食品生产过程的安全控制.ppt

2020 2 22 第三篇食品生产过程的安全控制 上海理工大学医疗器械与食品学院管骁gnxo2020 2 22 第一章食品热处理和杀菌 第一节食品热处理的类型和特点第二节热处理对食品的作用第三节食品热处理条件的选择与确定 2020 2 22 食品工业中热处理的类型主要有 工业烹饪热烫热挤压杀菌等 第一节食品热处理的类型和特点 2020 2 22 烹饪处理能杀灭部分微生物 破坏酶 改善食品的色 香 味和质感 提高食品的可消化性 并破坏食品中的不良成分 包括一些毒素等 提高食品的安全性 热烫 又称烫漂 杀青 主要是破坏或钝化食品中导致食品质量变化的酶类 多酚氧化酶 脂肪氧化酶 叶绿素酶 防止或减少食品在加工和保藏中色 香 味的劣化和营养成分的损失 主要应用于果蔬 此外还有一定的杀菌和洗涤作用 2020 2 22 热挤压是一种高温短时的热处理过程 它能够减少食品中的微生物数量和钝化酶 挤压处理具有下列特点 挤压食品多样化 可以通过调整配料和操作条件直接生产出各种挤压食品 在短时间内完成多种单元操作 混合 蒸煮 揉搓 剪切 成型等 便于生产过程的自动控制和连续生产 2020 2 22 热杀菌是以杀灭微生物为主要目的的热处理形式 根据要杀灭微生物的种类的不同可分为巴氏杀菌和商业杀菌 2020 2 22 巴氏杀菌处理条件较温和 典型的条件是62 8 30min 达到同样的巴氏杀菌效果 可以有不同的温度 时间组合 如 75 90 15秒 巴氏杀菌可使食品中的酶失活 并破坏食品中热敏性的微生物和致病菌 对于低酸性食品 PH 4 6 其主要目的是杀灭致病菌 而对于酸性食品 还包括杀灭腐败菌和钝化酶 2020 2 22 商业杀菌 一种较强烈的热处理形式 通常是将食品加热到较高温度并维持一定的时间以达到杀死所有致病菌 腐败菌和绝大部分微生物 使杀菌后的食品符合货架期的要求 但它同样对食品的营养成分破坏也较大 杀菌后食品中残存的非致病菌在正常的食品贮藏条件下不能生长繁殖 这种无菌程度被称为 商业无菌 商业杀菌是以杀死食品中的致病和腐败变质的微生物为标准 使杀菌后的食品符合安全卫生要求和具有一定的贮藏期 2020 2 22 第二节热处理对食品的作用 一 加热对微生物的影响食品中的微生物是导致食品不耐贮藏的主要原因 2020 2 22 微生物耐热性参数 热处理过程中微生物数量每减少同样比例所需时间是相同的 如在一定的温度下 微生物的活菌数每减少90 所对应的时间是相同的 这一时间被定义为D值 称为指数递减时间 Decimalreductiontime D值不受原始菌数影响 2020 2 22 2020 2 22 瞬间加热和冷却条件下单位时间为D时的细菌死亡速率 2020 2 22 热力致死时间 TDT 值是指在某一恒定温度条件下 将食品中的某种微生物活菌 细菌和芽抱 全部杀死所需要的时间 min 微生物的热力致死时间随热杀菌温度的变化规律 热力致死时间曲线 TDT曲线 2020 2 22 微生物耐热性参数 F0值 单位为min 是采用121 1 杀菌温度时的热力致死时间 F0值越大 菌的耐热性越强 2020 2 22 微生物耐热性参数 Z值 Z值是热力致死时间变化10倍所需要相应改变的温度数 Z 不同微生物对温度的敏感程度可以从Z值反映 Z值小的对温度敏感程度高 2020 2 22 较高温度的热处理所取得的杀菌效果要高于低温度热处理的杀菌效果 取得同样的热处理效果 在较高温度下所需的时间比在较低温度下的短 这也是高温短时 HTST 或超高温瞬时杀菌 UHT 的理论依据 2020 2 22 微生物耐热性参数 F0 nD TDT值 或F0值 建立在 彻底杀灭 的概念基础上 已知在热处理过程中微生物并非同时死亡 即当微生物的数量变化时 达到 彻底杀灭 这一目标所需的时间也就不同 因此 必须重新考虑杀菌终点的确定问题 2020 2 22 设将菌数降低到b a10 n为杀菌目标 采用某一个杀菌温度T 根据热力致死速率曲线方程 所需理论杀菌时间 t nDT TRTn T值 若n足够大 则残存菌数b就足够小 达到某种可接受的安全 杀菌程度 