食品的生物性污染与食品的腐败变质
生物性污染包括微生物、寄生虫和昆虫污染。其中，微生物污染（主要包括细菌与细菌毒素、霉菌与霉菌毒素污染）对食品安全和人们的影响最大，并且微生物污染也是导致食品腐败变质的主要原因。
（一）食品的细菌污染及其预防
自然界中存在大量细菌，其中一少部分细菌可存在于食品中。食品中存活的细菌被称为食品细菌，其中绝大多数是非致病菌。这些细菌是评价食品卫生质量的重要指标，也是研究食品腐败变质的原因、过程和控制方法的主要对象。
1.常见的食品污染菌
食品中常见的细菌既有革兰氏阳性菌，也有革兰氏阴性菌。
假单胞菌属是典型的革兰氏阴性无芽胞杆菌，需氧，嗜冷兼或嗜盐，广泛分布于蔬菜、肉、家禽和海产品中，是导致新鲜的冷冻食物腐败的重要细菌。微球菌属和葡萄球菌属均为革兰氏阳性球菌，因对营养要求较低而成为食品中极为常见的菌属，可分解食品中的糖类并产生色素。芽胞杆菌属和梭状芽胞杆菌属为革兰氏阳性菌，是肉类及罐头食品中常见的腐败菌。肠杆菌科为革兰氏阴性无芽胞杆菌，多与水产品、肉及蛋的腐败有关。肠杆菌科中除志贺氏菌属于沙门氏菌属之外，其他均是常见的食品腐败菌。大肠埃希氏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。弧菌属和黄杆菌属均为革兰氏阴性菌，兼性厌氧，主要来自海水或淡水，可在低温和5%食盐中生长，故为鱼类及水产品中常见的腐败菌。嗜盐杆菌属和嗜盐球菌属均为革兰氏阴性需氧菌，嗜盐，能在含高浓度食盐（至少为12%）的食品中生长，多见于成鱼、成肉等盐腌制食中。乳杆菌属为革兰氏阳性菌，主要见于乳制品中，易导致乳制品腐败变质。
2.细菌性污染预防要点
（1）加强防止食品污染的宣传教育，应在食品生产、加工、贮存、销售过程以及食用前的各个环节中保持清洁卫生，防止细菌对食品的污染。
（2）合理贮藏食品，控制细菌生长繁殖。
（3）采用合理的烹调方法，彻底杀灭细菌。
（4）细菌学监测。常使用的监测指标有食品中的菌落总数（Colony Forming Units，CFU）、大肠菌群、致病菌等。
3.食品细菌污染指标及其卫生学意义
评价食品卫生质量的细菌污染指标常用菌落总数和大肠菌群表示。
（1）菌落总数
菌落总数是指被检测样品单位重量（g）、单位容积（mL）或单位表面积（cm2）内，所含有的能在严格规定的条件下（培养基、pH、培养温度与时间、计数方法等）培养生长的细菌菌落总数。食品中的菌落总数可作为判断食品清洁状态的标准，并以此预测食品的耐保藏性。食品中的细菌在繁殖过程中可分解食物成分，所以食品中细菌数量越多，食品腐败变质的速度就越快。
食品中的细菌主要来自食品生产、运输、贮存、销售各个环节的外界污染，食品中细菌的多少可反映出食品卫生质量和食品卫生措施落实情况。我国和许多国家的食品卫生标准中均规定了各类食品的菌落总数最高允许限量，以提高食品的清洁状态。
（2）大肠菌群
大肠菌群包括肠杆菌科的埃希菌属、柠檬酸杆菌属和克雷伯菌属。这些菌属的细菌是直接或间接来自人和温血动物的肠道，需氧与兼性厌氧，不形成芽孢，在35～37℃下能发酵乳糖产酸产气的革兰氏阴性杆菌，仅有极个别菌种例外。大肠菌群现已被包括我国在内的多数国家用作食品卫生质量鉴定指标。食品中检测出大肠菌群，表明食品曾受到人和动物粪便的污染。但大肠菌群是嗜中温菌，5℃以下基本不能生长，所以对于低温菌占优势的水产品，特别是冷冻食品不适用。近年来有研究将肠球菌（链球菌科）作为粪便污染指示菌。
