课件：保证食品安全的食品加工ppt课件.ppt

Chap7 保证食品安全的食品加工,Chap7 保证食品安全的食品加工,第一节 前言 绝大多数的食品是要经过加工处理的 “民以食为天” 食品加工技术的目的 食品加工技术运用的几方面 食品中的微生物 Objective- 学习目标 To understand,第二节 保证食品安全的食品加工技术,食品加工技术的三大类型 一、提高食品安全性的技术 Heat treatments加热处理 冷冻 辐照 化学消毒 高压技术 二、控制污染的技术 温度（冷持、热持） pH（酸化、发酵） 水分活度（盐腌、糖渍、干燥、冷冻） 防腐剂（杀菌素、亚硝酸盐） 三、防止再次（二次）污染的技术 包装技术 设备消毒 食品加工设备的卫生设计,第二节 保证食品安全的食品加工,一、影响食品安全的食品因素 t、w、pH、氧气 二、加热处理Heat treatments 三、冷冻处理Freezing 四、辐射irradiation 五、化学消毒Chemical disinfection 六、高压技术High pressure 七、真空包装technologyVacuum packaging 八、抗菌剂 Antimicrobial agents 九、气调包装Modified atmosphere packaging(MAP) 十、烟熏Smoking 十一、超临界流动相挤压(SCFX ) 十二、其他新型加工技术 十三、食品工艺的组合,Food Properties Food Spoilage and Food Preservation 涉及内容：食品特征、食品腐败和食品保藏,第一节 前言,1、Introduction (1),Most food is produced 绝大多数的食品是要经过加工处理的 Once or twice per year at harvests 每年在收获季节，可有一到两次的采收 Far away from big cities 原料远离城市,2、Introduction (2),Food is needed “民以食为天” Every day 因为我们每天必须摄取一定量的食品 In urban areas 尤其是在大城市，对食品的质量要求会更高,3、Introduction (3),That is why there is a need for 这就是 为什么对以下两点有需要的原因 Food preservation food industry 食品的保藏 食品工业生产 Food transportation food retail 食品的运输 食品的零售,Historically, objectives of food technologies have been : 自古以来，食品加工技术的目的在于： preservation of food 食品获得良好的保藏性 rendering food more palatable and digestible 食品更加美味可口和容易消化吸收,4、Introduction (4),In modern times, food technologies are applied with the additional objectives : 在当代，食品加工技术还运用于以下几方面： developing new food products 开发新食品 giving food desired functional properties 赋予食品更多的功效 improving nutritional and organoleptic quality 提高食品的营养价值和口感 ensuring safety 保证食品的安全性,5、Introduction (5),6、Introduction (6),Microorganisms in food are 食品中的微生物 helpful: for fermentation 有益之处：发酵 competitive: cause spoilage 竞争性：导致食品腐败 hazardous: cause foodborne disease 危害性：导致食源性疾病,To understand : 需要了解： how different food technologies can be used to prevent spoilage and/or control hazards in foods 防止食品腐败和（或）控制潜在危害的食品加工技术不同 the factors (parameters) which influence the process and thus the safety of the final products 影响加工过程以及终产品安全的各种因素（参数） how to monitor these factors 如何监控这些因素,Objective 2、学习目标,第二节 保证食品安全的食品加工技术,Food technologies can be classified into those that : 食品加工技术可归纳成以下三类： render food safe 提高食品的安全性； control contaminants i.e. prevent growth of microorganisms or production of toxin(s) 控制污染，即防止微生物生长或产生毒素 prevent (re-) contamination 预防（二次）污染,Classes of food technologies 食品加工技术的类型,一、提高食品安全性的技术 （一）、 Heat treatments加热处理 （二）、冷冻 （三）、辐照 （四）、化学消毒 （五）、高压技术,二、控制污染的技术,（一）温度（冷持、热持） （二）pH（酸化、发酵） （三）水分活度（盐腌、糖渍、干燥、冷冻） （四）防腐剂（杀菌素、亚硝酸盐）,三、防止再次（二次）污染的技术,（一）包装技术 （二）设备消毒 （三）食品加工设备的卫生设计,一、影响食品安全的食品因素,1、温度 2、水分活度 3、pH 4、氧气,C (Minimum) 最低温度,B (Optimum)最适温度,A (Maximum) 最高温度,How temperature affects growth rate of a bacterial population 1、温度对细菌群落生长速率的影响,Growth of S. typhimurium at different temperatures 不同温度下鼠伤寒沙门氏菌的生长,Temperature range for growth of pathogens 致病菌生长的温度范围,Temperature C Min. Opt. Max.,Penicillium verrucosum 疣孢青霉 0 20 31 Aspergillus ochraceus 赫曲霉 8 28 37 Aspergillus flavus 黄曲霉 10 32 42 Fusarium moniliforme 串珠镰孢霉 3 25 37,Temperature range for grow of toxigenic moulds 产毒素霉菌生长的温度范围,Mycotoxins in food 食品中的霉菌毒素,Aspergillus flavus cereals, nuts aflatoxin 黄曲霉 谷类，坚果 黄曲霉毒素 Aspergillus parasiticus peanuts 寄生曲霉 花生 Fusarium graminearium cereals deoxynivalenon (DON) 镰刀菌 谷类 脱氧瓜蒌镰菌醇 Fusarium moniliforme cereals fumonism 串珠镰刀菌 谷类 串珠镰刀菌毒素 Aspergillus ochraceus cereals, ochratoxin 赫曲霉 谷类 赭曲霉素 Penicillium verrucosum coffee 疣孢青霉 咖啡 Fusarium graminearum cereals zearalenone 禾谷镰刀菌 谷类 玉米烯酮,Psychro trophic pathogens 嗜冷致病菌,L . monocytogenes 单核细胞增生李斯特菌 Y . enterocolitica 小肠结肠炎耶尔森氏菌 C . botulinum type 肉毒梭状芽孢杆菌,Water is required for the growth and metabolism of microorganisms 水是微生物生长和新陈代谢必需的物质 All the water in foods is not available for microorganisms 并非食品中的水分都能被微生物利用 The degree of availability of water is measured by water activity (a w ) 用水分活度a w 衡量有效水分的含量 Chemical and enzymatic reactions are also affected by availability of water 化学反应和酶反应也受有效水分的影响,Water activity 2、水分活度,a w is the ratio of water vapour pressure of food (p) to that of pure water (po) at the same temperature. a w指相同温度下，食品的水蒸汽压P和纯水的蒸汽压P0之比。 a w = p/ po 0 a w 1,Water activity (definition) 水分活度a w的定义,Water activity (3) 水分活度a w,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,Aw,Reaction rate 反应速率,Lipid oxydation 油脂氧化,Non-enzymatic Browning 非酶褐变,Enzymatic activity 酶的活力,Growth of: Moulds 霉菌 Yeasts 酵母 Bacteria 细菌,Minimum levels of aW permitting growth ( at near optimum temperatures ) 微生物生长必需的最低水分活度（在接近最适温度下）,Moulds Aspergillus chevalieri 曲霉 0.71 霉菌 Aspergillus ochraceus 曲霉 0.78 Aspergillus flavus 黄曲霉 0.80 Penicillium verrucosum 青霉 0.79 Fusarium moniliforme 串珠镰孢霉 0.87 Yeasts Saccharomyces rouxii 鲁氏酵母 0.62 酵母 Saccharomyces cerevisiae 啤酒酵母 0.90 Bacteria Bacillus cereus 蜡状芽孢杆菌 0.92 细菌 Clostridium botulinum (proteolytic) 0.93 肉毒梭状芽孢杆菌（蛋白水解型） Clostridium botulinum (non-proteolytic) 0.97 肉毒梭状芽孢杆菌（非蛋白水解型） Escherichia coli 埃希氏大肠杆菌 0.93 Salmonella 沙门氏菌 0.95 Staphylococcus aureus 葡萄球状杆菌 0.83,Range of aW in foods and their microbial flora 食品中aW的范围及其微生物菌群, 0.98,Fresh meats 鲜肉 Fresh fish 鲜鱼 Fresh fruits 鲜果 Fresh vegetables新鲜的蔬菜 Canned vegetables in brine 罐装盐水蔬菜 Canned fruit in light syrup (3.5 % salt, 26% sugar) 低盐罐装水果（盐3.5%，糖26）,(C. perfringens, 产气荚膜梭菌 Salmonella) 沙门氏菌,(Pseudomonas) 假单孢菌,0.93 - 0.98,Fermented sausages 发酵香肠 Processed cheese 加工干酪 Bread 面包 Evaporated milk 炼乳 Tomato paste 番茄酱 (10% salt, 50% sugar) （10盐。