第二章食品保藏的基本原理

第二章食品变质腐败的抑制—食品保藏的基本原理•无生机原理•假死原理•不完全生机原理•完全生机原理本章的主要内容及重点温度对食品变质腐败的抑制作用水分活度对食品变质腐败的抑制作用PH对食品变质腐败的抑制作用电离辐射对食品变质腐败的抑制作用其他因素对食品变质腐败的抑制作用第一节温度对食品变质腐败的抑制作用一、温度与微生物的关系（一）高温对微生物的杀灭作用1、微生物的耐热性•分类：嗜热菌、中温性菌、低温性菌、嗜冷菌•产芽孢菌比非芽孢菌耐热•芽孢具有较强的耐热性2、影响微生物耐热性的因素•微生物的种类•微生物的生理状态•培养温度•热处理温度和时间•初始活菌数•水分活度•PH值•蛋白质•脂肪•盐类（取决于盐的种类和浓度）•糖类（取决于糖的种类和浓度）•其他因素（防腐剂、真空度等）3、耐热性的表示方法◆加热时间与细菌芽孢致死率之关系热力致死速率曲线图2-4D值（指数递减时间）——在一定的环境和热力致死温度下，杀死某细菌群原有残存活菌数的90%所需要的加热时间。D值越大，表示细菌死亡速率越慢，细菌的耐热性就越强。TRT（热力指数递减时间）——在任何热力致死条件下将细菌或芽孢数减少到原有残存活菌数的1/10n时所需要的加热时间。TRT值本质上与D值相同TRT=nD◆加热温度与细菌芽孢致死率之关系热力致死时间曲线图2-5TDT值（热力致死时间）——在某一恒定温度条件下，将食品中的某种微生物活菌（细菌和芽孢）全部杀死所需要的时间。TDT值越大，表示细菌的耐热性就越强。Z值——指TDT值变化90%（一个对数循环）所对应的温度变化。Z值小的微生物对温度的敏感程度高，在高温下所需时间比低温下所需时间少。F值——在一定的加热致死温度（121.1℃）下，杀死一定浓度的微生物所需要的加热时间。F值可用来比较Z值相同的细菌的耐热性，F值越大则表示细菌的耐热性越强。（二）低温对微生物的抑制作用1、微生物的耐冷性•因微生物的种类而异（球菌＞杆菌；酵母＞霉菌和细菌）•与培养基的组成、培养时间、冷却速度、冷却终温、初始菌数等因素有关•与食品的PH有关•与食品的水分含量有关•与氧气含量有关2、低温对微生物的抑制作用•与微生物的种类有关•处于生物学零度（繁殖速度为零）的微生物不能生长繁殖，也不会死亡。•低温冲击（低温休克）能造成部分微生物死亡•缓慢冻结和解冻造成的损伤＞快速冻结和解冻二、温度与酶的关系（一）高温对酶活性的钝化作用及酶的热变性温度对酶稳定性的影响图2-8•大多数酶的最适温度范围为20～40℃•可以用D值、F值和Z值来表示酶的耐热性。•Ea（反应活化能）——使反应分子由一般分子变成活化分子所需的能量。•Q10（温度系数）——温度每增加10K时因酶活性变化所增加的化学反应率。（二）低温对酶活性的抑制作用•随着温度下降，酶的活性降低（图2-10）•抑制作用因酶的种类不同而有明显差异•对动物（特别是温血动物）性食品中的酶比植物（特别是低温环境下生产的植物）性食品中的酶影响大•在长期冷藏中，酶的作用仍可使食品变质•大多数酶的Q10大约为2～3三、温度与其他变质因素的关系•氧化作用•生理作用•蒸发作用•机械损害•低温冷害第二节水分活度对食品变质腐败的抑制作用一、有关水分活度的基本概念（一）水分活度（AW）定义：指某种食品体系中，内部水蒸气压与同温度下纯水蒸气压之压。•是对介质内能够参与化学反应的水分的估量（有效水分）•大多数新鲜食品的AW值在0.95～1之间，AW＜0.65能生长的微生物极少，一般控制AW＜0.7•受食品的组成、温度、添加剂的影响（二）水分吸附等温线定义：在恒定温度下，食品的水分含量与其水分活度之间的关系。