微生物控制技术在食品工程中的应用

来源:食品安全导刊
关键字:食品工程,食品质量,食品安全
发布时间:2024-12-31 14:19

　　闫婉芸，张志振

　　（兰州中检科测试技术有限公司，甘肃兰州 730030）

　　摘要：微生物控制技术对保障食品质量、维护公众健康具有至关重要的意义。本文简单介绍了微生物控制技术的分类及原理，深入探讨了微生物控制技术在食品工程中的广泛应用，通过具体案例分析，展示了该技术在乳制品、肉制品等多个食品行业中的成功应用。

　　关键词：微生物控制技术；食品工程；食品质量；食品安全

　　在追求高品质生活的今天，食品安全已成为公众关注的焦点。微生物作为影响食品安全的关键因素之一，其控制技术的研究与应用显得尤为重要。随着科技的进步与人们对食品安全意识的增强，微生物控制技术在食品工程领域的应用日益广泛，不仅能够有效预防和控制食品中微生物的污染，保障食品的质量与安全，还能延长食品的保质期，满足消费者日益增长的多样化需求。

　　1 微生物控制技术概述

　　1.1 微生物分类与特性

　　细菌是食品中最为常见的微生物之一，它们种类繁多，形态各异，有的对食品发酵有益，如乳酸菌在酸奶、泡菜等发酵食品中发挥着重要作用；而有的则是食品腐败的主要原因，如大肠杆菌、沙门氏菌等致病菌，一旦污染食品，就可能引发严重的食品安全问题[1]。

　　真菌也是食品中较为常见的微生物之一。①霉菌是一类以孢子形式存在的微生物，它们在适宜的条件下能够迅速繁殖，导致食品发霉变质。霉菌不仅影响食品的口感和外观，还可能产生有毒物质，对人体健康构成威胁。②酵母菌是一类能够将糖发酵成酒精和二氧化碳的微生物。在食品工程中，酵母菌被广泛应用于面包、酒类等发酵食品的生产中。然而，当酵母菌在不适宜的条件下过度繁殖时，也可能导致食品变质。

　　食品中的微生物类型繁多，特性各异。为了保障食品的质量与安全，深入了解这些微生物的特性，掌握其生长繁殖的规律，从而采取有效的微生物控制技术，确保食品在生产、储存和运输过程中免受微生物的污染，有助于食品行业的高质量发展。

　　1.2 微生物生长条件与影响因素

　　微生物的生长繁殖受到多种环境因素的影响，其中温度、水分、pH值和氧气是最为关键的几个因素。

　　不同种类的微生物对温度的要求各不相同，如乳酸菌在30～45 ℃的温度范围内生长最为旺盛，而一些霉菌则更适宜在20～30 ℃的温度下生长。当温度超出微生物的适宜生长范围时，其生长速度会明显减慢甚至停止。

　　微生物细胞内的生化反应需要水的参与，同时水分还能作为微生物吸收营养物质的媒介。食品中的水分含量在15%～18%时，微生物的生长最为活跃。当水分含量过低时，微生物的代谢活动会受到抑制；而当水分含量过高时，则可能导致食品腐败变质。

　　不同种类的微生物对pH值的适应性不同，乳酸菌在pH值为4.5以下的酸性环境中能够较好地生长并抑制其他杂菌的生长，而一些霉菌则更适宜在pH值为6～8的中性环境中生长。

　　根据微生物对氧气的需求不同，可以将其分为好氧菌、厌氧菌和兼性厌氧菌3类。好氧菌需要氧气进行呼吸作用，如醋酸菌；厌氧菌则在无氧条件下才能生长，如某些乳酸菌；而兼性厌氧菌则既能在有氧条件下生长，也能在无氧条件下生长，如酵母菌。

　　1.3 微生物控制技术原理

　　物理控制技术主要依赖于物理手段来抑制或杀灭微生物。①加热是最常见的方法之一。通过提高温度，可以破坏微生物的细胞结构，使其失去活性或死亡。例如，在食品加工过程中，常采用巴氏杀菌法，将食品加热到特定温度并保持一段时间，以有效杀灭有害微生物（如细菌、病毒等）。②辐照技术则是利用电磁波或粒子束对食品进行照射，以破坏微生物的DNA结构，从而达到杀菌的目的[2]。

