影响微生物耐热的因素分析

微生物营养细胞与芽孢的耐热性具有显著的差异，即使耐热性较强的细菌芽孢，其耐热性的变化幅度也较大。微生物的耐热性是复杂的化学性、生理性以及形态方面的性质综合表现的结果。微生物耐热性的大小与下列一些因素有关。

1.菌种

微生物种类不同，其耐热性也不同，即使同一菌种其耐热性也因菌株而异，这与微生物细胞结构特性和细胞组成的特性有关。表6-7列举了一些微生物的耐热性。从不同特性的细菌之间比较，嗜热菌的耐热性大于嗜温菌和嗜冷菌，芽孢菌大于非芽孢菌，球菌大于无芽孢杆菌，革兰氏阳性菌大于革兰氏阴性菌。霉菌的耐热性一般大于酵母菌。霉菌和酵母菌的孢子耐热性稍大于它们的菌丝体或营养细胞。霉菌菌核的耐热性特别大。

表6-7　一些微生物的耐热性

2.菌龄

不同菌龄的微生物耐热性也不一样，处于稳定期的细菌细胞耐热性最强，而处于对数生长期的菌体细胞耐热性较弱。一般情况下，处于迟缓期初期的细胞耐热性较高，随着细胞进入对数生长期其耐热性降至最低。据报道，老龄细胞的芽孢耐热性比幼龄细胞的芽孢更大。

3.菌数

食品中的微生物密度与耐热性有明显关系。带菌量愈多，则耐热性愈强。表6-8列举了肉毒梭状芽孢杆菌芽孢数对热致死时间的影响。因为微生物聚集在一起时，受热时并不是在同一时间内全部死亡，而是分批死亡的，同时，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，这是耐热性增大的原因之一。

表6-8　肉毒梭状芽孢杆菌芽孢数对热致死时间的影响（100℃）

4.水

微生物的耐热性随其水分含量的降低而增强。对于同一微生物来说，其干细胞的耐热性比湿细胞的耐热性较强，这是因为在加热过程中，湿细胞中蛋白质变性的速率比干细胞快。因此，微生物热致死的机理是由于蛋白质的变性。至于水分能否促进蛋白质变性的机理目前还尚未完全清楚，但有些学者认为，在水分存在的条件下，加热蛋白质能形成游离的巯基，从而提高蛋白质的水合能力，导致肽键对热更加敏感。而对于干细胞来说，破坏肽键需要更多的热量。

5.食品的基质

食品基质中的脂肪、蛋白质、碳水化合物及其他胶体物质对微生物具有保护作用。表6-9列举了不同基质对微生物耐热性的影响。

表6-9　不同基质对微生物耐热性的影响

（1）脂肪。

对于脂肪含量较多的食品来说，食品中污染的微生物具有较强的耐热性，见表6-10介质对大肠埃希氏菌热致死温度的影响。这可能是因为脂肪的存在对微生物具有热保护作用，并且脂肪通过影响微生物细胞的水分而提高了菌体的耐热性。研究表明，长链脂肪酸对肉毒梭状芽孢杆菌具有热保护作用，而且长链脂肪酸的保护作用比短链脂肪酸更强。(www.xing528.com)

表6-10　介质对大肠埃希氏菌热致死温度的影响

但是，金黄色葡萄球菌、莓实假单胞菌等在鲜乳中的耐热性不受乳脂肪含量的影响，嗜热链球菌、生孢梭状芽孢杆菌等在黄油中的致死率比在脱脂乳中的要高。

（2）碳水化合物。

碳水化合物的存在可以提高微生物的耐热性，浓度越高杀灭微生物芽孢所需的时间越长。例如大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌、嗜热链球菌、藤黄八叠球菌、肉毒梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌和嗜热耐酸芽孢杆菌（Bacillus thermoacidurans）等存在于高浓度可溶性碳水化合物的食品中时，由于具有保护作用从而增强了这些微生物对热的损伤作用。其原因可能是高浓度的糖降低了基质的aw，导致细胞内原生质脱水，影响了蛋白质的凝固速度，从而增强了细胞的耐热性。例如在浓度为14%以下的蔗糖溶液中脱脂乳中金黄色葡萄球菌在60℃时的热致死时间为5.34 min，而在57%的蔗糖溶液中热致死时间为42.53 min。研究表明，不同种类的糖对微生物耐热性的影响差异很大，通常蔗糖的影响最大，葡萄糖和果糖次之。但糖的浓度增加到一定程度时，由于造成了高渗透压的环境，又具有抑制微生物生长的作用。

（3）蛋白质。

食品中的蛋白质对微生物具有热保护作用，但保护作用的机制尚不十分清楚。通常认为蛋白质分子之间或蛋白质与氨基酸之间相互结合导致微生物蛋白质产生了稳定性。因此，蛋白质含量高的食品加热程度必须高于蛋白质含量低食品，例如豌豆酱的杀菌时间比营养肉汤要长。有试验表明，蛋白胨和牛肉膏对产气荚膜梭状芽孢杆菌的芽孢具有保护作用，葡萄球菌和链球菌在全脂乳或脱脂乳中的耐热性大于在生理盐水中的耐热性，蛋白胨、牛肉膏和酵母膏对大肠埃希氏菌具有保护作用，氨基酸、蛋白胨和大部分蛋白质对鸭沙门氏菌也具有保护作用，但半胱氨酸和酪蛋白却具有相反的作用，其原因尚不清楚。

（4）无机盐。

盐对微生物耐热性的作用是多方面的，主要取决于盐的种类、浓度及其他因素。有些盐可以增强微生物的耐热性，其机理可能是这些盐降低了基质中的aw，但有些盐能增加基质的aw，如Ca2+和Mg2+，从而减弱了微生物的耐热性。例如在巨大芽孢杆菌的培养基中加入CaCl2，可提高孢子的耐热性，若加入L-半乳糖、L-脯氨酸或增加磷酸盐的含量，则会降低芽孢的耐热性。

（5）pH.

微生物一般在最适生长pH（通常为7.0左右）下具有最大的耐热性，表6-11列举了几种微生物耐热性最强时的pH。当高于或低于最适生长pH时，都会降低微生物的耐热性，特别当pH偏向酸性时，微生物耐热性明显减弱。表6-12列举了枯草芽孢杆菌芽孢的耐热性与pH的关系。例如高酸性食品可以采用低强度的热处理来达到灭菌效果。微生物耐热性减弱的程度因酸的种类而异，一般认为乳酸对微生物的抑制作用最强，苹果酸次之，柠檬酸稍弱。罐藏食品中常使用的酸是柠檬酸。

表6-11　几种微生物耐热性最强时的pH

表6-12　枯草芽孢杆菌芽孢的耐热性与pH的关系

6.时间和温度

随着温度的升高，热力杀菌效果越强，其原因是温度的提高加速了蛋白质的凝固，从而降低了微生物的耐热性。表6-13列举了温度对芽孢热致死时间的影响。当温度升高时，取得同样杀菌效果的时间就能减少。

表6-13　温度对芽孢热致死时间的影响