7食品防腐保藏技术

食品微生物，包含食物保藏、食品的高温杀菌及嗜热微生物的特性、食品低温保藏及嗜冷菌的特性等。

食品防腐保藏技术

• 食物保藏
  • 核心：防止污染，杀灭和抑制微生物繁殖及延缓组织酶分解作用
  • 方法：采用物理化学生物学
  • 目的：长期保持营养价值，感官性状
• 食品的高温杀菌及嗜热微生物的特性
  • 高温杀菌的原理及方式
    • 原理：高温导致微生物蛋白质和核酸不可逆的变形或破坏其他成分引起死亡（如细胞膜被热溶解）
      • 杀菌效果： 消毒，灭菌
      • 温度范围：巴氏杀菌，高温杀菌
    • 干热灭菌法
      • 高温时微生物细胞内的蛋白质凝固变形而达到灭菌的目的
      • 火焰灭菌法：接种工具和受污染的物品
      • 干热灭菌法/热空气：温度 160 至 170 摄氏度， 时间为 一 至 两个 小时
    • 湿热灭菌法
      • 巴氏灭菌法
        • 应用于不适于高温处理的食物
        • 通常小于100℃加热，杀灭致病菌，降低微生物数量为目的的杀菌方式
        • 温度与时间组合：低温长时，高温短时
        • 效果因食品种类不同
          • 低酸食品ph大于4.6:无芽胞病原菌，如牛奶中的结核杆菌
          • 酸性食品：病源菌➕腐败菌➕酶
      • 超高温瞬时灭菌法
        • UHT：大于130摄氏度，维持3至5秒，杀死营养细胞和耐热性强的芽孢细菌，适用于液体食品
        • 在75～85摄氏度，预热4到6分钟；135至150摄氏度2～3秒
      • 高压蒸汽灭菌法
        • 原理：将带灭菌的物品放在一个密闭的加压灭菌锅内，通过加热，使灭菌锅格套间的水沸腾而产生蒸汽
        • 杀菌效力好
      • 间歇灭菌法
    • 耐高温微生物
      • 耐热菌：生长本身不需高温，较高温度残存
        • 巴氏杀菌后，残存的微生物有链球菌和乳杆菌
      • 嗜热菌：高温是生长和代谢活动必需的，≤40℃时不生长，最适温度超过50摄氏度，最高温度超过70摄氏度
        • 食品工业中常用的是芽孢杆菌属，梭状芽孢杆菌属以及嗜热厌氧菌
  • 微生物的热力致死作用
    • 热力致死温度
      • TDP：表示，特定环境中，一定数量的某种微生物，全部杀死所需要的最低温度。还与时间有关，定量处理时已不使用。
      • 通常指在一定时间内对某种微生物加热处理，从微生物死亡的最低热处理温度开始的各个加热期的温度
    • 热力致死速率曲线
      • 在一定温度下，加热时间与微生物残存数之间关系曲线
    • 热力致死时间TDT曲线
      • TDT：在特定条件下和热力致死温度下，杀死全部微生物或芽孢所需的最短的热处理时间
      • 热力致死时间曲线与环境，微生物种类与数量有关
    • D值，Z值，F值
      • D：指数递减时间，恒定温度下加热杀灭90%微生物所需的时间min
        • 测定方法
      • Z：引起D变化10倍所需改变的温度值
        • D降低一个对数周期，需要升高的温度
          • 温度提高1Z， D为原来的十分之一
          • 反映了微生物对不同温度的耐受力
      • F：热力杀菌效果相当于121℃条件下的等效杀菌时间
        • 利用热力致死时间曲线，可将杀菌温度时间组合换算成121摄氏度时的杀菌时间，从而方便地加以比较
      • 12D：将最耐热的肉毒梭菌芽胞残存的可能性降至10的-12次方所需的最小热处理强度，用于低酸性食物
  • 影响微生物耐热性的因素
    • 水—肽键易断
      • 水分活度高耐热性差，干细胞比湿细胞耐热
    • 脂肪—影响水分活动
      • 脂肪会增强耐热性，长链脂肪酸强于短链脂肪酸
    • 蛋白质和胶体保护
      • 相同的pH值以及同菌数的条件下，蛋白质和胶体含量越高，耐热性越强 。 如营养肉汤的耐热性比豌豆浓汤要好
    • 碳水化合物
      • 增强耐热性，影响水分活度
    • 盐
      • 降低水分活度耐热增强，增加水分活度对热敏感
    • Ph
    • 抑菌成分
    • 微生物数量：分泌保护性物质
    • 菌龄：活性低
      • 稳定期耐热性优于对数期 老龄孢子耐热性优于 新孢子
