食品包装原理与方法

精品资料主要内容：食品包装学第二章食品包装原理与方法1. 环境因素对食品品质的影响2. 包装食品的微生物控制3. 包装食品的品质变化及其控制学习目标：环境因素对食品品质的影响、基本原理及控制方法（掌握）微生物对食品品质变化的影响、基本原理及其控制方法（掌握）包装食品褐变、风味改变、油脂氧化的原理及控制方法（掌握）食品品质：包括色香味、营养价值、应具有的形态、重量及应达到的卫生指标。包装是保证食品品质的有效途径之一。食品从原料加工到消费的整个流通环节是复杂多变的，受到生物性和化学性的侵染，受到流通过程中出现的诸如光、氧、水分、温度、微生物等各种环境因素的影响。第一节环境因素对食品品质的影响一、 光照对食品品质的影响（一）光照对食品的变质作用光对食品品质的影响很大，可引发并加速食品中营养成分的分解，发生食品的腐败变质反应。光对食品品质的影响主要表现在五个方面：1. 促使食品中油脂的氧化反应而发生氧化性酸败2. 使食品中的色素发生变化而变色维生素 b2在不同 ph下人工光照 30 min 后的存留率3. 引起光敏感性维生素如维生素b和维生素 c的破坏，并与其他物质发生不良的化学变化4. 引起食品中蛋白质和氨基酸的变性氨基酸中因光引起分解的是色氨酸，其溶液经日光暴晒后着色而变褐，经紫外光照射可生成氨基丙酸、天冬氨酸、经基邻氨基苯甲酸。色氨酸、胱氨酸、甲硫氨酸、酪氨酸等如与荧光物质、维生素b2 、荧光黄素等共存时， 经日光暴晒将引起光分解。蛋白质也可因日光、紫外光照射而变化。酪蛋白溶液在荧光物质存在下经日光照射，其中的色氨酸分解而使其营养价值下降； 卵蛋白经紫外光照射，其黏度虽无变化，但表面张力减小。5. 引起包装材料老化，从而使包装的食品受到污染。特别是紫外光线，能够引起塑料和纸的光化学反应。（二）光照对食品渗透规律的影响光照能使食品内部发生一系列的变化是因其具有很高的能量。光照下食品中对光敏感的成分能迅速吸收并转换光能，从而激发食品内部发生变质的化学反应。食品对光能吸收量愈多、转移传递愈深、食品变质愈快、愈严重。食品对光的吸收还与光波波长有关，短波长光（如紫外光）透入食品的深度较浅，食品所接收的光密度较少；反之，长波长光（如红外光）透入食品深度较深。根据beer lamber 定律，光照食品的密度向内层渗透的规律为：光谱图（三）包装避光机理和方法1. 避光要减少或避免光线对食品的影响，主要的防护方法是：通过包装将光线遮挡、吸收或反射，减少或避免光线直接照射食品；防止某些有利于光催化反应因素，如水分和氧气透过包装材料，从而起到间接的防护效果。2. 遮光食品包装时， 可根据食品和包装材料的吸光特性，选择一种对食品敏感的光波具有良好效果的材料作为该食品的包装材料，可有效避免光对食品质变的影响。i0 食品包装表面的入射光密度xp 包装材料的厚度p 包装材料的吸光系数根据beer lamber 定律，透过包装材料照射到时食品表面的光密度为：遮光的方法：（1） ）玻璃加色处理（2） ）采用涂覆遮光层（3） ）透明薄膜加入着色剂二、氧对食品品质的影响氧使食品中油脂发生氧化；氧会使食品中的维生素和多种氨基酸失去营养价值； 氧可加剧食品的氧化褐变反应；氧可促使微生物繁殖生长，造成食品的腐败变质；氧气对生鲜果蔬的作用：可促进生鲜果蔬的呼吸作用。食品包装的主要目的之一，就是通过采用适当的包装材料和一定的技术措施，防止食品中的有效成分因氧而造成品质劣化或腐败变质。亚油酸相对氧化速率与氧分压和接触面积的关系食品因氧发生的品质变化程度与食品包装及贮藏环境中的氧分压有关。