　　化学控制技术则主要依赖于化学物质来抑制微生物的生长。①防腐剂是这类技术中的代表，它们能够破坏微生物的细胞膜或抑制其代谢活动，从而防止食品腐败，常见的防腐剂包括苯甲酸钠、山梨酸钾等。②抗氧化剂则是另一种重要的化学控制手段，它们能够防止食品中的脂肪氧化，减少因氧化而产生的异味和有害物质，同时也有助于延长食品的保质期。

　　生物控制技术则主要利用微生物之间的相互作用来抑制有害微生物的生长。①竞争性抑制是一种常见的生物控制方法，即利用一种或多种有益微生物与有害微生物竞争营养和空间资源，从而抑制有害微生物的生长。例如，在乳制品发酵过程中，乳酸菌会竞争性地占据乳中的营养和空间，从而抑制其他有害微生物的生长。②发酵技术则是利用微生物的代谢活动来产生有益物质，同时抑制有害微生物的生长。

　　2 微生物控制技术在食品工程中的应用

　　2.1 加工过程中的微生物控制

　　（1）原料选择与预处理。在原料选择时，应优先选择新鲜、无污染、微生物含量低的原料。同时，对原料进行预处理也是控制微生物的重要手段。预处理包括清洗、去皮、切割等步骤，去除原料表面的污垢、微生物和农药残留。对原料进行有效的预处理，可以显著降低原料中的微生物数量，为后续加工过程打下良好的基础。

　　（2）加工环境的控制。加工环境是微生物滋生的温床，因此对加工环境进行严格控制是确保食品安全的关键，主要措施包括保持加工车间的清洁与卫生，定期进行消毒处理；控制车间的温度和湿度，以防止微生物的快速繁殖；采用空气净化系统，减少空气中的微生物含量。此外，对于直接接触食品的设备和工具，也应进行严格的清洗和消毒，以防止交叉污染。

　　（3）加工工艺的改进。优化加工流程，可以减少微生物的污染机会。例如，在食品加工过程中，采用密封式或自动化生产设备，可以减少人工操作带来的污染；在包装环节，采用无菌包装技术，可以进一步降低产品中的微生物数量。同时，对加工工艺进行定期评估和改进，也是确保食品安全和质量的必要措施[3]。

　　2.2 包装过程中的微生物控制

　　（1）包装材料的选择。理想的包装材料应具备阻隔微生物、氧气、水分和异味的能力，同时应具备良好的机械性能和热封性能。常见的包装材料包括聚乙烯、聚丙烯、铝箔复合膜等，这些材料经过特殊处理，能够有效防止微生物的侵入。此外，随着科技的发展，一些新型包装材料如智能包装、活性包装等也逐渐应用于食品包装中，通过添加抗菌剂、抗氧化剂等成分，进一步提升了包装的微生物控制能力。

　　（2）包装技术的优化。在包装过程中，应确保包装设备、工具和环境的清洁卫生，避免交叉污染。同时，采用真空包装、气调包装等先进技术，可以有效降低包装内的氧气含量，抑制微生物的生长和繁殖。此外，对于易腐败的食品，还可以采用无菌包装技术，即在无菌环境下进行包装，以进一步减少微生物的数量。

　　（3）包装后的处理。在包装完成后，应对成品进行严格的检验和抽样检测，确保产品的微生物指标符合相关标准。同时，对于需要冷藏或冷冻保存的食品，应及时将其放置在相应的储存环境中，以防止微生物快速繁殖。此外，在运输过程中，也应采取必要的保温和防潮措施，确保食品在运输过程中的安全性和质量。

　　2.3 储存与运输中的微生物控制

　　（1）温度控制。在储存与运输过程中，精确控制温度，可以有效抑制微生物的活性，延长食品的保质期。对于易腐食品，如肉类、乳制品、果蔬等，低温储存是防止微生物滋生的有效手段。冷藏（通常指4 ℃左右）和冷冻（通常指-18 ℃以下）是两种常用的温度控制策略，冷藏能够减缓微生物的生长速度，而冷冻则几乎可以停止所有微生物的生命活动。因此，在食品储存与运输过程中，应根据食品的特性选择合适的温度，并确保温度的稳定性和均匀性，以最大限度地减少微生物的污染风险。

