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食品微生物控制和防腐剂超标溯源—关键控制因素水活度的缺失

培安公司

2012/04/05 09:50

阅读：1458

培安公司

食品里微生物的生长是一个长时间的动态发展过程。食品出厂时，即使微生物检测指标完全合格，在运输、储存和零售等过程中，因为食品贮存环境湿度、运输温度和防腐剂等条件的改变，微生物最终有可能超标，因为这是一个因果关系，只要生长条件如水活度、温度、时间等具备，微生物就会开始持续生长。例如，2005年左右，中国某食品公司从广州向日本出口花生，由于到港后海关检测花生中黄菌霉素超标，连续三次被退回。厂家感到费解的是，明明出港检测产品每项微生物指标都是合格的，在海运路上微生物就长出来了，厂家的解决方案就是多加防腐剂，事后究其原因，一是水活度超标，二是广州到日本海运耽搁了时间，三是运输公司为了节省海运耗油，多赚钱，放宽了对花生运输温度的控制。种种因素造成三次花生出厂时微生物没超标，而到了日本后却总是超标。其问题的深刻和蹊跷，令人深思，发人深省。

中国食品安全质量体系现行相关标准只关注于对微生物生长的现象指标控制，即强制性检测肉毒杆菌、黄菌霉素、大肠杆菌等指标生长的结果，而不监测微生物生长的过程控制因素，如果这些微生物超标，就判断不合格。往往国家和社会对现象结果的过分关注，疏忽了本质原因的关注，达不到微生物生长整个动态过程的监控目标，这是现行国标的一大缺陷。比如，2011年11月，思念三鲜水饺被检出含金黄色葡萄球菌，消费者和媒体纷纷控诉产品不合格，而厂家回应宣称“被检出的微生物含量符合新国家标准，产品是合格的”。消费者和厂家存在争议，谁对谁错，专家也道不明白。实际上是因为微生物的生长是动态的，生长条件没控制好，一旦开始生长就是持续呈指数倍的生长。产品出场检验合格，到消费者手中就可能不合格了，这只是个时间问题。矛盾的根本原因在于国标未对微生物生长的过程和影响因素强制监控。区别于中国国标，欧美日国家对影响微生物生长的因素水活度进行监控，如果发生此类事件，就可溯源是否是厂家没控制好微生物生长条件的责任。不基于水活度控制的微生物含量检测，只能代表当时样品是否有问题，并不能保证食品长时间的安全性。中国国标把食品安全控制仅仅放在结果表征的层面上，意义不大，治标不治本，最后，把企业界引向了普遍存在的通过添加过量防腐剂来延长保质期的控制误区。

1. 微生物生长特点及复杂控制因素

食品里面微生物生长是一个长时间的动态发展过程，在一定的条件下微生物会不断的以指数倍数增长。微生物的生长，如肉毒杆菌、黄菌霉、沙门氏菌等，其生长过程受很多因素影响，如温度、湿度、渗透压、水活度、氧化还原电位、氧气等因素。为了抑制食品中微生物的生长，企业通常采用热杀菌、冷藏、控制酸度、密封等物理方法杀死产品中的微生物，即使这样也不能将微生物赶尽杀绝，同时采用这些方法还会提高生产成本、恶化口感、并不易于监管和执行。

为了解各种微生物生长过程，需要分析各类影响因素，治标必先治本，我们分别来分析抑制和刺激微生物生长的一些因素，以及一些常用的控制微生物生长的措施的合理性。

第一、自然界中存在大量微生物孢子。孢子是植物所产生的一种有繁殖或休眠作用的细胞，能直接发育成新个体。微生物靠孢子生长，是微生物生长的自然规律，无法改变。孢子繁殖迅速，数量庞大，无法采用杀死孢子的方法控制微生物的生长。

第二、高温消毒。采用热杀菌的方式抑制微生物的生长。例如，将食品高温消毒，如果杀菌温度足够高，病原微生物会被杀死了，但食品本身营养成分活性物质也很可能被破坏，同时也将不复存在，严重影响产品的营养性；同时再冷链运输过程中也会遇到温度失控的问题。即采用高温消毒的方式抑制微生物生长会受到其他因素的制约。低温方法常常受到不可控的贮运及零售条件制约，不以人意志为转移。

第三、控制酸度，采用控制酸度的方式抑制微生物的生长的目的。会受到口味等因素的制约例如，改变食品如橙汁的酸度，来达到抑制微生物生长的目的，同时橙汁口感性状也变了，那么在微生物生长得到控制的同时，消费者不一定会认同太强的酸味。酸度控制，影响食品的最终口味，从而影响产品的市场。