下图为亚油酸相对氧化速率随氧分压的变化规律：随氧分压的提高而加快。三、水分或湿度对食品品质的影响一般食品都含有不同程度的水分，这部分水分是食品维持其固有性质所必需的。一些食品中水分含量水分对食品品质的影响：水能促使微生物的繁殖，助长油脂的氧化分解，促使褐变反映和色素氧化；水分使一些食品发生某些物理变化，如有些食品受潮而发生结晶，使食品干结硬化或结块， 有些食品因吸水吸湿而失去脆性和香味等。根据食品中所含水分的比例，一般可将食品分为三大类，用水分活度aw 表示： aw 0.85 的食品称为湿食品；aw=0.60.85的食品称为中等含水食品；aw 0.6 的食品称为干食品。食品在不同含水量时的 aw 值各种食品的水分活度范围，表明食品本身抵抗水分的影响能力的不同。aw 值越低，越不易发生由水带来的生物生化性变质，但吸水性越强，即对环境湿度的增大越敏感。控制包装食品环境湿度是保证食品品质的关键。四、温度对食品品质的影响1. 温度升高对食品品质的影响大多数酶的适宜温度为 30 40 , 在一定温度范围内，食品在恒定水分条件下，温度每升高10 ，许多酶促和非酶促的化学反应速度加快1倍，其腐变反应速度加快4-6 倍。如果温度过高 , 酶会变性 , 会引起食品变质的化学反应速率变慢；各种微生物有其生长所需的温度范围 , 超过此范围就会停止生长或终止生命, 而大部分腐败菌属于嗜温性微生物。温度的升高还会破坏食品的内部组织结构，严重破坏其品质。过度受热会使食品中蛋白质变性，破坏维生素特别是含水食品中的维生素c，或因失水而改变物性，失去食品应有的物态和外形。多数果蔬的温度每上升 10 时，化学反应速率增加23倍, 加速果蔬变质。因此，无论是微生物引起的食品变质, 或者是由酶以及非酶引起的变质, 温度降低 , 都可以延缓、减弱它们的作用 , 从而减缓食品的变质过程。2. 低温对食品品质的影响低温冻结可对食品内部组织结构和品质产生破坏作用。冻结会导致液体食品变质：如将牛乳冻结，乳浊液即受到破坏，脂肪分离出来，牛乳变性而凝固。易受冷损害的食品不需极度冻结，如许多果蔬采收后其细胞的生命过程要求适当的温度条件，在一般冷藏温度4下保存。五、微生物对食品品质的影响（一）食品中的主要微生物与食品有关的微生物种类很多，这里仅举出常见的、具有代表性的食品微生物菌属。1. 细菌细菌在食品中的繁殖会引起食品的腐败、变质、变色而不能食用，其中有些细菌还能引起人的食物中毒。常见的有肠类弧菌、葡萄球菌、沙门氏菌、肉毒杆菌、致病大肠杆菌等。（1） 肉毒杆菌：也称肉毒梭状芽孢杆菌产芽孢 强耐热性，正常加热温度下存活。厌氧生长，在真空包装、罐头食品和其他缺氧包装环境下生长。产生强烈的神经麻痹毒素 肉毒毒素，有 a、b、c、d、e、f、g七种毒素类型。常见中毒的食品：加热不当的罐装食品；半加工的食品（如：熏制、腌制和发酵食品）。（2） 沙门氏菌来源:生食和烹饪不完全的食物。症状：胃痛、腹泻、流鼻涕、畏寒、发烧，甚至休克。潜伏期：一般为 12 36h ，短者 6h ，长者 4872h 。存活：生长最适温度为 35 37 ,最适ph 为7.2 7.4 。在水中可活 2 3周, 在土壤中可过冬。杀灭：在100 水中立即死亡，在 80 水中 2min 死亡， 60 水中 5min 死亡。盐浓度在 9% 以上会致死沙门氏菌。（3） ）金黄色葡萄球菌症状：流鼻涕、腹泻、痉挛。病情重时，由于剧烈呕吐和腹泻，可引起大量失水而发生外周循环衰竭和虚脱。