1.1. 土壤中的微生物
土壤具有絕大多數(shù)微生物的生活條件，土壤的礦物質(zhì)提供了礦質(zhì)養(yǎng)料；土壤中的有機物提供了良好的碳源、氮源和能源；土壤的酸堿度接近中性，是一般微生物最適合的范圍；土壤的持水性、滲透壓、保溫性等等使土壤成為了微生物的天然培養(yǎng)基，因此土壤中的微生物的數(shù)量和種類最多。對微生物來說，土壤是微生物的“大本營”；對人類來說，土壤是人類最豐富的“菌種資源庫”。
表6－1. 我國各主要土壤的含菌量（萬∕克干土）
（據(jù)中國科學(xué)院南京土壤研究所資料）
土 類 地 點 細 菌 放 線 菌 真 菌
暗棕壤 黑龍江呼瑪 2 327 612 13
棕壤 遼寧沈陽 1 284 39 36
黃棕壤 江蘇南京 1 406 271 6
紅壤 浙江杭州 1 103 123 4
磚紅壤 廣東徐聞 507 39 11
磷質(zhì)石灰土 西沙群島 2 229 1 105 15
黑土 黑龍江哈爾濱 2 111 1 024 19
黑鈣土 黑龍江安達 1 074 319 2
棕鈣土 寧夏寧武 140 11 4
草甸土 黑龍江亞溝 7 863 29 23
塿土 陜西武功 951 1 032 4
白漿土 吉林皎河 1 598 55 3
濱海鹽土 江蘇連云港 466 41 0.4
盡管土壤中各種微生物含量的變動很大，但每克土壤的含菌量大體上有一個十倍系列的遞減規(guī)律：
細菌（～108）＞放線菌Ü （～107）＞霉菌Ü（～106）＞酵母菌（～105）＞藻類（～104）＞原生動物（～103）
由上可知，土壤中所含的微生物數(shù)量很大，尤以細菌為最多。據(jù)估計，每畝耕作層土
壤中，細菌濕重約有90～225kg；以土壤有機質(zhì)含量為2％計算，則所含細菌干重約為土壤有機質(zhì)的1％左右。通過土壤微生物的代謝活動，可改變土壤的理化性質(zhì)，進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化，因此，土壤微生物是構(gòu)成土壤肥力的重要因素。
不同類型土壤中的各種微生物含量可見表6－1。從表中可以看出，在有機物含量豐富的黑土、草甸土、磷質(zhì)石灰土和植被茂盛的暗棕壤中，微生物含量較高；而在西北干旱地區(qū)的棕鈣土，華中、華南地區(qū)的紅壤和磚紅壤，以及沿海地區(qū)的濱海鹽土中，微生物的含量最少。
表6－2是水田和旱地土壤微生物區(qū)系及其在不同深度分布的比較研究資料。從表中可以看出不論是水田還是旱地，總是表層耕作層的微生物含量最高；旱地土壤中的放線菌和真菌比水田土壤中多，這是與它們的好氧生活特性直接相關(guān)的。
表6－2. 水田與旱地各層土壤的含菌量（萬∕克干土）
微生物種類 水 田 旱 地
耕作層 犁底層 心土層 耕作層 犁底層 心土層
好氧細菌 3 000 1 310 837 2 185 628 164
放線菌 220 88 38 477 172 35
真菌 8.5 1.6 0.6 23.1 4.3 1.1
硝化細菌 1.1 － － 7.1 5.3 0.05
厭氧細菌 232 112 22 147 57 16
反硝化細菌 29.7 16.4 12.2 4.7 2.7 －
硫酸還原細菌 7.9 1.6 0.4 0.091 0.061 0
1.2. 水體中的微生物
水體是微生物棲息的第二個天然場所。在江、河、湖、海、地下水中都有微生物的存在。習(xí)慣上把水體中的微生物分為淡水微生物和海洋微生物兩大類型。
淡水微生物的種類及在水中的分布受到水的類型、有機質(zhì)的含量等因素影響。在含有石油的地下水中，有大量能分解碳氫化合物的細菌；含鐵的泉水中含有鐵細菌；含硫的泉水中含有硫磺細菌；在溫泉中則有耐熱菌的存在。
水中真菌以水生藻狀菌為主。天然水中還有一些低等藻類生物，以硅藻數(shù)量最大，此外還有各種原生動物。
海洋微生物包括細菌、真菌、藻類、原生動物及噬菌體等。由于海洋環(huán)境具有鹽度高、有機質(zhì)含量少、溫度低及深海靜水壓力大等特點，所以海洋微生物絕大多是需鹽、嗜冷和耐高滲透壓的微生物。水生微生物的區(qū)系可分以下幾類：
1.2.1. 清水型水生微生物
在潔凈的湖泊和水庫蓄水中，因有機物含量低，故微生物數(shù)量很少（10～103/ml）。典型的清水型微生物以化能自養(yǎng)微生物和光能自養(yǎng)微生物為主，如硫細菌、鐵細菌和衣細菌等，以及含有光合色素的藍細菌、綠硫細菌和紫細菌等。部分腐生性細菌，如Chromobacterium（色桿菌屬），Achromobacter（無色桿菌屬）和Micrococcus（微球菌屬）的一些種也能在低含量營養(yǎng)物的清水中生長。霉菌中一些水生性種類，例如Saprolegnia（水霉屬）和Achlya（綿霉屬）的一些種可生長于腐爛的有機殘體上。單細胞和絲狀的藻類以及一些原生動物常在水面生長，但數(shù)量一般不大。
