學習目標
1.掌握微生物的概念。
2.了解微生物在生物界的分類地位。
3.理解微生物的一般特點。
4.明確食品微生物學的研究內容和任務。
5.了解微生物的基本研究方法。
第一節 微生物學的研究對象、任務和分科
一、微生物的概念及主要類群
（一）什麼是微生物
微生物（microorganism）是指廣泛存在於自然界中的一大群個體體積微小，結構簡單，大多是單細胞，少數是多細胞，甚至沒有細胞結構的低等生物。這些微小的生物必須借助於光學顯微鏡和電子顯微鏡才能看清它們的形態結構。
微生物是一個龐雜的大家族，包括：不具細胞結構的病毒、單細胞的立克次氏體、細菌、放線菌；具有完整細胞核的真核微生物，如黴菌和酵母菌、單細胞藻類、原生動物等；衣原體、支原體以及比病毒結構還簡單的類病毒、朊病毒等也屬於微生物。
（二）微生物的特點
1.形體微小、結構簡單
微生物的個體極其微小，要測量它們，必須用μm或nm作單位。如一個典型的球菌體積僅為１μm3，小的細菌甚至比大的病毒還要小；又如植物雙粒病毒，直徑僅有18～20nm。它們的結構也是非常簡單的，大多數微生物為單細胞，隻有少數為簡單的多細胞，有的甚至是分子生物。如馬鈴薯紡錘形塊莖病毒（PSTV）僅是由359個核苷酸組成的單鏈環狀RNA，長度為50nm；朊病毒僅由蛋白質分子組成。
2.代謝旺盛，繁殖快速
生物界中，微生物具有驚人的生長繁殖速度，其中二等分裂的細菌尤為突出。人們研究得最透徹的微生物是大腸埃希氏菌（Escherichia coli），其細胞在合適的生長條件下，每分裂一次的時間是12.5～20.0min。如按每20min繁殖一代，則每小時分裂3次，24h可繁殖72代，一個細胞經過一晝夜的繁殖即可達到4.722×1024個。
當然，由於條件的限製，細菌的指數分裂速度隻能維持數小時，而在液體培養基中，細菌細胞的濃度一般僅能達到108～109個/mL。微生物的這一特性在發酵工業上體現在：生產效率高、發酵周期短。體現在生物學基本理論研究上的優越性：科研周期大大縮短、節省經費、效率提高。但是對於危害人、畜和植物等的病原微生物或使物品發黴的微生物來說，它們的這個特性就會給人類帶來極大的麻煩甚至嚴重的禍害，因而需要認真對待。
3.適應性強、易變異
微生物對環境條件，特別是“極端環境”具有驚人的和極其靈活的適應性，這是高等動植物無法比擬的，諸如抗熱性、抗寒性、抗鹽性、抗酸性、抗壓力等能力。例如：在海洋深處的某些硫細菌可在250～300℃正常生長；嗜鹽細菌可在飽和鹽水中正常生長繁殖；氧化硫杆菌（Thiobacillus thiooxidans）在pH 0.5～2.0（5%～10%的硫酸）的酸性環境中生長；脫氮硫杆菌生長的最高pH為10.7；許多微生物尤其是產芽孢的細菌可在幹燥的條件下保存幾十年、幾百年甚至上千年。
微生物的個體一般都是單倍體，加之它具有繁殖快、數量多以及與外界環境直接接觸等原因，雖然微生物的變異頻率僅為（10-6～10-9），由於世代短、子代眾多，因而可在短時間內產生大量變異的後代。變異的表現可涉及形態結構、代謝途徑、抗性、代謝產物的種類和產量等。在微生物育種中利用變異這一特性可獲得高產菌株，如：以青黴素的產量變異為例，在1943年，利用產黃青黴（Penicillium chrysogenum）發酵生產青黴素，青黴素發酵液中隻分泌約20單位/mL的青黴素。通過誘變現在發酵液中達到5萬～10萬單位/mL，成本大大降低。當然，病原菌產生的耐藥性變異也很常見。微生物適應性強、易變異的特點在發酵工業中較為有益，但對大多數食品行業則是不利的。
4.吸收快，轉化力強
微生物吸收和轉化物質的能力比動物、植物要高很多倍，如在合適的環境下，Escherichia coli每小時內可消耗其自重2000倍的乳糖。產朊假絲酵母（Candida utilis）合成蛋白質的能力比大豆強100倍，比牛強10萬倍。人類對微生物的利用主要體現在它們的生物化學轉化能力上，如1kg釀酒酵母可把幾千千克的糖發酵生成酒精。微生物的這個特性為它們的高速生長繁殖和產生大量代謝產物提供了充分的物質基礎，從而使微生物有可能更好地發揮“活的化工廠”的作用。