（二）食品的真菌与真菌毒素污染及其预防
霉菌是丝状体比较发达的小型真菌，在自然界中分布很广。霉菌生长的营养要求比较低，所以非常容易在各种食物中大量繁殖，以花生、玉米最常见。霉菌污染食品可使食品的食用价值降低，甚至完全不能食用。
1.真菌与真菌毒素概述
真菌是一类不含叶绿素，无根、茎、叶分化，具有细胞壁的真核细胞型微生物。真菌广泛分布于自然界并可作为食品中正常菌相的一部分，某些真菌可被用来加工食品，但某些情况下也会造成食品的腐败变质。部分真菌的代谢产物具有剧烈的毒性，因此被称为真菌毒素，可对人及动物产生毒性，一次性摄入含大量真菌毒素的食物常会发生急性中毒，而低剂量长期摄入含真菌毒素的食物则会导致慢性毒性（包括致癌、致畸和致突变等）。主要产毒的真菌有曲霉菌属、青霉菌属、镰刀菌属，主要包括的真菌毒素有200多种，比较重要的有黄曲霉毒素、赫菌毒素、杂色曲霉毒素等，其中黄曲霉毒素的毒性和致癌性均最强。
真菌产毒的条件与以下几个因素密切相关。①营养成分：营养丰富的食品中真菌生长的可能性大，真菌在天然食品上比在人工合成的培养基上更易繁殖。但不同的真菌菌种易在不同的食品中繁殖，即各种食品中出现的真菌以一定的菌种为主，例如，玉米与花生中黄曲霉及其毒素检出率高，镰刀菌及其毒素主要污染小麦和玉米，青霉菌及其毒素主要在大米中出现。②食品中的水分：食品水分含量对真菌的繁殖与产毒具有重要的作用。以最易受真菌污染的粮食为例，粮食水分为17%～18%是真菌繁殖和产毒的最佳条件。一般来说，粮食类中的水分在14%以下，大豆类在11%以下，干菜和干果品在30%以下，微生物是较难生长的。③湿度和温度：在不同的相对湿度中，易于繁殖的真菌不尽相同。对于不同种类的真菌，其最适温度也不一样。大多数真菌繁殖最适宜的温度为25～30℃，在0℃以下或30℃以上时，产毒能力会减弱或消失。
2.食品的黄曲霉毒素污染
黄曲霉毒素（Aflatoxin，AF）是结构相似的一类化合物，是由黄曲霉和寄生曲霉产生的一类代谢产物，具有极强的毒性和致癌性。早在1960年英国苏格兰火鸡饲料中毒事件中，就已经从鸡饲料中的发霉花生粉中分离出了黄曲霉菌，1961年经动物实验证明，用污染了黄曲霉的花生粉喂养大鼠可诱发大鼠肝癌，并于1962年进一步从中鉴定出了致癌物，命名为黄曲霉毒素。
（1）黄曲霉毒素的危害
黄曲霉毒素毒性很强，即使微量污染食物，也容易导致严重危害。这些危害主要包括以下三点。①急性毒性：黄曲霉毒素是剧毒物质，对鱼、鸡、鸭、大鼠、豚鼠、兔、猫、狗、猪、牛、猴及人均有强烈毒性，以最敏感的雏鸭为例，黄曲霉毒素B1的LD50[1]为0.24 mg/kg体重。黄曲霉毒素属于肝脏毒，除了会抑制肝细胞DNA、RNA的合成之外，还会抑制肝脏蛋白质的合成，一次口服中毒剂量后，2～3天可出现肝实质细胞坏死、胆管上皮增生、肝脂肪浸润及肝出血等急性病变。②慢性中毒：长期少量持续摄入黄曲霉毒素可引起慢性毒性，主要表现为动物生长障碍，肝脏出现亚急性或慢性损伤。慢性中毒会使肝功能改变，可见血中转氨酶、碱性磷酸酶、异柠檬酸酶的活力升高和球蛋白含量升高，白蛋白、非蛋白氮、肝糖原和维生素A降低。肝脏组织学检查可见到肝实质细胞坏死、变性、胆管上皮增生、肝纤维细胞增生、形成再生结节，甚至肝硬化等慢性损伤等。③致癌性：长期少量投服或短期摄入较大剂量的黄曲霉毒素，在大鼠、小鼠、豚鼠、雪貂、鳟鱼、鸭雏、狗、猫、兔、猴身上都能诱发出实验性肝癌。黄曲霉毒素诱发肝癌的能力比二甲基亚硝胺大75倍，是目前公认的最强化学致癌物质。