50糖）,(B. cereus, 蜡状杆菌 C. botulinum, 肉毒梭菌 Salmonella 沙门氏菌) lactobacilli, bacilli and Micrococci 乳酸菌，芽孢杆菌，微球菌,Range of aW in foodsand and their microbial flora,0.6 - 0.85,Xerophilic fungi喜旱真菌,Halophiles 嗜盐生物 Osmophilic yeasts 耐高渗透酵母,Dried fruit 干果 Flour 面粉 Cereals 谷类 Salted fish 咸鱼 Nuts 坚果,0.85-0.93,aw can be reduced by : 下述三种方法能减小aw： Removing water (drying) 除去水分（烘干） Decreasing availability of water by crystalization (freezing) 通过结晶（冷冻）减少有效水分 Decreasing availability by binding water with water binding agents e.g. salt, sugar 利用盐、糖这些亲水试剂与水分子的结合减少有效水分,Water activity (4) 水分活度,aw 1.00 0.99 0.98 0.96 0.94 0.92 0.90 0.88 0.86,Concentration of NaCl and glucose at various aw values (at 25C) 25C时不同浓度食盐和葡萄糖溶液的aw,% w / w Glucose 葡萄糖 0.00 8.90 15.74 28.51 37.83 43.72 48.54 53.05 58.45,% w / w NaCl 0.00 1.74 3.43 6.57 9.38 11.90 14.18 16.28 18.18,pH values limiting the growth of pathogens 3、pH抑制致病菌的生长,pH and other factors pH和其它因素,Microorganisms can grow in lab media at a wider range of pH than would occur in Foods 与在食品中相比，微生物在实验室培养基中能在更宽的pH范围内生长 Here, other factors come into effect e.g. microbial competition: (这里，还存在其它因素的影响，如：微生物的竞争),oxygen tension 氧气的压力 storage temperature 贮藏温度 reduced aw 降低aw heat damage to cells during processing 加工过程中的热杀菌,pH,Acidification 酸化 addition of vinegar 添加醋 Fermentation 发酵 organic acid 有机酸 competitive exclusion 排除竞争性 antimicrobial agents 抗菌剂,pH of different foods 不同食品的pH,Approximate pH ranges of some common food commodities 常见食品的pH范围,14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2,pH,Fermented shark发酵鲨鱼,Egg white蛋白,Fish 鱼类,Meat 肉类,Citrus fruits柑桔,Milk 牛奶,Soft drinks软饮料,Flour面粉,Vegetables 蔬菜,Beer 啤酒,Heat treatments 加热处理 Irradiation 辐射 Disinfection 消毒 Freezing (parasites only) 冷冻（仅对寄生虫有效） High pressure technology 高压技术,Food technologies that may kill certain microbes 可以杀死某些微生物的食品加工技术,Method of heating 加热方法 Cooking 烹调 baking / roasting 烘烤 Boiling 煮沸 Frying 油炸 Grilling 烧烤 Microwave 微波加热 pasteurization 巴氏杀菌 Sterilization 杀菌,Heating medium加热介质 Water 水 Air 空气 Water 水 oil 油 Air 空气 electromagnetic radiation 电磁辐射 heat exchanger / water 热交换器（水作为介质） steam under pressure 高压蒸汽,二、加热处理 加热方法的分类,t,t = D. log No/N,No: Initial