烹饪可杀死葡萄球菌，但对其毒素无影响，毒素耐热、耐低温、抗冷冻。（4） ）李斯特菌广泛分布于自然界。在4条件下可缓慢生长。较少致死，但有潜在致死能力。症状：突发性，有流感症状，发烧、头痛、背痛、有时伴有腹泻。2、真菌食品中常见的真菌属主要为霉菌和酵母。霉菌在自然界中分布极广、种类繁多，常以寄生或腐生的方式生长在阴暗、潮湿和温暖的环境中。霉菌有发达的菌丝体，其营养来源主要是糖、少量的氮和无机盐，因此极易在粮食和各种淀粉类食品中生长繁殖。大多数霉菌对人体无害，许多霉菌在酿造或制药工业在被广泛利用。（二）微生物对食品的污染作为食品原料的动植物在自然界环境中生活，本身已带有微生物，这就是微生物的一次污染。食品原料从自然界采集到加工成食品，最后被人们食用，整个过程中所经受的微生物污染， 称为食品的二次污染。食品二次污染过程包括运输、加工、贮存、流通和销售。采用科学有效的包装技术和方法避免或减缓这种有害影响，保证食品在流通过程中的质量稳定，更有效地延长食品保质期。第二节包装食品的微生物及其控制一、环境因素对食品微生物的影响影响微生物生长繁殖的环境因素主要有：水分、温度、氧气和ph。1水分水分是微生物生长繁殖的必要条件，大部分细菌在水分活度0.90 以上的环境中生长活跃，大部分霉菌在水分活度 0.80 以上的环境中繁殖。降低水分活度的方法：干燥、添加盐糖等小分子物质。2. 温度微生物生存的温度范围较广（-10 90 ），根据适宜繁殖的温度范围微生物可分为：嗜冷微生物（ 0以下）、嗜温微生物（055 ）和嗜热微生物（ 55以上）。食品在贮藏、运输和销售过程中所处的环境温度一般在55以下，正处在嗜温性和嗜冷性细菌生长繁殖的范围，一般在20 30时细菌的繁殖最快。3. 氧气氧气的存在有利于需氧细菌的繁殖，且繁殖速度与氧分压有关。4. ph适合微生物生长的ph 范围为 1 11 。一般食品微生物得以繁殖的ph 范围：细菌 3.5 9.5（最适 ph7 左右），霉菌和酵母211 （最适 ph6 左右）。大多数食品均呈酸性，酸性条件不利于微生物的生长，适当控制食品的ph 也能控制微生物的生长繁殖。二、包装食品的微生物变化1. 因包装发生的环境变化对食品微生物的影响食品经过包装后能防止来自外部微生物的污染，同对包装内部环境也会发生变化，其中的微生物相也会因此而变化。以肉为例，生鲜肉经包装后其内部环境的o 2和co 2 的构成比例不断发生变化，这是因食品上微生物及肉组织细胞的呼吸而使o2 减少、 co 2增加，包装内环境的气相变化反过来又会影响食品中的微生物相，即需氧性细菌比例下降，厌氧性细菌比例上升。2. 包装食品可能引起的微生物二次污染微生物对包装食品的污染，可分为被包装食品本身的污染和包装材料污染两方面。在食品加工制造过程中的各个工艺环节，如果消毒不严或杀菌不彻底，均有二次污染的可能。包装材料较易发生真菌污染，特别是纸制包装品和塑料包装材料，在包装容器制品的制造和 贮运期间，会受到环境空气中微生物的直接污染和器具的沾污。三、包装食品的微生物控制（一）包装食品的加热杀菌绝大多数微生物在20 40 的温度范围内生长迅速，高温可以达到杀菌效果，因而大部分包装食品都要进行加热杀菌后才能流通和销售。加热杀菌方法可分为湿热杀菌和干热杀菌法。湿热杀菌：是利用热水和蒸汽直接加热包装食品以达到杀菌目的，这是一种最常用的杀菌方法；干热杀菌：是利用热风、红外线、微波等加热食品以达到杀菌目的。1. 微生物的耐热性（1） ）微生物耐热性的表示方法d值：在所指定的温度下，杀死90% 微生物所需的时间（ min ）。