（2）预防黄曲霉毒素污染的卫生学措施
预防黄曲霉毒素污染和危害的要点主要是防霉、去毒、制定食品中黄曲霉毒素限量标准，以防霉为主。
①防霉：食品中霉菌生长繁殖的条件，主要为适宜的湿度、温度和氧气，尤以湿度最为重要。所以控制粮食中的水分是防霉的关键。在收获粮食后，必须迅速将其水分含量降至安全水分以下，所谓安全水分，就是使粮食不易发霉的最高水分含量。不同的粮食其安全水分不同，例如，一般粮粒的含水分在13%以下，玉米在12.5%以下，花生在8%以下，霉菌不易生长繁殖。粮食入仓之后，应注意通风，保持粮库内干燥。采用除氧充氮的方法对防霉也有较好的效果。
②去毒：粮食被污染后，可采用下列几种方法去毒。挑出霉粒——对花生、玉米去毒效果较好。研磨加工——发霉的大米加工成精米，可降低毒素含量，并进一步加水反复搓洗、加碱或用高压锅煮饭。加碱破坏——适用于含黄曲霉毒素较高的植物性油脂。吸附去毒——在含毒素的植物性油脂中加入活性白陶土或活性炭等吸附剂，经搅拌、静置，毒素可被吸附而去除。生物学解毒法——橙色黄杆菌可使花生油、花生、花生酱以及玉米等食品中的黄曲霉毒素全部且迅速地遭到破坏。
③制定食品中黄曲霉毒素限量标准：制定各食品中黄曲霉毒素的限量，使各种食品中的黄曲霉毒素的实际含量均在限量标准以下。这是控制黄曲霉毒素对人体危害的重要措施。我国主要食品中黄曲霉毒素B1限量标准如下：玉米、玉米油、花生、花生油不得超过20μg/kg；大米及其他食用油不得超过10μg/kg；其他粮食、豆类、发酵食品不得超过5μg/kg；乳制品及特殊膳食用食品不得超过0.5μg/kg。
（三）食品的腐败变质
食品的腐败变质是指食品在一定环境因素影响下，由微生物的作用而使食品成分和感官性状发生改变并失去食用价值的一种变化。引起食品腐败变质的常见细菌主要有假单胞菌属、微球菌属与葡萄球菌属、芽孢杆菌属与芽孢梭菌属、肠杆菌、弧菌属、嗜盐杆菌属与嗜盐球菌属、乳杆菌属。
1.食品腐败变质的原因
（1）食品本身的组成和性质
许多食品本身就是动植物组织的一部分，在宰杀或收获后的一定时间内，其所含酶类会继续催化某些生化反应，如肉、鱼类的后熟，粮食、蔬菜、水果的呼吸等，可引起食品成分分解，加速腐败变质过程。食品的营养成分如何、水分多少、pH高低和渗透压大小等，对食品中的微生物增殖速度、菌相组成和优势菌种也有重要影响。
（2）环境因素
环境因素主要包括气温、空气湿度、紫外线和氧等。环境温度不仅可以加速食品内的一切化学反应过程，而且有利于微生物的生长繁殖。水分含量高的食品易于腐败变质。紫外线和空气中的氧均有加速食品组成物质氧化分解作用，特别是对油脂作用尤为显著。
（3）微生物的作用
微生物在食品腐败变质中起主要作用，除一般食品细菌外还包括酵母和霉菌，但在一般情况下细菌常比酵母占优势。微生物本身能分解食品中特定成分的酶，如细胞外酶，可将食物中的多糖、蛋白质水解为简单的物质，而细菌内酶则能将已吸收到细胞内的简单物质进行分解，产生的代谢产物使食品具有不良的气味和味道。
被微生物污染后，食品是否会变质，与食品本身的性质、微生物的种类和当时所处的环境因素等有密切的关系。三者之间的作用结果决定食品是否会发生变质以及变质的程度。
2.食品腐败变质的化学过程
（1）食品中蛋白质的分解
