1、第一章食品腐败变质及其控制,第一节 食品加工原料的特性和要求 食品原料主要组成 食品加工原料的特性和要求 第二节 影响食品变质的因素及食品保藏技术 食品腐败变质的主要因素及其特性 食品保藏技术的基本原理 食品保藏中栅栏技术的应用,第一节 食品加工原料的特性和要求,一、食品原料主要化学成分 蛋白质 碳水化合物 脂肪 有机酸 维生素 色素 矿物质等,二.影响原料品质的因素,1.食品原料采收后的基本特征 蔬菜、水果、粮食、坚果等植物性原料在采收或离开植物母体之后仍然是活的； 畜禽和鱼类在屠宰后，组织即死亡，但污染这些产品的微生物是活的，同时，细胞中的生化反应在继续; 原料品质不会随贮藏时间的延长而变
2、好，产品一经采收或屠宰后即进入变质过程; 加工过程本身不能改善原料的品质，也许使有的制品变得可口一些，但不能改善最初的品质。,二.影响原料品质的因素,2.原料采收运输和保藏的基本原则 原料应该在其品质最佳的时候进行采收、屠宰或用其他方法进行采集； 原料在搬运中要避免损伤； 将原料保藏在尽量能减少变质的条件下。,二.影响原料加工的因素,3.影响原料品质的因素 （1）微生物的影响； （2）酶在活组织、垂死组织和死组织中的作用； （3）呼吸； （4）蒸腾和失水； （5）成熟与后熟； （6）动植物组织的龄期; （7）与其组织品质的关系 .,二.影响原料加工的因素,3.原料的贮藏和保鲜： 温度; 气调贮
3、藏; 包装,第二节 影响食品变质的因素及食品保藏技术,一食品腐败变质的主要原因及其特性：生物(外因)和化学因素(内因)物理因素 其他因素,影响食品腐败变质的化学因素(内因),引起食品腐败变质的内在因素主要包括食品自身酶的作用及各种生理生化作用,内因是事物发生改变的根本原因,合成代谢,分解代谢,氧化酶,还原酶,动植物采收或屠宰后此种平衡完全被打破,影响食品腐败变质的化学因素(内因),引起食品腐败变质的内在因素主要包括食品自身酶的作用及各种生理生化作用 （1）酶的作用 氧化酶类 酚酶（phenolase）； 脂氧合酶(Lipoxygenase）；（双键处加氧生成过氧化物的酶 ） 过氧化物酶（per
4、oxidase）； 抗坏血酸氧化酶（ascorbic acid）（此酶催化分子态的氧可将抗坏血酸氧化成去氢抗坏血酸 ）,内因是事物发生改变的根本原因,酚酶： 包括酚酶和多酚氧化酶 底物是酚类、黄酮类及单宁化合物 氧化条件：有氧气参与 辅基：铜 发生氧化褐变 预防措施：隔离氧气或使酶钝化,脂氧合酶 破坏亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸等不饱和脂肪酸，产生游离基 低温下仍有活力 其他氧化酶：过氧化物酶和抗坏血酸氧化酶,影响食品腐败变质的化学因素(内因),脂酶（lipase）:存在于所有含有脂肪组织的食品中，能将脂肪分为甘油和脂肪酸 果胶酶(pectic enzyme) :主要有多聚半乳糖醛酸酶（poly
5、galacturonase）和果胶甲脂酶（pectine methylesterase），能分解水果和蔬菜中的果胶物质，使产品变软,（2）非酶作用 美拉德反应 抗坏血酸氧化产物的作用 食品化学成分与容器反应（金属离子） 加工用水中的成分与食品成分反应 （3）氧化作用：脂肪的自动氧化及自由基反应,影响食品腐败变质的生物因素(外因),微生物:食品营养丰富，是微生物生长的良好培养基，食品储藏及加工中有大量的机会接触微生物，微生物的生长繁殖会导致食品腐败变质； 害虫和啮齿动物:食品也常遭受害虫和啮齿动物的侵害而变质。,影响食品腐败变质的物理因素,食品储藏环境的物理因素（温度、水分和光照）可以加速和减缓
