引起食品变质的主要因素

这是一篇关于引起食品变质的主要因素的思维导图。食品保藏原理中引起食品变质主要因素梳理，和食品化学、食品微生物学有部分知识点重合。

引起食品腐败变质的主要因素

• 微生物
  • 细菌
    • 多数食品易受细菌影响，包括食品二次污染，易造成食品中毒
    • 显著表现
      • 蛋白质、氨基酸等被细菌作用，产生恶臭、异味
    • 保藏中多研究耐热菌、芽孢菌（如假单胞菌）
    • 产芽孢细菌非常耐热，肉毒杆菌在中性条件下100℃加热数小时有时还没有被杀死
    • 肉蛋奶，土壤中生长的莲藕、芋头、芦笋等块根块茎类原料
  • 酵母菌
    • 碳水化合物高的食品易发生
    • 受pH值影响较大
      • pH5.0左右的微酸性环境生长较好，易引起变质的有蜂蜜、果酱、酱油、果酒等
    • 多数情况下食品感官品质发生变化，但不会有严重的安全问题
  • 霉菌
    • 有氧、水分活度低
      • 无氧抑制生长，Aw15%以下抑制生长发育
    • 碳水化合物含量高的食品
    • 可能有毒素产生，慢性中毒
  • 比较
    • 氧气
      • 好氧
        • 产膜酵母菌、霉菌和部分细菌
      • 微需氧
        • 乳酸杆菌
      • 兼性厌氧
        • 大多数酵母菌、细菌中的葡萄球菌属
      • 厌氧微生物
        • 肉毒梭状芽孢杆菌
    • pH
      • 大多数微生物，尤其病原细菌，在pH4.0以下的酸性环境中，生长活动受到抑制
      • 以pH4.6为界限
        • pH4.6以上为加压高温杀菌
        • pH4.6以下可以常压（100℃以下）杀菌
        • 高酸性pH＜4.0，低酸性pH＞4.6
      • 耐酸性特点
        • 霉菌＞酵母＞细菌
    • Aw
      • 耐低水分活度顺序
        • 霉菌（Aw＞0.75）＞酵母（Aw＞0.88）＞细菌（Aw＞0.94）
      • 中湿食品通过添加大量糖或多元醇使水分活度降至0.85以下并结合真空包装，可防止酵母菌和霉菌生长
    • 热
• 其他生物
  • 昆虫
    • 主要影响长期保藏的食品，特别是粮食类、深加工的果品
    • 影响方式
      • 藏匿于产品中的虫卵发育
      • 昆虫破坏结构后导致的微生物变质
    • 一般不会有严重的食品安全问题
  • 啮齿动物
    • 主要是鼠类
    • 危害贮藏、食品包装，传播疾病
• 酶
  • 酶促
    • 氧化酶
      • 酚酶
        • 食品在加工和储藏中经常出现褐变或黑变，因为果蔬中含有单宁，在氧化酶类作用下发生氧化变色，主要是多酚氧化酶
      • 脂氧合酶
        • 存在于各种植物尤其是豆科植物中
        • 破坏亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸等必需脂肪酸
        • 脂氧合酶在低温下仍有活力，未漂烫的冷冻青豆、蚕豆等长时间冻藏会产生异味，造成色素损失
        • 油脂氧化，主要发生在含不饱和脂肪酸的食品中
      • 过氧化物酶、抗坏血酸氧化酶
        • 引起食品颜色和风味的变化及营养成分损失
    • 水解酶
      • 脂酶
        • 存在于所有含脂肪的组织中
        • 脂肪水解酶，把脂肪水解为脂肪酸和甘油
        • 牛奶、奶油、干果
      • 果胶酶
        • 多聚半乳糖醛酸酶、果胶甲酯酶
        • 影响
          • 引起果实软化
          • 在番茄和柑橘汁等食品中，果胶酶分解果胶使产品黏度和浊度降低，使原来分散状态的固形物失去依托而产生沉淀，降低产品质量
    • 汇总
  • 非酶促
    • 非酶褐变
      • 美拉德反应
        • 食品中蛋白质、肽或氨基酸的氨基与还原糖的羰基相互作用，最后生成暗褐色类黑质
        • 影响因素
          • 羰基化合物
            • α，β-不饱和醛＞α-双羰基化合物＞酮
          • 氨基化合物