肉、鱼、禽、蛋和大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的特性。蛋白质在微生物酶的作用下，分解为氨基酸，氨基酸再在细菌酶的作用下通过脱羧基、脱氨基、脱硫作用，形成多种腐败产物。在细菌脱羧酶的作用下，组氨酸、酪氨酸、赖氨酸、鸟氨酸脱羧分别生成组胺、酪胺、尸胺和腐胺，后两者均具有恶臭。在细菌脱氨基酶的作用下，氨基酸脱去氨基而生成氨；脱下的氨基与甲基构成一甲胺、二甲胺和三甲胺。色氨酸可同时脱羧、脱氨基形成吲哚及甲基吲哚，均具有粪臭。含硫氨基酸在脱硫酶的作用下脱硫也会产生恶臭的硫化氢。氨与一甲胺、二甲胺、三甲胺均具有挥发性和碱性，因此称为挥发性碱基总氮，所谓挥发性碱基总氮是指食品水浸液在碱性条件下能与水蒸气一起蒸馏出来的总氮量。据研究，挥发性碱基总氮与食品腐败变质程度之间有明确的对应关系。此项指标也适用于大豆制品的腐败鉴定。
（2）食品中脂肪的酸败
食用油脂与食品脂肪的酸败受脂肪酸饱和程度、紫外线、氧、水分、天然抗氧化物质以及食品中微生物的脂肪酶等多种因素的影响。食品中的中性脂肪会分解为甘油和脂肪酸，脂肪酸可进一步断链形成酮和酮酸，多不饱和脂肪酸可形成过氧化物，进一步分解为醛和酮酸，这些产物都有特殊的臭味。脂肪分解早期酸败时，首先是过氧化值上升，这是脂肪酸败早期的指标。其后由于生成各种脂酸，以致油脂酸度（酸价）增高。过氧化值和酸价是脂肪酸败的常用指标。脂肪分解时，其固有碘价（值）、凝固点（熔点）、比重、折光系数、皂化价等也发生明显改变。醛、酮等羧基化合物能使酸败油脂带有“哈喇味”。这些都是油脂酸败较为敏感和实用的指标。
（3）食品中碳水化合物的分解
含碳水化合物较多的食品主要是粮食、蔬菜、水果和糖类及其制品。这类食品在细菌、霉菌和酵母所产生的相应酶作用下发酵或酵解，生成双糖、单糖、有机酸、醇、羧酸、醛、酮、二氧化碳和水。当食品发生以上变化时，食品的酸度会升高，并带有甜味、醇类气味等。
3.食品腐败变质的卫生学意义
食品腐败变质时，首先是感官性状发生改变，如刺激性气味、异常颜色、酸臭味以及组织溃烂、黏液污染等。其次是食品成分分解，营养价值严重降低，不仅蛋白质、脂肪、碳水化合物，而且维生素、矿物质等也有大量破坏和流失。最后，腐败变质的食品一般都有微生物的严重污染，菌相复杂且菌量增多，因而增加了致病菌和产毒霉菌存在的机会，极易造成肠源性疾病和食物中毒。
关于食品腐败变质分解产物对人体的直接毒害，目前尚未完全清楚。但已知某些食品腐败产生的组胺可引起中毒，脂肪酸败产物可引起人的不良反应及中毒，腐败过程产生的胺类会为亚硝胺类形成提供前体物，这些都成为重要的食品安全问题。
4.食品腐败变质的控制措施
（1）低温防腐
低温可以抑制微生物的繁殖，降低酶的活性和食品内化学反应的速度。低温防腐一般只能抑制微生物生长繁殖和酶的活动，使组织自溶和营养素的分解变慢，并不能杀灭微生物，也不能将酶破坏，食品质量变化并未完全停止，因此保藏时间应有一定的期限。一般情况下，肉类在4℃可存放数日，在0℃可存放7～10 d，在-10℃以下可存放数月，在-20℃可长期保存。但鱼类如需长期保存，则温度应为-30～-25℃。
（2）高温灭菌防腐