第四、采用控制渗透压的方式来控制微生物的生长，必然要添加较多的糖类、以及盐类物质，这样在增加产品储藏性的同时也增加了食品的健康风险，高糖会增加糖尿病风险，高盐会增加心脑血管病的风险，同时部分高渗透压的芽孢杆菌在如此环境中也会长期存在且会分泌大量的内毒素，如不慎食用也会危及生命健康。

第五、控制水活度。水是生命之源，各种微生物生长在生长过程中，唯一无法替代物质就是水，确切的来讲是自由水。因此通过控制微生物赖以生存的自由水这一因子，可以广泛并且方便地控制微生物在食品中的生长。通过对水活度的控制我们可以实现对加工工艺的精确控制，防止过度干燥同时可以实现对微生物生长的控制。我国传统工艺和生产标准中强调的是水分含量，殊不知真正影响微生物生长的是水活度而不是水分含量。水活度监控，早就是欧美日强制标准，最无风险的方案。在本文中我们会对水活度的重要性和应用做细致介绍。

第六、采用添加防腐剂的方式抑制微生物的生长。由于上述控制方式的缺失，于是防腐剂具有廉价方便的特点被广泛使用，但是防腐剂给人类健康带来的损害是非常严重的，中国已出现食品工业界普遍大量添加防腐剂的现象，以目前广泛使用的食品防腐剂苯甲酸为例，国际上对其使用一直存有争议。比如，因为已经有苯甲酸及其钠盐蕴积中毒的报道，欧共体儿童保护集团认为它不宜用于儿童食品中，日本也对它的使用做出了严格限制。但因苯甲酸及其钠盐价格低廉，在我国仍普遍使用。即使是作为国际上公认的安全防腐剂之一山梨酸和山梨酸钾，过量摄入也会影响人体新陈代谢的平衡。并且，防腐剂对于子孙后代的影响尚没有表现出来，如果等危害儿童的大脑发育，降低国民的智力等这种恶劣影响在我们子孙后代身上表现出来时，那将是非常可怕的，因此防腐剂不值得提倡。

各种微生物生长影响因素

	杀灭温度	酸度	水活度	渗透压	防腐剂
肉毒杆菌	100℃ 5hour	pH≤4.8	0.97	19.1%食盐	7ppm亚硝酸钠
荧光极毛杆菌	50℃ 10min	PH≤3.0	0.97	5%食盐	2ppm次氯酸钙
大肠杆菌	60℃ 15min	pH≤5.3	0.95	8%食盐	15ppm二氧化氯 5min
产气荚膜梭状芽孢杆菌	100℃瞬时	pH≤4.5	0.95	5%食盐	200pp乳链球菌素
沙门氏菌	55℃ 30min	pH≤3.7	0.95	8%食盐	丙酸 0.2%--0.4%
霍乱弧菌	56℃ 30min	pH≤4.5	0.95	5%蔗糖	0.5ppm氯15min
李斯特氏菌	70℃ 2min	pH≤4.0	0.92	25%食盐	0.2%双乙酸钠
金黄色葡萄杆菌	70.4℃瞬时	pH≤4.8	0.90	20%食盐	5%石炭酸 10～15min

2. 水活度和微生物生长的关系

1）水活度的概念

人们发现水分含量评价的缺陷，一些具有相同水分含量的食品，相同时间内腐败变质的情况明显不同，水分含量相同但保质期却不同。这是因为食品中水的状态，分为自由水和结合水两种。而微生物或生化反应只能利用其自由水能。因此常规的水分含量测定不足以预报食品质量安全。

水活度，简称aw，指食品水分达到平衡状态下，自由水的含量，即系统中水的能量状态标志，近似地可以认为是自由水所占总水分含量的百分比，表示平衡状态下食品中的水与其他物质结合的自由和紧密程度。虽然水含量和水活度都是用来描述水分存在的状态，只有水活度反映食品的稳定性和微生物繁殖的可能性。水是生命之源，自由水含量的多少可以反映出微生物生长的趋势。水活度与食品中微生物生长、生化反应速率、结晶性、溶解性等安全以及功能因素有着密切的关系。相对于温度、pH等因素，水活度是控制食品腐败和确保质量安全最相关的因素。

2）水活度和微生物生长的关系

水活度检测的目的，是解决微生物生长的问题，通过对水活度的检测可以实现对产品安全性的鉴定，也可实现对产品食用安全性做出预警。美国和日本的法规规定，微生物生长受制于最低水活度，高于该aw微生物便开始大量生长。水活度检测70年代就已纳入美国预防性微生物监控，FDA强制规定，库存食品水活度超过0.85就不能上市销售，在日本规定，库存食品水活度超过0.90就不能上市销售。

