乳及乳制品中微生物的危害与控制

褚少兴，刘 艳，解书斌，杨照悦，范素琴，徐泽斌

1 青岛明月海藻集团有限公司，海洋食品加工与安全控制全国重点实验室，山东青岛 266000

2 上海海洋大学，上海 200000

0 引言

乳制品是指以生鲜牛（羊）乳及其制品为主要原料，经加工而制成的各种产品。乳制品根据产品状态可分为液体乳（巴氏杀菌乳、灭菌乳、调制乳、发酵乳等）、乳粉（全脂乳粉、脱脂乳粉、部分脱脂乳粉、调制乳粉、牛初乳粉等）、其他乳制品等。根据品类可分为液体乳类、乳粉类、炼乳类、乳脂肪类、干酪类、乳冰淇淋类、其他乳制品类七类[1]。

乳制品中有优质蛋白、丰富维生素和矿物质等，被公认为健康食品。在疫情及后疫情时代，乳制品作为提高免疫力的食品被推上高潮[2]，目前已成为人们日常生活必不可少食品。随着我国乳制品快速发展，质量安全问题时有报道，如2001—2004年饮用奶、奶粉中毒事件、2008年“三聚氰胺”事件等，让消费者对乳制品质量安全的关注度越来越高。在引起乳及乳制品质量安全的众多因素中，微生物污染对乳制品的影响尤为突出，病原性微生物污染不仅影响奶牛健康，还会产生毒素，影响乳制品的品质。乳制品生产过程中，正常的巴氏杀菌或超高温瞬杀菌虽可杀死大部分微生物，但微生物产生的耐热酶具有较强的耐热性，影响乳及乳制品品质[3]。此外，奶牛饲养抗生素滥用导致微生物耐药性越来越严重[4]。因此，控制微生物污染对乳制品质量安全具有重要意义。

1 乳及乳制品中常见微生物种类

1.1 细菌

1.1.1 食源性致病菌

乳及乳制品中，造成大规模食源性疾病爆发的致病菌包括大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、单增李斯特菌、蜡样芽孢杆菌、空肠弯曲菌、痢疾杆菌、肠出血性大肠杆菌O157：H7。这些致病菌污染乳制品后会产生大量毒素，食用受污染的乳制品会表现中毒症状。国内外发生多起食用乳制品的中毒事件。1994年美国爆发由沙门氏菌造成的冰淇淋污染，约22 400 人患病[5]。2000年日本乳业巨头“雪印”使用金黄色葡萄球菌污染的脱脂奶粉生产“低脂奶”，导致大规模食物中毒，有14 789 名中毒者[6]。2010年意大利发生“蓝色奶酪”案，是由病原微生物假单胞菌（Pseudomonadaceae）引发的食品污染事件，造成了严重经济损失[7]。我国2001—2004年也出现了4 次因食用金黄色葡萄球菌污染牛奶和奶粉而中毒的事件。

1.1.2 嗜冷菌

嗜冷菌是在7 ℃或更低温度下能生存和繁殖的一类微生物总称。牛乳中常见嗜冷菌主要为假单胞菌属和荧光假单胞菌属。由于生乳一般在4 ℃左右储存，嗜冷菌很快可形成优势菌群，经过巴氏杀菌（72 ℃，15 s）或超高温瞬时杀菌（130～150 ℃，3～5 s），嗜冷菌可被杀死，但嗜冷菌产生的耐热蛋白酶和脂肪酶不易被灭活。经过超高温瞬时杀菌后，耐热蛋白酶仍保留一定活性[8]。这些酶在乳制品中会造成产品缺陷，如质构缺陷和风味缺陷。

1.1.3 乳酸菌

乳酸菌是一类能利用碳水化合物产生大量乳酸的细菌总称。乳酸菌是一类无芽孢、不运动的革兰氏阳性细菌，广泛分布在自然界，目前发现的乳酸菌有18 个属、共200多种。形状常见为杆状和球状。大部分乳酸菌属于益生菌，广泛用于发酵工业，例如制造酸乳、乳酸菌饮料、干酪、发酵果蔬、发酵肉制品等。乳酸菌通过发酵产生的有机酸、特殊酶系、酸菌素等物质具特殊生理功能。大量研究标明[9]，乳酸菌能促进机体维持肠道菌群平衡、改善胃肠道功能、抑制有害菌生长、提高机体免疫力、提高抗氧化水平、降低血清胆固醇、维持血压平衡等。但部分乳酸菌不是益生菌，如李斯特菌。如果乳制品中混入有害乳酸菌，不仅造成产品品质下降，严重的还会致病。