number of microorganisms 微生物的原始菌数 N: Number of microorganism at time t 经t时间热处理后微生物的残存菌数,Heat resistance is measured by the decimal reduction time D 耐热性是用指数递减时间（D值）来测定的,D value D值,Heat resistance (1) 耐热性,Vegetative organism 活微生物 Escherichia coli 大肠杆菌 Salmonella spp 沙门氏菌属 Salmonella typhimurium 鼠伤寒沙门氏菌 Salmonella senftenberg 桑夫顿堡沙门氏菌 Staphylococcus aureus 葡萄球菌 Listeria monocytogenes 李斯特单胞菌 Campylobacter jejuni 弯曲杆菌,4 1.1,0.1 0.02-0.25 0.056 0.8-1.0 0.2-2.0,D. values (min),5.0-8.3,65,55,60,Heat resistance (2),C. botulinum type A and B 肉毒梭状芽孢菌 A 型和B型 C. botulinum type E 肉毒梭状芽孢菌 E型 C. perfringens 产气夹膜梭状芽孢菌 C. sporogenes 生孢芽孢梭菌 Bacillus cereus 蜡状芽孢杆菌,50 0.3-20 5,Bacterial endospores 细菌芽孢, 1 sec,100,0.1-0.2 0.1-1.5,110,121,D values (min),Heat resistance ( D-value ) is influenced by many factors, e.g. 耐热性（D值）受许多因素的影响，例如： type or strain of microorganism 微生物的类型或种类 physico - chemical parameters of the medium e.g. water activity, pH, composition 培养基的物理-化学参数，比如：水分活度、酸碱度以及组成成分等 age of the cells or state of growth 细胞的年龄或其生长的状态,Heat resistance (3),Heat resistance (4),Medium 培养基 Heart infusion broth (pH = 7.4; aw = 0.99) Heart infusion broth+ NaCl (pH = 7.4; aw = 0.90) Heart infusion broth+ Sucrose (pH = 7.4; aw = 0.90),D60 - value Salmonella senftenberg 沙门氏菌 6.1 2.7 75.2,Heat treatment 热处理,Holding temp. 杀菌温度,Minimal lethal temp. 最低热致死温度,Holding time 恒温时间,Start of heating effect 热处理开始时间,End of heating effect 热处理结束时间,T,t,Effects on proteins and vitamins 对蛋白质和维生素的影响,Protein degradation 蛋白质降解 Non - enzymatic browning 非酶促褐变 Lipase 脂肪 Thiamin 硫胺(维生素B1) Vitamin C 维生素C,D121 (min) 5 0.4 - 40 1.2 - 1.7 38 - 380 245,Pasteurization schemes 1、巴氏杀菌法,Low temperature: 63 for 30 min 低温巴氏杀菌：63 ，保持30分钟 High temperature:72 for 15 sec 高温巴氏杀菌：72 ，保持15秒 Ultra-high temperature:135 for 1 sec 超高温巴氏杀菌：135 ，保持1 秒,Temperature gradient in hamburger 汉堡包中温度梯度变化图,Heat is generated by friction of water molecules under the influence of electromagnetic waves (500 MHz to 10 GHz) 在电磁波的作用下，水分子相互摩擦产生热量 Rapid but non - uniform heating (cold and hot spots) 加热速度快，但不均匀（存在冷点和热点）,Microwave treatmen 2、微波处理,Freezing 三、冷冻处理,Effective against parasites ：对寄生虫的影响 Critical limit ： - 18 for minimum 24 to 48 h 临界限：- 18 ，至少要保持24 48 h，才能杀死寄生虫 No or minimal effect on: 下列情况下，冷冻处理的影响很小或是根本没有 survival of Bacteria and viruses 残存的细菌和病毒 enzymatic activity (polyphenol oxidase, lipase) 酶的活性（比如：多酚氧化酶和脂肪酶）,作用：,irradiation 四、辐射,Gamma rays 射线 produced during decay of radioactive isotopes Cobalt 60, Cesium 137 Good penetration power 钴60和铯137放射性同位数衰变时所产生的能量称为射线，该射线是波长非常短的电磁波束，能量较高，穿透物质的能力很强。 