（图2-12）•与食品的种类有关•结合水不能作为溶剂，也难以结冰•单层结合水（A部分）吸附最牢固，很难去除•截留水（渗透压、结构维持）水可作为溶剂•游离水可作为溶剂，也可结冰，能被微生物和化学反应利用•体相水占生鲜食品总含水量的95%左右二、水分活度与微生物的关系（一）微生物生长和水分活度的关系•微生物的生长需要一定的水分活度。•大多数细菌在AW=0.93时即不能生长。•通常大多数霉菌的最低AW为0.8左右，而耐干霉菌在AW降低到0.7以下仍可生长。•大多数酵母菌的最低生长AW在0.88～0.91之间。•受基质组成、温度、氧气、PH值等因素的影响。（二）微生物的耐热性和水分活度的关系•受环境水分活度的影响•高湿条件下微生物的耐热性降低•霉菌孢子的耐热性随AW的降低而呈增大的倾向（三）细菌芽孢的形成及毒素的产生和水分活度的关系•细菌芽孢的形成比生长所需的水分活度要高•水分活度低于某个程度时，毒素的产生量会急剧降低甚至不产生毒素三、水分活度与酶的关系•必须控制水分活度在最低AW以上酶才能起催化作用。•当水分活度在中等偏上范围内增大时，酶活性也逐渐增大。•一般在低AW时，酶的稳定性较高。四、水分活度与其他变质因素的关系•中湿食品（AW=0.6～0.8）最易发生非酶褐变。•当AW=0.2～0.5时，脂类的氧化速度最小，过低或过高氧化速度都会加快；当AW超过0.8时，氧化速度降低。第三节PH对食品变质腐败的抑制作用一、PH与微生物的关系•绝大多数微生物的最适PH在6.6～7.5之间。•霉菌能适应的PH范围最大，细菌能适应的PH范围最小，酵母菌介于二者之间。•腐败细菌的最低耐受PH通常在4.0以上。•微生物的最适PH受其他因素的影响（酸的种类、盐等）。•PH值常常作为食品杀菌强度的主要依据。二、PH与酶的关系•酶的活性受其所处环境PH值的影响。•偏离其最适PH范围，酶的活性将降低。•酶的最适PH受多种因素的影响（酶的种类、温度、反应时间、底物性质及浓度……）。•注意可逆失活对食品质量的影响。图2-18•等电点附近的PH条件下，酶的热稳定性最好。三、PH与其他变质因素的关系•蛋白质类食品在中性到碱性的PH范围内加热，容易产生NH3及H2S等化合物。•当PH6.3以上时，鱼、贝类罐头易产生磷酸镁铵结晶，影响产品质量。•在酸性或强酸性条件下腌制食品，亚硝酸盐易生成亚硝胺。第四节电离辐射对食品变质腐败的抑制作用一、有关辐射的基本概念（一）辐射线的种类及其特性种类：X射线、α射线、β射线、γ射线。•X射线：波长在100～150nm之间的电磁波。穿透能力强，但效率低。（一般不用作食品杀菌）•α射线：高速运动的氦核，电离作用强，穿透力弱。（不用作食品杀菌）•β射线：高速运动的电子束，但电离作用比α射线弱，穿透力比α射线强。•γ射线：波长非常短的电磁波束，穿透能力强，但电离作用比α射线、β射线弱。（二）辐射的计量单位•伦琴•电子伏特•物理伦琴当量或轮普•拉德•格瑞二、电离辐射与微生物的关系（一）电离辐射的杀菌作用•直接破坏微生物遗传因子的代谢，导致其死亡。（直接作用）•辐照产生自由基，抑制微生物生长。（间接作用）•电离辐射的不同目的。表2-8（二）影响辐射杀菌效果的因素•放射线的种类。电离密度越大的，杀菌效果越好•照射剂量。照射效果依赖于照射强度•微生物的种类。革兰氏阳性菌＞革兰氏阴性菌产芽孢菌＞不产芽孢菌•最初污染程度。最初污染程度大则杀菌效果差•介质的组成。