5.食譜雜，易培養
微生物利用物質的能力是其他生物無法比擬的，從簡單的無機物到複雜的有機物，都有能利用的微生物種類。有些不能被其他生物利用的物質，也能找到可以利用它們的微生物，如纖維素、石油、塑料等；有些對人及動植物有毒的物質如氰、酚、多氯聯苯等，也能被一些微生物分解利用。微生物這一特性有利於進行綜合利用，變廢為寶，為社會創造財富。
6.種類多，分布廣
微生物是無處不有無處不在，在生物圈的每一個角落都有微生物蹤跡。如：土壤、空氣、水體、海底、高空、動植物的體表，人體及與外界相通的體腔中都有數量眾多的微生物。由於微生物的發現比動植物晚，加上鑒定微生物種的工作以及劃分種的標準等問題較複雜，所以目前確定的微生物種數隻有10萬多種。隨著科技的發展，分離、培養方法的改進和研究工作的進一步深入，將會有更多的微生物被發現。微生物複雜的生物多樣性形成了代謝的多樣性，從而為人類提供了豐富的資源寶庫。
（三）微生物在生物界的地位
對於生物的分類，過去很長一段時間人們曾把所有的生物分為動物界和植物界兩大類。微生物中有些類群，如原生動物，細胞柔軟而不具細胞壁，可運動，不行光合作用，屬於動物界。有些類群，如藻類具細胞壁，行光合作用，歸於植物界。但是許多細菌具細胞壁、可運動，又不行光合作用，將它們歸於植物界或動物界均不合適。因此後來有人提出另立微生物界或原生生物界的創意，而與動物界和植物界相並列。直到1969年魏塔克（R.Whittaker）首先提出了五界分類係統，他將所有的生物分為：
①原核生物界：包括細菌、放線菌、藍綠藻等所有的擬核生物；
②原生生物界：包括具有真核細胞的單細胞生物如大多數藻類和原生動物；
③真菌界（菌物界）：包括酵母菌、黴菌、菌蕈等真菌；
④植物界：包括所有典型的多細胞植物；
⑤動物界：包括所有的多細胞後生動物。
《細菌分類基礎》（王大耜編著，1977年）中提出：無細胞結構的病毒應看做一界，即病毒界（包括非細胞型的分子生物）。這樣微生物在整個生物分類係統中占有四界，即：病毒界、原核生物界、真核原生生物界與真菌界。在當前流行的三域學說中（古菌域、細菌域、真核生物域）微生物分布於三個域中，這充分顯示了微生物在自然界中的重要地位。由此可見，微生物學的研究對象是十分廣泛而豐富的。但是在這些研究對象中，最主要的研究對象是細菌。
二、食品微生物學的研究內容和任務
食品微生物學是專門研究微生物與食品之間相互關係的一門學科。研究的內容涉及與食品有關的微生物的生命活動的規律；如何利用有益微生物為人類製造食品；如何控製有害微生物、防止食品發生腐敗變質；研究檢測食品中微生物的方法、製定食品中的微生物指標，從而為判斷食品的衛生質量提供科學依據。
微生物種類繁多，在自然界中分布極為廣泛，高至12000m的高空，深至10000m的海底，以及江、河、湖、溪中都有微生物的存在；土壤是微生物生活的大本營，就是在營養貧乏的岩石、礦山和幹旱的沙漠中也都能找到微生物的蹤跡；在動植物的體表和體內也存在著微生物；甚至在高達90℃以上的溫泉和終年積雪的高山上都有微生物的存在。由此可見，微生物幾乎無處不有、無處不在，可以這樣說凡是有高等生物的地方，都有微生物的存在，沒有高等生物存在或對高等生物有害的環境中，也有微生物的蹤跡，並且生長繁茂。我們吃的食品和食物原料上，因生產方式、製作工藝、貯藏保存等環境條件的不同，在一定程度上會帶有一定數量和種類的微生物。微生物在食品中可以起到有益作用，也可以起到有害作用，我們學習微生物及其生命活動是為了利用、控製、改造微生物，即充分利用微生物對人類生活有利的方麵，控製其有害的方麵，開發微生物資源，使之為社會服務，為人類造福。
微生物的活動與人們的生活及生產是息息相關的。早在古代，人們就采集野生菌類作為食物，利用微生物釀酒、製醬。隨著科技的發展，人們對微生物與食品的關係有了深入地了解，對微生物種類及其作用機理的研究擴大了微生物在生產及食品製造中的應用範圍。在應用方式上主要有以下幾個方麵。