02食品的腐败变质及其控制.ppt

食品的腐败变质及其控制,第2章,第2章食品的腐败变质及其控制,1引起食品腐败变质的主要因素及其控制2食品保藏的基本原理3栅栏技术4食品保存期限和食品标签,1.1食品的腐败变质现象,民以食为天，食品是人类生存的物质基础，它提供给人类所需要的各种营养和能量。人们每天必须摄入一定数量的食品用以维持生命和身体健康。食品易受到外来的和内在的因素作用而发生变质腐败，每年由于食品的腐败变质引起的浪费是十分惊人的。,1引起食品腐败变质的主要因素及其控制,感官品质的下降营养价值的损失安全性的降低,食品表面的微生物食品内部的酶空气中的氧,腐败、不能食用,举例食品在保藏过程中的变质,蛋白质的分解导致鱼、肉、蛋类食品的腐败变质；脂肪的氧化导致坚果的“走油”、咸鱼、冻肉“哈喇”味；淀粉的老化导致面包、糕点的“回生”；果蔬的呼吸、蒸发、后熟导致过熟、萎蔫、组织软化、品质下降；,食品的腐败变质：是指食品受到各种内外因素的影响，造成其原有化学性质或物理性质发生变化，降低或失去其营养价值和商品价值的过程。,食品在保藏过程中的质量变化始终存在，目标：尽量将变质减小到可接受的程度。,按照变质可能性将原料分类：,极易腐败原料（1天2周）肉类和大多数水果和部分蔬菜；中等腐败性原料（2周2月）柑橘、苹果和大多数块根类蔬菜；稳定的原料（28月）粮食谷物、种子和无生命的原料如糖、淀粉和盐等。,1.2食品腐败变质的主要原因,生物学因素化学因素物理因素其他环境污染、农/兽药残留、滥用添加剂和包装材料等。,1.2.1生物学因素,微生物广泛分布于自然界，食品中不可避免的会受到一定类型和数量的微生物的污染，造成食品的腐败与变质。而且，由微生物污染所引起的食品腐败变质是最为重要和普遍的。引起食品腐败变质的微生物主要是细菌、酵母菌、霉菌。,一、微生物,a.细菌,多数情况下，细菌是引起食品腐败变质的主要原因；细菌造成的变质一般表现为食品的腐败，主要是细菌将食品中的蛋白质和氨基酸等含氮有机物分解为低分子化合物，使食品带有恶臭或异味，并产生毒性。多发生在富含蛋白质的食品中，如动物性食品、豆制品等。,在含碳水化合物较多的食品中容易生长；在富含蛋白质的食品中一般不生长；容易受酵母菌作用而变质的食品有蜂蜜、果酱、果冻等。,b.酵母菌,c.霉菌,霉菌易在有氧、水分少的干燥环境中生长发育；在富含淀粉和糖的食品中也容易滋生；霉菌是导致干制品变质的常见菌。,微生物引起食品变质的特点,食品种类不同，引起变质的微生物种类不同；环境条件不同，变质快慢程度不同；食品成分发生变化的同时，产生毒素或致病；食品的腐败变质大多数是细菌、霉菌或酵母同时污染作用的结果；食品的安全和质量依赖于微生物的初始菌数、加工过程中的除菌和保藏过程中的防菌或抑菌。,危害性增加食品的贮藏损耗，污染食品，甚至传染疾病。害虫：种类繁多，分布广，躯体小，体色暗，繁殖快，适应性强。主要有甲虫类、蛾类、蟑螂类、螨类。啮齿动物：对食品危害最大的啮齿动物是老鼠。,二、害虫和啮齿动物,1.2.2化学因素,酶的作用多种酶促反应非酶褐变美拉德反应、焦糖化反应、抗坏血酸氧化引起的褐变氧化作用脂肪、色素、维生素等的氧化其他作用淀粉的老化、果蔬的呼吸作用、与包装容器反应发生的褐变、,酶是生物体内的一种特殊蛋白，具有高度的催化活性；与食品变质有关的酶类：脂肪酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、氧化酶等。酶对食品质量的影响果蔬的褐变、软烂脂质的水解和氧化鱼类、贝类的自溶,一、酶的作用,1.2.2化学因素,引起食品质量变化的主要酶类及其作用,酶促褐变,定义需要和氧接触，由酶催化的非常迅速的变色反应。酶促褐变的机制酶促褐变是在有氧条件下，由于多酚氧化酶(PPO)的作用，酚类底物氧化为醌，醌很快聚合成为褐色素而引起组织褐变。