    • 生长温度
      • 嗜热菌优于嗜冷菌
    • 时间温度：温度高杀菌效果好
  • 微生物自身的耐热性
    • 嗜热菌最耐热
    • 芽胞菌优于非芽胞菌
    • 阳性优于阴性
    • 球菌优于非芽胞菌
    • 酵母，霉菌敏感，其孢子优于营养体，菌核耐热
    • 芽孢作为灭菌指示菌
      • 罐头生产，非酸性杀灭肉毒梭菌芽孢为标准
      • 发酵行业，杀灭嗜热脂肪芽孢杆菌的孢子为标准
  • 耐热机理
    • 菌体酶和蛋白质高温活性最佳
    • 细胞膜：长链饱和脂肪酸多 ，脂质双层共价交联，有完整的疏水内层
    • 核酸G和C含量高，更多氢键
    • 酶的热稳定性
    • 一级结构，氢键，离子键或疏水键增加
    • 促热稳定因素：耐热酶稳定剂如钙锌，热保护剂
  • 嗜热菌的应用
    • 发酵工业，耐高温，生长快，减少污染
    • 基因工程菌构建
    • 耐高温酶：DNA聚合酶，降解淀粉，纤维素，蛋白质 ，耐高温，PH，盐耐受力强
• 食品低温保藏及嗜冷菌的特性
  • 低温保藏的原理及方法
    • 原理
      • 酶活性及化学反应延缓
      • 微生物生长繁殖速度降低或完全受抑
        • 低温防止或减缓腐败
        • 休眠
    • 方法
      • 普通贮藏，寒冷温度
        • 10～15，短期，蔬菜和水果
      • 冷藏，冰箱温度
        • -1～8数天或数周
      • 冻藏，冷冻温度
        • 小于-18，生长停止酶失活
        • 弧菌为-5摄氏度，叶生红酵母为-34℃
        • 一般用于浓缩果汁，熏肉，冰淇淋，水果
  • 耐受低温的微生物
    • 嗜冷菌
      • 低温是生长必需
      • 0到20摄氏度生长，最适温度在零至15℃的微生物
      • 一般处于海水或极寒地带
    • 耐冷菌
      • 中温菌，使冷藏食品变质
      • 0～7摄氏度，如产碱杆菌，假单胞菌属，链球菌
  • 低温对微生物生理机能的影响
    • 代谢速率低
      • 温度下降，生长速率低，延缓期和代时延长
      • 低温时较高酶活：草莓假单胞菌-29摄氏度产脂肪酶
      • 生长速率随温度变化小
      • 温度系数Q10
        • 温度升高10摄氏度，生化反应速度增加的倍数，一般介于1.5至2.5
        • Q 10越大，温度对生长的影响越显著
    • 细胞膜输送溶质更有效—膜功能
      • 嗜温菌
        • 低温影响溶质摄入
          • 蛋白质构象改变，导致透膜蛋白失活
          • 细胞质膜结构变化，透膜酶的活力下降
          • 缺少主动运输能量
      • 耐冷菌
        • 抗冷性糖输送体系
        • 含有较高含量的不饱和脂肪酸
        • 低温下，输送透膜酶活力高
        • 冷休克蛋白
    • 耐冷菌具有较大的细胞
    • 鞭毛合成更有效
    • 营养要求高
    • 增氧有利：好氧或兼性厌氧
  • 冷冻对微生物的影响
    • 冷冻对微生物的影响
      • 冻结时猝死后逐渐死亡
      • 略低于冰点温度死亡最快，尤其是-2摄氏度，更低反而减慢，-20摄氏度非常缓慢
      • 存活的微生物在贮藏过程中逐渐死亡
      • 冷休克：温度骤降，活菌大量死亡
        • 冷休克与培养温度有关
        • 假单胞菌30℃培养时冷冻敏感，10摄氏度时不敏感
    • 微生物对冷冻的抵抗力
      • 球菌优于阴性杆菌
      • 金葡球菌和梭状芽孢杆菌远远优于沙门氏菌
      • 内生孢子和毒素无影响
  • 部分耐冷菌和嗜冷菌的特性
    • 不饱和脂肪酸增加
      • 低温增加
      • 假单胞菌的条件致病菌高达59～72%，生存力强
      • 假丝酵母十摄氏度比二十五摄氏度多50%
      • 脂质固化理论：不饱和脂肪酸合成的增加，脂质在低温下，保持液态和流动态，确保细胞膜功能
    • 合成高水平的多糖，发黏
      • 低温生产：右旋糖酐，粘稠奶，粘稠生面团
      • 腐败：面包发黏，粘牛奶，肉变黏