6、食品腐败变质的速度，这些因素对食品的腐败变质有间接的作用，这也是食品保藏研究的主要内容。,可以改变和控制的因素，也是可以影响其它因素的因素,温度 水分 光,温度：影响食品中化学反应的速度、生化反应及微生物生长速度 范特霍夫方程：温度每升高10，化学反应速度增加2-4倍； 阿雷尼乌斯方程用活化能的概念解释了温度升高化学反应速度增加的原因； 对酶促反应和非酶促反应的影响不一样； 水分：影响化学反应速度及微生物生长速度 光照：诱发自由基反应,影响食品腐败变质的其它因素,机械损伤 乙烯 外源污染物,二 食品保藏技术的基本原理（技术）,1 维持食品最低生命活动的保藏方法 2 抑制食品生命活动的保藏方法：
7、 3 应用发酵原理保存食品 4 利用无菌原理保藏食品,二 食品保藏技术的基本原理（技术）,1 维持食品最低生命活动的保藏方法 水果蔬菜的保鲜储藏,二 食品保藏技术的基本原理（技术）,2 抑制食品生命活动的保藏方法： 肉品冻藏 食品干藏 肉类腌制保藏,肉类低温保藏的基本原理 低温贮藏时，可以抑制微生物的生长繁殖，延缓肉内各化学成分之间的反应，控制酶的活性。 如当温度降到10-15时，除了少数嗜冷菌外，大多数细菌都已停止发育。 原因是：在这种低温下，肌肉中的大部分水分已经冻结，微生物不能通过水分获得营养来进行正常的生理活动，从而阻碍了微生物的生长发育。,二 食品保藏技术的基本原理（技术）,3 应用
8、发酵原理保存食品 泡菜 酸菜 腊肉 酸乳,二 食品保藏技术的基本原理（技术）,4 利用无菌原理保藏食品 罐头食品 大多数经过加热杀菌并密封的食品保藏,食品保藏原理概括起来讲 无生机原理 假死原理 不完全生机原理 完全生机原理,食品保藏原理从引起食品腐败的原因讲可分为以下三类： 微生物控制：加热和冷却、控制水分活度、控制pH、控制渗透压、烟熏、改变气体组成、使用添加剂、辐照、微生物发酵 控制酶 控制其他因素,食品质量控制的新技术栅栏技术在食品保藏中的应用,栅栏技术的提出 栅栏效应 栅栏技术,栅栏技术是德国肉类研究中心Leistner(1976年)提出， 国内也有将栅栏技术和栅栏因子译为障碍技术和
9、障碍因子。 利用栅栏原理，充分应用栅栏效应延长食品保存期的技术叫栅栏技术,1、栅栏因子 Leistner(1976年) 把食品防腐的方法和原理归结为高温处理（F）、低温处理（t）、降低水分活性（Aw）、酸化（pH）、降低氧化还原电势（Eh）、添加防腐剂（Pres）、竞争性菌群及辐射等因子的作用，将这些因子称为栅栏因子（hurdle factors）。,2、栅栏效应：指所设置的屏障（栅栏）对微生物的抑制能力。如某一产品在加工中使用了加热、干燥、防腐、酸化等项处理措施，假定它们对抑制微生物的效应强度相同，并共同发生作用，使微生物不能越过最后一道防线（栅栏）而繁殖，所以使这一产品安全可靠。,食品栅栏
