微生物技术在乳制品加工中的应用.docx
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微生物技术在乳制品加工中的应用
微生物技术在乳制品加工中的应用
摘要
随着科学技术的进步，微生物技术也得到了长足的发展，并在生物与食品领域得到不断的应用，尤其是在食品的加工领域，微生物技术得到广泛的应用，主要包括是食品生产和食品检验，尤其是在乳制品的加工和检验中，微生物技术必不可少。
在乳制品的生产中，我们既需要通过发酵和培养来进行一定形式的乳制品生产，也必须严格控制其中的微生物污染情况；在微生物的检验过程中，更加需要严格检测其中的各种微生物含量，以确保其具有足够的营养价值并不会损害人体健康。
本文先介绍微生物技术的起源与发展，并对其中的一些关键技术进行介绍，结合实际乳制品的生产需要，分别从生产和检验的角度，探讨乳制品生产中使用的微生物技术，最后，结合现今微生物领域的前沿技术，对乳制品生产的未来趋势做出展望。
关键词：
微生物技术、乳制品生产和检验、微生物污染。
THEAPPLICATIONOFMICROBIALTECHNOLOGYINTHEDAIRYPROCESSING
ABSTRACT
Withtheprogressofscienceandtechnology,microbialtechnologyhasalsobeenconsiderablydevelopedandusedinthefieldofbiologicalandfoodconstantly,especiallyinthefieldoffoodprocessing,microbialtechnologyhasbeenwidelyused,includingfoodproductionandfoodexamination,especiallyinthedairyprocessingandexamination,microbialtechnologyisessentialtotheproductionofdairyproducts.Intheprocessingofdairyproducts,weneedtonotonlyprocessparticularformofdairyproductionsthroughmicrobialfermentationandculture,butalsostrictlycontrolthemicrobialpollution;inthemicrobialexaminationprocess,wemustmorerigorouslytestthecontentofkindsofmicrobiologicaltoensurethatithasenoughnutritionalvalueandwillnotharmhumanhealth.
Thisarticlefirstdescribestheoriginanddevelopmentofmicrobialtechnology,andintroducessomeofthekeytechnologies,secondcombinedwithactualdairyproductionneeds,discusstheuseofmicrobialtechnologyinthedairyprocessingtechnologyfromtheperspectiveofprocessingandexamination,Finally,withthecombinationoftoday'smicrobialfield’scutting-edgetechnology,makeaoutlookoffuturetrendsofdairyprocessing.
Keywords:
MicrobialTechnology,Dairyprocessingandexamination,Microbialpollution.
目录
第一章绪论1