1.2 霉菌

霉菌是真菌的一种，形成分枝菌丝，同其他真菌一样，也有细胞壁，生存方式为寄生或腐生。菌丝生长可进一步发育为繁殖菌丝，产生孢子。大量菌丝交织成绒毛状、絮状或网状等，称为菌丝体。菌丝体常呈白色、褐色、灰色或呈鲜艳颜色（菌落为白色毛状的是毛霉，绿色的是青霉，黄色的是黄曲霉）。通常情况下，乳制品中霉菌属于有害菌，导致产品腐败变质，同时产生大量毒素，如黄曲霉毒素等。但个别乳制品发酵时需要霉菌，如生产卡门培尔（Camembert）干酪、罗奎福特（Roquefort）干酪和青纹干酪[10]。

霉菌生长主要依靠水分、营养供应和温度，只要这3 个条件都满足，霉菌可在任何物质上生长。

1.3 酵母菌

酵母菌也是真菌的一种，形状呈球形、椭圆形或柱形，比细菌要大，且细胞结构有细胞壁、膜、质、核。其特点是核有核膜、核仁和染色体，属于真核生物。以芽殖或裂殖方式繁殖。乳及乳制品中，酵母菌兼有有益菌和有害菌两种特性，在不同的产品表现不同。在灭菌乳或酸奶生产中，酵母菌是有害菌，利用乳糖发酵产生二氧化碳，导致产品胀包，同时产生酒精和酵母味，导致产品风味改变；而生产酸马奶酒、牛乳酒或乳清酒时，酵母菌则是有益菌。

1.4 噬菌体

噬菌体属于病毒的一种，是感染细菌、真菌、藻类、放线菌或螺旋体等微生物的病毒总称，因能引起宿主菌裂解，称为噬菌体[11]。噬菌体形状有蝌蚪形、微球形和细杆形，以蝌蚪形多见。噬菌体没有完整细胞结构，由蛋白外壳和核酸组成，核酸只有一种类型，即DNA或RNA，双链或单链，环状或线状。噬菌体侵染细菌过程包括：吸附→注入→复制、合成→组装→释放。噬菌体在发酵乳制品行业（酸乳、干酪等）危害极大，侵染乳酸菌或酵母菌后，不仅导致发酵菌发酵活力大大降低，影响产品质构，还导致蛋白分解产生异味。

2 微生物导致的乳制品质量问题

微生物导致的乳制品质量问题有很多，重点介绍微生物产生毒素造成的安全问题，微生物导致产品腐败变质（酸败、腐败、胀包、产生不良风味），微生物酶造成产品质构和风味变化。

2.1 微生物毒素

乳制品加工过程中，一些食源性致病菌如金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌、志贺氏菌、沙门氏菌、大肠杆菌污染乳品后，会产外毒素。霉菌污染乳制品后也会产生毒素，如黄曲霉毒素。乳制品经高温杀菌后，这些细菌、霉菌被彻底杀死。但死菌分解后产生内毒素，食用后会造成急性食物中毒，临床表现为恶心、呕吐、腹痛、腹泻等急性肠胃炎等。

2.2 酸败和腐败

乳制品的腐败变质主要是由于一些分解蛋白质和脂肪的细菌产生蛋白质分解酶，导致乳的组织状态变化造成的。乳制品中常见腐败菌有大肠菌群、假单胞菌属、莫拉氏菌属等。真菌主要有酵母菌和霉菌。导致产品酸败，尤其罐头食品引起平盖酸败的主要是革兰氏阳性芽孢杆菌，常见的嗜热脂肪芽孢杆菌、凝胶芽孢杆菌和假单胞菌。

2.3 胀包

乳制品受酵母菌、产气肠杆菌或其他产气菌污染，分解乳中碳水化合物产生二氧化碳气体，导致产品出现胀包或胀罐。

2.4 不良风味

微生物导致乳制品产生不良风味，主要有水果味、苦味、酸败味、酵母味等。乳制品产生苦味大多数是由微生物代谢产物蛋白酶导致，蛋白酶经酶解酪蛋白形成具有苦味的多肽和氨基酸。霉菌、酵母菌、产气肠杆菌、芽孢杆菌污染等也会导致乳制品产生不良风味。