f值：在一定温度下，杀灭一定数量微生物所需要的时间。z值：在加热致死时间曲线中，加热时间缩短90，所需升高的温度，或者说杀菌时间变化10倍，相应的温度变化值。部分微生物在湿热下的耐热性（2） ）影响微生物耐热的因素食品成分：高浓度糖液对细菌孢子有保护作用； 淀粉和蛋白质也有保护微生物的作用；油脂对微生物及其孢子的保护作用较大，除了直接保护作用外，还能阻止湿热渗透；水分是一种有效的传热介质，它能渗入微生物细胞和孢子中，因而一定温度条件下湿热比干热更具有致死性。2. ph对加热杀菌的影响ph对加热杀菌有很大的影响，当食品含酸量高时，杀菌强度可降低。如番茄汁或橙汁，就不需要高度加热，因为酸可提高热杀菌能力。不同 ph 下破坏食品中肉毒杆菌孢子的杀菌温度和时间3. 加热杀菌温度和时间组合加热杀菌温度和时间密切相关，即温度越高，破坏微生物所需的时间越短。虽然温度和时间是破坏微生物所需要的，但在破坏微生物作用上，同样有效的不同温度-时间组合对食品的损害作用远远不同。在杀菌温度 -时间组合中，高温对微生物的致死至关重要，但对损害食品色泽、风味、质地、营养价值等更重要的因素是时间长短，而不是温度。4. 加热杀菌方法低温杀菌法（巴氏杀菌）：是对食品中存在的微生物进行部分杀菌的加热方法。通常使用 100 以下的温度。由于低温杀菌后，食品中的菌残存较多，为延长货架期，再使用冷藏、发酵、加入添加剂、脱氧等加工技术。该法主要适用于ph 4.5 以下的酸性食品及采用较强加热处理会明显导致品质降低的食品。高温短时杀菌：主要是指食品经100 以上， 130 以下的杀菌处理。主要应用于 ph4.5 的低酸性食品的杀菌。可以在杀灭有害致病菌的同时，尽量减少对食品成分和质量的损害。超高温瞬时灭菌法： 将物料在连续流动的状态下， 经热交换器加热至 135 150 保持几秒钟， 以达到商业无菌水平，然后迅速冷却到一定温度后再进行无菌灌装，以最大限度地减少产品在物理、化学及感观上的变化。商业无菌：杀灭在正常的商品管理条件下的贮运销售期间有碍人类健康的细菌。杀菌温度对牛乳杀菌时间、褐变、营养的关系（二）低温贮藏各种生鲜食品和经过加工的食品都含有较高的水分，在常温下短时间内就会因微生物的大量繁殖面腐败变质，采用低温贮藏会降低腐败反应速率。低温贮藏主要包括冷藏和冻藏。常用的冷藏方法（1） ）低温与真空并用（2） ）低温与 co 2 并用（3） ）低温与放射杀菌并用（三）辐照防腐食品辐照处理：是利用放射源散射的放射能作用于食品，使食品中的微生物和酶钝化而达到抑制或杀灭微生物的目的。目前，食品辐射处理常用射线和粒子线，由于其穿透力和不会在食品中产生显著的热量，故 被 称 为 食 品 的 “ 冷 杀 菌 ” 。射线具有穿透力强、可辐射到食品深处且较为均匀等优点，现广泛应用于包装食品的辐射杀菌处理。粒子穿透力弱，只能用于食品等表面或薄膜及片状食品的辐射处理。1. 辐射作用机理细胞中维持生命现象的各种生物化学物质是以溶解于水的状态存在，当高能量辐射线通过时， 水分子被改变而获得高度易反应的氢基和羟基，再与水中的氧起反应，并广泛与其他有机、 无机分子和能溶解或悬浮于水中的离子起反应。辐射反应的结果：使生物化学活性物质被钝 化，细胞生活机能被破坏，代谢作用损伤扩大。辐射保藏中，微生物和酶被钝化，但食品其他成分同样会受到辐射水解产生游离基而使其品质劣化。2. 辐射对微生物的作用微生物接受辐射后本身发生的反应，可使微生物死亡。?