千里莺啼绿映红，水村山郭酒旗风。
南朝四百八十寺，多少楼台烟雨中。
——《江南春》唐 · 杜牧
雨水，是春季的第二个节气。期间气温回升，空气湿度增加，但气温仍不稳定，可能出现倒春寒现象，风力相对较大。
本次的节气科普，将为大家介绍食物腐败背后的微生物原理。
食品腐败变质是微生物、酶活性及物理因素共同作用的结果，其中微生物占据主导地位。细菌与霉菌是腐败过程中的“主力军”，它们通过分解蛋白质、碳水化合物和脂肪，产生氨、硫化氢和有机酸等异味物质，改变食物性状。表格中梳理了常见腐败菌和腐败现象：
霉菌（如青霉、曲霉）则擅长分解碳水化合物，偏爱在面包、谷物等食物上生长，通过分泌淀粉酶、纤维素酶等将淀粉、纤维素等大分子物质降解，导致霉斑和结构软化。酵母则在含糖量高的环境（如果汁、炼乳）中繁殖，引发发酵产气、质地黏稠化及酸败异味。
图：食物中的微生物，包括细菌、病毒、真菌、原生动物和藻类（图源：Food Microbiology. 2022 Mar;14.）
变质的机制
The mechanism of food spoilage
代谢活动：产生气体（如CO₂、H₂S）、酸、醇、醛、酮、硫成分和氨，导致包装膨胀及以异味扩散（例如，调味品和酱汁的膨胀）；
酶促降解：蛋白酶分解蛋白质产生苦肽（乳制品）；脂肪酶水解脂肪释放游离脂肪酸（液态奶）；果胶酶破坏植物细胞壁（果蔬）；
次生代谢物：某些菌种分泌色素（如假单胞菌致奶酪变色）或毒素（如金黄色葡萄球菌肠毒素），降低食品安全性；
生物量的直接影响：微生物大量繁殖形成菌膜或胞外多糖，导致食品浑浊、质地黏滑（如饮料变质）。
图：微生物致食品变质的机制（图源：Nat Rev Microbiol 22,528–542（2024））
预防措施
了解了食物腐败背后的微生物原理，我们便能更有针对性地采取预防措施，从以下几个方面着手：
温控保鲜：低温冷藏或冷冻可有效抑制多数嗜温微生物生长和酶促反应，显著延长保质期；
密封保存：减少微生物与食物接触，降低污染风险。同时阻隔水分和氧气，防止因水分变化和氧化导致的食物变质；
加工处理：杀菌消毒是延长食品保质期的关键。
比如，添加符合国家标准的防腐剂（如苯甲酸钠、山梨酸钾、硝酸盐等）或天然抑菌物质（如细菌素、海藻糖和甘露聚糖等）以抑制微生物生长；采用高温灭菌，使微生物蛋白质变性、核酸降解；运用辐照处理，借助电离辐射破坏微生物DNA结构实现杀菌。
理解食物腐败背后的微生物原理，科学地储存和处理食物，不仅能延长食品保质期、减少食物浪费，还能更好地守护我们的健康，从源头规避食源性疾病。
汉宁“二十四节气”科普是汉宁化学推出的关于微生物的科普栏目。我们将以中国传统的二十四节气为时间线，定期推出微生物相关主题的科普短文。“四季有序，万物有时”，让我们“寄知识于时节”，一起探索微生物世界：汉宁与您应时相约、不见不散！
