發酵食品生物危害物的形成機制與消除策略

1概述1
1.1發酵食品的定義和功能性2
1.1.1發酵食品的定義2
1.1.2發酵食品的功能性2
1.2發酵食品歷史與現狀5
1.2.1發酵食品的生產歷史5
1.2.2發酵食品與人類文化6
1.2.3發酵食品生產現狀7
1.3發酵食品分類7
1.3.1按發酵原料分類7
1.3.2按發酵產物分類9
1.3.3按發酵工藝分類9
1.4發酵食品生物危害物10
1.4.1發酵食品的安全問題10
1.4.2食源性致病菌污染13
1.4.3發酵食品生產和儲存過程中形成的生物危害物16
1.5小結17
參考文獻17

2發酵食品微生物及其代謝過程19
2.1發酵食品微生物種類與用途20
2.1.1發酵食品工業常用細菌20
2.1.2發酵食品工業常用酵母菌22
2.1.3發酵食品工業常用黴菌23
2.2發酵食品生產菌種的選育與保藏24
2.2.1發酵食品微生物的天然來源24
2.2.2發酵食品工業生產菌種的選育24
2.2.3發酵食品工業菌種的退化、復壯與保藏26
2.3發酵食品微生物基礎代謝調節30
2.3.1發酵食品微生物的初級代謝31
2.3.2發酵食品微生物的次級代謝31
2.3.3微生物在食品發酵過程中的代謝調控32
2.4食品發酵的生化機制——微生物的代謝35
2.4.1原材料的分解和利用35
2.4.2發酵產物的合成機制39
2.4.3代謝產物間的再平衡44
2.4.4風味物質的形成45
2.5小結48
參考文獻48

3原料成分自發反應生成生物危害物的形成機制與控制策略49
3.1醛類50
3.1.1發酵食品中醛的來源和種類50
3.1.2發酵過程中醛類物質形成機制50
3.1.3醛類物質的生物毒性54
3.1.4控制發酵食品中醛類含量的策略55
3.2多環芳烴56
3.2.1多環芳烴的來源和種類56
3.2.2多環芳烴的形成機制58
3.2.3多環芳烴的生物毒性59
3.2.4多環芳烴的控制策略62
3.3雜醇油63
3.3.1雜醇油的來源和種類63
3.3.2雜醇油的形成機制64
3.3.3雜醇油的生物毒性65
3.3.4酒類產品中雜醇油的控制策略66
3.4反式脂肪酸69
3.4.1反式脂肪酸的來源69
3.4.2反式脂肪酸的形成機制69
3.4.3反式脂肪酸的生物毒性71
3.4.4反式脂肪酸的控制策略72
3.5小結74
參考文獻74

4微生物胞外酶系酶促反應生成生物危害物的形成機制與控制策略79
4.1亞硝胺80
4.1.1亞硝胺簡介及其生物毒性80
4.1.2與亞硝胺形成相關的微生物和酶82
4.1.3亞硝胺的形成機制83
4.1.4亞硝胺的控制策略84
4.2雜環胺86
4.2.1雜環胺的種類和生物毒性86
4.2.2與雜環胺毒性形成相關的酶92
4.2.3食品中雜環胺的形成機制93
4.2.4雜環胺的控制策略96
4.3硫化氫98
4.3.1硫化氫的生物毒性98
4.3.2與硫化氫形成相關的微生物和酶99
4.3.3硫化氫的形成機制99
4.3.4硫化氫的控制策略100
4.4小結101
參考文獻102

5微生物代謝過程形成生物危害物的形成機制與控制策略105
5.1生物胺106
5.1.1生物胺的種類和來源107
5.1.2生物胺的形成機制111
5.1.3生物胺的生物毒性113
5.1.4發酵食品中生物胺的控制策略114
5.2氨基甲酸乙酯119
5.2.1氨基甲酸乙酯的性質和來源120
5.2.2發酵食品中氨基甲酸乙酯的形成機制121
5.2.3氨基甲酸乙酯的生物毒性125
5.2.4發酵食品中氨基甲酸乙酯的控制策略126
5.3細菌毒素133
5.3.1細菌毒素的種類和來源133
5.3.2細菌毒素的生物毒性139
5.3.3細菌毒素的消除141
5.4真菌毒素145
5.4.1真菌毒素的來源和種類146
5.4.2真菌毒素的形成機制150
5.4.3真菌毒素的生物毒性152
5.4.4真菌毒素的控制策略155
5.5小結160
參考文獻161