2.5 质构变化

乳制品常见质构变化包括水乳分离、乳蛋白凝块、乳脂肪上浮、发酵乳粘稠度降低、干酪或酸乳凝乳状态差等。

灭菌乳或调制乳常出现蛋白凝块、水乳分离等现象，经微生物检测没有微生物检出，pH值未发生明显变化。但经SDS-PAGE凝胶电泳发现蛋白产生明显水解作用，产生较多短肽条带。再对产品进行蛋白酶活力检测，检出酶活力，证明蛋白凝块、水乳分离主要是耐热蛋白酶引起。耐热蛋白酶来源主要是原料乳中嗜冷菌分泌耐热蛋白酶，另外可能来源于一些增稠剂添加引入，如结冷胶和黄原胶属于微生物发酵胶，生产过程会产生耐热蛋白酶。

嗜冷菌产生耐热脂肪酶经过超高温杀菌后，仍保留一定活性，对乳制品的质构和风味造成影响。脂肪酶酶解脂肪产生甘油和游离脂肪酸，导致产品出现不良风味，还可使脂肪球膜相溶形成较大脂肪团浮于乳的表层[12]。

常温酸奶常出现粘度降低，主要是淀粉被淀粉酶酶解。发酵乳采用巴氏杀菌时，杀菌温度偏低，发酵前巴氏杀菌95 ℃、300 s，发酵后二次巴氏杀菌75 ℃、30 s。枯草芽孢杆菌、放线菌、酵母菌产生淀粉酶可耐受巴氏杀菌。淀粉酶主要是原料乳及辅料（白砂糖、乳清蛋白粉等）添加引入。

3 微生物污染乳及乳制品的途径

3.1 原料乳微生物污染

3.1.1 牛乳自身污染

通常情况下，健康奶牛产出的牛奶可以视为是无菌状态。但如果奶牛生病或乳房受微生物侵染，会导致挤出牛奶含大量微生物。

3.1.2 外部环境导致污染

外部环境导致原料乳污染主要是挤奶环节和储奶过程。奶牛生长过程中，乳房表面容易受粪便、土壤及草料影响，导致乳头周边覆盖一定量细菌，乳头容易感染地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌及短小芽孢杆菌等，挤奶前如没有对乳房周边环境进行消毒处理会造成原料乳污染。原料乳挤出后若不能及时降温，35～37 ℃条件下微生物会快速繁殖。此外，运输和储存原料乳的设备清洗不彻底，也会有微生物污染原料乳，导致原料乳品质下降。

3.2 加工环节二次污染

加工过程辅料、设备、环境、包材的使用及人为等因素会造成产品二次污染。辅料（白砂糖、增稠剂、巧克力、谷物粉等）引入微生物，杀菌机的杀菌效果差导致产品中微生物未灭活[13]；灌装环境或灌装设备洁净度不够；包材密封效果差；人员未执行穿戴和手部清洁要求，均有可能导致微生物污染产品。

4 乳及乳制品中的微生物控制方法

4.1 源头控制

源头控制主要包括：（1）做好奶牛卫生管理，防止微生物侵染乳房。（2）奶牛饲养及环境微生物控制，包括水质、饲料、土壤、大气微生物控制。（3）挤奶员工经洗手和消毒后开始工作。（4）挤奶前采用0.6%次氯酸钠消毒液对乳房擦拭、3%次氯酸钠消毒液对乳头进行20～30 s药浴消毒。（5）挤奶设备清洗、消毒，可采用推荐程序：清水冲洗→0.5%～1.5%碱液、70～80 ℃清洗→清水冲洗→0.5%～1.5%酸液、45～60 ℃清洗→清水冲洗→蒸汽消毒[14]。

4.2 运输和储存控制

4.2.1 运输控制

运输控制主要包括鲜奶温度控制和奶罐车清洗。（1）鲜奶温度控制，通常情况挤出牛奶快速降温至0～4 ℃，装入奶罐车送到乳制品加工厂，运输过程保证牛奶温度0～4 ℃。夏季温度高时可在早晨或傍晚运输，减少奶温变化[15]。（2）奶罐车清洗采用CIP五遍清洗法，即常温水清洗3～5 min→0.8%～1.2%氢氧化钠溶液、75～80 ℃清洗10～15 min→常温水清洗3～5 min→0.8%～1.0%硝酸溶液、65～70 ℃清洗10～15 min→常温水清洗3～5 min→90～95 ℃热水消毒灭菌5～10 min。奶罐车在春夏季节温度升高、微生物容易生长时，应加强清洗频次。

4.2.2 储存控制

鲜奶被运到加工厂后，先进储奶罐，进储奶罐前进行净乳、均质和巴氏杀菌，除去杂质和杀灭大部分微生物，延长储存期。

嗜冷菌在4～7 ℃的平均代时为6～9 h，在 0～2 ℃的平均代时为30 h。原料乳在 6、8、10 ℃储存30 h， 随着温度上升，嗜冷菌数、蛋白酶和脂肪酶活力明显增加。在低温2 ℃储存30 h，嗜冷菌数、蛋白酶和脂肪酶的活力没有显著变化。因此，应尽可能降低储奶温度至0～2 ℃，抑制微生物生长，同时减少鲜奶储存时间[16]。

