食品中 微生物性的危害 (1) 細菌
取材自 http://en.wikipedia.org/wiki/ 細菌 細菌依照它們的外形可分為 : 圓球狀, 稱為 球菌 (coccus) 棒狀, 稱為 桿菌 (bacilli) 螺旋捲曲狀, 稱為 螺旋菌 (spirillum)
引發病原細菌性食物中毒的必備條件 ( 一 ) 病原菌 : 1. 致病性強弱 2. 適合病原菌繁殖的環境 如 : 營養 水分 ph 溫度 氧 時間等 ( 二 ) 媒介或帶原者 : 人 動物 植物, 或其生長 收成 加工及儲存的場所環境及器具 ( 三 ) 致病作用點 : 病原菌數量增殖或毒素濃度超過個體抵抗力或感受閾值, 足以以致病 故僅檢出病原菌, 並不一定代表會致病
糞口污染的途徑
四個高危險群 (4 High Risk Groups) 四個高感染危險群 : 孕婦 嬰幼兒 病人與老人 因其免疫系統不全或個體抵抗力弱, 故有較高被感染的危險
* 病原菌導致的食物中毒型態 ( 一 ) 感染型 (Foodborne Infection) 食物中毒病原菌在食物中繁殖, 大量生菌被攝食後在小腸再增殖到一定程度, 導致腸管發病 例如 : 腸炎弧菌 G(-) Vibrio parahaemolyticus 沙門氏菌 G(-) Salmonella spp 彎曲桿菌 G(-) Campylobacter jejuni ( 二 ) 毒素型 (Foodborne Intoxication) 食物中毒. 攝取病原菌在食品中繁殖時產生的有毒物質 (exotoxin) 而引發的中毒 例如 : 肉毒桿菌 G(+) Clostridium botulinum 金黃葡萄球菌 G(+) Staphylococcus aureus ( 三 ) 中間型 (Intermediate) 或毒素媒介感染型 (FoodborneToxinmediated Infection) 食物中毒病原菌在食物中繁殖被攝取, 在小腸再增殖到一定程度, 但在腸管內產生腸毒素 (entertoxin) 而引起食物中毒 例如 : 仙人掌桿菌 G(+) Bacillus cereus 產氣莢膜桿菌 G(+) Clostridium perfringens 腸毒素性大腸桿菌 G(-) Enterotoxigenic Escherichia coli
F 認識食物傳染性病原菌 Campylobacter jejuni/ coli( 彎曲桿菌 曲狀桿菌 空腸弧菌 ) 微好氧 T Clostridium botulinum ( 肉毒桿菌 ) 絕對厭氧 產孢菌 神經毒素熱不穩定, 出現在殺菌不完全的罐頭食品 有食物型 嬰兒型 傷口型與未分類型 F/M Pathogenic E. coli ( 病原性大腸桿菌 ) 為埃希氏菌屬 病原性大腸桿菌依體抗原與鞭毛抗原機制可分為 : 腸致病型 (EPEC) 腸侵襲型 (EIEC) 腸毒素型 (ETEC) 腸出血型 (EHEC) 腸附著型 (EAEC) 與擴散附著型 (DAEC) 等六型 E. coli O157:H7 E. coli O104 H4 為腸出血型 其中 O 是指 O 抗原 ( 菌體抗原,somatic antigen; H 指 H 抗原 ( 鞭毛抗原,flagellar antigen), 此兩種抗原為區分 E.coli 之重要方式
Listeriamonocytogenes( 李斯得菌 ; 李氏菌 ) 好氧低溫菌 出現在殺菌不完全的乳製品 易感染幼兒與孕婦 F F Salmonella( 沙門氏菌 ) 喜歡禽類與蛋製品 人畜共通傳染病 分為 : 急性腸炎型 傷寒與副傷寒型 菌血型 T Staphylococcus aureus( 金黃色葡萄球菌 ) 潛伏期最短 神經毒素熱安定 出現在化膿 發炎之傷口 耐鹽 耐乾燥 (Aw 0.84) 其抗藥性逐年增加
F F Shigella spp.( 志賀氏菌 ; 赤痢菌 ) 部份菌種可產生腸毒素稱為志賀毒素 (Shiga toxin; Stx) < 註 >: 與 E. colio157:h7 之 verotoxin 非常類同 > Vibrio parahaemolyticus ( 腸炎弧菌 ) 嗜鹽菌 繁殖週期最短喜歡水產品 F V. cholerae Vibrio vulnificus Yersiniaenterocolitica ( 耶辛尼氏菌 ) 耐低溫 圖片資料來源 : http://www.fightbac.org