            • 一般胺类＞氨基酸，肽＞蛋白质
          • 中等水分含量最适，受温度影响大
          • pH7.8~9.2偏碱性最适
          • 金属离子铜、铁促进褐变
          • 亚硫酸盐抑制
      • 焦糖化反应
        • 直接加热糖和糖浆（加热到熔点150~200℃），热解反应引起糖分子脱水，双键进入糖环，产生不饱和环状中间物呋喃
        • 糖类尤其是单糖在没有氨基化合物存在情况下，加热到熔点以上的高温时因发生脱水、降解等过程而发生的褐变反应
        • 共轭双键吸收光，产生颜色
        • 少量酸和盐可以加速反应，不同催化剂产生不同类型色素
        • 三种商品化焦糖色素
          • 耐酸焦糖色素
            • 亚硫酸氢铵催化
            • 应用于可乐饮料、酸性饮料
            • 生产量最大
          • 焙烤食品用色素
            • 糖与铵盐加热，产生棕红色
          • 啤酒等含醇饮料用焦糖色素
            • 蔗糖直接热解产生红棕色
        • 焦糖化产品风味
          • 面包风味
            • 麦芽酚、异麦芽酚
          • 各种风味和甜味的增强剂
      • 抗坏血酸氧化
        • 抗坏血酸自动氧化，生成脱氢抗坏血酸→脱氢抗坏血酸+氨基酸反应生成红褐色产物
        • 除发生羰基反应外，还能发生自动氧化、脱羧、聚合等引起褐变
        • 经常发生在橙汁、猕猴桃汁、红枣等食品中
    • 氧化作用
      • 含有易还原结构的物质的氧化，如含不饱和键的油脂、维生素、含HS-的蛋白质（面粉、牛奶）
      • 特点
        • 变化比较缓慢，受到温度、氧气浓度、空气湿度等外界环境条件及食品含的矿物元素等食品成分组成的影响
      • 脂肪氧化
        • 
          • 酸败
            • 在食品加工和贮藏期间，油脂因温度、氧气、光照、微生物、酶等作用，产生的小分子化合物有令人不愉快的气味（哈喇味）、苦涩味，失去食用价值，其中以油脂氧化及氧化物分解为主要反应
          • 氧化的出产物是氢过氧化物（ROOH），之后有氢过氧化物的分解和聚合
          • 自动氧化分为诱发期、增殖期、终止期；应在诱发期添加抗氧化剂，阻止氧化
        • 影响油脂氧化的因素
          • 油脂的脂肪酸组成
            • 顺式、共轭双键易氧化（顺式与氧气接触方便）
            • 游离脂肪酸比甘油酯氧化速率略高（连着甘油对空间有阻碍）
            • 甘油酯中脂肪酸的无规则分布使氧化速率降低
            • 双键数和氧化速率成正比
          • 氧
            • 单线态氧的氧化速率约为三线态氧的1500倍
          • 温度
            • 温度上升，氧化反应速率加快
            • 饱和脂肪酸(SFA)室温下稳定，高温下会显著氧化
          • 水分活度
            • • Aw=0~0.33，Aw↑反应速率↓
                • 水与脂类氧化生成的氢过氧化物以氢键结合，抑制ROOH的分解
                • 由于水合作用，有效金属离子减少，催化作用下降
                • 自由基被淬灭
              • Aw=0.33~0.73，Aw↑，反应速率↑
                • 水中溶解氧增加
                • 大分子物质膨胀，活性位点暴露加速脂类氧化
                • 金属离子（催化剂）和氧的流动性增加，金属离子可能来自土壤
              • Aw＞0.73，Aw↑，反应速率↓
                • 催化剂和反应物浓度被稀释
          • 表面积
            • 脂类氧化速率与它和空气接触的表面积成正比
          • 催化剂及助氧化剂