PPO是发生酶促褐变的主要酶，存在于大多数果蔬中。酶促褐变发生的必要条件：适当的酚类底物、多酚氧化酶(PPO)和氧。,定义在食品贮藏与加工过程中，常发生与酶无关的褐变作用，称为非酶褐变。非酶褐变的机制基本上已知有三种类型的机制在起作用：羰氨反应褐变作用焦糖化褐变作用抗坏血酸氧化褐变作用,二、非酶褐变,羰氨反应褐变作用(美拉德反应)羰氨反应是食品中的氨基与羰基经缩合、聚合生成黑色素(也叫类黑精)和某些风味物质的反应。影响羰氨反应的因子温度基质的浓度和水分pH值氧、光线、铁铜等金属离子褐变抑制剂（SO2、亚硫酸盐）,焦糖化褐变作用是指糖类受高温（150至200）影响发生降解作用，降解后的物质经聚合、缩合生成粘稠状的黑色物质（焦糖或酱色）的过程。抗坏血酸褐变作用是指抗坏血酸自动氧化分解为糠醛和CO2，而糠醛与氨基化合物又可发生羰氨反应。,非酶褐变对食品的影响颜色变化；营养物质损失：氨基酸、还原糖和抗坏血酸。,脂肪的酸败游离脂肪酸被氧化，生成过氧化物，过氧化物继续分解产生有刺激的“哈喇”味；油脂在酶的作用下分解为甘油和脂肪酸，游离脂肪酸进一步氧化，甘油也被氧化产生异味物质。油脂酸败的影响因素温度、光照、氧气分压、水分、金属离子、脂氧合酶等。,三、氧化作用,a.淀粉的老化,淀粉老化的机理在淀粉粒中，淀粉分子彼此排列得非常紧密，即-淀粉；淀粉粒与水共同加热糊化，称为-淀粉；在30以下温度时，-化的淀粉部分恢复为-淀粉，即产生了淀粉的老化。影响淀粉老化的因素水分、温度、pH值、淀粉分子形态、糊化条件和共存物质。,四、其他作用,呼吸作用是在酶的参与下进行的一种缓慢的氧化过程，使食品中复杂的有机物质被分解成简单的有机物质，并放出热量。有氧呼吸消耗营养物质产生呼吸热温度呼吸作用加速衰老无氧呼吸消耗营养物质产生有害物质机体中毒加速劣变,b.呼吸作用,影响呼吸作用的因素温度、湿度、气体成分、机械损伤等。,c.与包装容器发生的化学反应,含酸量高的食品使罐壁的锡溶出；花青素与金属罐壁的锡、铁反应，产生褐变；含硫蛋白质与锡、铁反应发生产生紫黑色、黑色物质；单宁类物质与铁反应发生褐变；,避免食品与易反应成分直接接触。,物理因素是促进微生物生长繁殖、诱发或加快食品发生化学反应而引起变质的外在原因。主要因素有：（1）温度（2）水分（3）光（4）氧气（5）机械损伤,1.2.3物理因素,微生物的生长、酶促反应、化学反应等无不受到温度的制约。根据范特霍夫（VantHoff）规则，温度与食品成分的热破坏反应速率以及微生物生长速率的关系均可以用温度系数Q10表示：,k(t+10)、kt分别表示在(t+10)和t时的反应速率常数。,由阿雷尼乌斯(Arrhenius)方程可知：,A:频率因子；E:活化能；R:气体常数；T:热力学温度,T，k，且T的微小变化可导致k的较大改变。,（1）温度,（2）水分水分与微生物生长关系密切，多数化学反应、酶促生化反应必须在水中进行。水分的蒸发使鲜活食品的外观萎缩，鲜嫩度下降。（3）光脂肪的氧化、色素的褪色、蛋白质的凝固等均会因光线的照射而促进反应。（4）氧气氧直接参与氧化反应对食品的营养成分、色泽、风味造成损失，同时还是需氧菌生长的必须条件。（5）机械损伤,小结,食品原料属生物材料，导致食品变质腐败的原因错综复杂，有生物学、化学和物理因素，也可以分为：食品内部原因酶引起的、自身生命活动引起的、食品成分间相互化学反应、食品成分的逸散等。食品外部原因污染微生物引起的、环境条件（温度、光、氧气）引起的、机械损伤、外源污染物等。其中主要原因可归纳为：微生物污染、酶促生化反应、非酶化学反应。,2食品保藏的基本原理,造成食品败坏的原因很复杂，往往是生物的，化学的，物理的等多种因素综合作用的结果。在诸多因素中，起主导作用的首先是有害微生物，其次是酶促生化反应以及非酶的化学反应。