就可以认为达到了杀菌的目标 2020 2 22 F0 nD的意义 用适当的残存率值代替过去 彻底杀灭 的概念 这使得杀菌终点 或程度 的选择更科学 更方便 通过F0 nD 还将热力致死速率曲线和热力致死时间曲线联系在一起 建立起了D值 Z值和F0值之间的联系 2020 2 22 微生物的耐热性 在罐头食品中 人们从公共卫生安全的角度将罐头食品按酸度 pH 进行分类 其中最常见的为分为酸性和低酸性两大类 美国国家罐头加工者协会给出新定义 酸性食品 Acidfood 指天然pH 4 6的食品 对番茄 梨 菠萝及汁类 pH 4 7 对无花果pH 4 9 也称为酸性食品 低酸性食品 指最终平衡PH 4 6 aW 0 85的任何食品 大多数芽孢杆菌在中性范围内耐热性最强 pH值低于5时芽孢就不耐热 此时耐热性的强弱常受其他因素的影响 2020 2 22 二 加热对酶的影响 酶会导致食品在加工和贮藏过程中的质量下降 包括过氧化物酶 多酚氧化酶 脂肪氧合酶 抗坏血酸氧化酶等 一般而言 过氧化物酶是食品中最耐热的酶类 它的钝化作为热处理对酶破坏程度的指标 但对于某些食品 蔬菜 的热处理灭酶而言 如豆类中的脂肪氧合酶较过氧化物酶与豆类变味的关系更密切 对于这些食品的热处理以破坏脂肪氧合酶为灭酶指标更合理 2020 2 22 三 加热对食品成分的影响 加热对食品成分的影响可以产生有益的结果 也会造成营养成分的损失 甚至产生有害物质 热处理可改善营养素的可利用率 如淀粉的糊化和蛋白质的变性可提高其在体内的可消化性 也可改善食品的感官品质 加热对食品成分产生的不良后果 热处理造成营养素的损失研究最多的对象是维生素 热处理虽然可提高蛋白质的可消化性 但蛋白质的变性使蛋白质 氨基酸 易于和还原糖发生美拉德反应而造成损失 2020 2 22 2020 2 22 第二章食品的低温处理与保藏 冷藏 高于食品物料的冻结点的温度下进行保藏 其温度范围一般为15至 2 而4 8 则为常用的冷藏温度 根据食品物料的特性 冷藏的温度又可分为15 2 Cooling 植物性食品 和2 2 Chilling 动物性食品 两个温度段 冻藏 指食品物料在冻结的状态下进行的贮藏 一般冻藏的温度范围为 2 30 常用的温度为 18 2020 2 22 低温保藏食品的基本原理 一 低温对微生物的影响微生物都有一定的温度习性 通常温度降低时 微生物的生长速率降低 当温度降低到 10 时大多数微生物会停止繁殖 部分出现死亡 低温抑制微生物生长繁殖的原因主要是 低温导致微生物体内代谢酶的活力下降 各种生化反应速率下降 低温导致微生物细胞内外的水分冻结形成冰结晶 冰结晶会对微生物细胞产生机械刺伤 低温使部分蛋白质变性 而使细胞丧失活性 2020 2 22 二 低温对酶的影响温度对酶的活性影响很大 高温可导致酶的失活 低温处理可降低酶活 但不会完全丧失酶活 一般来说 温度降低到 18 才能比较有效地抑制酶的活性 但温度回升后酶的活性会重新恢复 从而加速果蔬的变质 故对于低温处理的界蔬往往需要在低温处理前进行灭酶处理 以防止果蔬质量降低 2020 2 22 第三章食品的干燥 一 目的食品干燥是指在自然条件或人工控制条件下使食品中水分蒸发的过程 干燥包括自然干燥 如晒干 风干等和人工干燥 如热空气干燥 真空干燥 冷冻干燥等 2020 2 22 一 水分活度对微生物的影响 微生物的生命活动离不开水 各种微生物生长所需的最低Aw值各不相同 多数细菌在Aw值低于0 91时不能生长 而嗜盐菌生长则在低于0 75才被抑制 霉菌耐旱性优于细菌 多数在Aw值低于0 8时停止生长 但也曾报道过一些耐旱霉菌 在Aw等于0 65时会生长 一般认为0 70 0 75是其最低Aw限值 除耐渗酵母外 多数酵母在Aw低于0 65时生长被限制 2020 2 22 食品干燥完毕后 微生物就处于休眠状态 当环境条件改变 食品物料吸湿 微生物也会重新恢复活动 仅靠干燥并不能将微生物全部杀死 因此干燥制品并非无菌 食品干制过程仍需加强卫生控制 减少微生物污染 降低其对食品的腐败变质作用 2020 2 22 二 水分活性对酶反应的影响 食品物料干燥过程随着物料水分降低 