10、因子,潜在的 “栅栏“ 1. 高温 2. 低温 3. 低水活性 4. 酸化 5. 供氧减少 6. 竞争性微生物菌丛 7. 防腐剂,主要的栅栏因子,1、热加工（H）高温热处理是最安全和最可靠的食品品保藏方法之一。加热处理就是利用高温对微生物的致死作用。从食品保藏的角度，热加工指的是两个温度范畴：即杀菌和灭菌。 A、 杀菌 杀菌是指将食品的中心温度加热到65-75的热处理操作。在此温度下，食品内几乎全部酶类、病原菌和大多数腐败菌均被灭活或杀死，但细菌的芽孢仍然存活。因此，杀菌处理应与产后的冷藏相结合，同时要避免食品的二次污染。 B、 灭菌 灭菌是指食品的中心温度超过100的热处理操作。其目的在于杀
11、死细菌的芽孢，以确保产品在流通温度下有较长的保质期。但经灭菌处理的肉制品中，仍存有一些耐高温的芽孢，只是量少并处于抑制状态。,食品栅栏因子,（1）巴氏灭菌法 中温处理（例如 以63oC处理30min；以100oC处理12s） 优质的产品质量 破坏植物病原体（致病微生物） 降低总体微生物量，增加保质期 不能破坏孢子（一些细菌的休眠期） 通常与其它栅栏结合（例如，冷藏）,食品栅栏因子,（2）商业灭菌 低酸食品（例如蔬菜和肉类） 高热处理（相当于在 121.1oC处理几分钟） 能破坏孢子 提供“耐货架存放”的产品 一些营养及品质遭到破坏（色泽、风味和质地）,食品栅栏因子,（3）商业灭菌与巴氏灭菌法比
12、较 孢子在121.1oC被破坏的速度比100oC约快130倍。 巴氏灭菌法可将产品立即加热到121.1oC 在100oC（沸水）的温度下，需要6.44h才能达到同样的灭孢效果。 但是，在121.1oC时品质（营养、质地、色泽等）破坏的速度只比100oC快约4.3倍。 因此，同等的安全流程（100oC的温度6.44h或121.1oC的温度3min）对品质产生的影响迥然不同（在121.1oC时对品质的破坏远远低于100oC时）。,食品栅栏因子,2、低温保藏（t）低温保藏环境温度是控制肉类制品腐败变质的有效措施之一。低温可以抑制微生物生长繁殖的代谢活动，降低酶的活性和肉制品内化学反应的速度，延长肉制
13、品的保藏期。但温度过低，会破坏一些肉制品的组织或引起其它损伤，而且耗能较多。因此在选择低温保藏温度时，应从肉制品的种类和经济两方面来考虑。 肉制品的低温保藏包括冷藏和冻藏。,食品栅栏因子,（1） 冷藏 对大多数食品而言，理想温度为0oC 4oC 短期保鲜（数天至数周） 优质的产品质量（新鲜、最低程度的加工、真空） 减慢微生物生长、呼吸、酶反应/化学反应速度 一些病原体仍能生长（例如：肉毒杆菌（ E型）、李斯特氏杆菌）,食品栅栏因子,（2） 冻藏 通常温度为-18oC至-30oC 品质取决于产品、时间和温度 长期保藏（数月至数年） 阻止微生物生长和呼吸 减慢化学反应速度 须有精良包装,3、水分活
14、性（ Aw ） 水分活性是食品品中的水的蒸汽压与相同温度下纯水的蒸汽压之比。 当环境中的水分活性值较低时，微生物需要消耗更多的能量才能从基质中吸取水分。 基质中的水分活性值降低至一定程度，微生物就不能生长。一般地，除嗜盐性细菌（其生长最低Aw值为0.75）、某些球菌（如金黄色葡萄球菌， Aw值为0.86）以外，大部分细菌生长的最低Aw均大于0.94且最适Aw均在0.995以上；酵母菌为中性菌，最低生长Aw在0.88-0.94；霉菌生长的最低Aw为0.74-0.94, Aw在0.64以下任何霉菌都不能生长。,3、降低水活性（ Aw ） Aw 是水的 “可用性“ 微生物生长、酶反应/化学反应需要水