根據(jù)細菌對周圍水生環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)濃度的要求，可分成三類：“①貧營養(yǎng)細菌（oligotrophic bacteria）：即一些能在1～15mgC/L低有機質(zhì)含量的培養(yǎng)基中生長的細菌；②兼性貧營養(yǎng)細菌：即一些在富營養(yǎng)培養(yǎng)基中經(jīng)反復(fù)培養(yǎng)后也能適應(yīng)并生長的貧營養(yǎng)細菌；③富營養(yǎng)細菌：即一些能生長在營養(yǎng)物質(zhì)濃度很高（10g C/L）的培養(yǎng)基中的細菌，它們在貧營養(yǎng)培養(yǎng)基中反復(fù)培養(yǎng)后即行死亡。由于淡水中溶解態(tài)和懸浮態(tài)有機物碳的含量一般在1～26mg C/L間，故清水型的腐生微生物，很多都是一些貧營養(yǎng)細菌。某水樣中貧營養(yǎng)細菌與總菌數(shù)（包括貧營養(yǎng)和富營養(yǎng)菌）的百分比，稱為貧營養(yǎng)指數(shù)或O．1值（oligotrophic index）。
1.2.2. 腐敗型水生微生物
上述清水型的微生物可認為是水體環(huán)境中“土生土長”的土居微生物或土著種（native species）。流經(jīng)城市的河水、港口附近的海水、滯留的池水以及下水道的溝水中，由于流入了大量的人畜排泄物、生活污物和工業(yè)廢水等，因此有機物的含量大增，同時也夾入了大量外來的腐生細菌，使腐敗型水生微生物尤其是細菌和原生動物大量繁殖，每毫升污水的微生物含量達到107～108個。其中數(shù)量最多的無芽胞革蘭氏陰性細菌，如 proteus(變形桿菌屬)、E.coli、Enterobacter aerogenes（產(chǎn)氣腸桿菌）和Alcaligenes（產(chǎn)堿桿菌屬）等，還有各種Bacillus（芽胞桿菌屬）、Vibrio（弧菌屬）和Spirillum（螺菌屬）等的一些種。原生動物有纖毛蟲類、鞭毛蟲類和根足蟲類。這些微生物在污水環(huán)境中大量繁殖，逐漸把水中的有機物分解成簡單的無機物，同時它們的數(shù)量隨之減少，污水也就逐步凈化變清。還有一類是隨著人畜排泄物或病體污物而進入水體的動植物致病菌，通常因水體環(huán)境中的營養(yǎng)等條件不能滿足其生長繁殖的要求，加上周圍其它微生物的競爭和拮抗關(guān)系，一般難以長期生存，但由于水體的流動，也會造成病原菌的傳播甚至疾病的流行。
海洋是地球上最大的水體。海水與淡水最大的差別在于其中的含鹽量。含鹽量越高，則滲透壓越大，反之則越小。因此海洋微生物與淡水中的微生物在耐滲透壓能力方面有很大的差別。此外，在深海中的微生物還能耐很高的靜水壓。例如，少數(shù)微生物可以在600個大氣壓下生長。如Micrococcus aquivivus（水活微球菌）、Bacillus boborokoiles和Vibrio phytoplanktis（浮游植物弧菌）等。
水中微生物的含量對該水源的飲用價值影響很大。一般認為，作為良好的飲用水，其細菌含量應(yīng)在100個/ml以下，當超過500個/ml時，即不適合作飲用水了。對飲用水來說，更重要的指標是其中微生物的種類。因此，在飲用水的微生物學(xué)檢驗中，不僅要檢查其總菌數(shù)，還要檢查其中所含的病原菌數(shù)。由于水中病原菌的含量總是很少，難以直接找到，故一般就只能根據(jù)病原菌與最常見的但數(shù)量很大的的細菌E.coli同樣來自動物糞便污染的原理,只要通過檢查水樣中的指示菌—E.coli數(shù)即可知道該水源被糞便污染的程度，從而間接推測其它病原菌存在的概率。根據(jù)我國的飲用水標準，自來水中細菌總數(shù)不可超過100個/ml(37℃,培養(yǎng)24小時)，E.coli數(shù)不能超過3個/L。
在自然水體,尤其是快速流動的水體中，存在著對有機或無機污染物的自凈作用。其原因是多方面的，雖有物理性的稀釋作用和化學(xué)性的氧化作用，但更重要的卻是各種生物學(xué)和生物化學(xué)作用，例如好氧菌對有機物的分解作用，原生動物對細菌等的吞噬作用，噬菌體對宿主的裂解作用，以及微生物產(chǎn)生的凝膠物質(zhì)對污染物的吸附、沉降作用等，這就是“流水不腐”的重要原因。
1.3. 空氣中的微生物
空氣本身不含微生物生長繁殖所需要的營養(yǎng)物質(zhì)和充足的水分，而且日光對細菌等微生物生命活動有很大影響，所以空氣不是微生物生長繁殖的良好場所。然而，空氣中還是含有一定數(shù)量的微生物。這是由于土壤、人和動植物體等物體上的微生物不斷以微粒、塵埃等形式飄逸到空氣中而造成的。
凡含塵埃越多的空氣，其中所含的微生物種類和數(shù)量也就越多。一般在畜舍、公共場所、醫(yī)院、宿舍、城市街道的空氣中，微生物的含量最高，在海洋、高山、高空、森林地帶、終年積雪的山脈或極地上空的空氣中，微生物的含量就極少。（表6－3）。