酶本身也失水 活性下降 但当环境适宜 如吸湿 酶仍会恢复活性 在Aw值较低时 酶反应进行极慢或者是完全停止 这是由于食品物料中缺乏流动性水分使酶不能扩散到基质的特定部位 2020 2 22 微波加热原理与特点 第四章食品的微波处理与辐照 食品微波处理主要是利用微波的热效应 食品中的水分 蛋白质 脂肪 碳水化合物等介质吸收微波能使温度升高 这个过程称介电加热 微波在介电材料产生热主要有两种机制 离子极化和偶极子转向 溶液中的离子在电场作用下产生离子极化 离子带有电荷从电场获得动能 相互发生碰撞作用 可以将动能转化为热 在微波高频率 如2450MHz 下产生的交变电场会引起离子无数次的碰撞 产生更大的热 引起介质温度升高 2020 2 22 当食品处于交变电场中 由于电场方向改变会引起水分子极性转动 水分子转动的快慢受频率影响 在高频电场中使分子之间产生强烈振动 引起摩擦发热 使物料温度升高 达到加热目的 2020 2 22 微波加热的主要特点为 1 加热效率高 节约能源2 加热速度快 易控制3 利用食品成分对微波能的选择吸收性 用于不同微波干燥目的4 有利于保证产品质量 2020 2 22 食品辐照 Foodirradiation 是指利用射线照射食品 包括食品原料 半成品 抑制食物发芽和延迟新鲜食物生理成熟过程的发展 或对食品进行消毒 杀虫 杀菌 防霉等加工处理 达到延长食品保藏期 稳定 提高食品质量的处理技术 用钴60 铯137产生的 射线或电子加速器产生的低于10MeV电子束照射的食品为辐照食品 2020 2 22 腌渍 使食盐或糖渗入食品组织内 降低其水分活度 提高其渗透压 或通过微生物的正常发酵降低食品的pH值 从而抑制腐败菌的生长 防止食品腐败变质 获得更好的品质 并延长食品保质期的加工方法称为食品的腌渍 烟熏 在腌制的基础上利用木材不完全燃烧时产生的烟气熏制食品的方法 烟熏的目的主要是为了提高肉制品的保存期和形成该类食品的风味 第五章食品的腌渍和烟熏保藏 2020 2 22 第六章食品的化学保藏 化学保藏的特点 往食品中添加了少量的化学制品 如防腐剂 生物代谢产物及抗氧化剂等物质之后 就能较有效的延缓食品的腐败变质和达到某种加工目的 与其它食品保藏方法 如罐藏 冷 冻 保藏 干藏等相比 化学保藏具有简便 有效而又经济的特点 2020 2 22 广义上讲 凡是能抑制微生物的生长活动 延缓食品腐败变质或生物代谢的物质都称为防腐剂 狭义的防腐剂仅指可直接加入到食品中的山梨酸 盐 苯甲酸 盐 等化学物质 即常称为食品防腐剂 广义的防腐剂除包括狭义的防腐剂物质外 还包括通常不能直接加入到食品中的 只在食品贮运过程中应用的防腐剂和用于食品容器 管道及生产环境的杀菌剂 以及通常认为是食品配料而且有防腐作用的食盐 醋 蔗糖 二氧化碳等 2020 2 22 主要的有机类防腐剂 1 苯甲酸及其盐类 2 山梨酸及其盐类 3 对羟基苯甲酸酯类 4 丙酸盐 2020 2 22 苯甲酸及其钠盐有抑制微生物生长繁殖的作用 其抑菌机理是阻碍微生物细胞的呼吸系统 使三羧酸循环 TCA循环 过程难以进行 是一种广谱抑菌剂 山梨酸的抑菌机理为抑制微生物尤其是霉菌细胞内脱氢酶系统活性 并与酶系统中的巯基结合 使多种重要的酶系统被破坏 从而达到抑菌和防腐的要求 对霉菌 酵母和好气性微生物有明显抑制作用 但对于能形成芽胞的厌气性微生物和嗜酸乳酸杆菌的抑制作用甚微 2020 2 22 对羟基苯甲酸酯的抑菌机理与苯甲酸类似 主要使微生物细胞呼吸系统酶和电子传递系统酶的活性受抑制 并能破坏微生物细胞膜的结构 从而起到防腐作用 丙酸盐属于脂肪酸盐类抑菌剂 常用的有丙酸钙和丙酸钠 丙酸盐作为一种霉菌抑制剂 必须在酸性环境中才能产生作用 即它实际上是通过丙酸分子来起到抑菌作用的 2020 2 22 第七章食品栅栏技术 栅栏技术由L Leistner教授提出来 他认为栅栏技术亦可称为组合式的抑菌技术 是结合一种以上食品保藏因子共同保障食品的稳定性和安全性 如果将每一种食品保藏因子看成是一个阻碍微生物跨越的栅栏 那么微生物是否能跨越栅栏将是决定食品保存性的关键 在一个食品体系中 