High energy electron beams 高能量电子束 produced by accelerators ，low penetration 由加速器产生，穿透物质的能力较低 X rays X射线 highest penetration power 穿透物质的能力较高,Food irradiation (1) 1、食品辐射保藏,Low - dose irradiation 低剂量辐射处理,Low dose 低剂量 (up to 1 kGy) Inhibition of sprouting 抑制发芽 Insect disinfestation and parasite disinfection 杀死昆虫和寄生虫 Delay of physiological processes (e.g. ripening) 延迟生理过程 （比如：过熟）,Products irradiated 被辐射的产品 Potatoes, onions, garlic, etc. 西红柿、洋葱、大蒜等 Cereals and pulses, fresh and dried fruits, dried fish and meat, fresh pork 谷物、鲜果、干果以及 干鱼、肉和新鲜猪肉 Fresh fruits and vegetables 新鲜水果和蔬菜,Dose (kGy) 剂量 0.05 - 0.15 0.15 - 0.5 0.5 - 1.0,Medium - dose irradiation 中等剂量辐射处理,Medium-dose 1-10 kGy 中等剂量,Dose (kGy) 剂量,Products irradiated 辐射的产品,Extension of shelf-life 延长货价寿命,1.0 - 3.0,Fresh fish, strawberries, 鲜鱼和草莓等,etc.,Elimination of spoilage,and pathogenic消除腐败微生物和致病菌,microorganisms,1.0 - 7.0,Fresh and frozen,seafood, raw or frozen,poultry and meat, etc. 新鲜的和冷冻的海产品以 及冷冻的家禽和肉等,Improving technological,properties of food 提高食品的品质,2.0 - 7.0,Grapes (increasing juice,yield), dehydrated,vegetables (reduced,cooking time), etc. 葡萄（提高出汁率）和脱水 蔬菜（减少烹调时间）等,High - dose irradiation 高剂量辐射处理,High-dose (10-50 kGy) 高剂量辐射,Dose (kGy) 剂量,Products irradiated 被辐射的产品,Sometimes industrial sterilization (in combination with mild heat treatment) 有时应用于工业化杀菌 （与轻微加热处理方法结合）,30 - 50,Meat, poultry,seafood, prepared,foods, sterilised,hospital diets 肉、家禽、海产食品和制备食品、经过杀菌的医院食品,Decontamination of certain food additives and ingredients 消除某些食品添加剂和成分 的污染,10 - 50,Spices, enzyme,preparations 调味品和酶的制备,Necessary dose 最低剂量 Parasites 寄生虫 1.0 kGy Bacteria 细菌 1-7 kGy Viruses 病毒 30 kGy,Parasites 寄生虫 G Bacteria 革兰氏阴性细菌 G + Bacteria, moulds 革兰氏阳性细菌，霉菌 Spores, yeasts孢子和酵母 Viruses 病毒,Sensitivity of microorganisms 微生物的敏感性,+,Food irradiation at any dose has been assessed by IAEA, FAO and WHO as safe 国际原子能组织、国际粮农组织以及世界卫生组织对各种剂量处理的辐射食品进行了评估，认为它具有安全性 Macronutrients and essential minerals are not affected by food irradiation食品辐射处理不影响其中存在的常量营养元素和必需矿物质 Certain vitamins e.g. thiamine and tocopherols are sensitive, but the loss is small (10 - 20 % or less) and comparable to thermal processing or drying 某些维生素，如维生素B1和维生素E，对辐射敏感。但是，与加热和干燥法相比，其损失量很小（ 1020 % 或者更少）,Food irradiation (2) 食品辐射处理,Produced by mercury lamps Limited penetration Useful for destroying microorganism in air, surfaces and in thin liquid films Most effective against vegetative bacteria yeast bacterial spores mould spores 水银灯产生的紫外线具有一定的穿透能力，可有效杀死空气中、物品表面和液体薄膜上的微生物。 