M Clostridium perfringens( 產氣莢膜梭菌 ) 或 Clostridium welchii ( 魏氏梭胞桿菌 ) 絕對厭氧 產孢菌所產生的毒素稱為 α- 毒素 藉由溶解細胞膜造成致命的影響 Bacillus cereus( 仙人掌桿菌 ) 好氧產孢菌 嘔吐型 : 澱粉類 ( 米飯類 ) 食品 香辛料 (200~1000/g 即可致病 ) 下痢型 : 乳製品 M 孢子
Bacillus anthracis( 炭疽桿菌 ) 人畜共通 接觸感染 ( 非食因性 ) 敗血症 Rickettsia( 立克次體 ) Coxiella burnetii Q Fever( 昆斯蘭熱 ) Brucellaspp. ( 布魯氏桿菌 ) G(-), 小型球狀桿菌, 人畜共通 導致布魯氏桿菌症 (brucellosis), 亦稱地中海熱 (Mediterranean fever) 症狀有 : 流產 發寒 發燒 貧血 頭痛 筋肉疼痛 來源為 : 未殺菌完全之乳 肉製品, 或直接接觸傳染 F
Cronobactersakazakii( 阪崎氏腸桿菌 ) 又名 Enterobactersakazakii G(-), Cronobacter 屬的短桿菌, 周鞭毛 可產生黃色色素, 能利用葡萄糖產酸及氣體, 最適生長溫度為 7~43 ( 最高 47 ) 感染對象主要為嬰兒 感染後主要會引起嬰兒腦膜炎菌血症 壞死性小腸結腸炎等病症, 致死率高達 40~80% 來源為 : 污染可能來自加工環境污染的配方奶粉 防治方法 : 使用溫度不低於 70 水來沖調嬰兒配方奶粉 F ( 取材自周正俊台大食科所, 食品資訊網,2009)
微生物的分類 - Gram Test ( 格蘭氏試驗 ) Grams test is one of the most useful staining procedure because it divides bacteria into large group, gram-positive and gram-negative negative. The procedures are summarized as follows: (a) Application of Crystal Violet 結晶紫 ( 紫色染劑, a primary dye) (b) Application of iodine 碘液 ( 媒染劑, a mordant) (c) Alcohol (ethanol) wash 乙醇 ( 脫色劑, a discoloring agent) (d)application of Safranin 蕃紅花素 ( 紅色二次染劑, a counterstain) Gram-positive bacteria have a thicker peptidoglycan( 胜醣 ) cell wall. Inside the cells, Crystal violet and iodine combine to form CV-I complex, and because of its size, CV-I I cannot be washed out of peptidoglycan cell wall by ethanol. Consequently, G(+) retain the color of crystal violet dye. In addition, Gram-negative contain a layer of lipopolysaccharide( 脂多醣 ) cell wall. The alcohol wash disrupts the outer lipopolysaccharide layer, and CV-I I complex is washed out. As a result, G(-) ) are rendered colorless until counterstained with Safranin,, after which they are pink. G(+) bacteria can be inhibited by penicillin and sulfonamide drugs G(-) bacteria can be killed by streptomycin, chloramphenicol,, and tetracycline.