      • 明串珠菌和片球菌在温度高于30摄氏度时，葡聚糖合成酶失活 乳杆菌：热敏性葡聚糖合成酶
    • 色素的形成
      • 黏质沙雷氏菌，其热敏性酶，灵菌红薯
      • 大量海洋嗜/耐冷菌分泌色素
      • 部分霉菌和酵母菌
      • 嗜热菌不分泌色素
    • 对底物的不同利用
      • 发酵葡萄糖，发酵蔗糖
      • 氢化酶合成体系，对温度敏感
  • 嗜冷菌的应用
    • 发酵食品，减少嗜温菌的污染
    • 脂酶和蛋白酶用于食品和洗涤剂 啤酒处理，奶酪成熟
    • 应用于医药和食品
• 食品的化学保藏
  • 使用添加剂提高食品的耐藏性和尽可能保持原有品质的措施 ，如防腐剂，抗氧化剂，抗老化剂，抗褐变等
  • 防腐剂概述
    • 原理：作用于细胞膜，细胞膜通透性上升，内容物溢出，呼吸链断裂；干扰酶系，破坏正常的新陈代谢；使蛋白质凝固和变性，干扰生存和繁殖
    • 发挥作用条件
      • 抑菌谱：抑制的微生物种类
      • 环境因素
  • 抗生素
    • 是微生物的次级代谢产物，高效，无毒，适用性广，用于抑制或杀死微生物
    • 乳酸链球菌素Nisin
      • 34个氨基酸组成的疏水，带正电荷的小肽
      • 无毒的天然防腐剂，对食品无不良影响
      • 原理：破坏细胞壁，增大通透性，内容外泄；抑制细胞壁肽聚糖合成，使细胞膜和磷脂合成受阻
      • 抑菌作用
        • 真菌，阴性无效，与EDTA螯合后抑制阴性
        • 抑制阳性，强烈抑制芽胞萌发
      • 发挥作用的影响因素
        • PH低，溶解度大，稳定性强；Ph小于4.5防腐；联合使用
      • 应用
        • 如，罐头，鱼类制品和酒精饮料
    • 纳它霉属Natamycin
      • 链霉菌属，发酵法
      • 抑制霉菌，酵母菌
      • 应用于焙烤，香肠，饮料和果酱
    • 枯草菌素
      • 32个aa组成短肽，对酸稳定，耐热性强，抑制阳性
  • 抗菌性：山梨酸盐优于苯甲酸盐优于丙酸盐
    • 苯甲酸/盐及对羟基苯甲酸酯
      • 机理：未解离态
        • 穿透细胞膜进入细胞，干扰膜的通透性，抑制膜对氨基酸的吸收
        • 干扰酶的功能，如呼吸酶系
        • 生长受阻
      • 苯甲酸—安息香酸
        • 白色针状结晶，稳定化合物，微溶于水易溶于乙醇
        • 抑菌活性与pH密切相关
          • Ph低抑菌效果强，适宜pH为2.5～4 Ph中性效果微弱
        • 主要作用于酵母菌和霉菌，酵母最优，细菌效力弱
        • 毒性
          • 9至15小时肝脏受损
          • 苯甲酸在人体内会与甘氨酸反应产生马尿酸 剩余的与葡萄糖酸反应生成葡萄糖甘酸，这些物质在体内不积累，是安全防腐剂
      • 苯甲酸纳
        • 白色颗粒或粉末，易溶于水
        • 主要作用于霉菌和酵母菌
        • 应用于果汁，软饮料，蕃茄酱
      • 对羟基苯甲酸酯—尼泊金酯
        • P H敏感性低：酸性中性，在8.0是有一定效果
        • 抑菌谱广：完全抑制阴性阳性
        • 抑制霉菌优于酵母菌，阴性菌和乳酸菌弱
    • 山梨酸及盐
      • 无色针状结晶或粉末，易溶于酒精， 其盐易溶于水，光热稳定，易氧化着色
      • 作用特点
        • 一般以钙盐，纳盐，钾盐的形式应用
        • 酸型防腐剂：Ph影响防腐效果
      • 抑菌作用
        • 机理
          • 和苯甲酸与巯基结合，破坏酶作用
        • 真菌抑制剂：霉菌，酵母菌
        • 好气性腐败菌无效：金黄色葡萄球菌，沙门氏菌，假单胞菌 乳酸菌无效
    • 丙酸盐
      • 霉菌抑制剂
      • 应用于面包，蛋糕，奶酪
      • 亲脂酸
      • 低酸性食品较好作用
      • 机理：未解离分子具抗菌活性
  • 硝酸盐和亚硝酸盐
    • 亚硝酸钠和硝酸钠作用
      • 保持肉的红色
        • 根据国标只有（亚）硝酸钠和硝酸钾可以作为护色剂使用，且仅能用于部分肉制品
        • 显色机理是在酸性条件下，亚硝基和肌红蛋白结合生成了亚硝化肌红蛋白