1.1微生物学的起源与发展1
1.2微生物技术在各行各业中的应用情况1
第二章微生物技术基本原理和主要技术2
1、微生物的定义与特点2
2、微生物的分类2
3、微生物的生长规律2
4、影响微生物生长的因素4
5、主要的微生物技术5
第三章微生物技术在乳制品生产中的应用讨论7
1、原料奶中的微生物控制7
2、乳制品加工中微生物控制8
3、乳制品的微生物检测10
第四章结束语12
谢辞13
参考文献14
第一章绪论
早在生物起源的最初，微生物便出现在地球上，在生物的进化过程中，微生物始终存在，并占据生物这个大群体的半壁江山，作为生命体中种类最多的存在，微生物多自然界以及人类社会的影响极其重大，一个生命的命运，很大程度上都取决于与其相关的微生物，虽然微生物作为地球上最古老的存在，但人们对微生物的真正认识却是从近代才开始。
1.1微生物学的起源与发展
人类很早就开始利用微生物的许多特性为人类的生产．生活服务，并认识到许多疾病是由一些小的生物传播。
真正观察到微生物存在于17世纪，荷兰人吕义虎克发现了微生物，并确定了细菌的三种基种基本形状：
球菌．杆菌和螺旋菌，为微生物学奠定了基础，被称为显微技术之父。
18世纪末英国医生琴约发明了种牛痘预防天花的方法，比以前用人痘接种安全得多，开创了近代免疫学一个非常成功的先例。
19世纪是近代微生物学发展非常迅速的一个时期，法国科学家巴斯德证明发展和腐败是微生物作用的结果，而不是发酵发生了微生物，他发明的巴氏消毒法至今仍然广泛用于各种液态食品的工业化生产，被称为现代微生物学之父。
德国生物学家科赫创建了分离培养，接种和染色等系列微生物学技术。
1892年俄国学者伊万诺夫基发现了比细菌更小，在普通光学显微镜下看不到而且能通过细菌过滤器的微生物－－病毒，
20世纪80年代末发现了一种迄今为止最为简单的生命形式－朊病毒，而且加深了对原有微生物种群之间亲缘关系的认识，对这些奇特生命形式的认识，使人类对生命的起源及演化过程有更清析的了解。
1.2微生物技术在各行各业中的应用情况
随着微生物学的不断发展，微生物技术在各行各业得到广泛应用，除了需要大量用到微生物技术的医药业、食品生产与加工行业外，农业、工业领域也越来越多地用到微生物技术。
医药行业中，制药和医疗方面广泛地用到微生物技术，医疗方面的功能肽等也是通过微生物获得；在工业领域比如酶制剂等基本都是通过微生物发酵提纯获得的，而我们日常生活中的很多食品和饮料都是通过微生物发酵获得，在农业方面，畜牧方面的活菌制剂、酶制剂、蛋白都是通过微生物手段获得。
第二章微生物技术基本原理和主要技术
1、微生物的定义与特点
微生物的定义:
一群体形微小结构简单，肉眼看不见，只能借助光学显微镜，由于显微镜放大数百倍，千倍，万倍，才能观察到的微小生物.
微生物的主要特点：
1.个体微小；由微生物的定义可以看出，微生物的个体微小，微生物仅仅依靠人类的肉眼是无法看清楚的，一般的微生物的长度都要小于0.1mm，目前为止人类发现的最大的微生物是1985年Fishelson、Montgomery及Myrberg三人发现一种生长于红海水域中的热带鱼（名叫surgeonfish）的小肠管道中的微生物，长约200～500μm，最长可达600μm，而目前为止发现的最小的微生物是支原体，它是一类介于细菌和病毒之间的单细胞微生物。
地球上已知的能独立生活的最小微生物，大小约为100纳米。
2.结构简单；微生物大多是单细胞结构生物，有的连细胞结构都没有，真核类的微生物由细胞膜、细胞质和细胞核组成，原核类的微生物则不具有细胞核结构，而像病毒等微生物则仅仅是由蛋白质分子组成。
3.繁殖迅速；大多数微生物的繁衍方式是通过分裂完成，在适宜条件下，多数细菌繁殖速度极快，分裂一次需时仅20～30分钟。
一个细菌群体的繁殖在经历了短暂的迟缓期之后就会进入对数期，进入对数期的细菌以几何级数增长，在短短的几个小时之内，细菌群体中细菌的数量会迅速壮大。
