千里鶯啼綠映紅，水村山郭酒旗風。
南朝四百八十寺，多少樓臺煙雨中。
——《江南春》唐 · 杜牧
雨水，是春季的第二個節氣。期間氣溫回升，空氣濕度增加，但氣溫仍不穩定，可能出現倒春寒現象，風力相對較大。
本次的節氣科普，將為大家介紹食物腐敗背后的微生物原理。
食品腐敗變質是微生物、酶活性及物理因素共同作用的結果，其中微生物占據主導地位。細菌與霉菌是腐敗過程中的“主力軍”，它們通過分解蛋白質、碳水化合物和脂肪，產生氨、硫化氫和有機酸等異味物質，改變食物性狀。表格中梳理了常見腐敗菌和腐敗現象：
霉菌（如青霉、曲霉）則擅長分解碳水化合物，偏愛在面包、谷物等食物上生長，通過分泌淀粉酶、纖維素酶等將淀粉、纖維素等大分子物質降解，導致霉斑和結構軟化。酵母則在含糖量高的環境（如果汁、煉乳）中繁殖，引發發酵產氣、質地黏稠化及酸敗異味。
圖：食物中的微生物，包括細菌、病毒、真菌、原生動物和藻類（圖源：Food Microbiology. 2022 Mar;14.）
變質的機制
The mechanism of food spoilage
代謝活動：產生氣體（如CO?、H?S）、酸、醇、醛、酮、硫成分和氨，導致包裝膨脹及以異味擴散（例如，調味品和醬汁的膨脹）；
酶促降解：蛋白酶分解蛋白質產生苦肽（乳制品）；脂肪酶水解脂肪釋放游離脂肪酸（液態奶）；果膠酶破壞植物細胞壁（果蔬）；
次生代謝物：某些菌種分泌色素（如假單胞菌致奶酪變色）或毒素（如金黃色葡萄球菌腸毒素），降低食品安全性；
生物量的直接影響：微生物大量繁殖形成菌膜或胞外多糖，導致食品渾濁、質地黏滑（如飲料變質）。
圖：微生物致食品變質的機制（圖源：Nat Rev Microbiol 22,528–542（2024））
預防措施
了解了食物腐敗背后的微生物原理，我們便能更有針對性地采取預防措施，從以下幾個方面著手：
溫控保鮮：低溫冷藏或冷凍可有效抑制多數嗜溫微生物生長和酶促反應，顯著延長保質期；
密封保存：減少微生物與食物接觸，降低污染風險。同時阻隔水分和氧氣，防止因水分變化和氧化導致的食物變質；
加工處理：殺菌消毒是延長食品保質期的關鍵。
比如，添加符合國家標準的防腐劑（如苯甲酸鈉、山梨酸鉀、硝酸鹽等）或天然抑菌物質（如細菌素、海藻糖和甘露聚糖等）以抑制微生物生長；采用高溫滅菌，使微生物蛋白質變性、核酸降解；運用輻照處理，借助電離輻射破壞微生物DNA結構實現殺菌。
理解食物腐敗背后的微生物原理，科學地儲存和處理食物，不僅能延長食品保質期、減少食物浪費，還能更好地守護我們的健康，從源頭規避食源性疾病。
漢寧“二十四節氣”科普是漢寧化學推出的關于微生物的科普欄目。我們將以中國傳統的二十四節氣為時間線，定期推出微生物相關主題的科普短文。“四季有序，萬物有時”，讓我們“寄知識于時節”，一起探索微生物世界：漢寧與您應時相約、不見不散！