水活度-稳定性图示

水活度对微生物生长的限值

水活度对致病菌生长的限制

自由水是微生物生长的基础和必要条件。研究证明，反映自由水含量的水活度与黄曲霉菌和沙门氏菌生长呈重要因果关系。如上图所示，当水活度高于0.65时，霉菌开始生长，高于0.91时大多数微生物便开始繁殖。当水活度超过0.70（25℃）时，食品易受黄菌霉素侵染，水活度越高，黄菌霉素的生长也越快，食品的污染程度也越高。水活度还对控制美拉德反应、延缓酶反应和维生素活度产生影响，并且对食品颜色、口味和香味也起决定性作用。

3. 中美食品安全评估体系的区别

水活度概念已成为食品安全预防性控制的关键控制因素，美、日、欧发达国家均已将水活度检测纳入FDA、USDA 法规和GMP、HACCP 体系。

美国在HACCP关键控制点监测系统中明确定义：“可通过限制水活度来控制病原体的生长。”美国食品与药品监督管理局（FDA）规定：潜在性危险食品是指达到平衡的食品pH大于4.6，水活度大于0.85，此标准可监测预处理是否完全杀死肉毒杆菌。

我们看到，基于水活度体系微生物控制的法规，在美国和日本都是强制性法规，在中国却没有任何强制法规，而是企业自愿引入控制项目。

中国食品安全管理体系没有找到关键控制因素，没有找到基于控制水活度体系真正实现控制微生物生长的因果方法。在美国和日本食品中水活度控制都是强制性法规，在中国既很少见到相关学术研究和讨论，也没有相关水活度控制法规标准，基本上处于被疏忽的状态，主要是企业自愿检测。政府只关心最终结果的现象指标，中国只是强制性检测黄菌霉素、肉毒杆菌不能超过。但如果水活度超标，什么时候微生物长出来，只是一个时间的问题，这是非常麻烦的。所以我国政府经常通过抽查来监控，造成食品中不是防腐剂超标，就是微生物超标的两难境地。中国政府在食品安全质量体系出现严重缺失，我们的专家需要重新的思考对国家的食品安全的责任。

4. 微生物生长的关键控制因素是水活度

中国的食品安全管理体系问题在于，现行微生物指标控制标准受微生物动态发展过程的制约，中国的食品安全管理体系是建立在以治标为基础上的。我们规定，黄菌霉素不能超过多少、肉毒杆菌不能超过多少，这其实都是长出来以后的数值，关键在于，微生物的生长是持续性的，今天的数值和明天的数值不一样，这样就导致今天检测出来是合格的，明天测出来也许就是不合格的。因为微生物在生长，并且条件不一样生长的速度也不尽相同，很难控制。微生物的生长过程并不能通过检测结果来控制，只要条件存在，微生物的生长就是持续的动态过程。人为可控的关键因素是控制微生物生长的条件。控制微生物的生长条件，才能从根本上保证微生物的含量不超出安全范围。

在一个模糊控制系统内，有很多关键控制因素相互影响，并会影响到最终结果，分析这些控制因素之间的主次关系，一定要找到最关键控制因素，就找到了主要矛盾，以此为基本控制点，纲举则目张，为全面影响和改善系统控制的结果，所以我们怎么在一个动态微生物生长系统里，找到在系统里治本的方法。水活度在食品微生物生长影响因素控制中，是最直接、最基础，最容易的。水活度是微生物生长的关键控制因素，它是问题的关键，是主要矛盾。要从根部把微生物掐死，那就只能是控制水活度。

微生物生长从根本上讲，是由于水活度起基础作用，没有水活度，其他如温度、酸度超标将不产生作用。采用控制水活度的方式抑制微生物的生长。相比控制其他因素的优点是更全面、更节省、更经济，防范于未然。

食品温度、酸度和水分等受很多因素的制约，无法自由控制，既不能改变食品的口味，又不能消毒过分。寻求食品中微生物生长最佳控制方法控制水活度可控制微生物生长，通过加防腐剂的方法来阻断微生物生长的潜在危害非常巨大，要追踪微生物生长的动态，找到微生物生长的源头，即水活度（活性水），进行水的能量控制，通过控制水活度的方法切断微生物生长的源头，才能真正控制微生物的生长。如果中国建立以水活度为强制控制因素，未来就不会出现那么多的防腐剂超标和微生物超标的问题。