4.代谢旺盛；由于微生物的表面积和体积比较大、与外界的物质交换迅速等原因，微生物的新陈代谢速度要远远快于高等动植物的代谢速度。
5.分布广泛；微生物在地球上几乎是无所不在的，在自然界的各个角落都遍布着各类的微生物，据研究发现在普通生物难以生存的深海和火山灰中，也存在生命力十分顽强的微生物。
6.容易变异。
微生物的变异十分迅速，例如导致人体病变的各类病毒，尽管抑制病毒滋生的药物层出不穷，但新的难以对付的变种病毒不断地变异出现，微生物在这样的变异过程中不断地进化，新的种类的微生物也在这样的变异中不断诞生。
2、微生物的分类
微生物根据其结构形态分为：
1.属于原核生物的真细菌（细菌、放线菌、立克次体、衣原体、支原体等）和古细菌。
此类微生物的细胞结构中没有细胞核和细胞器。
2.属于真核生物的藻类、酵母菌、霉菌、大型真菌和原生动物，真核生物的细胞结构包含细胞核、细胞膜和细胞质。
3.属于非细胞形态的微生物（主要有病毒、噬菌体及湲病毒），此类微生物通常由核酸和衣壳蛋白组成。
3、微生物的生长规律
微生物的营养要求1.水；2.碳源；3.氮源；4.矿物元素；5.生长因子（氨基酸、嘌呤）。
大多数细菌的繁殖速度都很快，大肠杆菌在适宜条件下，每20分钟左右便可分裂一次，如果始终保持这样的繁殖速度，一个细菌在48小时内，其子代群体将达到无法想象的数量。
然而，实际情况并非如此。
将少量单细胞纯培养接种到一恒定容积的新鲜液体培养基中，在适宜的条件下培养，定时取样测定其细菌含量，可以看到以下现象：
开始有一短暂时间，细菌数量并不增加，随之细菌数目增加很快，既而细菌数又趋稳定，最后逐渐下降。
如果以培养时间为横坐标，以细菌数目的对数或生长速度为纵坐标作图，可以得到一条曲线，称为繁殖曲线，通常又称为生长曲线。
生长曲线代表了细菌在新的适宜的环境中生长繁殖直至衰老死亡全过程的动态变化。
根据细菌生长繁殖速率的不同，可将生长曲线大致分为延迟期、对数期、稳定期和衰亡期四个阶段。
（1）延迟期：
少量细菌接种到新鲜培养基后，一般不立即进行繁殖，生长速度近于零。
因此在开始一段时间，细菌数几乎保持不变，甚至稍有减少。
这段时间被称为延迟期，又称为迟缓期、调整期或滞留适应期。
处于延迟期细菌细胞的特点是分裂迟缓、代谢活跃。
延迟期的长短与菌种、种龄、接种量和培养基成分有关。
（2）对数期：
对数期又称指数期。
这一阶段突出特点是细菌数以几何级数增加，代时稳定，细菌数目的增加与原生质总量的增加，与菌液混浊度的增加均呈正相关性。
（3）稳定期：
又称恒定期或最高生长期。
处于稳定期的微生物，新增殖的细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，整个培养物中二者处于动态平衡，此时生长速度又逐渐趋向零。
稳定期的细胞内开始积累贮藏物，如肝糖、异染颗粒、脂肪粒等，大多数芽孢细菌也在此阶段形成芽孢。
如果为了获得大量菌体，就应在此阶段收获，因这时细胞总数最高；这一时期也是发酵过程积累代谢产物的重要阶段，某些放线菌抗生素的大量形成也在此时期。
（4）衰亡期：
稳定期后如再继续培养，细菌死亡率逐渐增加，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”，此阶段叫衰亡期。
图2：
细菌生长的典型曲线
（Ⅰ.延迟期，Ⅱ.对数期，Ⅲ.稳定期，Ⅳ.衰亡期）
4、影响微生物生长的因素
影响微生物生长的因素很多，主要有一下几个方面
（1）温度。
温度是影响有机体生长与存活的最重要的因素之一。
它对生活机体的影响表现在两方面：
一方面随着温度的上升，细胞中的生物化学反应速率和生长速率加快。
在一般情况下，温度每升高10℃，生化反应速率增加一倍；另一方面，机体的重要组成如蛋白质、核酸等对温度都较敏感，随着温度的增高而可能遭受不可逆的破坏。
因此，只有在一定范围内，机体的代谢活动与生长繁殖才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影响，如再继续升高，则细胞功能急剧下降以至死亡。