15、 干藏（脱水）或（加溶质）将极大地降低食品水分活度 通常Aw越低，保鲜期限越长,食品栅栏因子,4、酸性增加（pH值降低） 酸性减缓腐败菌和病原体的生长 pH 值在4.5以下，不会孳生病原体，也不会生出孢子 （例如果汁和泡菜） pH 值高于4.5，必须灭菌，保证耐储存性 pH 值低于4.5，可用巴氏法灭菌,食品栅栏因子,4、对氧气进行控制 氧含量低可以阻止很多腐败菌的生长 但是:有些病原体要求厌氧条件。例如：肉毒杆菌） 5、防腐剂 抑制细菌、酵母菌、霉菌 特定情况下可少量应用（毫克/公斤） 例如：苯甲酸盐（软饮料）、丙酸盐（烘焙食品）、亚硝酸盐 （肉类）、亚硫酸盐（葡萄酒）、抗坏血酸盐（果汁）,
16、食品栅栏因子,竞争性微生物 “有益的”细菌抑制“有害的”细菌（腐败菌、病原体） 可通过下列方式实现： “排挤出“ 产生酸 产生抗生素（细菌素） 例如：乳酸菌（泡菜、酸奶）,“栅栏” 技术,利用栅栏原理，充分应用栅栏效应延长食品保存期的技术叫栅栏技术 综合使用几种保藏方法（次优级）：- 使产品可在货架上长期存放 - 改进品质- 如果主要栅栏失败，可提供额外的安全保护 也被称为“综合方法” 技术,（Leistner, 1987）,图 此天平演示：不同的栅栏即使稍有改进，综合起来也可以对食品的微生物稳定性起到显著作用。 （Leistner，1987年）,稳定,不确定,不稳定,理想化栅栏效应模式：某种
17、食品含有同等强度的六个栅栏因子。 较为实际的栅栏效应模式：有几个强度不同的栅栏因子，但起主要作用的栅栏因子是和Pres。 初始菌数较低的食品栅栏效应模式：只需少数栅栏因子就可以有效防止食品腐败； 初始菌数多或营养丰富的食品栅栏效应模式：微生物具有较强的生长势能，各栅栏因子未能控制住微生物活动而使食品腐败变质，必须增强现有栅栏因子或增加新的因子，才能达到有效的防腐；,经过加热而又杀菌不完全的食品栅栏效应模式：细菌芽孢尚未受到致死性损伤，但生命力已经减弱，因而只需较少而且作用强度较低的栅栏因子，就能有效抑制微生物生长。 栅栏顺序作用模式：在不同食品中，微生物的稳定性是通过加工及储藏过程中各栅栏因子
18、间以不同顺序作用来达到的。 栅栏协同作用模式：食品的栅栏因子具有协同作用，即个或个以上因子的协同作用强于多个因子单独作用的累加。,“栅栏” 技术,国际食品研究，1995年2月,“栅栏” 技术,Aw和pH在细菌生长方面的相互作用。,10,FDA良好生产规范,“栅栏” 技术,图13.1 用9个例子演示栅栏效果。标记含义如下：F-加热，t-制冷，aw-水活性，pH-酸度，Eh-氧化还原势，pres.-防腐剂，V-维他命，N-营养素 （Leistner，1987年）,食品保藏栅栏,图13.1 用9个例子演示栅栏效果。标记含义如下：F-加热，t-制冷，aw-水活性，pH-酸度，Eh-氧化还原势，pres
19、.-防腐剂，V-维他命，N-营养素 （Leistner，1987年）,食品保藏栅栏,发酵的干腊肠 栅栏的次序确保每个阶段的稳定性。除了Aw ，所有的栅栏都会随着时间的推移而衰弱。 1. 亚硝酸盐抑制病原体 2. 其他细菌的生长耗尽氧分 3. 低氧喜好产酸竞争性菌丛 4. 酸降低pH值 5. 由于干制，Aw栅栏逐渐升高。,图13.4 在发酵香肠（意大利腊肠）的成熟和贮藏期间发生的栅栏次序。Pres.=亚硝酸盐，Eh=氧化还原势的减弱，c.f.=竞争性菌丛的生长，pH-酸度， aw=干制流程,减少亚硝酸盐的咸肉（“Wisconsin法”（Tanaka等. Food Prot. 1980年）. 传统
