食品環(huán)境中的微生物

自然界中，一些在以前被人們認為是生命禁區(qū)的高溫、低溫、高酸、高堿、高鹽、高壓或高輻射強度等惡劣環(huán)境中仍然生活著微生物，如嗜熱菌（thermophiles）、嗜冷菌（psychrophiles）、嗜酸菌（acidophiles）、嗜堿菌（basophgiles）、嗜鹽菌（halophiles）、嗜壓菌（barophiles）和耐輻射菌等，它們統(tǒng)稱為環(huán)境微生物或簡稱為微生物（extrememicroorganism）。
1、嗜鹽微生物
嗜鹽菌和耐鹽菌
嗜鹽菌是指那些能耐受一定濃度的鹽溶液，但在無鹽存在條件生得的菌類，入金黃色葡萄球菌。嗜鹽菌專指那些一定濃度的鹽為菌體生長所必需，且只有在一定濃度的鹽溶液中才生長的菌類。后者依嗜鹽濃度不同，可又分為輕度嗜鹽菌（zui適鹽濃度為0.2～0.5mol/L），中度嗜鹽菌（zui適鹽濃度0.5～2.0mol/L）和嗜鹽菌（zui適鹽濃度>3mol/L），其中部分嗜鹽菌是為 嗜鹽菌古細菌。
高鹽環(huán)境
高鹽環(huán)境遍及世界，主要是鹽湖，鹽場、鹽礦。這些高鹽環(huán)境看上去條件嚴酷，但仍能成為一個高鹽生態(tài)系統(tǒng)。其中活躍一些嗜鹽微生物和嗜鹽藻類，如杜氏藻嗜鹽微生物在分類上包括8個屬：鹽桿菌屬、鹽球菌屬、富鹽菌屬、鹽深紅菌屬、嗜鹽堿桿菌屬、嗜鹽堿球菌屬和Halbaculum等。
嗜鹽菌常出現(xiàn)在高鹽食物中，如腌魚、海魚和咸肉。這些嗜鹽菌生長，除了不太美觀以外，還可能帶來一些不良后果，甚至是嚴重后果。已報道能在咸魚中生長的嗜鹽菌有鹽沼鹽桿菌、鱘魚鹽球菌。近年來，我國陸續(xù)從進口咸魚中、海魚中分離出嗜鹽性弧。有關咸魚中毒事件也有時發(fā)生。
在高鹽發(fā)酵環(huán)境中，嗜鹽菌活動是十分重要的。如醬油高鹽稀態(tài)發(fā)酵階段，起主要作用的是嗜鹽性乳酸菌球菌和嗜鹽酵母。它們的代謝產(chǎn)物是醬油風味的主要來源。類似情形也發(fā)生在腌酸菜與醬腌菜發(fā)酵中。
應用前景
紫膜蛋白能夠通過構型改變儲存信息，并且有廣泛的pH和溫度耐受范圍，是未來之奧生物計算機芯片的理想材料。某些嗜鹽菌體內含有豐富的類胡蘿卜素、r—亞油酸等成分，可望用于并開發(fā)保健食品。嗜鹽菌的酶將是工業(yè)上耐鹽酶的重要來源。還有的嗜鹽菌在一定條件下能大量積累生物塑料，可用于可降解生物材料的開發(fā)。此外，在高鹽污水處理方面也將發(fā)揮重要作用。
2、嗜熱微生物
嗜熱菌和超嗜熱菌
細菌嗜熱微生物中zui耐熱的。按它們zui適生長溫度不同又可以分為嗜熱菌和超嗜熱菌。嗜熱菌的zui適生長溫度65～70℃，40℃以下不能生長。超嗜熱菌zui適生長溫度在80～110℃，zui低生長溫度在65℃左右。大部分超嗜熱菌是古細菌，但也有真細菌歸屬此類。
高溫環(huán)境
嗜熱微生物生長的環(huán)境有熱泉（溫度可達100℃）、草堆、廄肥、煤堆、熱地區(qū)土壤及海底火山附近等處。在食品環(huán)境中，濕熱微生物可存在于排放冷卻水中，也可以殘存于經(jīng)過高溫滅菌牛乳或其他食品中，食品加工中zui重要的嗜熱菌歸屬芽孢桿菌和梭狀芽孔桿菌屬。釀造工業(yè)中啤酒的巴氏殺菌方式通常為60℃，8～15min。罐頭食品的殺菌有時成為商業(yè)無菌，它表明在殺過菌的罐頭中，采用常規(guī)培養(yǎng)方法檢不出活菌或殘存菌數(shù)非常低，以至在罐頭食品生產(chǎn)和貯存條件下菌數(shù)不會有明顯的變化。也就是說在罐頭食品中可能殘存有嗜熱微生物，只不過在貯存過程中由于不適宜的pH、Eh或溫度使其不能在產(chǎn)品中生長。