6真核微生物積累氨(胺)類生物危害物的全域調控過程171
6.1生物危害物及其前體的代謝與轉運過程及其調控172
6.1.1發酵食品中主要生物危害物的前體172
6.1.2生物危害物及其前體的轉運173
6.1.3氨基甲酸乙酯前體的微生物代謝途徑179
6.1.4真核微生物中氨基甲酸乙酯前體形成的調控方式180
6.2生物危害物代謝與轉運過程的泛素化調控過程191
6.2.1泛素化調控的作用和基本原理191
6.2.2泛素化調控相關的調控因數、透性酶和蛋白酶194
6.2.3泛素化調控的過程和機理194
6.2.4泛素化調控的關鍵節點和相應的代謝改造策略195
6.3生物危害物代謝與轉運過程的磷酸化調控過程196
6.3.1磷酸化調控的作用和基本原理197
6.3.2磷酸化調控相關的調控因數、磷酸化酶和磷酸酶198
6.3.3磷酸化調控的過程和機理201
6.3.4磷酸化調控的關鍵節點和相應的代謝改造策略201
6.4真核微生物代謝物阻遏效應的解析及其在提高發酵食品安全性上的應用206
6.4.1真核微生物中氮代謝物阻遏效應206
6.4.2氮代謝物阻遏效應的調控機制207
6.4.3氮代謝物阻遏效應造成的食品安全問題208
6.4.4基於代謝物阻遏效應調控機制提升發酵食品安全性的策略208
6.5小結209
參考文獻209

7食源性致病微生物導致的生物危害物形成機制與控制策略221
7.1發酵食品生產過程中的食源性致病微生物污染222
7.1.1開放體系造成的食源性致病微生物污染222
7.1.2發酵食品生產過程中的食源性致病微生物污染232
7.1.3發酵食品儲存過程中的食源性致病微生物污染233
7.2發酵食品中有害微生物的控制——單菌封閉體系236
7.2.1菌種控制236
7.2.2空氣過濾除菌237
7.2.3無菌操作工藝238
7.2.4膜技術除菌239
7.3發酵食品中有害微生物的控制——開放混菌體系243
7.3.1發酵條件的控制243
7.3.2有益優勢菌群的強化245
7.3.3微生物複雜相互作用解析與應用246
7.4小結248
參考文獻248

8發酵食品生物危害物的形成機制與消除策略研究展望251
8.1基於系統生物學的發酵食品生物危害物形成機制解析252
8.1.1代謝組學技術解析發酵食品生產過程中的組分變化252
8.1.2功能基因組學和宏基因組學技術解析發酵過程關鍵微生物代謝潛力258
8.1.3轉錄組學和蛋白質組學技術解析發酵食品生產中的微生物代謝功能264
8.2基於代謝工程和合成生物學減少發酵食品生物危害物形成272
8.2.1食品安全級代謝工程體系272
8.2.2發酵食品生物危害物合成途徑的阻斷與抑制273
8.2.3基因工程微生物應用於發酵食品生產的安全性與政策276
8.3小結279
參考文獻279
索引285

發酵是食品加工方式的一個重要組成部分，發酵食品在食品種類中佔有舉足輕重的地位。通過微生物發酵，可以獲得新的食品類型，同時也可以起到改善食品營養成分和增加風味的作用。微生物參與的食品發酵過程，尤其是一些傳統發酵產品（釀造酒、發酵調味品）的製造過程，會產生一些對人體健康有潛在危害的物質，如多環芳烴、細（真）菌毒素、胺（氨）類代謝物（氨基甲酸乙酯、生物胺）等。從危害物產生分子機制角度，解析發酵食品加工過程危害物形成的前體物質自發反應機制、微生物代謝途徑與基因調控模式，是實現食品加工過程安全控制的重要前提。

作為國內第一套對食品加工過程安全控制進行系統闡述的系列專著的組成部分，本書在客觀、科學地闡述發酵食品加工過程危害物形成與消除的研究進展、面臨科學問題的基礎上，結合作者完成和實施的包括國家重點基礎研究發展計畫（973計畫）專案、國家自然科學基金專案和與國內食品企業合作專案等的研究實例，詳細論述了發酵食品加工過程中典型危害物的種類、形成機制、相關微生物代謝途徑及調控機制的基本原理與技術。本書突出理論與食品生產實踐相結合，具有極強的理論性和實用性，期望可為保障食品安全做出積極指導。

本書編寫人員均為發酵工程和食品微生物領域的研究者，在食品生物技術研究方面具有豐富的經驗。各章節編寫分工如下：第1章由陳堅編寫；第2章和第3章由陳堅和方芳編寫；第4章和第5章由方芳編寫；第6章和第7章由周景文編寫；第8章由陳堅、周景文、方芳編寫。參與本書編寫工作的人員還有張繼冉、楊怡敏、劉慶濤和趙鑫銳。

此外，本書在編寫工作中參考了近年來在國內外學術期刊、行業期刊、相關專著以及互聯網新媒體上發表的相關研究論文、綜述文章和市場分析等研究成果，在此一併致謝。

限於編寫人員的學識、研究經驗和寫作水準，難免存在不足之處，懇請廣大讀者隨時提出寶貴意見和建議，以便我們今後改正和進一步完善。

編著者
2016年6月於錫