因此，食品腐败变质的控制就是采取不同的方法或方法组合，杀灭或抑制微生物生长繁殖，钝化酶的活性，延缓化学反应，达到延长食品货架期的目的。,制生停止食品中一切生命活动和生化反应，杀灭微生物，破坏酶的活性。抑生抑制微生物和食品的生命活动及生化反应，延缓食品的腐败变质。促生促进生物体的生命活动，借助有益菌的发酵作用防止食品腐败变质。,2食品保藏基本原理,基于保藏原理的基本手段：运用无菌原理罐藏、冷杀菌、无菌包装抑制微生物活动加热、冷冻、干制、腌制、防腐剂利用发酵原理发酵维持食品最低生命活动冷藏、气调,可控因素：温度、水分、pH值、氧气等。,控制温度控制水分活度控制pH值其他方法,2.1微生物的控制,温度水分活度pH值氧气,微生物生长的影响因素,微生物生长的控制方法,2.1.1控制温度,温度与微生物生长的关系,一般微生物的生长温度与热致死时间,适宜的温度可促进微生物生长发育，不适宜的温度能减弱其生命活动甚至引起生理机能异常或促使其死亡。,温度对微生物的影响,高温使微生物细胞原生质因加热而凝固，酶活性遭到破坏，从而导致微生物死亡。加热杀菌是利用无生机原理保藏食品的一种主要手段。加热后要是食品所处的体系处于无生机状态，即商业无菌状态。商业无菌(commercialsterilization)：罐头食品经过适度的杀菌后，不含有致病性微生物，也不含有在通常温度下能在其中繁殖的非致病性微生物。这种状态叫做商业无菌。,a.高温对微生物的杀灭作用,罐头饮料,商业无菌绝对无菌,b.低温对微生物的抑制作用,当T最低TT最适时，微生物活力下降；当TT最低时，新陈代谢减弱，呈休眠状态；当TT最低时，生命活动停止，出现死亡。,低温使微生物酶的活性减弱，破坏了各种生化反应的协调一致性，冰晶体改变了细胞内外的性状，对微生物细胞造成机械损伤，导致微生物活力下降或死亡。,注意：低温不是有效的杀菌措施！,2.1.2控制水分活度,微生物从外界摄取营养物质及向外界排泄代谢产物都需要以水作为溶剂或介质；微生物生长繁殖只能利用游离水，可用水分活度（Aw）来进行衡量。一般脱水方法能除去的基本上是游离水。,水分活度（Aw）：食品在密闭容器内测得的蒸汽压(p)与同温下测得的纯水蒸汽压(p0)之比。描述为：,低AW可抑制微生物生长；降低水分活度可以增加食品的防腐能力和保藏性。,一般微生物生长的Aw范围,部分食品的水分活度值,去除水分脱水干制提高渗透压腌制、糖制、浓缩等控制水分状态速冻,降低水分活度的方法,微生物生长需要适宜的pH值微生物细胞膜带有一定的电荷，环境的H浓度改变可导致细胞膜上电荷性质的改变，从而影响其新陈代谢的正常进行。当pH偏离中性范围，微生物酶系统的催化能力减弱或消失。强酸强碱均可引起微生物的蛋白质和核酸水解。,2.1.3控制pH值,绝大多数微生物在pH值6.67.5的环境中生长繁殖速度最快，在pH值小于4.0的环境中难以生长。大多数细菌(尤其是病原菌)易在中性或微碱性环境中生长繁殖；霉菌、酵母菌一般能在酸性环境中生长繁殖。,微生物生长发育程度与pH的关系,pH值是确定食品杀菌强度的主要依据,溶液浓度越高，渗透压越大。高渗溶液导致微生物细胞原生质脱水紧缩，发生质壁分离。,2.1.4其他方法,a.控制渗透压,食品的烟熏是在腌制的基础上，利用木材不完全燃烧时产生的烟气熏制食品的方法。熏烟的主要化学成分：其中：,b.烟熏,酚、醛、有机酸、醇、羰基化合物、烃等。,酚、醛、有机酸类化合物具有较强的杀菌作用。,根据微生物与氧气的关系，微生物可分为：好氧性微生物有氧则生长，无氧不生长产膜酵母菌、霉菌和部分细菌、兼性厌氧微生物有氧无氧均可生长大多数酵母菌、葡萄球菌、厌氧性微生物有氧不生长，无氧生长乳酸菌、肉毒梭状芽孢杆菌、降低氧的分压，可抑制需氧微生物的生长控制手段：密封、脱气、充氮、真空包装、脱氧剂,c.控制气体组成,d.