20、上，咸肉和其他腌制肉类都使用亚硝酸盐，具有抗肉毒杆菌的特性（加上色泽和风味）。 但是，油炸咸肉会产生亚硝胺，亚硝胺是一种强致癌物质。 希望降低亚硝酸盐，但维持感官特性和安全性。 “Wisconsin法” 降低了亚硝酸盐，但增加了一种乳酸菌（L. plantarum）和一种可发酵的碳水化合物（蔗糖）。 如果温度适当，乳酸菌生长，蔗糖发酵，生成乳酸，降低pH值，阻止病原体的生长。 因此，咸肉通过几个栅栏得以保鲜，包括防腐剂、冷藏、竞争性微生物菌丛和pH。 “Wisconsin法”制作的咸肉与普通咸肉的感官特性没有显著差别。,食品栅栏,食品栅栏,巴氏灭菌流程的软干酪 （Tanaka等人, J. Fo
21、od Prot. 1986年）这些产品的pH值 4.5，且Aw 0.85。 必须遵守低酸灌装食品规定（例如：商业灭菌）。 但是，由于品质原因，这些产品不能进行商业灭菌。 这些软干酪通过适度的盐、降低的pH和湿度得以保鲜而不变质。,“简单保鲜”的鱼类产品（例如：盐腌、腌渍、冷熏） 低盐（水相氯化钠5.0）。可能有其他防腐剂（例如：山梨酸、苯甲酸盐、烟熏）。可以经原材料或煮熟的原材料制作。 冷藏贮藏。保鲜期有限，通常无需加热即可食用。 栅栏：（低初始微生物量）、氯化钠（ Aw ，防腐剂）、 （其他防腐剂）、冷藏 注： 细菌病原体和生物多胺是潜在的问题。 肉毒杆菌（E型）由3%氯化钠（w/w水相）和
22、低温控制。 如果没有“安全处理” 步骤的控制，例如冷冻原材料，寄生虫可能生存。,食品栅栏,食品栅栏,“半保鲜”的鱼类产品（例如：腌渍鱼制品、发酵鱼、鱼子酱）。 氯化钠6%氯化钠（w/w水相）或pH5.0。可能加入防腐剂，例如山梨酸或苯甲酸盐。要求冷藏。 在加工过程中或食用前，通常无需加热处理。传统的制作通常在最终加工前有一个很长的成熟期（几个月）。 栅栏：氯化钠（ Aw,防腐剂）、冷藏（t）、 pH、（其他防腐剂）、（竞争性菌丛）。,食品栅栏,注： 如果贮藏温度低于10oC，病原体的生长会受到抑制；肉毒杆菌 （A型和B型）和金黄色葡萄球菌不能在10oC以下生长，有些产品的氯化钠含量虽高，但如果
23、没有温度控制这几种病原体仍会生长。 体现在与生体毒素相关的食源性疾病，包括组胺和细菌毒素及寄生虫。 必须严格控制原材料，才能控制这些危险。,食品栅栏,“真空“产品 食品真空包装、烹制（巴氏灭菌），然后冷藏。 食用前再次加热。 比传统流程的品质更高（风味、营养）、便利 栅栏： 低微生物量、低氧、巴氏灭菌法、冷藏 问题： 肉毒杆菌孢子未被巴氏灭菌法破坏。 真空（无氧）允许肉毒杆菌生长。 安全依赖于不中断的冷藏链。,食品腐败的速率,所有的食品都以一定的速率腐败，取决于温度。 取决于食品的类型和历史。,腐败速度,反应物的损耗可以是线性的:化学品= a + b（时间）或非线性的:化学品= a （a -
24、b） * e（ b*时间）,时间,时间,浓度,浓度,零阶,一阶,取决于温度,表达式很多，包括Gorga和Rousivalli的相对腐败速率和著名的Arrhenius方程:k=Ao e -DEa/RTk是反应速率，Ao是频率或碰撞或频率因子，- DEa是活化能，R是气体常数（1.987 cal/mol.K），T是绝对温度（K）。在大部分情况下，反应很复杂，这个表达式应当慎用。,相对腐败速率（海产品）,R = （1 + 0.1 T）2 （1）,R = 温度T时的相对腐败速率 T 0C。品质可以根据时间/温度历史的积分估算。,时间 （日）,温度（C）,Dt,面积= T x Dt 品质Q = （1 +
