化学基础第四章微生物学基础.ppt

第二章 包装工艺的化学基础,产品的化学成分 产品的化学性质 被包装产品的化学变化,第一节 产品的化学成分,1. 食品类：糖类（碳水化合物）、蛋白质、脂肪、 纤维素、维生素、水分 2. 药品类：天然、合成、营养及抗菌成分 3. 化妆品类：有机与无机、添加剂、分散剂 4. 机电产品类：有机与无机及抗氧化剂 5. 化学危险类：C、H、O有机化合物及氧化剂,有代表的五种：,第二节 产品的化学性质,产品的形态、结构以及产品在光、热、氧、酸、碱、温度、湿度等的作用下，产品本质发生改变的性质，如产品的化学稳定性、腐蚀性、毒性、燃烧爆炸性等。,产品的化学稳定性,定义：产品受外界条件的作用，在一定范围 内，不易发生分解、氧化或其它变化的性质。 因素：产品的化学成分、化学结构及外界条 件等。 例如：红磷和黄磷,产品的毒性,定义：某些产品能与有机体某部分组织互相发生化学作用或物理化学作用，破坏有机体正常的生理功能的性质。 具有毒性的商品主要是医药、农药和化工商品等。 特别是食品、药品、化妆品。,例如： 三鹿奶粉三聚氰胺 劣质酒甲醇 人造板材、墙纸甲醛 油漆、涂料苯,产品的腐蚀性,定义：某些产品与生物体接触后能使生物体发生腐蚀性灼伤或接触其它物质后能使其发生破坏性的化学性质。腐蚀性产品大多还伴有毒害、易燃、易爆等性能。 例如： 无机酸(硫酸、硝酸、盐酸) 无机碱(烧碱、纯碱) 有机碱(甲醇钠) 化妆品SK含有氢氧化钠(烧碱),产品的燃烧爆炸性,产品的燃烧性 燃烧：属于氧化反应范围，是反应剧烈的、伴随着有热和光发生的化学变化。 易燃液体 如燃油类，石油 易燃固体 如赤磷、火柴 自燃物品 黄磷、赛璐珞、“鬼火” 遇水燃烧的物品 活泼金属、金属氢化物、金属碳化物,爆炸：物质由一种状态迅速转变为另一种状态，并在瞬息间以机械功的形式放出大量能量的现象。 撞击性爆炸由能量积累而产生 易燃物在空气中的爆炸 火与氧化为触发 点 例如：家用液化气的爆炸 氧化剂混合易燃物的爆炸氧化为主要因素，加上发热摩擦 受热或摩擦或其他作用引起的爆炸热积 累而引起,产品的爆炸性,第三节 被包装产品的化学变化,化学变化：有新物质生成的变化（商品质变）。 常见的化学变化有：化合、分解、水解、氧化、腐蚀、老化等。,一、化合,定义：两种或两种以上物质作用生成一种新的物质的反应。 A + B = C 例如： CaO + H2O Ca ( OH ) 2 这是包装内加干燥剂的包装原理。,二、分解,定义：由一种物质生成两种或两种以上其他物质的反应。 AB = A + B 这是包装保护的原因和依据。 例如：很多物质见光、见热、见空气就分解。 2H2O2 ( l ) 2H2O ( l ) + O2 ( g ),三、水解,定义：产品中的某些组分在一定条件下，遇水而发生分解的现象。 蔗糖可被蔗糖酶水解为葡萄糖和果糖 C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 淀粉经酸或淀粉酶水解后的最终产物是葡萄糖 (C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6,（葡萄糖）,（果糖）,（淀粉）,（葡萄糖）,四、氧化,物质失电子的作用叫氧化；得电子的作用叫还原。 H2 + O2 = 2H2O H e- H+ 缓慢氧化：与氧缓慢反应徐徐发热而不发光的 氧化。 燃烧：剧烈的发光发热的氧化。,五、腐蚀,定义：金属与周围介质接触时，由于发生化学作用或电化学作用而引起的材料性能的退化与破坏。 化学腐蚀 电化学腐蚀 生物腐蚀,1. 化学腐蚀,定义：金属表面直接与介质中的某些氧化性组分发生氧化还原反应而引起的腐蚀。 特点：腐蚀介质为非电解质溶液或干燥气体，腐蚀过程中无电流产生。 实质：金属原子（M）失去电子而被氧化的过程。即 M ne- Mn+。 高温氧化 脱碳 氢脆,2. 电化学腐蚀,定义：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化所引起的腐蚀。