塵埃的自然沉降，使得越近地面的空氣，含菌量越高。然而，微生物在高空中分布的記錄卻越來越高。在本世紀30年代，人們首次用飛機證實在20km的高空存在著微生物；70年代中期又發(fā)現(xiàn)在30km的高空中存在著微生物；70年代末，人們用地球物理火箭，從74km的高空采集到處在同溫層和大氣中層的微生物，其中包括兩種細菌和四種真菌，它們是Micrococcus albus（白色微球菌），Mycobacterium luteum（藤黃分枝桿菌），Circinella muscae（繩卷霉），Aspergillus niger（黑曲霉），Penicillium notatum（點青霉），以及Papulospora anomala（異形絲葚霉）；后來，又從85km的高空找到了微生物。這是目前所知道的生物圈的上限。
表6－3. 不同條件下1m3空氣的含菌量
條 件 數(shù) 量
畜舍 1～2×106
宿舍 20 000
城市街道 5 000
市區(qū)公園 200
海洋上空 1～2
北極（北緯80°） 0
室外空氣中的微生物，主要有各種球菌、芽胞桿菌、產(chǎn)色素細菌和對干燥和射線有抵抗力的真菌孢子等。室內(nèi)空氣中的微生物含量更高，尤其是醫(yī)院的病房、門診間的空氣,因經(jīng)常受病人的污染，故可找到多種病原菌，例如Mycobacterium tuberculosis（結(jié)核分枝桿菌）、Corynebacterium diphtheriae（白喉棒桿菌）、Streptococcus hemolyticus（溶血鏈球菌）、Staphylococcus aureus（金黃色葡萄球菌）、若干病毒（麻疹病毒，流感病毒）以及多種真菌孢子等。
表6－4. 粗過濾后空氣中細菌或其芽胞的種類
種 類 寬度（μm） 長度（μm）
產(chǎn)氣腸桿菌 1.0～1.5 1.0～2.5
蠟樣芽孢桿菌 1.3～2.0 8.1～25.8
地衣芽孢桿菌 0.5～0.7 1.8～3.3
巨大芽孢桿菌 0.9～2.1 2.0～10.0
蕈狀芽孢桿菌 0.6～1.6 1.6～13.6
枯草芽孢桿菌 0.5～1.1 1.6～4.8
金黃色微球菌 0.5～1.0 0.5～1.0
普通變形桿菌 0.5～1.0 1.0～3.0
巨大芽孢桿菌的芽孢 0.6～1.2 0.9～1.7
蕈狀芽孢桿菌的芽孢 0.8～1.2 0.8～1.8
枯草芽孢桿菌的芽孢 0.5～1.0 0.9～1.8
空氣的氣溶膠對動植物病原菌的傳播、發(fā)酵工業(yè)中的污染以及工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的霉腐等都有很重要的關(guān)系。因此，在發(fā)酵工廠中，在空氣進入空氣壓縮機前有時要用粗過濾器過濾掉個體較大的微生物，其種類見表6－4。
測定空氣中微生物的數(shù)目可用培養(yǎng)皿沉降或液體阻留等方法進行。凡須進行空氣消毒的場所，例如醫(yī)院的手術(shù)室、病房、微生物接種室或培養(yǎng)室等處可以用紫外線消毒、福爾馬林等藥物的熏蒸或噴霧消毒等方法進行。為防止空氣中的雜菌對微生物培養(yǎng)物或發(fā)酵罐內(nèi)的純種培養(yǎng)物的污染，可用棉花、紗布（8層以上）、石棉濾板、活性碳或超細玻璃纖維過濾紙進行空氣過濾。
1.4. 食品環(huán)境微生物
1.4.1. 農(nóng)產(chǎn)品上的微生物
在各種農(nóng)產(chǎn)品上生存著大量的微生物，糧食尤為突出。按其來源可分為原生性微生物區(qū)系和次生性微生物區(qū)系。原生性微生物區(qū)系是微生物與植物在長期相處的關(guān)系中形成的，它們以種子的分泌物為生，與植物的生活和代謝強度息息相關(guān)。次生性微生物區(qū)系，指的是那些存在于土壤、空氣中，通過各種途徑侵染糧食的微生物。在糧食微生物中，尤以霉菌危害嚴重，并且能產(chǎn)生150多種對人和動物有害的真菌毒素。
據(jù)估計，全世界每年因霉變而損失的糧食就占其總產(chǎn)量的2％左右，這是一筆極大的浪費。至于因霉變而對人畜引起的健康等危害，更是難以統(tǒng)計。在各種糧食和飼料上的微生物以Asperqillus（曲霉屬）、Penicillium（青霉屬）和Fusarium（鐮孢霉屬）的一些種為主。例如，在谷物上，一般以Asperqillus和Penicillium為多見；在小麥上，一般以Fusarium為主；而在大米上，則一般以Penicillium為多見�，F(xiàn)將各種糧食和飼料上所分布的主要霉菌種類列于表6－5中。
表6－5. 各種糧食和飼料上的主要霉菌
試樣名稱 主 要 霉 菌
大米 灰綠曲霉，白曲霉，黃曲霉，赭曲霉，桔青霉，圓弧青霉，常見青霉
面粉 黃曲霉，謝瓦曲霉，青霉，毛霉
小麥 曲霉，青霉，芽枝霉，鏈格孢霉，葡萄孢霉，鐮孢霉，長蠕孢霉，莖點霉，木霉，擬青霉