25、 0.1 T）2 Dt （2）,T,高品质寿命（HQL）,贮藏时间，按日计。 由感官数据决定。 在特定温度检测变化的HQL时间。 Log(HQL)与温度线性相关。,高品质寿命（HQL）,除了使用Arrhenius模型外，有时还采用 Q10 值。 定义为一个温度之速率与比该温度再低10 Co的温度速率之比。 由vantHoff发现，他注意到很多反应的Q10约为2。 低温或冷冻温度下储存水果蔬菜时使用的技术。,高品质寿命（HQL）,水果蔬菜的Q10值约为2.5。 冷藏草莓约为25。 以下情况下须谨慎: 冷却损伤 跃变性 推断,高品质寿命（HQL）- 预测,如果已知Q10和贮藏历史，则可预测保鲜期限
26、。 求各个温度的HQL积分。 比如，Q10为2, HQL为10oC下100天。 在10oC贮藏了50天，15oC贮藏了10天。 在15oC温度下，还可以保鲜多少天？,高品质寿命（HQL）- 预测,因Q10等于2, 10oC时HQL等于100天 10oC，HQL=100天 10oC，Log(HQL)= 2 20oC，HQL=50天 20oC，Log(HQL)=1.698 在图上找出15oC时的HQL,预测微生物学,定义 预测微生物学（Predictive Microbiology）是一门结合微生物学、化学、数学、统计学和应用计算机技术的交叉性学科，它采用数学的方法描述不同环境条件下，细菌数变化和
27、外部环境因素之间的响应关系，并对微生物的生长动力学做出预测。,预测微生物学,现状 20世纪80年代初，Ross等提出了“微生物预测技术”，从此预测微生物学诞生了。1983年，一支由30个微生物学家组成的食品小组，用计算机预测了食品的货架期，建立了腐败菌生长的数据库，正式拉开了预测食品微生物的帷幕。预测微生物学创始之初，有学者认为其预测不够精确，但试验证明模型误差不大于微生物试验所带来的误差，使预测模型在食品工业和食品检控领域获得了信任。,预测微生物学,现状 现在，每年在Food Microbiology、 International Journal of Food Microbiology、J
28、ournal of Food Protection 等杂志期刊都有大量预测微生物的相关论文发表，国际上每4年还会举办1次食品预测微生物国际研讨会。近年来，随着计算机技术的发展，预测微生物学得到迅猛发展。预测模型软件的开发和应用，为快速评估环境和食品组分对食品微生物生长的影响，监测产品中微生物生长动态提供了便捷的平台。,典型生长曲线,自20世纪90年代以来，对细菌生长的预测有所进步，以提供反应细菌能以多快速度生长的估值。 常使用 Gompertz模型预测,时间,Gompertz模型,ln（ Nt/N0）= Ce -e -B （t-M）Nt 为在时间 t 或时间 0 时有机体的浓度，C为生长周期的对数，B为时间M时的最大生长速度。,温度对细菌生长的影响,温度对食物中的细菌生长产生巨大影响,出自：Baranyi, J.与Roberts, T.A. 2004,时间,温度,Belehradek模型,1896-1980年，布尔诺，捷克斯洛伐克 普通式：k = a （t-t0 ） dk 为生长速度或迟延时间, t为温度，t0为最低生长温度,