　　（2）湿度与气体环境管理。在储存与运输过程中，合理的湿度控制可以防止食品因失水或吸水而变质，同时也有助于维持食品的口感和营养价值。此外，使用真空包装或气调包装技术，可以改变包装内的氧气、二氧化碳和氮气的比例，从而抑制微生物的生长。例如，低氧环境可以减缓需氧微生物的繁殖速度，而高二氧化碳环境则对某些微生物具有抑制作用。因此，在储存与运输过程中，应根据食品的类型和储存期限，综合考虑湿度和气体环境的调节，以创造不利于微生物生长的环境条件[4]。

　　3 微生物控制技术的案例分析

　　3.1 乳制品行业的应用

　　3.1.1 巴氏杀菌与超高温瞬时灭菌技术在牛奶加工中的应用

　　巴氏杀菌是一种广泛应用的牛奶加工技术，其原理是通过加热牛奶至一定温度并保持一段时间，以杀灭牛奶中的有害微生物，同时尽量保留牛奶的营养成分和风味。通常情况下，巴氏杀菌的温度控制在62.8～85.0 ℃，持续时间从15 s到30 min不等，可杀灭大部分有害微生物，产品保质期一般为7～21 d。

　　而超高温瞬时灭菌技术则是一种更为先进的牛奶加工技术。它通过将牛奶加热到135～150 ℃的高温区间，并维持2～5 s的极短时间，以达到杀灭几乎所有微生物的目的。由于加热时间短，该技术能够最大限度地保留牛奶的营养成分和口感，同时使牛奶的保质期延长至数月之久。

　　3.1.2 发酵乳制品中的微生物调控

　　通过精心挑选和培育特定的乳酸菌，可以制作出风味独特、营养丰富的发酵乳制品，如酸奶、酸乳酪等。以酸奶为例，其生产过程中通常会使用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌等乳酸菌进行发酵。这些乳酸菌在适宜的条件下能够迅速繁殖并产生乳酸，使牛奶的pH值保持在4.2～4.6，从而抑制大肠杆菌、沙门氏菌等有害微生物的生长。

　　3.2 肉制品行业的应用

　　3.2.1 辐照杀菌在肉制品中的应用

　　辐照杀菌是一种利用电离辐射杀灭微生物的方法，具有高效、无残留、无须添加化学防腐剂等优点。在肉制品中，辐照杀菌可以有效杀灭细菌、病毒和寄生虫等有害微生物，延长产品的保质期[5]。

　　根据相关研究，当辐照剂量达到1.5 kGy时，可以显著减少肉制品中的大肠杆菌、沙门氏菌等有害微生物的数量，同时保持产品的口感和营养价值。此外，辐照杀菌可以降低肉制品在储存和运输过程中的腐败风险，提高产品的安全性和稳定性，保质期一般为30～90 d。

　　3.2.2 低温储存技术在肉制品中的应用

　　降低储存温度，可以抑制微生物的生长和繁殖，延长产品的保质期。在肉制品行业中，常用的低温储存温度为-18～4 ℃。以猪肉为例，在-18 ℃的低温条件下储存，可以显著延长其保质期至数月之久。同时，低温储存还能保持猪肉的口感和营养价值，减少脂肪氧化和蛋白质变性等不利变化。

　　4 结语

　　微生物控制技术在食品工程中的应用研究不仅关乎食品的质量与安全，更是保障消费者健康和维护公共卫生安全的重要基石。通过不断探索和创新，努力提升微生物控制技术的精准度和效率，以期在保障食品安全的同时，促进食品工业的可持续发展，为构建更加健康、安全的食品环境贡献力量。

　　参考文献

　　[1]吴琦.微生物在食品发酵中的应用研究[J].现代食品,2023,29(22):111-113.

　　[2]王艳,苑宏博,董迎迎,等.微波辐射技术在食品微生物中的应用[J].食品安全质量检测学报,2022,13(18):5974-5982.

　　[3]李燕.食品中微生物污染检测技术及其应用研究[J].中国食品工业,2024(9):83-85.