有肠道致病菌、寄生虫卵和病毒等，这些都可能成为食品的污染源，通过各种污染途径而污染食品。因此，搞好粪便的卫生管理工作，可以减少粪便对环境的污染，提高食品的卫生质量，同时还可提高肥料的利用率。
做好粪便卫生管理工作，粪便要由指定部门统一收集、专人管理，并搞好公共厕所和堆肥场所的卫生工作；收集的粪便需进行无害化处理，以杀死其中的虫卵和病原菌，减少对环境的污染。目前，粪便无害化处理主要采取粪尿混合封存法、发酵沉卵法、堆肥法、沼气发酵法和药物处理法等方法。
2）做好污水卫生管理工作
根据污水来源可分为生活污水和工业污水两大类。生活污水中含有大量有机物质和肠道病原菌；工业污水含有不同的有毒物质。为了保护环境，保护食品用水的水源，必须进行污水的无害化处理。目前污水处理的方法较多，较为常见的是利用活性污泥的曝气池来处理污水。
3）做好垃圾卫生管理工作
垃圾是固体污物的总称。垃圾来源于居民的生活垃圾和工农业生产垃圾两大类，其中有机垃圾，如瓜皮、果壳、菜叶、动植物尸体等易于腐败和滋生大量的微生物。进行无害化处理后，可作为农业肥料应用。无机垃圾和废品在卫生学上危害不大，无需无害化处理。
4）搞好厂区的环境卫生
厂区的环境卫生直接与食品卫生质量相关，搞好全厂的环境卫生。如绿化、道路平整、垃圾清除、污水排放、灭蝇、灭蚊和消毒等等，使厂区成为一个环境优美、清洁的文明单位。
加强食品企业生产的卫生质量管理?
食品企业的生产卫生管理工作，都是围绕控制污染源和切断污染途径而进行。因而不仅应加强环境卫生管理，降低环境中的含菌量，以减少微生物污染食品的机会，更应加强食品在生产、贮藏、运输和销售过程中的卫生管理。根据食品行业的卫生管理规范，为此重点应做到,
1）建立健全各车间、设备、库房、运输工具以及生产过程中的卫生制度。生产食品的车间，要求环境清洁，生产容器及设备能进行清洗、消毒；车间应有防尘、防蝇和防鼠的设备；车间内通风良好，最好有空气过滤装置，这样可以明显地减少污染食品的微生物数量。
2）食品生产应采用先进的生产工艺和合理的配方，流程要尽量缩短，尽量实行生产的连续化、自动化、密闭化、管道化的设备和生产线，减少食品接触周围环境的时间，防止食品被污染，尤其是交叉污染。根据HACCP原则，分析确定危害关键点和危害等级以及控制和消除危害发生的措施，建立卫生质量监控系统，以确保食品卫生质量的提高。
3）食品在生产过程中，从原料验收到成品出厂，每个环节必须要有严格而又明确的卫生要求，层层严把卫生质量关，严格执行国家卫生标准，做到不合格的原料决不进厂，杜绝使用农药残留量、抗生素残留量、激素、安静催眠药物、重金属盐类、霉菌毒素超标或污染严重的原料，最好建有自己的原料生产供应基地。生产过程中所使用的水，必须符合国家规定的饮用水的卫生标准。注意生产过程中所用的设备、工器具、操作台的卫生和消毒。产品应及时包装，保持其清洁卫生。各种食品容器及包装材料应符合国家有关卫生标准和规定。
4）工厂制订完善的卫生、质量检验制度，按照国家或行业标准规定的检验方法对原料、辅料、半成品、成品各个关键工序环节进行物理、化学、微生物等方面的检验；卫生防疫部门应经常或不定期对食品进行抽样检验，凡不符合卫生标准和要求的产品，一律不得出厂。工厂应根据企业卫生规范的要点，建立健全各项卫生制度和实施细则。
5）对食品企业的从业人员，尤其是直接接触食品的食品加工人员，服务员和售货员等，必须加强卫生教育，养成遵守卫生制度的良好习惯，保持良好的个人卫生。卫生防疫部门应定期对食品生产经营人员进行健康检查，取得健康证才准上岗。如我国食品法规定对患有痢疾、伤寒、病毒性肝炎等消化道传染病（包括病原携带者），活动性肺结核、化脓性或渗出性皮肤病以及其它有碍食品卫生的疾病的病人，不得接触直接入口食品的工作。
6）食品在贮藏、运输和销售过程中，场所要保持高度的清洁状态，无尘、无蝇、无鼠。根据各类食品的不同性质，选择合适的贮存方法及贮存条件；所用的容器用过要消毒清洗；贮藏的食品要定期检查，一旦发现生霉、发臭等变质，都要及时进行处理。销售过程中，采取“先进先出”的原则，尽量缩短贮存期。
加强进、出品食品的卫生管理?