      • 风味形成
    • 作用的微生物
      • 抑制一些腐败产毒菌
      • Perigo因子（亚硝酸盐与介质生成有抑菌作用的反应物 ）：当亚硝酸盐在特定介质中加热时，产抗肉毒因子或抑制剂，使抑菌效果提高约十倍，这种抗肉毒因子或抑制剂被称为～
        • 梭状芽孢杆菌：肉毒梭菌，产气荚膜梭菌
        • 高浓度的金黄色葡萄球菌，乳酸菌，肠道细菌无明显抑制效果
        • 酸性条件下抗菌效果更好
    • 使用范围
      • 肉类制品，肉罐头
    • 亚硝酸盐的毒性
      • 亚硝酸盐
        • 中等毒性，0.2可能引起中毒，3g能致死
        • 使正常血红蛋白变为高铁血红蛋白，使其失去携带氧的功能，使组织缺氧
      • 亚硝酸钠转变为亚硝酸时，与胺结合，形成亚硝胺会致癌
  • 食盐和糖及微生物特性
    • 原理
      • 提高渗透压，使微生物质壁分离，水分活度下降，减少溶解氧，好氧性微生物受抑
    • 各种微生物耐盐性
      • 小于5%细菌可以生长，5%以上主要时霉菌生长
      • 大于20%主要是酵母菌生长
      • 嗜盐菌：一定浓度盐是菌体生长所必需的 ，如副溶血弧菌
      • 耐盐菌：耐受，但无盐长得更好，乳杆菌和一些霉菌
    • 糖
      • 六倍糖产生与盐同样效果
        • 细菌敏感，酵母，霉菌耐高渗
  • 其他抗菌剂
    • 抗氧化剂：阻止或延迟食品氧化
    • 风味剂
    • 香料：蒜素，丁香
    • 脂肪酸和酯
• 食品辐射保藏与微生物的耐辐射特性
  • 冷灭菌 cold sterilization
    • 杀死微生物的同时不会引起物料温度的升高
      • 辐射杀菌:放射线辐照以延长保藏期的技术
      • 目的：杀虫杀菌抑芽消毒
      • 生命体维持正常的生理体征以及各种活动都是依赖于原子层面的稳定，电离辐射的所具有的超高能量可以破坏生物分子的化学键，使分子性质改变，对生物体构成损伤
  • 高能射线种类
    • 紫外线：200-275纳米，短波灭菌紫外线，被蛋白和核酸吸收，穿透力弱，适合杀表面生物，造成D NA损伤
      • 作用于核酸，引起致死突变
      • 穿透空气传播，可做表面和空气的灭菌
    • B射线
      • 穿透力较强，发射治疗
    • Y射线
      • 穿透力强，应用广
    • x射线
      • 能量高
  • 原理
    • 利用高能射线，破坏生活机能，使蛋白质变性，发生化学变化
      • 水分子解离，生物活性物质钝化
      • 二硫键氢键断裂
      • 蛋白质脱氨脱羧，脂肪氧化，碳水化合物较稳定
  • 影响因素
    • 微生物耐辐射能力
      • 病毒最耐辐射
      • 芽胞优于酵母优于霉菌和细菌
      • 阳性优于阴性，假单胞菌，黄杆菌敏感
      • 毒素无效
      • D值：杀灭食品中90%的微生物所需的辐照剂量
        • 代表耐辐射能力
        • 温度低D值大 温度高D值小
    • 菌数
      • 多则强
    • 介质
      • 蛋白质保护，缓冲液敏感
    • 氧气
      • 真空效果更好
    • 物理状态
      • 干细胞优于湿细胞，冰冻细胞强
  • 辐照杀菌类型
    • 辐照防腐
      • 以消灭腐败菌，调节生理功能
    • 辐照消毒
      • 巴氏杀菌，延长保藏期，中等剂量
    • 辐照灭菌
      • 可达到商业无菌，常温下长期贮藏，高剂量，完全杀菌
  • 辐照对食品质量的影响
    • 不利
      • 变色，变味
      • 氨基酸损失率高
      • 引起蔬菜水果的软化
    • 优点
      • 杀菌效果明显，深入内部有害生物
      • 无需添加防腐剂，没有非食品物质残留
      • 节约能源，可连续进行，准确控制
      • 产生热量少，最大程度保持食品原有风味
      • 对品质影响小，小剂量辐照不会发生感官上明显变化
  • 辐照食品安全性
  • 其他冷杀菌方法
    • 超声波
    • 高压
    • 高压放电
• 干燥保藏和气调保藏p327,p320
• 综合防腐保鲜理论与技术p330