1、1,第四章食品栅栏技术,2,提纲,第一节 概述第二节 栅栏技术的发展趋势第三节 栅栏技术在食品加工 中的应用,3,第一节 概述,栅栏因子理论（Hurdle Technology，HT)1976年，德国肉类食品专家Leistner博士提出。定义：把高温、低温、高压处理、控制水份活性、调节酸度、采用辐照、控制氧化还原电势、添加防腐剂等归纳成栅栏因子。并提出食品防腐就是调控这些因子，打破微生物内平衡，从而限制微生物的活性与食品氧化。这些因子相互作用形成了特殊的防止食品腐败变质的栅栏，对食品的防腐保持联合作用，及栅栏效应，将其命名为栅栏技术。,4,栅栏因子间的相互作用以及与食品中微生物的相互作用的结果
2、，不仅仅是这些因子单独效应的简单累加，而是相乘的作用，这种效应称作栅栏效应（hurdle effect）。,5,“栅栏” 技术,国际食品研究，1995年2月,6,特点：,多种质量卫生安全控制技术协同作用：叠加效应根据食品种类、条件不同，施加不同限制因素采取措施温和：避免营养损失，每种技术只用到中等水平可将食品劣变降低到最小程度：多靶点干扰微生物体内平衡（如细胞膜、DNA、pH、Eh、Aw）,7,应用广泛： 传统产品改进 新产品开发,肉制品果蔬制品焙烤食品乳制品水产品,8,食品腐败的主要原因,细菌、酵母菌、霉菌（微生物量）酶、化学反应虫鼠侵染（昆虫、寄生虫、鼠害）水分损失/增加 与氧和光的反应时
3、间温度,9,食品保藏中施加于微生物的主要限制因素：,抑制或降低微生物生长速度： 低温、控制水份活性、减少氧气、增加二氧化碳、酸化、乳酸发酵、酒精发酵、添加防腐剂等杀灭微生物： 加热、辐照、化学的生物杀菌剂、加入酶、高压、电流等,10,食品最重要的栅栏因子,1. 高温2. 低温3. 低水份活性4. 氧化还原电势5. 防腐剂6. 竞争性微生物,一般食品：降低水分活性和采用温和加热,11,第二节 栅栏技术的发展趋势,栅栏技术食品（HTF）拉美、美国、印度、欧洲发展较快我国开始兴起,12,第三节 栅栏技术在食品中的应用,鲜肉保藏中的应用新鲜果蔬加工中的应用食品包装中的应用乳品工业中的应用调理食品中的应
4、用,13,鲜肉保藏中的应用,非冷冻条件保藏 低耗能、无污染、品质好方法：低温真空包装气调包装天然防腐剂和抗氧化剂,14,新鲜果蔬加工中的应用,鲜切水果蔬菜 品质新鲜、使用方便、营养卫生控制方法温度控制、清洗消毒剂、pH、水分活性、气体成分、臭氧、辐照、包装,15,食品包装中的应用,应用抽真空气调阻隔紫外线材料活性包装信息化包装,16,乳品工业中的应用,温度pH辐射：仓库、车间，可用于乳品冷杀菌压力：大于100MPa，延长风味、保质期 均质气调：碳酸、干酪益生菌：LABS、LGG等,17,调理食品中的应用,调理食品（“Preparedfoods”），是“经过洗、切或其他预处理，可直接进行烹饪的预
5、制食品，预加工食品”；在日本称为“Processfoods”即加工食品。根据原料分类，可分为： 菜蔬类调理食品：如脱水蔬菜、五味杏仁、春笋等； 肉类调理食品：如调味肉串、调味肉丸、酱排骨、方块火腿、鸡块等； 水产类调理食品：如调味鱼浆、调味鱼排、烤鱼片、烤鳗等； 混合类调理食品：如水饺、汤圆、汉堡、火锅料等。,18,食品保鲜栅栏,高温1. 巴氏灭菌法中温处理（例如 以63oC处理30分钟；以100oC处理12秒）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）,19,食品保鲜栅栏,2. 商业灭菌低酸食品（例
6、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）,20,食品保鲜栅栏,3.商业灭菌与巴氏灭菌法比较孢子在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，而商业灭菌则需要3分钟（一种“高压蒸煮“ ）。在100oC（沸水）的温度下，需要6.44小时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6.44小时或121.1oC的温度3分钟）对品质产生的影响迥然不同（
7、在121.1oC时对品质的破坏远远低于100oC时）。,21,食品保鲜栅栏,3.商业灭菌与巴氏灭菌法比较孢子在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，而商业灭菌则需要3分钟（一种“高压蒸煮“ ）。在100oC（沸水）的温度下，需要6.44小时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6.44小时或121.1oC的温度3分钟）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）。,22,食品保鲜栅栏,低温1
8、. 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）,23,食品保鲜栅栏,2. 冷冻通常温度为-18oC至-30oC品质取决于产品、时间和温度长期保鲜（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,24,食品保鲜栅栏,降低水活性（aw）aw 是水的 “可用性微生物生长、酶反应/化学反应需要水干藏（脱水）或（加溶质）将食品扎紧 通常aw越低，保鲜期限越长酸性增加（pH值降低）酸性减缓腐败菌和病原体的生长pH 值在
9、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,25,食品保鲜栅栏,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）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）,26,食品保鲜栅栏,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）,27,“栅
10、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,28,“栅栏” 技术,综合使用几种保鲜方法（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13.3 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,29,“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
11、-营养素（Leistner，1987年）,30,食品保鲜栅栏,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.-防腐剂，V-维他命，N-营养素（Leistner，1987年）,31,食品保鲜栅栏,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。,（Leistner, 1987）,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
12、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,32,食品保鲜栅栏,减少亚硝酸盐的咸肉（“Wisconsin法”（Tanaka等. Food Prot. 1980年）.传统上，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
13、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。,33,食品保鲜栅栏,巴氏灭菌流程的软干酪（Tanaka等人, J. Food 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。,34,“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
14、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。,食品保鲜栅栏,35,食品保鲜栅栏,“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pH 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 + 0.1 T）2 Dt （2）,T,42,高品质寿命（
15、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。,43,高品质寿命（HQL）,除了使用Arrhenius模型外，有时还采用 Q10 值。尤其是HQL概念。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。,44,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,45,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。求各个温度的HQl积分。比如，Q
16、10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？,46,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)= 220oC，HQL=50天20oC，Log(HQL)=1.698 在图上找出15oC时的HQL 在20oC和15oC的温度下，增加HQL的百分比（%） 提示20oC 50/100+ 15oC的百分比（%） ?,47,预测微生物学,定义预测条件的概念能实现客观评估 McMeekin等人，1992年。,48,典型生长曲线,自20世纪90年代
17、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。常常使用 Gompertz模型预测,时间,49,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。,50,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,51,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,52,致谢/参考信息,Al Paulson （栅栏注释）Baranyi, J.与Roberts, T.A. 2004. 预测微生物学 定量微生物生态学 2006年8月7日下载USDA（美国农业部） 网站： ,