            • （n≥2，过渡金属离子）是助氧化剂
            • 催化能力：Pb＞Cu＞黄酮＞Sn＞Zn＞Fe＞Al＞不锈钢＞Ag
            • 血红素、酶促氧化的酶均是助氧化剂
          • 光和射线
            • 既促进氢过氧化物分解，又能引发自由基
          • 抗氧化剂
            • 能缓解和减慢油脂氧化速率，小剂量（0.02%）存在下就可以延缓油脂氧化（BHT、BHA）
      • 维生素氧化
      • 色素氧化
      • 其他成分氧化
• 物理因素
  • 温度
    • 影响微生物繁殖
      • 低温状态下，微生物活动受到抑制，处于假死状态，同时酶活动减弱
    • 化学变化
      • 范特霍夫规则：温度每升高10℃，化学反应速度增加2~4倍
      • 2~5℃淀粉老化速度最大
      • α化淀粉在80℃以上迅速脱水至10%以下可防止老化，如加压膨化食品
    • 酶催化
      • 温度升高，酶促反应加快
        • 一定温度范围内，果蔬温度升高10℃，呼吸强度增加到原来2~4倍
      • 温度升高到酶活性被钝化时，酶促反应受到抑制或停止
  • 水分
    • 水分活度定义：
    • 影响微生物繁殖
      • 微生物最适水分活度
      • 微生物耐热性与水分活度
      • 芽孢的形成与水分活度
    • 影响酶促反应速度
      • 当食品中水分子不足以形成单分子吸附层时，酶活受到完全抑制
      • 酶在较高水分活度的环境中更容易发生热失活
    • 油脂氧化
      • 水分活度低于单分子层水分是，脂质极易遭受氧化酸败，自动氧化过氧化值急剧增大
      • 水分活度增加到0.3~0.5时，脂肪自动氧化速率减小
      • 水分活度＞0.75时，脂肪氧化速度逐渐加快
    • 非酶褐变
      • • Aw＜0.6或Aw＞0.9时，反应迅速减小
        • 0.6~0.9，反应速度存在峰值
        • Aw=0或1时，非酶褐变停止
    • 降低方法
      • 脱水
      • 化学或物理修饰
      • 添加亲水物质（降低水分活性剂）
        • 盐
        • 糖
        • 多元醇
  • 光
    • 光会促进某些反应
    • 脂肪的光敏氧化
    • 维生素
      • VA，有氧、光照情况下易氧化
      • VD光照分解
      • VE对紫外线敏感
      • VK必须避光保存，不然降解
      • 脂溶性维生素
      • VC会因光加速氧化降解
      • 核黄素：光是引起核黄素降解的主要因素（牛奶日光臭味）
      • VB6光化学降解
      • 叶酸：光促进降解
      • 水溶性维生素
    • 色素
  • 气体
    • 降低氧分压
      • 抑制需氧微生物的生长
      • 减少营养成分的氧化损失
  • 一般不会直接发生作用，会通过对生物因素或物理因素的影响体现出来
  • pH
    • 影响微生物生长繁殖
      • 强酸强碱均会引起微生物蛋白质和核酸的水解
      • 影响细胞膜上电荷性质，破坏微生物的酶系统和细胞结构
      • 从而影响新陈代谢
  • 射线（射线）
    • 用于食品辐射保藏的主要是γ和β射线
• 其他因素
  • 机械
  • 外源污染物
    • 透光透氧
  • 包装
    • 气体，透气透水
  • 原料的质量状况
    • 原料本身微生物的多少
  • 贮藏与加工技术
• 栅栏技术
  • 栅栏因子（考）存在于食品中对食品品质起重要控制作用的因子
    • 高温处理（F）
    • 低温冷藏或冻结（t）
    • 降低水分活性（Aw）
    • 提高酸度（pH）
    • 降低氧化还原值（Eh）
    • 防腐剂（Pres）
  • 综合保藏技术——原理：食品保藏中各栅栏因子之间具有协同作用
  • 各栅栏因子单独或相互作用，形成特有的防止食品腐败变质的“栅栏效应”使微生物不能逾越，从而达到保藏食品的目的
  • 最主要因素放在第一位，多个因素协同效应，如果变换位置可能起到的效果不一样