紫外辐射对活体组织的作用效果如下： 细菌酵母细菌芽孢霉菌孢子,UV radiation 2、紫外辐射,Chemical disinfection 五、化学消毒,Example of application 需要消毒的对象 Water 水 Fruits and vegetables 水果和蔬菜 Surfaces and equipment 物质表面和设备,Example of disinfectant agent 消毒剂 chlorine 氯 hypochlorite 次氯酸盐 dioxide 二氧化氯 iodine 碘酒 chloramines 氯胺 ozone 臭氧,消毒剂,Efficacy of different disinfectants on pathogens is measured by the C . t value required to achieve 99 % reduction or inactivation of microorganisms 利用C . t值评价各种消毒剂杀灭致病菌的功效。 C . t值指杀死或钝化99%微生物。,Disinfection of water 1、水的消毒,Organism C.t value (mg.min/l ) for 99% inactivation by chlorine at 5 and pH 6-7 微生物 在5 和pH 67下，氯化水钝化99微生物的 C.t 值(mg.min/l ) E . coli 大肠杆菌 0.034 - 0.05 Hepatitis A virus 肝炎A病菌 1.8 Poliovirus type 1 1.1 - 2.5 脊髓灰质炎病毒（类型1） Rotavirus 轮状病毒 0.01 - 0.05 G . lamblia cyst 47 - 150 C . parvum 小棒杆菌 7200,Chlorination of water (1) 氯化水处理,Efficacity depends on purity : 消毒效率取决于纯度： Median 半混浊度 ： 1 NTU Maximum in single simple: 5 NTU 在纯样品中的最大浊度： 5 NTU,Chlorination of water (2) （2）氯化水处理,Chlorination of water (3) （3）水的消毒,The normal conditions for chlorination : 氯化处理的标准条件： 1）free resid. Chlorine 0.5 mg / l 残留的游离氯气含量 2）contact time minimum 30 minutes 最低接触时间为30分钟 3）pH 8 4）water turbidity 1 NTU 水的浑浊度,To eliminate parasites and decrease turbidity, chlorination is combined with : 为了消灭寄生虫，减少浑浊度，可将氯化处理 与下述方法结合使用：,Chlorination of water (4) （4）水的消毒,coagulation and flocculation 凝固和絮凝 filtration 过滤,Depending on type of fruits and vegetables some decrease may be obtained Not fully effective 根据水果和蔬菜的类型，能有一定的消毒作 用，但并不能达到圆满的效果,Disinfection of fruits and vegetables （5）水果和蔬菜的消毒处理,High pressure technology 六、高压技术,Hydrostatic pressure 1000 Mpa 流体静压 Destruction of bacteria and fungi (90 % by 400 MPa for 5 min) 在400 Mpa 下处理5分钟能杀死90的细菌和真菌 Resistance depends on pH and T 抵抗力取决pH 和T Acts uniformly and instantaneously 作用力均匀、瞬时 Spores are resistant and tolerate pressure up to 1200 Mpa 芽孢能够抵抗和忍受的压力高达1200 Mpa,某些说明,L革兰氏阴性菌比革兰氏阳性菌对压力更敏感 棒状菌比球状菌对压力更为敏感 延滞期的细胞比指数期的细胞更具有抗压性 不同菌种和同一菌种的不同菌株对压力敏感性是不同的。,某些说明,食品体系中的细胞比缓冲溶液中的细胞具有更强的抗压性。 在低PH、高水分活度和有抗菌剂存在的条件下加压，能增加细菌的破坏。 l 随着压力、加压温度和时间的增加，细菌活性丧失量增加，其中加压时间影响最小。 l 加压后存活的细胞可能是亚致死损伤，和易受不利环境影响（低PH、抗菌剂、再加压、温和加热等）。,流体静力压加工技术在食品中潜在应用,1、抗菌特性 （1） 巴氏消毒法（在低压范围内） 杀死和损伤细菌细胞，病毒和噬菌体，酵母和霉菌，和寄生虫和原生动物，以及诱导细菌孢子发芽。 （2） 商业消毒（在高压条件下） 破坏细菌孢子。,流体静力压加工技术在食品中潜在应用,2、提高质量 （1）提高果汁、果酱和果冻的口感。 （2）改善水果产品和蛋黄的色泽。 （3）使肉嫩化。 （4）促进奶酪成熟。 （5）促进食品成分的反应。,流体静力压加工技术在食品中潜在应用,3、蛋白质改性 （1）促进富含蛋白质食品的凝胶、结构改变和卷曲。 （2）使酶、过敏原和毒素失活。 （3）使血液中的血红蛋白变色。 （4）增加蛋白质对酶活的敏感性。,流体静力压加工技术在食品中潜在应用,4、相变 （1） 迅速均匀地解冻食品。 （2）在-20下贮存解冻食品。 （3）由于淀粉凝胶使种子和谷粒软化 （4）由于脂质熔点