小麥粉 白曲霉，桔青霉，圓弧青霉，芽枝霉，葡萄孢霉，莖點霉，頭孢霉
玉米粉 灰綠曲霉，純綠青霉，圓弧青霉，鐮孢霉
玉米面 葡萄曲霉，黃曲霉，青霉
大豆粉 黃曲霉，雜色曲霉，青霉
花生 黃曲霉，灰綠曲霉，溜曲霉，桔青霉，繩狀青霉，根霉，鐮孢霉，粘霉，莖點霉
調(diào)味料 灰綠曲霉，白曲霉，黑曲霉，青霉
米糠 黃曲霉，謝瓦曲霉，毛霉，青霉
乳牛飼料 曲霉，青霉，根霉，鏈格孢霉，莖點霉，毛殼菌
家禽飼料 黃曲霉，構(gòu)巢曲霉，芽枝霉，鐮孢霉，莖點霉
據(jù)調(diào)查，在目前知道的5萬多種菌中，已知至少其中有兩百多個種可產(chǎn)生一百余種真菌毒素。在這些真菌毒素中有14種能致癌，其中的2種是劇毒的致癌劑，內(nèi)中之一就是由部分Asperqillus flavus（黃曲霉）菌株產(chǎn)生的黃曲霉毒素（aflatoxin），另一種則是由某些鐮孢霉（Fusarium）產(chǎn)生的單端孢烯族毒素T2。這就說明，凡長有大量霉菌的糧食，一般都含有多種真菌毒素，極有可能存在致癌的真菌毒素，因此，“防癌必先防霉”的口號是很有科學(xué)根據(jù)的。據(jù)報道，日本曾對全國各處售米點進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有65.3％的樣品被產(chǎn)毒真菌污染；據(jù)泰國的調(diào)查資料（1972），當?shù)赜?3％的玉米被產(chǎn)毒真菌污染，其中黃曲霉毒素的最高含量達2730ppb ；在我國，有人發(fā)現(xiàn)（1980），在一份“黃變米”試樣中，70％的米粒污染有產(chǎn)毒真菌，并都含真菌毒素；還有人調(diào)查了北京市空氣中所飄逸的真菌，發(fā)現(xiàn)其中11.5％是產(chǎn)毒的。
主要的霉菌毒素有黃曲霉毒素、赭曲霉素、雜色曲霉素、島青霉素、黃天精、環(huán)綠素、展青霉素、桔青霉素、皺褶青霉素、黃綠青霉素、青霉酸、圓弧青霉素、偶氮酸、單端孢烯族霉素、二氫雪腐鐮刀菌烯酮和T2毒素等。
黃曲霉毒素是于1960年起逐漸被認識和發(fā)現(xiàn)的。當時在英國東南部的農(nóng)村相繼有約10萬只火雞死于一種病因不明的“火雞X病”。后經(jīng)多方研究，發(fā)現(xiàn)從巴西進口的花生粉中，污染有大量的Asperqillus flavus，并證明由它所分泌的黃曲霉毒素，就是“火雞X病”的根源，以后又證實它可引起雛鴨、兔、貓、豬等多種動物和人的肝臟中毒。經(jīng)深入研究后，發(fā)現(xiàn)黃曲霉毒素有B1、B2、G1、G2、M1和M2等多種衍生物，其中以B1的毒性為最高。聯(lián)合國衛(wèi)生機構(gòu)規(guī)定糧食中所含的黃曲霉毒素B1必須低于30ppb。我國有關(guān)機構(gòu)則規(guī)定玉米、花生制品所含B1應(yīng)低于20ppb，大米、食油應(yīng)低于10ppb，其它的糧食、豆類和發(fā)酵食品的B1含量應(yīng)低于5ppb。據(jù)報道，含黃曲霉毒素最多的食品是花生及花生制品。玉米、“紅變米”、“黃變米”、自制的醬（發(fā)現(xiàn)其中約12.5％含黃曲霉毒素）等。
黃曲霉毒素是一種強烈的致肝癌毒物。B1的致癌強度比一向有名的致肝癌劑二甲基偶氮苯（即“奶油黃” ）要大900倍，比二甲基亞硝胺強75倍。Asperqillus flavus是一種分布極廣的霉菌，但也不是其所有的菌株都產(chǎn)毒。據(jù)國外不同的研究報道，發(fā)現(xiàn)A. flavus產(chǎn)毒菌株的比例為10％（Mateles,1967）和60～94％（Moreau，1979），而我國幾個研究單位作了不同研究后，則發(fā)現(xiàn)該菌產(chǎn)毒菌株的比例在30％左右。
由于A.flavus廣泛分布于我們的周圍，因此，由它產(chǎn)生的毒素往往是長期、低劑量、慢性的作用，表現(xiàn)為對肝功能的損害，肝細胞變性、壞死，膽管的卵圓細胞增生，還可能引起肝纖維化或肝硬化等癥狀。黃曲霉毒素已證明是我國少數(shù)肝癌高發(fā)地區(qū)引起肝癌的重要原因。由此就不難理解，為什么在我國9種主要惡性腫瘤中，肝癌占據(jù)第三位，且在前六位（胃癌、食道癌、肝癌、宮頸癌、肺癌、腸癌）中，消化道的癌癥竟占了4種。
另一類劇毒致癌毒素為T2。已知Fusarium（鐮孢霉屬）的真菌可產(chǎn)50余種毒素，其中以T2為最強。Fusarium tricinctum（三隔鐮孢霉）和 F.sporotrichioides（擬分枝孢鐮孢霉）等可產(chǎn)生T2毒素。污染過這些菌的作物，被人或動物攝入后，經(jīng)2周至2個月，就會引起白細胞急劇下降和骨髓造血機能破壞。在國際上，少數(shù)國家曾用T2毒素制成生物武器，并以“黃雨”形式進行撒播，受害者經(jīng)皮膚、粘膜吸收后，迅速發(fā)生中毒癥狀（致死劑量為100ppb）。這是全世界愛好和平的國家和人民必須反對和應(yīng)引起高度警惕的。