细胞内蛋白质、dna 受损，即 dna 分子碱基发生分解或氢键断裂等，由于dna 分子本身受到损伤而致使细胞死亡“直接击中学说 ”。?细胞内膜受损，膜由蛋白质和磷脂组成，这些分子的断裂造成细胞膜泄漏，酶释放出来，酶功能紊乱，干扰微生物代谢，使新陈代谢中断，从而使微生物死亡3. 辐射食品的卫生安全性由于辐射处理能改变食品和包装的化学分子，且足够剂量还会导致放射性，因此辐射食品的安全与卫生性涉及以下三个方面：辐射处理对食品营养价值的影响；辐射可能产生的毒性物质和有害放射性；在辐射食品中产生致癌物质的可能性。各国对食品辐射处理总是加以严格控制，要求在对任何新的食品资源作辐射加工和流通之前，必须经食品与药物管理机构立案和批准。4. 食品辐射处理特点：优点 ：杀死微生物效果显著，剂量可根据需要进行调节。一定的剂量（5kgy ）照射不会使食品发生感官上的明显变化。即使使用高剂量（10kgy ）照射，食品中总的化学变化也很微小。没有非食品物质残留。产生的热量极少，可以忽略不计，可保持食品原有的特性。在冷冻状态下也能进行辐射处理。放射线的穿透能力强、均匀、瞬间即逝，而且对其辐照过程可以进行准确控制。食品进行辐照处理时，对包装无严格要求。缺点：经过杀菌剂量的照射，一般情况下，酶不能完全被钝化。经辐射处理后，食品所发生的化学变化从量上来讲虽然是微乎其微的，但敏感性强的食品和经高剂量照射的食品可能会发生不愉快的感官性质变化。这些变化是因游离基的作用而产生的。辐射这种保藏方法不适用于所有的食品，要有选择性地应用。能够致死微生物的剂量对人体来说是相当高的，所以必须非常谨慎，做好运输及处理食品的工作人员的安全防护工作。为此，要对辐射源进行充分遮蔽，必须经常、连续对照射区和工作人员进行监测检查。（四）微波灭菌微波是具有辐射能的电磁波，与其他电磁辐射的区别主要在于波长和频率，其波长约在10 10m 数量级，频率为 300mhz 至300ghz 。我国对工业微波加热设备常用的固定专用频率有两种 ：915mhz和2450mhz 。微波灭菌的机理生物体受微波辐射后，会吸收微波能而产生热效应，而且生物体在微波场中其生理活动也会发生反应和变化，这种非热的生物效应也会影响微生物的生存。微波辐照细菌致死可认为是热效应和非热力生物效应共同作用的结果。微波致死细菌的机理与传统加热杀菌致死完全不同。细菌的基本单元是细胞，细胞的存活与细胞膜电位差有关，微生物处在相当高强度的微波场中，其细胞膜电位会发生变化，细胞的正常生理活动功能将被改变，以致危及细胞的存活。微波灭菌的机理微生物的蛋白质、核酸和水介质作为极性分子在高频微波场中被极化的理论：极性分子在高频高强度微波场中将被极化，并随着微波场极性的迅速改变而引起蛋白质分子团等急剧旋转及往复振动，一方面相互间形成摩擦转换成热量而自身升温，另一方面将引起蛋白质分子变性。对微生物细胞来说，如果细胞壁受到某种机械性损伤而破裂，细胞内的核酸、蛋白质等将渗漏体外而导致微生物死亡。微波辐射还能使酶失活或者功能紊乱。微波灭菌的热力温度特性常规热力杀菌是通过热传导，对流或辐射等方式将热量从食品表面传至内部。食品表面与内部存在温度差，且中心升温滞后。要达到杀菌温度，往往需要较长时间。微波杀菌是微波能与食品及其细菌等微生物直接相互作用，热效应与非热效应共同作用，达到快速升温杀菌作用，处理时间大大缩短，各种物料的杀菌作用一般在3-5min 。微波灭菌工艺间歇微波灭菌工艺：脉冲电场，使食品短时间内迅速升温；连续微波辐照工艺：低场强，适当延长微波辐照时间； 多次快速加热辐照和冷却杀菌工艺第三节包装食品的品质变化及其控制一、包装食品的褐变、变色及其控制（一）食品的主要褐变及变色食品褐变包括食品加工或贮存时，食品或原料失去原有色泽而变褐或发暗。