食品微生物標準的訂定 微生物標準為一衛生標準 指引參考 或規格標準用來評估食品的安全性, 以及食品在製造過程中是否遵循良好作業規範 微生物標準訂定依據 : 1. 流行病學的資料 2. 原料受污染的機會 3. 微生物繁殖的機會 4. 特定微生物的存活率 5. 食品加工條件
微生物測量的標準 *( 一 ) 衛生指標菌 (Sanitary indicator bacteria) 為了解食品的處理良好與否, 或有無受到病原菌污染的可能, 而間接檢查特定細菌的存活狀態來加以判斷 1. 總菌數 (total bacteria count) 和活菌數 (viable bacteria count) 總菌數 : 為一般食品的衛生指標菌, 為活菌數與死菌數之總和 作為食品的全部生產過程是否保持良好衛生狀態, 及食材鮮度與微生物污染程度的重要資料 生 ( 活 ) 菌數 : 為一般食品的衛生指標菌 利用標準洋菜培養基標準洋菜培養基 (standard method agar), 於 35~37 o C, 48 小時的好氣培養所檢查出來的菌數, 稱為活菌數 ( 生菌數 ) 或好氧性生菌數 (aerobic plate count),, 作為判斷食品在整個生產階段是否保持衛生的指標 食品細菌數規格 ( 中央標準局 ; CNS) 生食用食品 : 10 5 /g 以下冷凍生食蔬果 魚貝類 : 10 5 /g 以下冷凍蔬菜 鮮肉 魚貝類 ( 需加熱調理者 ): 3 x 10 6 /g 冷凍絞肉類 : 5 x 10 6 /g 註 : 生食用食品係指經清洗 去皮等調理過程處理後可立即供食之食品
參閱課本 P159, 圖 5-2 ( 續上 ) 2. 大腸桿菌群 (Coliform;; coli group) 為腸內細菌科的各種細菌的總稱 為 G(-) 無芽孢桿菌, 能分解乳糖而產生酸和氣體之好氧或兼性厭氧菌 1) 糞便污染指標菌 大腸桿菌 (Escherichia coli): 人類與動物腸內菌 可使用選擇性的 BGLB broth Desoxycholate Lactose agar EMB agar 與以分離確認 檸檬酸桿菌屬 (Citrobacter): 環境微生物 克萊桿菌屬 (Klebsiella): 環境微生物 2) 消化器官感染指標菌 : 用來作為食物與飲用水之赤痢菌與傷寒菌污染之指標 3) 牛乳加熱殺菌指標菌 : 牛乳中抗熱性強之結核菌結核菌的死滅曲線與加工時抑制乳油形成曲線抑制乳油形成曲線之間之中間帶, 可用於牛乳之殺菌 此殺菌條件 62~65 o C, 30 min 稱為低溫長時巴氏殺菌法 (Low- temperature long-time holding pasteurization; LTLT method) 大腸桿菌群可用來作低溫長時巴氏殺菌效果之指標
參閱課本圖 5-2 HTST LTLT 62 0.25 30
( 續上 ) 4) 加熱食品二次污染指標菌 大腸桿菌群因菌體不產生芽孢, 所以對熱抵抗性弱, 對一般加熱調理會被殺死 ; 然而在調理後之其他步驟中而再被污染, 所以通常大腸桿菌群可作為加熱調理後的二次污染指標菌大腸桿菌群可作為加熱調理後的二次污染指標菌 3. 腸球菌 (Enterococcus faecalis) 為腸內鏈球菌科 (Streptococcaceae) 細菌群 多於小腸上部之異發酵型乳酸球菌 在糞便中為數目約為大腸桿菌數之 1/10, 耐鹽 乾燥與低溫 冷凍食品之糞便污染指標菌 4. 大腸桿菌 (E. coli) 為 G(-) 食品衛生標準之菌數規格為食品衛生標準之菌數規格為陰性陰性反應 補充說明 : 煌綠乳糖膽汁培養基 (BGLB;brilliant green lactose bile broth): 可以抑制 G(+) 菌生長, 故可以讓 G(-) 的大腸桿菌生長 去 ( 脫 ) 氧膽酸乳糖洋菜培養基 (deoxycholate lactose agar): 當有大腸桿菌生長時, 呈紅色反應 伊紅甲基藍洋菜培養基 (EMB;eosin methylene blue agar): 當有大腸桿菌生長時, 呈黑色菌落 金色金屬光澤