微生物是可以连续跨越许多个栅栏 如果我们适度的提高某些保藏因子的强度 微生物便无法逾越 即确保了产品质量 2020 2 22 2020 2 22 栅栏因子和栅栏效应 食品内部存在能阻止残留的致腐菌和病原菌生长繁殖的因子 这些因子即是加工防腐方法 例如F 高温处理 t 低温冷藏 Aw 降低水活性 PH 酸化 Eh 降低氧化还原值 cf 应用乳酸菌等竞争性微生物 和Pres 应用亚硝酸盐 山梨酸盐等防腐剂 或烟熏等 随着保藏技术的发展 出现了许多新型障碍因子 如 2020 2 22 栅栏因子 PH类 微胶囊酸化剂压力类 超高压生产设备射线类 微波 辐射 紫外线生化类 菌种 酶防腐类 臭氧 次氯酸盐 美拉德反应产物 液氯 鳌合物 酒精其它类 磁振动场 高频无线电 荧光 超声波等 2020 2 22 栅栏因子 Hurdles 及其协同效应决定了食品微生物稳定性 这就是栅栏效应 HurdlesEffect 不同种类的产品有其特有抑菌栅栏相互作用着 两个或两个以上之栅栏因子的作用不仅仅是单一栅栏作用的累加 这即是栅栏效应 HurdleEffect 的原理 2020 2 22 栅栏的种类 控制微生物生长的栅栏不外乎杀菌 低温贮存 水活性和pH值等传统的保藏因子 根据Leistner和Gorris 1995 指出在法规安全的考虑下 目前可应用的栅栏计有50多种 兹将其分类如下 2020 2 22 1 物理性栅栏 包括温度 杀菌 杀菁 冷冻 冷藏 照射 UV 微波 离子 电磁能 高电场脉冲 振动磁场脉冲 超音波 压力 高压 低压 气调包装 真空包装 充氮包装 CO2包装 活性包装 包装材质 积层袋 可食性包膜 2020 2 22 2 物理化学性栅栏 包括水活性 高或低 pH值 高或低 氧化还原电位 高或低 烟熏 气体 CO2 O2 O3 保藏剂 有机酸 醋酸钠 磷酸钠 己二烯酸钾等等 2020 2 22 3 微生物栅栏 包括有益的优势菌 保护性培养基 抗菌素抗生素 2020 2 22 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 2020 2 22 食品保鲜栅栏 潜在的 栅栏 1 高温2 低温3 低水活性 Aw 4 酸化5 供氧减少 氮气 CO2 6 竞争性微生物菌丛7 防腐剂8 包装技术 2020 2 22 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芽孢 一些细菌的休眠期 通常与其它栅栏结合 例如冷藏 2020 2 22 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 能破坏芽孢提供 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 2020 2 22 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 2020 2 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 2020 2 22 食品保鲜栅栏 降低水活度 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 2020 2 22 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 2020 2 22 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 2020 2 22 栅栏 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 2020 2 22 食品保鲜栅栏 减少亚硝酸盐的咸肉 Wisconsin法 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和可发酵的蔗糖 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