,化学腐蚀和电化学腐蚀的比较,原电池：是利用两个电极电之间金属性的不同,产生电势电差,从而使电子电的流动,产生电流。 将化学能转换为电能。,电化学腐蚀化反应原理： 在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量 H+和 OH-，还溶解了O2等气体，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。铁失去电子而被氧化。,负极： 2Fe4e- 2Fe2+ 正极： 2H2O O2 4e- 4OH-,说明：,影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。 介质对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。 由于钢铁制品通常所处的外部环境干燥度较低，氧气的存在又非常广泛，在相同条件下，原电池反应比一般的氧化还原反应速率高，因此，在钢铁的腐蚀类型中主要是电化学腐蚀，其次是化学腐蚀。但是，钢铁的腐蚀类型并不单一，一般是电化学腐蚀与化学腐蚀并存，只是有主次之分而已。 无论哪种类型的金属腐蚀，其本质都是金属被氧化。,电化学腐蚀类型,3. 生物腐蚀,定义：藻类、贝壳类等生物，特别是微生物在土壤、天然水、自来水、石油及其产品等各种环境中都存在，他们在新陈代谢过程中，对金属材料所产生的腐蚀破坏作用。 主要有三种情况： 破坏防腐物 代谢产物的影响 形成浓差腐蚀电池,4. 影响金属制品腐蚀的因素, 金属制品本身特性 加入容易钝化的元素（硅、铬、镍、铝） 储存环境因素：空气湿度、气温、空气中的有害杂质，如SO2、Cl-。,5. 金属腐蚀的防护, 正确选材。介质种类、环境条件。 接触还原性或非氧化性的酸和水溶液的材料镍、铜及合金 氧化性极强的环境钛和钴合金 不锈钢不能用于含盐食品的包装 避免两种电位差很大的金属直接接触 覆盖防护层。在金属表面电沉积（如电镀）金属保护层，或覆以非金属材料涂层（如油漆、搪瓷及塑料膜）。 白铁（镀锌铁） 马口铁（镀锡铁）,六、老化,定义：某些以有机高分子聚合物为主要成分的包装材料，在使用过程中，受热、氧、水、光、化学介质和微生物的综合作用，其物理、化学性质及力学性能发生不可逆的变坏现象。 实质：降解反应、交联反应 防止老化的方法：添加防老剂、物理防老化法,汽车轮胎气门嘴橡胶老化开裂，导致漏气,微生物的形态结构 微生物的生理活动 各种因素对微生物的生命活动的影响 微生物与包装,第三章 包装工艺的微生物学基础,识记 ：细菌、霉菌和酵母菌。 1.细菌 细菌形态 球菌球状 杆菌杆条状 螺旋菌 细菌大小生物显微镜下观察组织。 细菌细胞结构七大部分：壁、核、质、膜、莢、芽孢、鞭毛 2.霉菌 霉菌的形态枝状。 霉菌的细胞结构：壁、膜、质、核及内含物， 3.酵母菌 .形态三莢状 .结构同上。 这种微生物中，前两者只有，后者有盖合理应用。,第一节 微生物的形态结构,一. 微生物的新陈代谢 呼吸 . 呼吸的性质 酶的作用：分解与合成，能量的释放和呼吸，能量的氧化还 原，氧化的三方式：a.氧的加入，b.化合物脱氧，c.失去电子。 . 呼吸类型 需氧呼吸（有氧），b.厌氧呼吸（无氧），c.兼性厌氧呼吸。 微生物的物质代谢及其产物 a. 碳水化合物的代谢 过程：多糖 双糖 单糖 丙酮酸 有机酸、醇、醛等 CO2 + H2O等。 从多糖变单糖，从复杂物质变简单物质的过程。,b.蛋白质的代谢 过程：在氧环境在被分解而被称腐化，即完全氧化。 蛋白质 蛋白胨 小肽 多肽 氨基酸 有机酸、靛基质、胺、硫化氢、氨、甲烷、氢、 CO2等。 c.脂肪的代谢 在微生物的脂肪水解酶作用下成为脂肪酸和甘油，再经氧化再进入三羧酸循环氧化，最后分解为和水。 过程： 脂肪 水解酶 脂肪酸+甘油 脱氧 丙酮酸 三羟酸氧化 CO2 + H2O 代谢产物 主要产物为：抗菌素、毒素、 色素和微生素,二.