1.4.2. 食品上的微生物
食品是用營養(yǎng)豐富的動植物原料經(jīng)過人工加工后的制成品，其種類繁多，主要有面包、糕點、糖果、罐頭、飲料、蜜餞和調(diào)味品等。由于在食品的加工、包裝、運輸和貯藏等過程中，都不可能進行嚴格的無菌操作，食物可能會被各種微生物所污染，其中包括病原菌。罐頭食品也會被一些耐熱厭氧性芽孢梭菌和芽孢桿菌所污染，這是造成罐頭食品腐敗的主要原因。在合適的溫、濕度條件下，污染的微生物又會迅速繁殖。因此，食品上常常有各種微生物分布著，且保存時間稍長，就會使食品迅速變質(zhì)。
污染食品的微生物主要是Aspergillus（曲霉屬）、 Penicillium （青霉屬）、Fusarium （鐮孢霉屬）、Alternaria（鏈格孢霉屬）、 Paecilomyces（擬青霉屬）、 Rhizopus （根霉屬）、Mucur（毛霉屬）、 Phoma（莖點霉屬）、 trichoderma（木霉屬）、 Escherichia coli（大腸桿菌）、Staphylococcus aureus（金黃色葡萄球菌）、 Bacillus subtilis（枯草桿菌）、 B.megaterium（巨大芽胞桿菌）、Salmonella （沙門氏菌屬）、Proteus vulgaris （普通 變形桿菌）、Pseudomonas aeruginosa（銅綠假單胞菌）、 Lactobacillus（乳桿菌屬）、 Streptococcus lactis（乳鏈球菌）、 Clostridium （梭菌屬）和Saccharomyces cerevisiae（釀酒酵母）等。
由于在霉腐變質(zhì)的食品上經(jīng)常有各種致病菌和真菌毒素等有毒代謝產(chǎn)物存在，它們會引起人類的各種嚴重疾病，所以食品衛(wèi)生工作就顯得格外重要。
食品中的一類獨特產(chǎn)品是罐頭。1804年前后，法國廚師N. Appert偶而發(fā)現(xiàn)，如把一瓶密封的果汁煮沸，就能使它長期保存。從1811年起，這項發(fā)明已被用于拿破侖的軍隊中。這就是罐頭的起源。
罐頭食品種類很多，從使其變質(zhì)腐敗的微生物的角度來看，可分以下幾類：
1.4.2.1. 酸性食品罐頭
屬于一般酸性食品（pH3.7～4.5）者，如番茄、梨、無花果、菠蘿和其它水果罐頭；屬于高酸食品（pH＜3.7者如泡菜、漿果和檸檬汁罐頭。對酸性食品罐頭只要用較低的滅菌溫度即可達到長期包藏的目的。當這類罐頭變質(zhì)時，從中可分離到Bacillus thermoacidurans(嗜熱耐酸芽孢桿菌)等“平酸菌”(即產(chǎn)酸不產(chǎn)氣因而不會引起罐體膨脹的細菌)和產(chǎn)酸產(chǎn)氣菌，如Clostridium pasteurianum(巴氏梭菌)、C.butyricum(丁酸梭菌)、Lactobacillus brevis(短乳桿菌)和Leuconostoc（明串珠菌）等。
1.4.2.2. 低酸或中酸食品罐頭
pH＞5的食品稱低酸食品，如多數(shù)肉類、海產(chǎn)品、牛奶、玉米和豌豆等；而pH為4.5～5的食品則稱中酸食品，如肉菜混合物、湯料和沙司等。這類罐頭的滅菌溫度應(yīng)高些，肉類罐頭尤甚。當這類罐頭變質(zhì)時，可檢出Bacillus stearothermophilus（嗜熱脂肪芽孢桿菌）和B.coagulans（凝結(jié)芽孢桿菌）等“平酸菌”；還可分離到Clostridium thermosaccharolyticum（熱解糖梭菌）等產(chǎn)酸產(chǎn)氣菌以及分解蛋白質(zhì)的C.sporogenes（生孢梭菌）、C.histolyticum（溶組織梭菌）和C.botulinum（肉毒梭菌）等厭氧梭狀芽孢桿菌。除“平酸菌”外，在生長過程中都會產(chǎn)生大量的CO2和H2，從而引起罐頭膨脹（“胖聽”）。其中的C. botulinum還會產(chǎn)生對人畜具劇毒的細菌外毒素—肉毒毒素。
1.4.3. 釀造食品中的微生物
1.4.3.1. 微生物的空間和時間分布
在傳統(tǒng)發(fā)酵過程中，曲、醅、醪、糟等物料都是一種混合培養(yǎng)物。以含高粱原料的醋醅為例，它首先被能消化或氧化高粱的微生物侵襲，在氧耗盡后，靠近高粱周圍變成厭氧環(huán)境，這時發(fā)酵性的微生物開始活躍、繁殖起來。發(fā)酵產(chǎn)物可擴散到仍然有氧的區(qū)域繼續(xù)被氧化，或者在厭氧條件下被厭氧微生物的厭氧性氧化所利用。其中有一小部分被徹底氧化成CO2和H2O，而另一大部分作為中間產(chǎn)物（比如乙醇、乳酸等）繼續(xù)積累或參加轉(zhuǎn)化。而當環(huán)境隨著工藝過程的改變（如翻醅、倒缸），可能又有好氧過程的出現(xiàn)，好氧性微生物的數(shù)量又可繼續(xù)增加，氧氣被消耗后再變?yōu)閰捬醐h(huán)境，隨著溫度、水分、pH值、氧化還原值（rH2）、滲透壓、營養(yǎng)條件的不斷變化，微生物區(qū)系及活力也在不斷變化，直至釀造過程結(jié)束。