應用前景
（1）在基因工程中，它可以為基因工程菌的建立提供特異性基因。此外，從嗜熱菌提取出來的一些耐高溫酶類，如DNA聚合酶，也是生物工程*的重要工具。
（2）在發(fā)酵工業(yè)中，可以利用其耐高溫特性，提高反應溫度，增大反應速度，減少中溫雜菌污染的機會，而且發(fā)酵過程不需冷卻，可省去深井水的消耗。
（3）嗜熱菌對某些礦物有特殊的浸溶能力，對某些金屬具有較強的耐受能力。利用這類微生物，為礦產(chǎn)資源開發(fā)提供了有希望的前景。
3、嗜冷微生物
耐冷菌和嗜冷菌
冷適應微生物可根據(jù)其生長溫度特性分為兩類：一類是必須生活在低溫條件下且zui高生長溫度不超過20℃，zui適生長溫度在15℃，在0℃可生長繁殖的微生物稱之為嗜冷菌。另一類其zui高生長溫度高于20℃，zui適溫度高于15℃，在0～5℃可生長繁殖的微生物稱之為耐冷菌。這兩類微生物的生態(tài)分布和適應低溫的分子機制存在一定差異。在豐富底物存在條件下，嗜冷菌在0℃的生長要超過耐冷菌。嗜冷菌只能在較窄的溫度范圍內生長，而耐冷菌則能在較寬的溫度范圍內生長。
冷環(huán)境
嗜冷菌分布于極地、冰窖、高山、深海、冷凍土壤等區(qū)域。從這些環(huán)境中分離的主要嗜冷微生物有針絲藻和微單胞菌等。
耐冷菌比嗜冷菌分布更加廣泛。可從儲存在冰箱中的肉、奶、蘋果汁、蔬菜和水果中分離它們，耐冷菌的存在往往是造成低溫保藏食品腐敗的主要根源。食品低溫保藏一般在7℃以下，通常是0～7℃之間，在此溫度生長并污染食品的主要是革蘭氏陰性菌如單核李斯特菌、沙門氏菌、微單胞菌和弧菌等，在低于-18℃的凍藏溫度下，酵母和霉菌比細菌更有可能生長。在食品中微生物生長的zui低溫度記錄是-34℃，它是一種紅色酵母。
應用前景
盡管嗜冷微生物有時會引起低溫保藏食品腐敗，甚至產(chǎn)生細菌毒素。但它們能在低溫條件下即可對污染物進行降解和轉化，使其在工業(yè)和日常生活中具有許多潛在的應用價值。如：低溫發(fā)酵可產(chǎn)生出許多風味食品，且可節(jié)約能源及減少嗜溫菌的污染；分離自嗜冷菌的脂酶、蛋白酶及β-半乳糖苷酶在食品工業(yè)和洗滌劑中具有很大潛力；從海洋嗜冷菌分離的生物活性物質可用于醫(yī)藥和食品等。此外，生命起源于海洋，因此，研究海洋嗜冷菌有可能為生命起源和進化提供有意義的證據(jù)。
4、耐輻射微生物
耐輻射微生物
耐輻射微生物只是對高輻射環(huán)境更具耐受性，而不是對輻射有特別嗜好?？偟膩碚f，革蘭氏陽性菌強得多。芽孢菌的耐輻射力遠大無芽孢菌。A型肉毒梭狀芽孢桿菌的芽孢是能有梭狀孢子中耐輻射能力zui強的一種。革蘭氏陰性菌中，不動桿菌屬存在一些*耐輻射種。革蘭氏陽性球菌是非芽孢中抗性zui強的一類，包括微球菌、鏈球菌和腸球菌。要特別提及的是，一種對輻射有極度耐性的奇異球菌屬，該屬包含4個種都是非芽孢菌中耐輻射zui強的。該菌形態(tài)特征隨生長期而變化，即對數(shù)生長期，細菌呈二連體，而在穩(wěn)定期，絕大多數(shù)細菌呈四疊體。
高輻射環(huán)境
1956年美國的教授在俄勒岡經(jīng)大劑量輻射滅菌的肉罐頭中分離出耐輻射奇異球菌。此后，又從以殺菌為目的進行輻射處理食品、醫(yī)療器械或飼料等樣品中，分離出各種耐輻射細菌。如從牛肉糜、豬肉香腸、動物皮、動物糞便、淡水、黑斑鱈中以及棉花和土壤中分離Deinococci。我國報道在放射性元素環(huán)表面有抗輻射細菌存在。
應用前景
研究耐輻射菌DNA損傷與修復系統(tǒng)具有非常重要的價值。它可能為解決日益嚴重因輻射過量所致疾病的治療提供新的線索。另一方面，輻射滅菌已被確定為一種理想的冷殺菌方式，而耐輻射菌是保藏食品腐敗的主要原因。