食品環境中的極端微生物

      自然界中，一些在以前被人們認為是生命禁區的高溫、低溫、高酸、高堿、高鹽、高壓或高輻射強度等極端惡劣環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，它們統稱為極端環境微生物或簡稱為極端微生物（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最好的菌類，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，且隻有在一定濃度的鹽溶液中才生長最好的菌類。後者依嗜鹽濃度不同，可又分為輕度嗜鹽菌（最適鹽濃度為0.2～0.5mol/L），中度嗜鹽菌（最適鹽濃度0.5～2.0mol/L）和極端嗜鹽菌（最適鹽濃度>3mol/L），其中部分極端嗜鹽菌是為  嗜鹽菌古細菌。

      高鹽環境

      高鹽環境遍及世界，主要是鹽湖，鹽場、鹽礦。這些高鹽環境看上去條件嚴酷，但仍能成為一個高鹽生態係統。其中活躍一些極端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：鹽杆菌屬、鹽球菌屬、富鹽菌屬、鹽深紅菌屬、嗜鹽堿杆菌屬、嗜鹽堿球菌屬和Halbaculum等。

      嗜鹽菌常出現在高鹽食物中，如醃魚、海魚和鹹肉。這些嗜鹽菌生長，除了不太美觀以外，還可能帶來一些不良後果，甚至是嚴重後果。已報道能在鹹魚中生長的嗜鹽菌有鹽沼鹽杆菌、鱘魚鹽球菌。近年來，我國陸續從進口鹹魚中、海魚中分離出嗜鹽性弧。有關鹹魚中毒事件也有時發生。

在高鹽發酵環境中，嗜鹽菌活動是十分重要的。如醬油高鹽稀態發酵階段，起主要作用的是嗜鹽性乳酸菌球菌和嗜鹽酵母。它們的代謝產物是醬油風味的主要來源。類似情形也發生在醃酸菜與醬醃菜發酵中。

       應用前景

紫膜蛋白能夠通過構型改變儲存信息，並且有廣泛的pH和溫度耐受範圍，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，可望用於並開發保健食品。嗜鹽菌的酶將是工業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，可用於可降解生物材料的開發。此外，在高鹽汙水處理方麵也將發揮重要作用。

2、嗜熱微生物

      嗜熱菌和超嗜熱菌

      細菌嗜熱微生物中最耐熱的。按它們最適生長溫度不同又可以分為嗜熱菌和超嗜熱菌。嗜熱菌的最適生長溫度65～70℃，40℃以下不能生長。超嗜熱菌最適生長溫度在80～110℃，最低生長溫度在65℃左右。大部分超嗜熱菌是古細菌，但也有真細菌歸屬此類。

      高溫環境

      嗜熱微生物生長的環境有熱泉（溫度可達100℃）、草堆、廄肥、煤堆、熱地區土壤及海底火山附近等處。在食品環境中，濕熱微生物可存在於排放冷卻水中，也可以殘存於經過高溫滅菌牛乳或其他食品中，食品加工中最重要的嗜熱菌歸屬芽孢杆菌和梭狀芽孔杆菌屬。釀造工業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無菌，它表明在殺過菌的罐頭中，采用常規培養方法檢不出活菌或殘存菌數非常低，以至在罐頭食品生產和貯存條件下菌數不會有明顯的變化。也就是說在罐頭食品中可能殘存有嗜熱微生物，隻不過在貯存過程中由於不適宜的pH、Eh或溫度使其不能在產品中生長。

      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，也是生物工程不可缺少的重要工具。

     （2）在發酵工業中，可以利用其耐高溫特性，提高反應溫度，增大反應速度，減少中溫雜菌汙染的機會，而且發酵過程不需冷卻，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，為礦產資源開發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最高生長溫度不超過20℃，最適生長溫度在15℃，在0℃可生長繁殖的微生物稱之為嗜冷菌。另一類其最高生長溫度高於20℃，最適溫度高於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分布和適應低溫的分子機製存在一定差異。在豐富底物存在條件下，嗜冷菌在0℃的生長要超過耐冷菌。嗜冷菌隻能在較窄的溫度範圍內生長，而耐冷菌則能在較寬的溫度範圍內生長。

      冷環境

      嗜冷菌分布於極地、冰窖、高山、深海、冷凍土壤等區域。從這些環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，在此溫度生長並汙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，在低於-18℃的凍藏溫度下，酵母和黴菌比細菌更有可能生長。在食品中微生物生長的最低溫度記錄是-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，甚至產生細菌毒素。但它們能在低溫條件下即可對汙染物進行降解和轉化，使其在工業和日常生活中具有許多潛在的應用價值。如：低溫發酵可產生出許多風味食品，且可節約能源及減少嗜溫菌的汙染；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於醫藥和食品等。此外，生命起源於海洋，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。

4、耐輻射微生物

      耐輻射微生物

      耐輻射微生物隻是對高輻射環境更具耐受性，而不是對輻射有特別嗜好。總的來說，革蘭氏陽性菌強得多。芽孢菌的耐輻射力遠大無芽孢菌。A型肉毒梭狀芽孢杆菌的芽孢是能有梭狀孢子中耐輻射能力最強的一種。革蘭氏陰性菌中，不動杆菌屬存在一些極高耐輻射種。革蘭氏陽性球菌是非芽孢中抗性最強的一類，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最強的。該菌形態特征隨生長期而變化，即對數生長期，細菌呈二連體，而在穩定期，絕大多數細菌呈四疊體。

      高輻射環境

      1956年美國的教授首次在俄勒岡經大劑量輻射滅菌的肉罐頭中分離出耐輻射奇異球菌。此後，又從以殺菌為目的進行輻射處理食品、醫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表麵有抗輻射細菌存在。

      應用前景

      研究耐輻射菌DNA損傷與修複係統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。另一方麵，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。