1.4.3.2. 釀造食品生態(tài)環(huán)境的一些特征
1) 料醅團粒結(jié)構(gòu)：固體發(fā)酵，料醅大都是相互凝結(jié)成各種形狀的大小團塊，也可稱為結(jié)構(gòu)體或團聚體。料醅結(jié)構(gòu)體的大小、形狀、排列和相應(yīng)的孔隙狀況稱為料醅的結(jié)構(gòu)性。傳統(tǒng)釀造法中特別強調(diào)細致操作，“勻、透、適、”“低倒勻鋪，先倒后翻，頭勻二細”等.料醅物理性質(zhì)的好壞往往反映在料醅孔性（孔隙的數(shù)量和質(zhì)量）方面，結(jié)構(gòu)性是決定孔性好壞的基礎(chǔ)之一。
在不同產(chǎn)品生產(chǎn)工藝中對結(jié)構(gòu)的狀態(tài)、團粒的大小要求是不同的。團粒是指直徑為0.25～10mm的較疏松的多孔性小料團，它的糧食及輔料顆粒經(jīng)過潤料、蒸煮、制曲、發(fā)酵等多次復(fù)合和團聚而成。團粒結(jié)構(gòu)具有良好的物理性質(zhì)，其特點是結(jié)構(gòu)體內(nèi)為毛管孔隙，結(jié)構(gòu)體之間為大孔隙，而且總孔隙度以及毛管孔隙與非毛管孔隙的比例都比較適合。毛管孔隙有良好的蓄水保水能力，團粒之間的大孔隙又可透水通氣，致使水氣矛盾得以較好解決。這種狀態(tài)對于微生物的活動十分有利，在大孔隙周圍的水膜內(nèi)旺盛地生活著好氣性微生物，在小孔隙中生活著厭氧性微生物，在十分微小的孔隙內(nèi)，由于細菌也不能進入，致使其中有機質(zhì)可以緩慢地分解，可使碳水化合物等緩慢釋放，不致使料醅升溫過猛等等。
2) 發(fā)酵醪表面環(huán)境：微生物在液態(tài)發(fā)酵醪環(huán)境中，液－固表面環(huán)境是不可忽視的一個因素，因為營養(yǎng)物質(zhì)常吸附在表面。所以，在一個微環(huán)境的表面，其營養(yǎng)水平可能比表面以外部位營養(yǎng)水平要高得多。目前對微生物附著于表面的機制還不完全了解。據(jù)研究，大致可把微生物在物質(zhì)表面形成表面膜的過程分為三個階段：第一階段是有機質(zhì)附著在表面，凡是與水接觸的物體表面都能很快地形成這一層；第二階段，開始有初步的細菌膜附著在表面，起先是醪液中正常游離的細菌群體，因物理或化學(xué)作用暫時附著于表面，運動著的細菌也可以因營養(yǎng)物質(zhì)的引誘而朝著它做定向運動，進而附著在表面上。這時細菌只是以一端附著，使菌體與表面呈直角，因而附著往往不很牢固；第三階段是，當初步吸附在表面的細菌分泌出胞外聚合物時，就使細菌和表面粘連在一起，形成牢固的吸附層，此即微生物表面膜。至于氣－液界的面問題，主要與表面積有關(guān)。表面積與體積之比越大，細菌活力愈強，單位體積內(nèi)含菌量愈高。
1.5. 生物體內(nèi)外的正常菌群
在正常生理狀態(tài)下，人體的體表和體腔中所存在的一定種類和數(shù)量的微生物，并不侵害人體，稱為人體正常微生物群落。如皮膚上的葡萄球菌、鏈球菌等；口腔中的乳酸桿菌、螺旋體；呼吸道和鼻咽腔中的類白喉桿菌、葡萄球菌、流感桿菌等。在腸道內(nèi)也含有大量的細菌，人的腸道內(nèi)如果缺乏正常的微生物群落，如大腸桿菌、產(chǎn)氣桿菌、乳酸桿菌等，人體就不能維持正常的生活。因為腸道細菌可以合成人體所需的硫胺素、核黃素、煙酸、維生素B12等。此外，正常微生物群落的存在，還可以通過拮抗作用抑制或排斥病原微生物的生長。
在正常動物體的皮毛和與外界相通的器官上，也存在著許多微生物，例如皮毛上經(jīng)常有葡萄球菌、雙球菌等，腸道中存在著大量的大腸桿菌、糞鏈球菌、纖維分解細菌等。
1.5.1. 人體的正常微生物區(qū)系
在人類的皮膚、粘膜以及一切與外界環(huán)境相通的腔道，如口腔、鼻咽腔、消化道和泌尿生殖道中經(jīng)常有大量的微生物存在著。生活在健康動物各部位，數(shù)量大、種類較穩(wěn)定且一般是有益無害的微生物，稱為正常菌群。在人體內(nèi)外各部位的正常菌群分布情況見表6－6。
在一般情況下，正常菌群與人體保持著一個平衡狀態(tài)，在菌群內(nèi)部的各種微生物間，也相互制約，從而維持相對的穩(wěn)定。正常菌群的種類與數(shù)量，在不同個體間有一定的差異。從表6.1.5.1中可以看出，皮膚上以Staphylococcus epidermidis為主，咽喉部以α－鏈球菌居多，大腸內(nèi)則各種Bacteroides和E.coli占優(yōu)勢。應(yīng)該指出的是，所謂正常菌群，實際上是相對的、可變的和有條件的。當機體防御機能減弱時，例如皮膚大面積燒傷、粘膜受損、機體著涼或過度疲勞時，一部分正常菌群會成為病原微生物。另一些正常菌群由于其生長部位的改變，也可引起疾病。例如，因外傷或手術(shù)等原因，E.coli進入腹腔或泌尿生殖系統(tǒng)，可引起腹膜炎、腎盂腎炎或膀胱炎等癥；又如，革蘭氏陰性無芽孢厭氧桿菌進入內(nèi)臟，會引起各種膿腫。