5. 防腐剂普遍超标是关键控制因素缺失的必然结果

1）防腐剂和防腐剂过量的危害

防腐剂（preservative），是指天然的或化学合成的物质，加入食品、药品、颜料、生物标本等，可以延迟微生物生长或化学变化引起的腐败。在绝大多数情况下防腐剂会给接触者带来一定的健康风险或健康损害。食品工业中常用的防腐剂有亚硝酸盐、苯甲酸钠、三梨酸钾、二氧化硫等，防腐剂超标准使用会对人体造成损害，防腐性能越强的防腐剂对于健康的损害也就越大。

中国食品行业面临一个巨大的安全隐患，是防腐剂的过量添加。防腐剂严重超标的问题，刻不容缓，状态非常紧急，如果防腐剂持续超标，儿童智商会收到影响，解决防腐剂超标问题，利国利民。但现实情况是，企业找不到微生物生长的原因，不得不在食品中大量添加防腐剂，抑制微生物的生长。企业通过添加大量防腐剂解决微生物生长，本身就说明中国现行管理体系是失败的。

较三聚氰胺来讲，中国食品安全质量体系存在比三聚氰胺还可怕的问题，即大规模防腐剂超标的问题。三聚氰胺已经引起重视，其作为一种非法添加剂已经被取缔，毕竟乳制品只是菜单中很少的部分，相比牛奶我们在日常生活中食用了更多的含防腐剂的各种固体食品。因为防腐剂不会立即让你出现问题，防腐剂对于人体健康的伤害是渐进的，不会在某个时间集中爆发出来。已经有研究证明的是长期食用大量防腐剂，会扰乱人体代谢平衡，而防腐剂的慢性伤害问题，还在研究。可能你长大了，会成为一个低能儿，大脑反应迟钝，身体也不好，发育也不健全，因为防腐剂问题的隐秘性，使得人们对防腐剂的警惕程度大大降低，更使得部分对健康造成潜在危害的防腐剂，作为合法添加剂在食品工业中大量使用。解决防腐剂超标的问题，利国利民，刻不容缓。

2）使用防腐剂的原因

现行食品卫生标准中关于微生物控制指标，是强制性标准并且详细给出了限值，并未就控制微生物生长影响因素等条件作出任何指导性的意见和规定，这是中国食品安全评估体系的根本缺陷。中国食品安全质量体系中，对微生物生长的控制，只测标不测本，即只测肉毒杆菌、黄菌霉素、大肠杆菌等指标，如果微生物超标，就判断不合格，即只把食品安全控制放在显性的表征上来。这种标准建立的基础是不可靠的，也是非常搞笑的。导致的最直接后果是，企业为了产品合格，把具体的品质控制目标就变成了单一的迎合这些标准的要求。食品里面微生物生长是一个长时间的动态发展过程，食品出厂的时候，微生物没有长出来，企业不知道是哪里出了问题，因此为了保险，不得不大量添加防腐剂，目的是抑制微生物生长，延长保质期。于是，防腐剂便作为杀灭细菌微生物的有效制剂而大行其道。

《食品添加剂使用卫生标准》严格规定了防腐剂的种类、质量标准和添加剂量，但令人感到十分遗憾和极为担心的是，许多食品生产企业违规、违法乱用、滥用食品防腐剂的现象却十分严重。主要原因是微生物超标的危害是即时性、致命性的，如可能爆发集体性食物中毒事件。而防腐剂对于人体健康的伤害是渐进的，不会在某个时间集中爆发出来。这样使得防腐剂的问题更加隐秘，使得人们对防腐剂的警惕程度大大降低。更使得部分对健康造成潜在危害的防腐剂作为合法添加剂在食品工业中大量使用。生产者在经过利益权衡后，往往会选择增加防腐剂的用量来达到杀灭微生物的目的，这样便可以将致病微生物超标的风险降到最低。而微生物如果超标那么对于食品生产者来说是致命的。如集体性食物中毒事件往往是由于致病微生物造成。

3）防腐剂普遍超标是必然结果

众所周知，通过控制温度、酸度等传统手段来解决微生物生长的问题都不现实，存在着种种弊端。而水活度作为微生物生长控制的关键因素，在中国食品安全体系里没有得到体现，使得企业缺乏水活度控制微生物生长的指导方法，而防腐剂能很好的平衡生产工艺、流通控制、产品口感等各方面的问题，于是在中国食品界出现了一个有趣的现象，微生物不超标，防腐剂大量超标。