微生物的生长繁殖, 如何抑制其生长繁殖是包装工艺学的主要任务。 .繁殖方式 细菌繁殖：分有性繁殖与无性繁殖两种。 霉菌繁殖：分有性与无性繁殖两种。 酵母菌繁殖：分芽殖、裂殖和产生孢子繁殖三种。 微生物繁殖应有的条件：营养物质、环境条件（温度、湿度、 酸碱度）,三对微生物生命流动的影响因素：,主要是环境因素,通过不同环境可使微生物抑制、变异和 死亡。 包装目的：抑制、杀灭与无菌的概念。 1.灭菌、消毒、防腐与无菌的概念 灭菌：利用化学与物理因素，使物体内外的微生物失去活性。 消毒：利用化学与物理的方法（如药剂、高温、时间）杀死或消除微生物. 防腐:利用理化因素(低温、干燥、盐、糖处理)使微生物暂时不生长、不繁殖、不死亡. 无菌:利用化学或物理的方法,使微生物处于无生存的空间.,2.物理因素对微生物生长与死亡的影响,包括:温度、干燥、渗透压、辐射等 .温度 是食物变质的主要因素,微生物生长的关键条件.-细菌繁殖 很多包装都是要靠温度进行处理.其目的是灭菌.具体方法有: . 干燥 让微生物失去生存与繁殖的水分,无水分便不能新陈代谢。 .渗透压 通过改变渗透压使微生物细胞失去活性，主要是使用NaCl溶液压力突变。 .超声波 超声波可使所以微生物细胞破裂而死亡，但不同的微生物有不同的敏感性。 . 辐射 主要是利用紫外线、X和射线对微生物进行杀菌消毒杀死细菌，但光合细菌则不能被杀死。,3.化学因素对微生物生长与死亡的影响,. 酸碱度PH值 微生物最适合的PH值59 ,一般强酸和强碱具有杀菌作用。 同样一些酸性和碱性物质易于保存也是原因之一。 . 重金属及其化合物 重金属及其化合物是有效的杀菌剂和防腐剂。最强的有汞银和铜。原因是重金属盐可使蛋白质沉淀，与细胞蛋白质结合产生变性，与酶基结合失活。 . 有机化合物 某些有机化合物是常用的杀菌剂，如酚、醇、醛等。原因是：可使细胞蛋白质变性，破坏细胞膜和细胞壁，使蛋白质脱水等。 . 卤族元素及化合物 某些卤族元素具有很强的杀菌作用，如碘、氯及其化合物碘酊、次氯酸，原因是对微生物进行氯化，破坏细胞膜和壁。,四.微生物与包装：,包装材料、包装设备、包装环境（现场、车间等），包装操作人员都会有可能有细菌微生物。由此而使产品的货架寿命降低，而包装工艺设置和处理上需要加以考虑解决。主要是考虑对材料与容器进行灭菌处理。,1.食品包装的化学灭菌 .过氧化氢灭菌 对包装材料用过氧化氢溶液进行浸渍或喷淋，再经热空气烘干，达到灭菌。 有过氧化氢浓度要求（15%30%）和时间要求（39秒），温度要求90100 oC.方法要求润湿或不润湿（前者效果好）。 .环氧乙烷灭菌 （见图3-21） 主要用于食品包装机部件、包装容器及封口材料与器件上，技术要求：温度约50 oC ，时间约1015分钟，能使99%细菌杀灭。,2.食品包装的物理灭菌,主要介绍紫外线、微波和辐射三种灭菌法。 . 紫外线灭菌 将紫外线照射包装材料、容器和食品，达到灭菌。技术要求：照射强度、照射距离、照射时间、紫外线波长等。 例如：立体包装照射时间要求平面照射增强35倍时间。与干热、过氧化氢或乙醇灭菌方法结合使用，效果会更好。有可能对某些包装材料的封口性能带来影响（如低密度聚乙烯）。 .微波灭菌 利用微波对包装食品进行短时处理（加热）达到灭菌。技术特点：从内部开始，可整体进行，微波频率为300300000MHz.对包装材料有要求。如铝箔有反射而不能用，有保护风味效果。,. 辐射灭菌 用离子辐射消灭食品或包装材料（容器）的细菌。特点：在常温下进行,可对冷冻食品处理，但某些细菌却杀不灭（如酵母菌和过滤性病毒）。 按剂量可分为两类： .小剂量型（10KGg以下）辐射剂量。 用于生鲜食品（如冷冻鲜鱼和禽类、果蔬等）的消毒。主要用于硝酸纤维材料和偏二氯乙烯材料作涂层的包装材料。 .大剂量（4060KGg）辐射剂量。 用于需长时间保存的未经冷冻的肉类及禽类食品。主要适于金属类包装和多层复合包装材料。 现在辐射灭菌可用于水果