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。
各种微生物都有其生长繁殖的最低温度、最适温度、最高温度和致死温度。
（2）酸碱度。
环境中的酸碱度通常以氢离子浓度的负对数即pH值来表示。
环境中的pH值对微生物的生命活动影响很大，主要作用在于：
引起细胞膜电荷的变化，从而影响了微生物对营养物质的吸收；影响代谢过程中酶的活性；改变生长环境中营养物质的可给性以及有害物质的毒性。
微生物在基质中生长，代谢作用改变了基质中氢离子浓度。
随着环境pH值的不断变化，微生物生长受阻，当超过最低或最高pH值时，将引起微生物的死亡。
为了维持微生物生长过程中pH值的稳定，配制培养基时要注意调节pH值，而且往往还要加入缓冲物以保证pH在微生物生长繁殖过程中的相对稳定。
（3）氧化还原电位。
氧化还原电位（Φ）对微生物生长有明显影响。
环境中Φ值与氧分压有关，也受pH的影响。
pH值低时，氧化还原电位高；pH值高时，氧化还原电位低。
（4）辐射。
辐射是指通过空气或外层空间以波动方式从一个地方传播或传递到另一个地方的能源。
它们或是离子或是是电磁波。
电磁辐射包括可见光、红外线、紫外线、X射线和Υ射线等。
（1）紫外辐射紫外线是非电离辐射，以波长265-266纳米的杀菌力最强。
紫外辐射对微生物有明显的致死作用，是强杀菌剂，紫外杀菌灯管在医疗卫生和无菌操作中广泛应用。
由于紫外线穿透能力差，不易透过不透明的物质，故紫外杀菌灯只适用于空气及物体表面消毒。
（2）电离辐射X射线与α射线、β射线和Υ射线均为电离辐射。
在足够剂量时，对各种细菌均有致死作用。
常用于一次性塑料制品的消毒，也用于食品的消毒。
（5）渗透压。
适宜于微生物生长的渗透压范围较广，而且它们往往对渗透压有一定的适应能力。
突然改变渗透压会使微生物失去活性，逐渐改变渗透压，微生物常能适应这种改变。
对一般微生物来说，它们的细胞若置于高渗溶液中，水将通过细胞膜从低浓度的细胞内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。
相反，若将微生物置于低渗溶液或水中，外环境中的水将从溶液进入细胞内引起细胞膨胀，甚至使细胞破裂。
（6）超声波。
超声波具有强烈的生物学作用。
超声波的作用是使细胞破裂，所以几乎所有的微生物都能受其破坏，其效果与频率、处理时间、微生物种类、细胞大小、形状及数量等均有关系。
（7）重金属及其化合物。
一些重金属离子是微生物细胞的组成成分，当培养基中这些重金属离子浓度低时，对微生物生长有促进作用，反之会产生毒害作用；也有些重金属离子的存在，不管浓度大小，对微生物的生长均会产生有害或致死作用。
因此，大多数重金属及其化合物都是有效的杀菌剂或防腐剂。
其作用最强的是Hg、Ag和Cu。
如：
二氯化汞又名升汞，是杀菌力极强的消毒剂。
0.1-1%浓度的硝酸银常用于皮肤的消毒。
（8）有机化合物。
对微生物具有有害效应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。
（9）干燥。
水分是微生物的正常生命活动必不可少的。
干燥会导致细胞失水而造成代谢停止以至死亡。
微生物的种类，环境条件，干燥的程度等均影响干燥对微生物的效果。
休眠孢子抗干燥能力也很强，在干燥条件下可长期不死，这一特性已用于菌种保藏，如用砂土管来保藏有孢子的菌种。
在日常生活中也常用烘干、晒干和熏干等方法来保存食物。
（10）卤族元素及其化合物。
碘：
是强杀菌剂。
3-7%碘溶于70-83%的乙醇中配制成碘酊，是皮肤及小伤口有效的消毒剂。
碘一般都作外用药。
氯气或氯化物：
这是一类最广泛应用的消毒剂。
氯气一般用于饮水的消毒，次氯酸盐等常用作食品加工过程中的消毒。
氯气和氯化物的杀菌机制，是氯与水结合产生了次氯酸（HClO），次氯酸易分解产生新生态氧，这是一种强氧化剂，对微生物起破坏用。