褐变反应有三类，即食品成分由酶的作用引起的酶促褐变；氧化或脱水反映引起的非酶褐变； 油脂因酶和非酶促性氧化引起酸败而褐变。在导致褐变的食品成分中，以具有还原性的糖类、油脂、酚及抗坏血酸等较为严重。尤其是还原糖类引起的褐变，如果与游离的氨基酸共存，则反应非常显著，即所谓美拉德反应。典型的非酶褐变有氨基、羰基反应和焦糖化反应等。无水（或浓溶液）条件下加热糖或糖浆， 用酸或铵盐作催化剂，糖发生脱水与降解，生成深色物质的过程，称为焦糖化反应。食品的变色主要是食品中原有颜色在光、氧、水分、温度、ph 、金属离子等因素影响下的退色和色泽变化。产生褐变的食品成分及其反应机理（二）影响褐变变色的因素1. 光光线对包装食品的变色和褪色有明显的促进作用，特别是紫外线的作用更显著。天然色素中叶绿素和类胡萝卜素是一种在光线照射下较易分解的色素。选择的包装材料必须能阻挡使色素分解的光波，玻璃和塑料包装材料所透过的光线也会使食品变色和腿色。2. 氧气氧是氧化褐变和色素氧化的必须条件。色素是容易氧化的，类胡萝卜素、肌红蛋白、还有血色素、花色素等多是易氧化的天然色素； 水果中的多酚类物质、单宁成分、vc、羰基化合物中的油脂、还原糖等物质的氧化会引起食品的褐变、变色和腿色。3. 水分褐变是在一定水分条件下发生的。参与多酚氧化的酶促褐变是在水分活度aw=0.4 以上，非酶褐变 aw值在0.25 以上， 反应速度随aw值上升而加快，在 aw=0.55 0. 90 的中等水分中反应最快，若水分含水量再增加时，其基质浓度被稀释而不易引起反应。4. 温度温度越高，变色反应越快。由氨基-羰基反应引发的非酶促褐变，温度提高10其褐变程度增高 25倍。高温会使食品失去原有的色泽，如干菜、绿茶、海带等含有叶绿素、类胡萝卜素的食品。高温能破坏色素和维生素类物质而使风味降低。5. ph褐变反映一般在 ph3 左右最慢，ph 越高，褐变反映越快。6. 金属离子一般cu、fe、ni、mn 等金属离子对色素分解起促进作用。（三）控制包装食品褐变变色的方法1. 隔氧包装真空包装和充气包装是常用的隔氧包装。脱氧剂，用以吸除包装食品内的残留氧。隔氧包装应选用高阻氧性的包装材料。2. 避光包装利用包装材料对一定波长范围内光波的阻隔性，防止光线对包装食品的影响。要求：包装材料既不失内装物的可视性，又能阻挡紫外线等对食品的影响。对于一般色素，由于可见光也会加速变质，可对包装材料着色。3. 防潮包装水分对食品色泽的影响包括两方面的含义：对一定水分（ 20% 30% ）的食品，由于脱湿而发生变色。干燥食品，因吸湿增大食品中的水分而变色。前者防止变色的方法是采用适当的包装材料保持其原有水分，而后者主要是保持食品干燥而使色素处于稳定状态。二、包装食品的香味变化及其控制1. 食品所固有的芳香物，一般是人们较为欢迎的香味，应尽可能保留。2. 食品化学性变化产生的异味。油脂、色素、碳水化合物等食品成分的氧化或褐变反应而产生的异味会导致食品风味的下降。对易氧化褐变的食品应采用高阻隔性，特别是阻氧性较好的包装材料进行包装，还可采用气调包装、遮光包装来控制氧化和褐变的产生。3. 由食品微生物作用产生的异臭味可选择加热杀菌、低温贮藏、气调、加入添加剂等各种适当的食品保藏技术和包装方法来加以抑制和避免。4. 包装材料本身的异臭成分也会引起食品风味变化。5. 塑料包装材料的渗透性引起的异味变化异臭分子极易吸附在食品中