還有一些正常菌群由于某些外界因素的影響，使其中各種微生物間的相互制約關(guān)系破壞，也能引起疾病。這種情況在長期服用抗生素后尤為突出。這時，由于腸道內(nèi)對藥物敏感的細菌被抑制，而不敏感的Candida albicans（白色假絲酵母，舊稱“白色念珠菌”）或耐藥性葡萄球菌等就會乘機大量繁殖，從而引起病變。這就是通常所說的菌群失調(diào)癥。凡屬正常菌群的微生物，由于機體防御性降低、生存部位的改變或因數(shù)量劇增等情況而引起疾病者，稱為條件致病菌（opportunist pathogen）,這類由條件致病菌引起的感染，稱為內(nèi)源感染(endogenous infection)。例如，大腸中數(shù)量最大的一些 Bacteroides spp.（一些擬桿菌），在外科手術(shù)后，因消毒不好就會引起腹膜炎。
表6－6. 在人體不同解剖部位上的正常微生物區(qū)系
部 位 微 生 物 種 類 檢 出 率（％）
皮膚 Staphylococcus epidermidis(表皮葡萄球菌)S．a(chǎn)ureus（金黃色葡萄球菌）Propionibacterium acnes（疥皰丙酸桿菌）Corynebacterium diphtheroides（類白喉棒桿菌） 85～1005～2545～10055
鼻和鼻咽 Staphylococcus epidermidisS.aureusC.diphtheroidesBranhemella calarrhalis（粘膜炎布蘭漢氏球菌）Haemophilus influenzae（流感嗜血桿菌） 9020～855～801212
口腔 S.epidermidisS.aureusStreptococcus mitis（緩癥鏈球菌）和其它α－鏈球菌S.salivarius（唾液鏈球菌）Peptostreptococcus spp.（各種消化鏈球菌）Veillonella alcalescens（產(chǎn)堿韋榮氏球菌）Lactobacillus sp.（各種乳桿菌）Actinomyces israelii（衣氏放線菌）1.5.1.1. H.influenzaeBacteroides fragilis（脆弱擬桿菌）B.melaninogenicus（產(chǎn)黑素擬桿菌）B.oralis（口腔擬桿菌）Fusobacterium nucleatu（具核梭桿菌）Candida albicans（白色假絲酵母）Treponema denticola（齒垢密螺旋體）T.vincenti（文氏密螺旋體） 75～100常見100100占優(yōu)勢10095常見25～100常見常見常見15～906～50常見常見
口咽部 Staphylococcus epidermidisS．AureusC．DiphtheroidesStreptococcus pneumoniae（肺炎鏈球菌）α－鏈球菌和非溶血鏈球菌B．CalarrhalisH．InfluenzaeH．Parainfluenzae(副流感嗜血桿菌)Neisseria meningitidis（腦膜炎奈瑟氏球菌） 30～7035～4050～900～5025～9910～975～2020～350～15
空腸 Enterococcus spp.LactobacillusC.diphtheroidesC.albicans 少量少量少量20～40
回腸 末端部位存在少量腸桿菌類和厭氧革蘭氏陰性細菌
大腸 B．FragilisB．MelaninogenicusB. oralisF. nucleatumF. necrophorum (壞死梭桿菌)Lactobacillus spp.Clostridium perfringens （產(chǎn)氣莢膜梭菌）Eubacterium limosum （粘液優(yōu)桿菌）Bifidobacterium bifidum （兩歧雙歧桿菌）Peptostreptococcus spp.腸球菌 （D組鏈球菌）Escherichia coli（大腸桿菌）Klebsiella spp.（各種克雷伯氏菌）Enterobacter spp.（各種腸桿菌）Proteusspp.（各種變形桿菌）C. albicans 10010010010010020～6025～3530～7030～70常見10010040～8040～805～5515～30 陰道和子宮頸Lactobacillus spp.B acteroides spp.Clostridium spp.Peptostreptococcus spp.C. diphtheroidesS. epidermidisD組鏈球菌腸桿菌科的各種細菌C.albicansTrichomonas vaginalis (陰道毛單胞菌) 50～7560～8015～3030～4045～7535～8030～8018～4030～5010～25
