课件：食品栅栏技术.ppt

1,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，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,-,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（在121.1oC时对品质的破坏远远低于100oC时）。,-,21,食品保鲜栅栏,低温 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）,-,22,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,-,23,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4.5以下，不会滋生病原体，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,-,24,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）,-,25,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）,-,26,“栅栏” 技术,aw和pH在细菌生长方面的相互作用。,10,-,27,“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,-,28,“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）,-,29,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）,-,30,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,-,31,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。,-,32,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。,-,33,“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,-,34,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）。 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。,-,35,食品保鲜栅栏,“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。,-,36,反应速率,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。,-,37,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 - b） * e（ b*时间）,时间,时间,浓度,浓度,零阶,一阶,-,38,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/RT k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。,-,39,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 单位C度，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 + 0.1 T）2 Dt （2）,T,-,40,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。,-,41,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。,-,42,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,-,43,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，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？,-,44,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 在20oC和15oC的温度下，增加HQL的百分比（%） 提示2