降低杀菌效果：蛋白质、氨基酸、葡萄糖、甘油类、硫化氢类、亚硫酸盐类、抗坏血酸盐等增加杀菌效果：亚硝酸盐、维生素k、无机卤素化合物、、酚的卤代物、氯仿、含水三氯乙醛等•氧气。有氧条件可增强辐射效果，即降低抗辐射能力•食品的物理状态。脱水和冻结食品的抗辐射能力更强•菌龄。缓慢生长期抗辐射能力最强，进入对数期后逐渐降低三、电离辐射与酶的关系•破坏蛋白质的结构，导致蛋白质变性，酶失活。•纯酶的稀溶液对辐射很敏感，若增加浓度则必须增加辐照剂量。•水溶液中酶的辐照敏感性随温度的升高而增加。•-SH基团的存在能增加对辐射的敏感性。•有水存在时，酶的失活程度较高。•氧的存在会增强酶对辐射的敏感性。•酶存在的环境条件越复杂，酶的辐射敏感性越低。第五节其他因素对食品变质腐败的抑制作用一、高压•高压保藏是指将包装食品置于高压(100～1000MPa）下处理，以延长食品保质期的一种保藏方法。•大多数微生物能够在20～30MPa下生长，但超过50MPa时则受到抑制。•一般高压可降低微生物的生长繁殖速度，特高压可引起微生物的死亡。•100～300MPa的压力引起的蛋白质变性是可逆的，300MPa以上则是不可逆的。二、渗透压•提高食品的渗透压可抑制微生物的生长，甚至死亡。•大多数微生物的耐压能力为355～1783KPa。•当盐浓度为1%～3%时，大多数微生物受到抑制。•10%以上的食盐或65%以上的食糖浓度下，大多数微生物不能生长。三、烟熏•常与食品的腌渍保藏相结合。•一般用于动物食品的制作。•熏烟中的酚、醛、有机酸等具有较强的杀菌和抗氧化作用。•熏烟的抑菌作用仅限于食品表面。四、气体成分•降低氧气含量（21%→2%～6%）或提高二氧化碳含量（0.03%→3%以上），可抑制果蔬的呼吸作用。•MA法（包装前抽真空，然后充入惰性气体）常用于无呼吸功能的食品贮存。•低温配合气调贮藏，效果更好。五、发酵•主要有乳酸发酵、乙醇发酵、醋酸发酵等。•代谢产物要有一定的浓度(乳酸0.7%以上；醋酸1%～2%；乙醇10%以上）。•改善食品风味及质构。六、包装（一）食品的包装与材料•对包装食品的保护性•足够的机械强度•合适的加工特性•卫生和安全性•方便性•经济性（二）食品包装对食品保藏的影响•防止微生物及其引起的食品变质•防止化学因素引起的食品变质•防止物理因素引起的食品变质•防止机械损坏•防盗与防伪（三）隔绝性食品包装•食品的防氧包装采用防氧包装材料，主要有真空包装、脱氧包装、气体置换包装等。•食品的防湿包装选择隔湿性包装材料，如：金属材料、玻璃材料、复合膜等。还可使用吸湿剂。•食品的隔光包装采用不透光包装材料，如：金属材料，铝、纸复合材料等。七、栅栏技术（一）基本概念栅栏因子——高温处理、低温冷藏、降低水分活度、酸化、降低氧化还原电势、添加防腐剂、竞争性菌群、辐照等影响食品保藏的因素。栅栏技术——将两个或两个以上的栅栏因子组合在一起，用于保藏食品的技术。栅栏效应——在保藏食品的数个栅栏因子中，它们单独或相互作用，形成特有的防止食品腐败变质的“栅栏”，使存在于食品中的微生物不能逾越这些“栅栏”，保障食品的安全。（一）栅栏效应模式栅栏效应模式图图2-21•理论栅栏效应模式。含同等强度的6个栅栏因子。•较为实际型栅栏效应模式。含强度不等的几个栅栏因子。•初始箘数低的食品栅栏效应模式。只需少量栅栏因子。•初始箘数多或营养丰富的食品栅栏效应模式。必须增强现有栅栏因子或增加新的栅栏因子。•经过热处理而又杀菌不完全的食品栅栏效应模式。只需较少且作用强度较低的栅栏因子。•栅栏顺序作用模式。通过各栅栏因子之间以不同顺序作用来达到。•栅栏协同作用模式。两个或两个以上因子的协同作用强于多个因子单独作用的累加。