( 二 ) 食品傳染性病原菌 (Foodborne bacteria) 檢測以下項目 : (1) 腸炎弧菌 (2) 金黃葡萄球菌 (3) 仙人掌桿菌 (4) 沙門氏菌 (5) 產氣莢膜梭菌 / 魏氏梭孢桿菌 (6) 病原性大腸桿菌 Vibro parahaemolyticus Staphylococcus aureus Bacillus cereus Salmonella spp. Clostridum perfringens / Clostridium welchii Pathogenic E. coli
影響微生物的生長因子 ( 一 ) 營養的來源 (Nutrients) 所有微生物的生物合成作用都需要特定化學物質和反應, 以達到生存和繁殖的目的 而細胞是否能利用某種化學物質和合成細胞組成份, 完全取決於其遺傳訊息所產生的酵素系統 微生物所需營養份與能量 : 1. 能量與碳水化合物來源 : 異生性細菌 (Heterotrophic bacteria ) 2. 氮 : 微生物需胺基酸合成細胞蛋白 3. 維生素 : 微生物需維生素作輔酶 (coenzyme) 4. 礦物質 : 微生物需元素作為細胞成份 如 : Na K Ca Mg P S Fe Cu Zn Co Mo 等
( 二 ) 水份 (Moisture) 水份是微生物生存所必需的, 食物的水活性與微生物對水的利用度有關 主要是以自由水為依據 水活性 (Water Activity; Aw) 水活性 (Aw) 的定義 : 在一密閉容器中, 食品系統之平衡水蒸汽壓 (P) 與同溫度下 (25 o C) 純水之飽和水蒸汽壓 (P 0 ) 之比值 水活性一般介於 0 與 1 之間 P Aw = ------- P 0 微生物與最適生長 Aw: 細菌 : 0.9~0.99 酵母 : 0.88 黴菌 : 0.7~0.8 FDA 將 Aw>0.85 的食品界定為 潛在危害的食品 (Potentially Hazardous Foods; PHF) 可以利用下列方式來降低食品的水活性 : 冷凍 乾燥 濃縮 添加鹽或糖等溶質
100 水分含量(%) 90 80 70 60 50 食品水活性與水分含量的關係 水活性 (Aw) 水果 0.98 蔬菜 0.98 果汁 0.98 魚肉 0.98 雞蛋 0.98 食肉 0.98 40 30 20 10 0 起司 0.96 麵包 0.96 果醬 0.82~0.94 乾燥水果 0.72~0.80 蜂蜜 0.75 米, 大豆 0.60~0.64 蘇打餅乾 0.1 中濕性食品 (intermediate moisture foods; IMF): 水活性 : 0.60~0.85, 含水量 : 20~40% 指含有適量水份, 且長期在室溫儲藏也不會腐敗的食品
( 三 ) 酸鹼值 (ph) ph = -log [H+] 大多數的微生物最適生長的 ph 值為接近 7.0 左右, [H + ] 影響微生物的耐受性, 並影響對其他金屬離子的利用性 游離態 [H + ] 上升會導致 Mg 與 P 形成複合物, 而 Ca Zn Fe 離子之不溶性上升, 因而降低其利用效率 食物依其酸鹼度可分為 : (ph>4.6 的食品可被界定為 PHF) (1) 高酸性食品 (High-acid foods):<3.7, 例如 : 蘋果 柳橙 檸檬等 (2) 酸性食品 (Acid foods):3.7-4.6, 例如 : 番茄 沙拉醬 果醬等 (3) 中酸性食品 (Medium-acid foods):4.6-5.3, 例如 : 香蕉 起司等 (4) 低或非酸性食品 (Low or nonacid foods):> 5.4, 例如 : 乳 肉 蛋 麵包 水產 蜂蜜 豆類等 微生物適合生長之酸鹼值 :
( 四 ) 溫度 (Temperature) 溫度直接影響微生物的生長與生存 微生物依生長溫度喜好可分 : 最低溫 最適溫 最高溫 嗜冷性菌 (Psychrophiles) -15 10-30 40 中溫菌 (Mesophiles) 5 25-40 50 嗜熱性菌 (Thermophiles) 35 45-65 90 危險溫度帶 (temperature danger zone) 4