1.5.2. 無菌動物與悉生生物
凡在其體內(nèi)外檢查不到任何正常菌群的動物，稱為無菌動物（germ-free animal）。它是將剖腹產(chǎn)的鼠、兔、猴、豬、羊等或特殊孵育的雞等實驗動物，放在無菌培養(yǎng)裝置中進行精心培養(yǎng)而成的。用無菌動物進行實驗，可排除正常菌群的干擾，從而使人們可以更深入、更精確地研究動物的免疫、營養(yǎng)、代謝、衰老和疾病等問題。
當然，目前也可通過同樣的原理和適當?shù)呐囵B(yǎng)裝置來獲得無菌植物。
凡已人為地接種上某已知純種微生物的無菌動物或無菌植物，就稱作悉生生物 (gnotobiota)，意即“了解其生物區(qū)系的生物”。研究悉生生物的科學(xué)，稱悉生學(xué) (gnotobiotics)或悉生生物學(xué)(gnotobiology)。有關(guān)悉生生物學(xué)的觀點，微生物學(xué)的奠基人巴斯德早在1885年就提出來了。他認為，“如果在動物體內(nèi)沒有腸道細菌的話，則它們的生命是不可能維持下去的。”因此，用悉生生物學(xué)的觀點來看待每一個高等動物或高等植物的整個個體時，它們實際上都是一個與有關(guān)正常菌群形成一體的“共生復(fù)合體”。
通過對無菌動物的研究后發(fā)現(xiàn)：1)在沒有正常菌群存在的狀態(tài)下，其免疫系統(tǒng)的機能特別低下，若干器官變小，這在原來充滿大量細菌的盲腸中表現(xiàn)得尤為突出；2)營養(yǎng)要求變得特殊，例如需要維生素k; 3)對屬于非致病菌的Bacillus subtilis（枯草桿菌）和Micrococcus lutea（藤黃微球菌）等變得極為敏感，并易患��；4)對原來易患的阿米巴痢疾，因這種原生動物得不到細菌作食物，所以無菌動物反而不易患了,等等。
1.5.3. 根際微生物和附生微生物
與動物體表面存在著大量正常菌群類似，在植物體表面也存在著正常微生物區(qū)系，最主要的有兩類：
1.5.3.1. 根際微生物(rhizosphere microorganism)
植物根系經(jīng)常向周圍的土壤分泌各種外滲物質(zhì)（糖類、氨基酸和維生素等），故在根際存在著大量的微生物。根際微生物的種類受植物的種類和植物的發(fā)育階段所影響。一般地說，根際微生物以無芽胞桿菌居多，例如Pseudomonas（假單胞菌屬），Agrobacterium（土壤桿菌屬）， Achromobacter（無色桿菌屬），Chromobacterium（色桿菌屬），Arthrobacter（節(jié)桿菌屬）， Enterobacter（腸桿菌屬）和Mycobacterium (分枝桿菌屬)等。根際微生物在根際的大量繁殖，會強烈地影響植物的生長發(fā)育。主要為：1）改善了植物的營養(yǎng)條件。根際微生物的代謝作用加強了土壤中有機物的分解，改善了植物營養(yǎng)元素的供應(yīng)，由微生物代謝中產(chǎn)生的酸類也可促進土壤中磷等礦質(zhì)養(yǎng)料的供應(yīng)。近年來還發(fā)現(xiàn)在根際生活的某些固氮細菌，如Azospirillum（固氮螺菌屬）等，可為植物提供氮素養(yǎng)料；2)分泌植物生長刺激物質(zhì)。根際微生物可分泌維生素和植物生長素類物質(zhì)，例如，Pseudomomas的一些種可分泌多種維生素；Clostridium butyricum（丁酸梭菌）可分泌若干B族維生素和有機氮化物；一些放線菌可分泌維生素B12；固氮菌可分泌氨基酸、酰胺類物質(zhì)、多種維生素（B1、 B2、B12 等）和吲哚乙酸等；3)分泌抗生素類物質(zhì)，以利于植物避免土居性病原菌的侵染；4)根際微生物有時也會對植物產(chǎn)生有害的影響，例如，當土壤中碳氮比例較高時，它們會與植物爭奪碳、磷等營養(yǎng)；有時還會分泌一些有毒物質(zhì)，抑制植物生長，等等。
1.5.3.2. 附生微生物(epibiotic microbe)
一般指生活在植物體表面，主要借其外滲物質(zhì)或分泌物質(zhì)為營養(yǎng)的微生物。葉面微生物是主要的附生微生物。一般每克新鮮葉表面約含106個細菌，也存在少數(shù)的酵母菌和霉菌，而放線菌則極少。葉面微生物對植物的生長發(fā)育和人類的實踐有著一定的關(guān)系，例如，乳酸桿菌上廣泛存在于葉面的微生物，在腌制泡菜、酸菜和青貯飼料過程中，存在于葉面的乳酸桿菌就成了天然接種劑，在各種成熟的漿果表面有大量糖質(zhì)分泌物，因而存在著大量的酵母菌和其它附生微生物。當果皮損傷時，附生微生物就乘機進入果肉引起果實腐爛。在用葡萄等原料進行果酒釀造時，其表面的酵母菌也成了良好的天然接種劑。還有一些葉面微生物可以固氮，它們可直接或間接地向植物供應(yīng)氮素營養(yǎng)。