中国食品中微生物不超标而防腐剂超标的原因是，中国没有水活度的强制标准，食品行业不控制水活度，只单纯依赖防腐剂来控制微生物，不但治标不治本，甚至会因食用过量防腐剂带来更大更长久的身体伤害。区别于中国食品安全体系，欧美日等发达国家都对水活度控制食品生产有指导意见，并实行强制标准。美国食品药品监督管理局（FDA）所规定的食品生产过程良好操作规范（GMP）中明确地把水分活度定义为反应食品安全性的重要指标。在危害分析关键控制点（HACCP）监测系统中明确定义：“可通过限制水分活度来控制微生物病原体的生长。”例如，在美国规定火腿肠水活度不能超过0.85，而我国火腿肠水活度都是一般都在0.9以上，如果套用发达国家的标准的话，水活度全部超标。可是，食品微生物却没有超标，吃起来味道还行，原因是防腐剂早就过量了。

对于一个食品中诸多微生物控制指标来说，如果只有其中一项防腐剂的含量超出规定，相对这不是一个大问题，两害相权取其轻，许多生产控制成本可以降低，对于食品生产者来讲这也许仅仅是从利益最大化，风险最小化的角度来对这个问题做出的决策，造成防腐剂在国内食品工业中大量滥用。表面上看这是一种不合法也不合乎情理的做法，但是从更深层次的角度来看，这其实是制度的缺失。这是由于国家未将控制微生物生长的关键控制因素即水活度，引入到食品安全风险控制体系中，指导食品企业应用到生产过程，而带来的必然结果。

6. 水活度控制是解决微生物和防腐剂超标一系列问题的关键控制因素

食品安全受多种因素影响和制约，其中最重要的就是微生物含量的控制。在微生物宏观控制体系里，涉及一个保质期的问题，牵涉到运输、温度、防腐剂等条件。从动态发展角度来看，微生物的生长是一个不断变化的过程，还没长出来时，测这些指标是意义不大的，因为随着时间的推移，条件一旦形成就会迅速长出来的。中国现行的食品安全的标准建立在测试各项微生物含量上，如黄菌霉素、肉毒杆菌、大肠杆菌等，国家指标规定是这项不能超，那项不得检出，问题这是一个不断增长的动态问题，我们要用长远发展的眼光来看，今天可能是合格的，明天可能就是不合格的。所以，给企业带来了很大的困惑。只把食品安全控制放在某一个时间点的显性的表征上来，就给防腐剂添加创造了客观条件。对于厂家来说，微生物今天测达标，明天又长出来了，他也不知道是什么问题造成的，为了保险起见所以就大量添加防腐剂。

如何在宏观控制体系里面，找到关键控制因素，找到阻断微生物生长的方法，围绕这个中心，指导食品加工企业的产品设计，生产过程控制、运输、保管和零售，必须从链条的源头上即开始置入水活度的理念。国家没有指导性的标准方法，企业为了对微生物进行控制，简单的将添加防腐剂作为主要控制方法，我国现行的食品安全控制体系指导思想缺失是造成企业过量添加防腐剂现象的更深层次原因，而不能简单地只从企业上找问题，体系的失败才造成企业大量通过防腐剂解决微生物超标问题，如果我们建立以水活度为控制微生物生长关键控制方法，厂家就不需要加很多防腐剂。防腐剂最多只会作为一个次要的辅助手段，滥用现象将会大大降低。

微生物生长是一个持续的动态发展的过程，要对它进行全程监控，就要找到提供微生物生存条件的源头，也就是活性水，即控制水活度。也就是说，食品安全性不能仅依靠于产品问题的检测, 而是必须在整个生产过程中被控制。控制食品生产的水活度，就等于切断了微生物生长的源头。追本溯源，才能防范于未然，才是最根本，最可靠，最经济的关键控制因素的思路。

中国安全质量体系需要重新思考，需要从根本上找到微生物关键控制因素，即控制水活度。而不是花多少钱，买多贵多好的仪器，重点是买正确的仪器，这个正确的仪器，即在一个复杂动态宏观系统里，能起到关键控制因素的仪器。要注重和完善危害分析和关键控制点（HACCP）体系，在微生物控制方面，应当建立水活度的强制标准。如果中国建立以水活度为强制控制因素，未来就不会出现那么多的防腐剂超标和微生物超标的问题。提出关键控制因素的理念，通过水活度的合理控制，我们可以实现加工工艺上的突破，并有效补充传统工艺的不足；可以降低防腐剂的使用，有效降低食品安全风险；可以节约成本、便于检测，让得水活度检测成为一种最方便高效的食品安全风险预警手段。这是一个利国利民的意愿，这是我们对国家和民族的责任。

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