（11）表面活性剂。
具有降低表面张力效应的物质称为表面活性剂。
这类物质加入培养基中，可影响微生物细胞的生长与分裂。
如肥皂、漂白粉、洗衣粉等。
（12）染料。
特别是碱性染料，在低浓度下可抑制细菌生长。
由于这些染料具有选择性抑菌的特点，故常在培养基中加入低浓度的染料配制成选择培养基。
例如：
碱性三苯甲烷染料，包括孔雀绿、亮绿、结晶紫等，对革兰氏阳性菌有很强的抑制作用。
（13）化学疗剂。
能直接干扰病原微生物的生长繁殖并可用于治疗感染性疾病的化学药物即为化学疗剂。
它能选择性地作用于病原微生物新陈代谢的某个环节，使其生长受到抑制或致死。
但对人体细胞毒性较小，故常用于口服或注射。
化学疗剂种类很多，按其作用与性质又分为抗代谢物和抗生素等。
5、主要的微生物技术
微生物主要技术包括微生物的形态观测技术、微生物的培养技术、微生物的生长鉴定技术、微生物的选育技术、微生物的菌种保藏技术、环境微生物及其检测技术。
由于篇幅的限制，下面对微生物技术包含的几个方面作简要介绍。
（1）微生物的形态观测技术。
微生物的形态观测可以通过肉眼观察和借助光学或电子显微镜观察。
在平板或斜面培养基上生长的菌会形成具有特殊色泽的菌落，可以通过肉眼观察菌株的形态和色泽等特征；光学显微镜观察法先将微生物样品制作成标本，制作成标本后将标本染色，把标本放置在光学显微镜上来观察微生物的形态，其中涉及到标本的制作及染色等技术；电子显微镜使用的是比光波更短的电子波来观察，故电子显微镜可以观测到比光学显微镜更小的物体，由于电子显微镜的作用原理与光学显微镜不同，电子显微镜观察法标本的制作和观察与光学显微镜有较大的区别。
（2）微生物的培养技术。
微生物的培养是给微生物提供特定的培养基，并控制微生物的生长环境来完成微生物的增殖的过程。
培养基供微生物、动植物组织生长和维持用的人工养料，一般的培养基都包含碳水化合物、含氮物质、无机盐以及维生素和水，不同微生物所需要的培养基的配制原料不同，贮存方法也稍有不同；微生物的培养过程中还需要控制微生物的培养环境，如温度的控制、含氧量的控制等。
（3）微生物的鉴定技术。
微生物的鉴定技术主要包括形态结构和培养特性观察，生理生化试验，血清学试验等。
形态结构观察主要是通过染色，在显微镜下对其形状、大小、排列方式、细胞结构（包括细胞壁、细胞膜、细胞核、鞭毛、芽孢等）及染色特性进行观察，直观地了解细菌在形态结构上特性，根据不同微生物在形态结构上的不同达到区别、鉴定微生物的目的。
养特征包括以下内容：
在固体培养基上，观察菌落大小、形态、颜色（色素是水溶性还是脂溶性）、光泽度、透明度、质地、隆起形状、边缘特征及迁移性等。
在液体培养中的表面生长情况（菌膜、环）混浊度及沉淀等。
半固体培养基穿刺接种观察运动、扩散情况。
微生物生化反应是指用化学反应来测定微生物的代谢产物，生化反应常用来鉴别一些在形态和其它方面不易区别的微生物。
因此微生物生化反应是微生物分类鉴定中的重要依据之一。
血清学反应是指：
相应的抗原与抗体在体外一定条件下作用，可出现肉眼可见的沉淀、凝集现象。
在食品微生物检验中，常用血清学反应来鉴定分离到的细菌，以最终确认检测结果。
（4）微生物的分离技术。
微生物的分离，不仅是把混杂的各类微生物有效地分开，得到纯种，更重要的是依着生产实际的要求，有的放矢、快速、准确地将能产生所需产物，或具有某种生化反应性能的微生物，从大量的微生物中挑选出来.有时是设计一种在分离阶段便能识别所需微生物的方法，更多的是利用特定的方法分离，获得所需微生物后，再进行识别。
为了使获得的微生物能满足工业生产的需要，须考虑各种性能指标。
因此，微生物分离和筛选的方法和策略就十分重要。
一般的微生物分离纯化和筛选步骤可分为采样、增殖与分离、发酵与性能测定等几个步骤。
（5）微生物的菌种保藏技术。
微生物的菌种保藏技术的基本原理是在挑选优良纯培养物并使其处于休眠状态基础上，人为地创造一个有利于休眠的环境，使其长期保存后仍能保持菌种原有的优良特性。