烹煮溫度 (Cooking Temperature) 食品調製時其中心溫度需達到一定程度才能確保其殺菌值與食用之安全性, 如 : 碎禽肉 填充畜禽肉製品 ( 含香腸 ) 74 碎牛肉 碎豬肉 (Ground Beef 68 Ground pork) 豬肉 (Pork) 65 半熟烤牛肉 (Rare Roast Beef) 54.5 所有其他具潛在危害的食品 (PHF) 60 所有食品之復熱均需達 74 以上 ( 使用微波爐復熱, 食材外表與中心溫度需達到 88 )
( 五 ) 氧 (Oxygen) 微生物可依生長環境對氧的需求可分 : (1) 好氧菌 (aerobes) : 細菌的氧化酵素系統需藉氧作為電子接受者, 方能進行高能分子 ( 如 : 葡萄糖 ) 之氧化分解作用 (2) 絕對厭氧菌 (obligate anaerobe) : 其氧化酵素系統以其他分子作為電子接受者 ; 有氧存在下會生成有毒的代謝產物, 如 : 超氧化物 (3) 兼性厭氧菌 (facultative anaerobes) : 此微生物不論氧存在與否, 均可生長, 其可利用氧進行有氧呼吸 ; 缺氧情況下, 則以硝酸根 (NO 3- ) 或硫酸根 (SO 4-2) 作為接受者, 進行厭氧呼吸作用或進行醱酵作用 (4) 微好氧性菌 (microaerobes) : 其生長僅需少量氧氣 (2-10%), 當氧氣過量時, 會抑制氧化酵素的活性, 造成細菌死亡 (5) 耐受氧厭氧菌 (aerotolerant anaerobes) : 為醱酵微生物, 不需氧作為電子接受者 但因其具有超氧化物歧化酶或觸酶, 因此可在有氧下生存 除了少數例外, 大部分的病原菌為兼性厭氧菌 真空包裝 與 罐裝食品 未必是食品安全的保障, 因殺菌不完全的食品並未免於厭氧菌, 如 Clostridium botulinum 之危害
*( 六 ) 時間 (Time) 微生物生長階段由細菌生長曲線 (Bacterial Growth Curve) 圖可分為四個時期 : (1) 遲滯期 / 誘導期 (Lag phase): 細菌之分裂準備期 細胞增大, 核糖核酸量增加, 但細胞數目不增加 (2) 對數期 (Logarithm/Log/Propagation phase): 由於環境中養分充分, 細菌數加倍生長, 為細菌生長曲線中繁殖最快之階段 對消毒劑等化學藥品感受性高 (3) 定常期 / 穩定期 (Stationary/Steady phase) : 細菌對數期後之生長期, 由於微生物於環境中競爭養份, 且其代謝物漸增, 細菌死亡和生長的數目達成平衡 (4) 死滅期 (Death/Decline phase): 細菌因環境中養份減少 代謝物增加而死亡, 生菌數減少
細菌生長曲線 (Bacterial Growth Curve)
時間時間 與 與 溫度溫度 為最有效控制微生物生長之兩個因子 在理想的情況下, 細菌每 10-30 分鐘倍數成長一次 食品必須快速的冷卻或加熱, 以避免曝露在其理想或接近理想的生長溫度下過久 食品必須在 2 個小時內, 復熱至 74 以上 食品必須在 4 個小時內, 冷卻至 5( 或 4.4) 以下 食品製備者或管理者, 可以用溫度計 ( 探針 ) 來測量食品中心溫度的變化, 並加以記錄, 以確保加熱或冷卻的動作確實有效
衛生學名詞解釋 腸毒素 (enterotoxin): 由低分子量的蛋白質所組成, 可溶於水, 具耐熱性 毒素大多作用於腸道神經受體後, 刺激嘔吐中樞, 引發嘔吐現象 例如 : 金黃葡萄球菌毒素 胖湯姆 (FAT TOM): 將細菌繁殖所需的條件, 縮寫合稱為 胖湯姆 (FAT TOM), 意指 : 食物 (Food) 酸度 (Acidity) 溫度 (Temperature) 時間 (Time) 氧氣 (Oxygen) 溼度 (Moisture) 等控制條件 柵欄效應 (hurdle effect) : 為利用多種防止食品變敗之方法, 使食品保存在良好的儲存狀態 例如 : 先加熱殺菌食品, 再乾燥其降低水活性, 最後再封罐包裝成罐頭食品