储奶罐做好清洗和灭菌，春夏季节气温高，应减少储奶时间、增加清洗频次和延长灭菌时间。

4.3 生产加工环节控制

4.3.1 原料控制

生产花色奶时，通常添加辅料，果汁/果酱、蛋白粉、巧克力、谷物粉、增稠剂、乳化剂等。这些辅料会引入微生物、蛋白酶、芽孢等，因此这些辅料原料入场前质量检测合格方能使用[17]；使用前将外包装脱去，内包装消毒处理，以防投料时引入微生物。

4.3.2 生产过程控制

（1）灭菌条件选择

选择合适灭菌方式，中性乳制品可将调配后的料液进行巴氏灭菌激活芽孢，再进行超高温杀菌，达到商业无菌目的。同时设定杀菌设备最优的灭菌条件。

（2）包材灭菌

无菌冷灌装产品，尤其是纸盒装产品，灌装前包材要经双氧水及紫外线灭菌，同时定期检测双氧水浓度，确定最优灭菌浓度；先灌装再二次灭菌的产品根据产品pH值、灭菌指示菌选择最优灭菌条件。

（3）辅助抑菌剂使用

可根据食品添加剂使用标准 GB 2760-2014，在产品中添加抑菌剂，如乳酸链球菌素、溶菌酶、壳聚糖等，抑制微生物生长[18]。

（4）设备清洗灭菌

生产结束后，设备及时进行CIP清洗，即常温水清洗3～5 min→1%～2%碱溶液、75～80 ℃清洗10～15 min→常温水清洗5～10 min→1%～2%酸溶液、65～70 ℃清洗10～15 min→常温水清洗5～10 min→90～95 ℃热水消毒灭菌5～10 min或采用150～200 ppm氯水清洗10～20 min→清水冲洗5～10 min。

设备管道连接件，如接头、弯头、阀门、喷嘴、密封等，建议定期拆下进行消毒灭菌液浸泡清洗，以防CIP清洗不彻底，导致微生物残留形成菌膜等，影响产品品质[19]。

4.3.3 生产环境控制

生产环境包括地板、墙壁、天花板、排水管、空气，会有微生物滋生。地板、墙壁、天花板和排水管可能因奶渍、冷凝水、污水等未及时清理，给霉菌生长繁殖提供条件。空气中漂浮蜡样芽孢杆菌等微生物、孢子或蚊虫会造成产品污染[20]。因此环境中微生物控制至关重要：（1）合理规划厂房，制定合理的冷凝水收集和排出设施，防止冷凝水形成。排污管道口，进出口、通风口添加防蚊虫设施[21]。（2）添加紫外杀菌灯和臭氧发生器，定期对环境灭菌。（3）生产结束后及时打扫卫生，保持生产环境洁净干燥[22]。

4.3.4 人员卫生控制

制定良好的人员卫生规范：（1）进车间洗手、消毒程序：工作人员换鞋→穿戴工作服→皂液洗手→清洗→消毒→干手→进入车间；进入洁净间前需二次更衣并进行洗手和消毒程序。（2）良好的入厕习惯程序：工作人员→换鞋→入厕→皂液洗手→消毒清洗→干手→换鞋。（3）患有脓肿、开放性化脓、割伤、烧伤及皮肤病和呼吸道、消化道传染病患者，不允许从事原料处理、包装材料处理和乳制品加工工作。

5 结论

中国乳制品发展已进入第二个“黄金发展十年”，乳制品产量稳步增长。乳制品质量安全是乳业发展的重中之重。影响乳制品质量安全的微生物广泛存在于自然界，微生物及代谢产物毒素、酶类等对乳及乳制品的安全和品质影响巨大。因此，预防和控制微生物污染对牧场和乳制品加工企业意义重大。

做好乳及乳制品微生物预防与控制，要建立一整套流程规范和技术支持服务保障体系，包括奶牛育种、饲养、防疫到乳制品检测、杀菌、包装和流通等，是生产安全乳制品的重要保障。

尽管乳制品工业中微生物的危害时有发生，但随着科学技术日新月异的发展，对于乳制品中微生物的防控策略及技术将会不断更新和完善，新的微生物快速检测方法的发现、天然抑菌剂的发现和新的杀菌技术的突破，将为乳制品安全生产保驾护航，保障公众的身体健康。