基本措施是低温、真空和干燥。
常用的保藏法有定期移植法、液体石蜡法、真空冷冻干燥法、低温冻结法以及液氮超低温冻结法。
（6）环境微生物及其检测技术。
环境微生物指的处在自然环境中的微生物，环境微生物技术是利用微生物技术进行环境保护，目前环境微生物技术用于废水处理、固体废物处理、废气处理、土壤微生物修复；生物能源技术；农业、工业技术和环境检测等方面。
第三章微生物技术在乳制品生产中的应用讨论
1、原料奶中的微生物控制
原料奶指的是刚从奶牛身上挤下来的牛奶，这样的牛奶是不可以饮用的，在原料奶的生产过程中，会产生大量的微生物，原料奶中的微生物来源主要有
（1）牛体污染。
牛体污染包括挤乳环境的污染、尘埃和牛粪、奶牛的清洗程度、奶牛的乳房污染。
（2）环境污染。
环境污染包括空气质量、挤乳用具和盛乳容器污染、饲料的污染和一些其他的环境污染。
（3）疾病产生的污染。
疾病产生的污染主要来源于奶牛乳腺炎而导致的鲜奶污染。
原料奶在存储过程中，其中是微生物含量是不断变化的，在新鲜的牛乳中，含有大量的抗菌性物质，这些抗菌性物质会有效的抑制细菌的生长和繁殖，鲜乳放置室温环境中，在两个小时内并不会出现变质的现象。
在鲜奶的抑制期过后，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，其中尤以乳链球菌生长繁殖特别旺盛，形成乳液的酸度不断升高，就抑制了其他腐败细菌的活动。
当酸度升高至一定限度时（PH4.5）乳链球菌本身就会受到抑制，会逐渐减少，并有乳液凝块出现。
当酸度继续升高至pH值3.5-3时，绝大多数微生物被抑制甚至死亡，仅酵母和霉菌尚能适应高酸性的环境，并能利用乳酸及其他一些有机酸。
由于酸的被利用，乳液的酸度就会逐渐降低，使乳液的pH值不断上升接近中性。
在乳液中的乳糖含量已大量被消耗，在乳中仅是蛋白质和脂肪尚有较多的量存在。
适宜于具有分解蛋白质的细菌和能分解脂肪的细菌能在其中生长繁殖，这样就产生了乳凝块被消化（液化），乳液的PH值逐步提高，向碱性转化，并有腐败的臭味产生。
这时的腐败菌大部分属于芽孢杆菌属、假单胞菌属以及变形杆菌属中的一些细菌。
因此，在乳与乳制品的生产过程中，原料乳、半成品、成品都很容易被微生物所污染，常见的微生物包括有细菌、酵母、霉菌等三大类。
图1原料奶的运输过程
原料奶中包含的细菌包括耐热性细菌和低温细菌，由于耐热性细菌在牛乳的低温储藏时，其生长、繁殖受抑制，所以，原料奶中的细菌控制以控制嗜冷菌含量为主。
IDF提出，在20。
C下能繁殖的细菌叫嗜冷菌。
在乳品工业中主要的菌属如下：
（1）假单胞菌（重员菌）
（2）产气杆菌
（3）芽胞菌
特性：
在很低的温度下也能良好生长，最适生长温度5—25。
C，35。
C以上不能生长。
分布很广。
若原料乳中的嗜冷菌含量超过106cfu/mL，则该牛乳就会含有大量的蛋白酶和脂肪酶，这些酶经过UHT杀菌处理后仍可以存活。
牛乳中荧光假单胞菌含量超过8×106cfu/mL时，在10—12d就会出现后凝胶现象。
因此原料乳的嗜冷菌应控制在一定的范围之内。
奶站和运输环节可通过设备的清洗消毒有效制冷等来控制污染.乳品厂环节可以通过有效的杀菌，杀菌机后续设备的卫生，无菌罐装环境（封闭式，保持正压）等来控制.但最难以控制的是原料乳的质量，也就是在奶户或牧场这一环节。
嗜冷菌对原料奶产生的影响有：
产生苦味和异臭，产生耐高温酶类。
一下是在不同温度保藏下嗜冷菌对牛乳苦味的影响：
表15ºC保藏下嗜冷菌对牛乳苦味的影响
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8
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P.f菌数/ml
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