随着我国改革开放深入进行，国际贸易往来日益频繁，进、出口食品所占的比例也在上升。特别是近年来疯牛病、口蹄疫在欧洲等国家的流行，二恶英事件的发生，使加强进、出口食品的卫生检验和管理的重要性日益突出。加强进、出口食品的卫生检验和管理不仅关系着人类的健康，而且也直接影响我国种植业、畜牧业和食品工业，乃至市场经济体制的建设和发展。
加强出品食品的卫生管理
出口食品卫生管理除要求出口食品符合我国有关标准和规定（在我国取得卫生注册登记证书），接受国家进出口商品检验部门监督、检验外，还必须符合有关进口国家的食品法规和标准。由于世界性的环境污染和国际竞争的加剧，许多国家都加强了对进口食品的检验和管理，使食品的卫生指标已成为国家间设立或打破非关税壁垒的有力工具。各国对进口食品的品质、规格、成分、名称、包装、检验程序、注册与登记，特殊食品、食品检疫、食品运输工具等方面也制定了保障法规。
食品出口企业必须熟悉国外有关规定，严格执行进口国的食品卫生标准及其它规定，才能以质取胜，扩大市场。例如，向美国出口食品的企业，必须在出口前向美国食品与药品管理局（FDA）申请注册登记，办理酸化食品（ACF）和罐装低酸性食品（LACF）注册；还必须满足美国《食品、药物和化妆品法》（F.D&C.Act）和《良好包装法》以及《标签法》等所有其它有关规定。对日本出口的食品必须符合日本食品卫生法、食品添加剂和食品标签条例规定，还应获得日本农业标准质量鉴定标记（JAS）。
加强进口食品的卫生管理?
根据中国现行的法规《食品卫生法》、《进口食品卫生管理法》、《进口食品卫生监督检验工作规程》等，我国也对进口食品加强了卫生监督管理，以防外源性疾病的传入和流行，保护人民的健康。具体工作如下,
1）申请报关进口食品到岸前，先填写进口食品卫生检验报验单，向口岸食品检验局（所）申报，并提供合同副本以及出口国关于该食品的有关卫生资料，有的食品还应提供安全评价资料或出口国卫生当局批准的证明书等。
2）现场检查口岸食品检验人员向承运者调查、了解有关情况，调查的内容应包括：可能已污染的化学物质；装运该批食品前装货工具的情况（如是否装运过农药、化肥等）；输出国名称、从何港口出发、启运日期、途经路线、中途有无停靠及转口、有无水湿异常情况；承运者应提供真实情况，并做好记录。同时要现场查验食品有无霉变、污染等异常情况，以便及时发现问题，及时处理。
3）采样、检验与报告经感官检查无异常发现的食品，按比例随机抽取一部分进行理化、生物、毒理等检验。凡发现进口食品不合格时，应及时通知收货人，或将异常情况及时向收货人阐明，并将检验后剩余的样品（致病菌阳性者还应保留菌种），妥善保管，以备国际仲裁时提供原始样品。进口食品经检验合格后，收货人收到检验报告后，方可对食品进行销售。
为防止销售食品过程中仍有可能发生的卫生问题，或当外商提出异议时，为分清责任，证实当时食品的食品卫生状况，留样是十分必要的。故凡是采样，原则上都应该留样，以便发生质量纠纷时，可提供国际仲裁时复验。留样时间是进口食品经检验合格的，自发出报告后保存一个月；对不符合要求的样品，，一般留样六个月或至本案结束。
思考题,
1．微生物引起食品变质必须具备哪些条件？
2．微生物引起食品中蛋白质、脂肪、碳水化合物分解变质的主要化学过程和鉴定指标有那些？
3．如何控制微生物对食品的污染和由此而引起的腐败变质？
4．水分活性值指的是什么？它在食品微生物学中有何意义？
5．简述未经消毒的鲜牛奶发生自然腐败变质时，微生物菌群的变化规律。
6．引起罐藏食品发生胖听和平酸腐败的微生物主要有哪些？为什么？
7．引起鲜肉、鲜蛋、果汁等发生腐败变质的微生物主要有哪些？为什么？
8．微生物防腐保鲜技术主要有哪些？
9．何为栅栏效应？其原理是什么？
10．HACCP指的是什么？谈谈其原理。