食品经高温处理，可杀灭其中绝大部分微生物，并可破坏食品中的酶类。如果结合密闭、真空、迅速冷却等处理，可明显地控制食品腐败变质，延长保存时间。高温灭菌防腐的方式主要有高温灭菌法和巴氏消毒法两类。高温灭菌法的目的在于杀灭微生物，食品在115℃左右的温度，大约20 min，即可杀灭繁殖型和芽孢型细菌，同时可破坏酶类，获得接近无菌的食品，如罐头的高温灭菌常用100～120℃。巴氏消毒法是将食品在60～65℃下加热30 min，即可杀灭一般致病性微生物，亦有在80～90℃下加热食品30 s或1 min的巴氏消毒法。巴氏消毒法多用于牛奶、酱油、果汁、啤酒及其他饮料，其优点是能最大限度地保持食品原有的性质。
（3）脱水与干燥
将食品中的水分含量降至一定限度以下（如细菌为10%以下，霉菌为13%～16%，酵母为20%以下），微生物则不易生长繁殖，酶的活性也会受到抑制，从而可以防止食品腐败变质。这是一种保藏食品较常用的方法。脱水采取日晒、阴干、加热蒸发、减压蒸发或冰冻干燥等方法。日晒虽然简单方便，但其中的维生素几乎全部损失。冰冻干燥（又称为真空冷冻干燥、冷冻升华干燥）是将食物先低温速冻，使水分变为固冰，然后在较高的真空度下使水分从固态变为气态而挥发。此种方法可使大多数食品几乎能够长期保藏，既保持了食品原有的物理、化学、生物学性质不变，又保持了食品原有的感官性状。食用时，加水复原后食品可恢复到原有的形状和结构。
（4）提高渗透压
提高渗透压常用的方法有盐腌法和糖渍法。盐腌法使微生物处于高渗介质中，可使菌体原生质脱水收缩并与细胞膜脱离而死亡。当食盐浓度为8%～10%时，可抑制大部分微生物的繁殖，但不能杀灭微生物。杀灭微生物需要食盐的浓度达到15%～20%。糖渍食品是利用高浓度（60%～65%）糖液，使微生物处于高渗介质中，从而抑制其繁殖。不过此类食品还应在密封和防湿条件下保存，否则容易吸水，降低防腐作用。
（5）提高氢离子浓度
大多数细菌一般不能在pH4.5以下正常发育，故可利用提高氢离子浓度的办法进行防腐。提高氢离子浓度的方法有醋渍法和酸发酵法等。醋渍法是向食品内加醋酸，多用于各种蔬菜。酸发酵法是利用乳酸菌和醋酸菌等发酵产酸来防止食品腐败。
（6）添加化学防腐剂
化学防腐剂属于食品添加剂，可抑制或杀灭食品中引起腐败变质的微生物。由于化学防腐剂中某些成分对人体有害，因而我国对食品使用的防腐剂有严格规定，但允许使用有苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钠盐、亚硫酸及其盐类以及对羟基苯甲酸酯类等。
（7）辐照保藏
食品辐照保藏是20世纪40年代开始发展起来的一种新的保藏技术，主要利用60 Co、137 Cs产生的γ射线及电子加速器产生的电子束作用于食品，进行灭菌、杀虫、抑制发芽，从而达到食品保鲜并延长食品保存期限的目的。
（8）气体保藏
改变食品贮存环境中的气体组成以达到杀菌、抑菌和减缓食品变化过程的工艺处理，称为气体保藏。当食品贮存于含有高浓度CO2的环境中时，可防止需氧性霉菌所引起的食品变质。当空气中的CO2增加到10%或20%时，嗜冷菌生长会受到抑制。例如，鸡肉在5℃，空气中含15%CO2时，保存期比在一般空气中长两倍，含25%CO2时延长2.5倍。而把苹果放置在0℃、O2含量2%～4%、CO2含量3%～5%的环境中，把柿子放置在O2含量2%～5%、CO2含量8%的环境中，均可保存3个月。此外，臭氧对果蔬有一定的贮存保鲜作用，经臭氧作用后使西红柿、青椒延缓成熟，可延长保存期。食品用不透气薄膜袋包装，充填N2或CO2，同时使用脱氧剂，已广泛应用于蔬菜、水果、茶叶、奶粉、火腿等的贮存保藏中。