使用添加剂,食品保藏中使用的添加剂主要有防腐剂和抗氧化剂；防腐剂按杀菌作用的方式可分为杀菌剂和抑菌剂；作用机理是与微生物细胞作用，干扰微生物生理代谢，使其生长受到抑制或死亡；杀菌剂较少直接用于食品，多用于车间、工具的消毒处理，常用的有卤素类、过氧化物类、乙醇类、双胍类、醛类、酚类等；抑菌剂在食品中使用较多，主要有苯甲酸及其盐类、山梨酸及其盐类、丙酸盐、对羟基苯甲酸酯等。,辐射对微生物的直接作用过程,e.辐射,辐射对微生物的间接作用过程被激活的水分子或电离的游离基与微生物体内的活性物质相互作用，而使细胞生理机能受到影响。,根据辐射剂量及目的，分为辐射完全杀菌、辐射针对性杀菌、辐射选择性杀菌。,利用益生菌的乳酸发酵、酒精发酵、醋酸发酵作用；发酵产物可降低pH值，抑制有害微生物生长。,f.微生物发酵,2.2酶活性的控制,2.2.1控制温度2.2.2控制pH值2.2.3控制水分活度,2.2.1控制温度,随着温度的升高，酶催化反应加速；同时，温度的升高，酶受热变性而失活，导致反应速度减慢。综合两个方面的结果，得到最适温度区。大多数酶在3050范围内显示最大活性。,温度酶活力曲线,低温可抑制酶的活性，但不能使其钝化，解冻时，酶活可能会骤然增强；加热处理可以使酶失活，食品加工中常采用热水或蒸汽热烫来钝化酶。,2.2.2控制pH值,在某一狭窄的pH范围内，酶表现出最大活性酶的最适pH值；高于或低于最适pH，酶的活性会降低甚至丧失。,在食品加工中，调至最适pH提高酶反应速度；或远离最适pH抑制酶反应。,水分活度对酶促反应的影响：在足够高的水分活度下，有最大的酶促反应；在足够低的水分活度下，酶促反应不能进行。,2.2.3控制水分活度,水分活度对磨碎大麦芽和2卵磷脂混合物中卵磷脂的酶催化水解速率的影响,减小AW值只能抑制酶的活性，但不能使酶失活。,水分活度对酶热稳定性的影响：,酶在较高水分活度的环境中更容易发生热失活。酶的钝化应选择在水分活度较大时(如干燥或冷冻之前)进行。,压力罐头食品的“跳盖”、物理性胀罐湿度干制品返潮、糖制品吸潮、返砂物理化学因素浑浊果汁、果肉饮料、蛋白质饮料产生沉淀,2.3其他因素的控制,小结,温度与微生物（以最适生长温度为中心）温度微生物生长；温度微生物生长温度微生物死亡温度与酶的活性温度酶活性；温度酶活性温度酶失活温度与其他变质因素温度化学反应速度温度化学反应速度,控制温度加工保存食品的方法:低温保藏（冷藏、冻藏）高温处理（烫漂、罐头灭菌、牛奶灭菌等）,小结,pH与微生物pH微生物代谢，耐热性pH与酶的活性pH偏离最适pH酶活性,降低pH的方法：酸化食品（腌渍食品等，常用酸为醋酸、乳酸、柠檬酸）发酵产酸（发酵泡菜、酸奶等）,pH4.6是酸性食品和低酸食品的分界限。,小结,水分活度与微生物AW水溶液浓度渗透压细胞质壁分离；水分活度与酶的活性AW底物难以移动到酶的活动中心酶活性水分活度与其他变质因素AW游离水化学反应速度,降低水分活度的方法：去除水分(干制)提高渗透压（腌制、糖制、浓缩等）控制水分状态（速冻）,打破内平衡,3栅栏技术,没有任何一种单一的保藏措施是完美无缺的，必须采用综合保藏技术。目前保藏研究的主要理论依据是栅栏因子理论。,栅栏因子,栅栏因子,栅栏因子,抑制腐败与产毒保持食品品质,栅栏因子：能扰乱微生物内平衡机制的加工技术；常用的栅栏因子：高温处理（F）、低温冷藏（t）、酸化（pH）、低水分活度（Aw）、降低氧化还原电势（Eh）、添加防腐剂（Pres）、竞争性菌群（cf）等。此外，还有辐射、超高压处理、微波、超声波、紫外线、酶制剂、保鲜膜等。,栅栏技术的概念,栅栏因子,通过联合控制多种阻碍微生物生长的因素，以减少食品腐败，保证食品卫生与安全性的技术措施。,微生物的内平衡是微生物处于正常状态下内部环境的稳定和统一，并且具有一定的自我调节能力，只有其内环境处于稳定的状态下，微生物才能