食品保鲜技术及其应用

食品化学－保鲜方法及原理食品保藏的原理所谓保藏乃是把食品或其原料，在从生产到消费的整个环节中，保持其品质不降低的过程。在此所说的食品品质主要是指商品价值、营养价值和卫生安全程度，这些均由食品的化学组成、物理性质和有无有害微生物污染等所决定。在贮藏、流通期间，食品品质的降低主要与由食品外部的微生物一再侵入，在食品中繁殖所引起的复杂化学和物理变化有关。此外，也与食品成分间相互反应以及食品成分和酶之间的纯化学反应、还有食品组织中原先存在的酶引起的生化反应等有关。因而，保藏的意义就在于：在制造和贮存之际，灭杀食品中存在的微生物和酶（或者钝化），此后没有外部微生物的污染并阻止食品中微生物的繁殖；以物理或化学处理来阻止酶和非酶化学反应，以保持食品的品质，达到保存食品之目的。用于食品保存的手段有加热、干燥、冷藏、放射线照射、添加防腐剂等，这些方法的原理基本上可分为二类。⒈基于微生物和酶的完全或部分杀灭或钝化的方法:主要有以加热放射线照射一部分杀菌剂处理等方法。这些方法配合以适当的包装而使食品与外部隔绝,防止了微生物的二次污染,即使在常温下也能长期贮藏食品。一般的说,这类方法对食品的处理相当强烈,致使食品成本本身发生的变化也多,所以能处理的食品种类也受到一定限制。⒉基于抑制微生物的繁殖和酶反应等的方法包括低温处理（冷冻）、脱水干燥（干藏、盐藏）、增加酸或碱浓度、添加防腐剂、气相置换等。这些方法使得食品内部的环境条件不适宜微生物繁殖和酶的反应，从而不发生腐败变质。此中存在的微生物细胞并未被完全杀灭，酶也不完全钝化，因此处理完毕后，若环境条件改变，则这些微生物和酶可以再活动。一些传统的保藏方法在很早的时候我们就掌握了一些简单的保鲜方法，例如醋藏﹑盐藏﹑糖藏和烟熏等方法。1.醋藏醋具有良好的抑菌作用。经研究，当醋酸浓度达0.2%时便能发挥阻止微生物生长繁殖的效果；当保藏液中醋酸的浓度达0.4%时，就能对各种细菌和霉菌起到良好的抑制作用；当浓度达0.6%时，就能对各种霉菌以及酵母菌发挥优良的抑菌防腐作用。2.盐藏食品的盐藏是自古以来一直沿用的传统保藏法。食品经盐藏不仅能抑制微生物的生长，繁殖，并可赋予其新的风味。故兼有加工的效果。各种微生物对食盐浓度的适应性有所差别。可是当pH值下降时，微生物的耐盐性便显著减低，因此若降低盐藏品的pH值和温度，便可得到优良的保藏性。3.糖藏糖藏与盐藏一样，都是利用增加食品渗透压，降低水分活度，从而抑制微生物生长的一种储藏方法。一般的微生物在糖含量超过50%时生长便受到抑制。但有些耐透性强的酵母菌和霉菌，即使糖含量高达70%仍可生长，并且有个别酵母能在约80%的糖液中生长。可是若往其中添加少量酸，则微生物的耐渗透力也就显著下降。这样，即使在较低的糖浓度下，微生物的生长也可被抑制。４．烟熏烟熏包括物理的干燥作用和烟熏过程中会产生一种有防腐性的物质，阻止微生物繁殖。如烟熏肉等我们日常中常食用的肉类食品。一食品的加热杀菌保鲜法食品的腐败是由微生物和酶所引起的。食品通过加热杀菌和使酶失活的方法可久贮不坏，但必须不重复染菌，因此要在装罐装瓶密封以后灭菌，或者灭菌后在无菌条件下装瓶装罐。微生物的耐热性细菌的营养细胞及酵母菌的耐热性，因菌种不同而有较大的差异。一般病原菌（梭状芽孢杆菌属除外）的耐热性差，通过低温杀菌（例如63℃，经30分钟）就可以将其杀死。细菌的芽孢一般具有较高的耐热性，在100℃的条件下，可耐热1000分钟。食品中肉毒梭状芽孢杆菌是非酸性罐头的主要杀菌目标，该菌孢子的耐热性较强，必须特别注意。一般霉菌及其孢子在有水分的状态下，加热至60℃，保持5～10分钟即可以被杀死，但在干燥状态下，其孢子的耐热性非常强。影响加热杀菌的因素1.加热温度由于细菌芽孢具有非常强的耐热性，所以只有在100℃以上才可以杀死细菌芽孢。水在100℃沸腾，在常压下不能再提高温度，只有在高压杀菌釜中才可进行100℃以上的杀菌。2.活菌浓度在某一特定温度下加热灭菌时，活菌浓度越高则达到一定的杀菌效果所需的时间越长。因而，在食品厂里应把原料容器、机械等仔细清洗，加工上注意卫生，以减少细菌的侵入。3.细菌的履历形成芽孢的环境条件—温度、培养菌、水分、PH等也影响细菌的耐热性。以好气性细菌芽孢为例，在天然条件下形成的芽孢比在实验室人工培养下形成的芽孢的耐热性强，在热处理过的培养基内形成的芽孢的耐热性比在生的培养基内形成的芽孢的耐热性强。4.加热环境的影响加热过程中环境的水分含量越低，细胞的耐热性就越强。如：用高压杀菌釜在湿热法下120℃、20-30min即可完全灭菌，而用烘箱的干热法则需160-180℃下加热3-4小时。加热时环境的PH在中性或近中性时，细胞的耐热性最强，当环境PH向酸性或碱性变化，则细胞的耐热性降低。如桔子类的强酸性罐头，轻微杀菌即可，而卷心菜等中性罐头则要高温长时间。此外，存在于环境溶液中的各种物质也影响细菌的耐热性,如蛋白质和淀粉对细菌芽孢有阻止加热致死的效果；此外，食盐、糖、磷酸盐等也有这种保护作用。在细菌芽孢的耐热性试验中，常测定细菌在中性磷酸盐缓冲液及在食品中的耐热性，这二者之比称为食物磷酸盐比，此比值大于1时，则此食物对细菌的加热死亡有保护作用。另外，具有杀菌作用和抑菌作用的物质与加热并用，可提高杀菌效果。加热杀菌的方法主要有常压杀菌（巴氏消毒法）﹑加压杀菌﹑超高温瞬时杀菌﹑微波杀菌﹑远红外线加热杀菌﹑欧姆杀菌等。常压杀菌常压杀菌即100℃以下的杀菌操作，也用于水果部分蔬菜以及不要求完全无菌的低酸性食品。啤酒的杀灭酵母也属于常压杀菌。它主要有水浴杀菌法和蒸汽或热水喷淋式连续杀菌法。加压杀菌常用于肉类制品、中酸性、低酸性罐头食品的杀菌。通常的温度为100℃～121℃（绝对压力为0.2MPa），当然杀菌温度和时间随罐内物料、形态、罐形大小、灭菌要求和贮藏时间而异。在罐头行业中，常用D值和F值来表示杀菌温度和时间。D（DRT）值：是指在一定温度下，细菌死亡90%（即活菌数减少一个对数周期）所需要的时间（分钟）。121.1℃（250℉）的D（DRT）值常写作Dr。例如嗜热脂肪芽孢杆菌的Dr=4.0～4.5分钟；A、B型肉毒梭状芽孢杆菌的Dr=0.1～0.2分钟。F值：是指在一定基质中，在121.1℃下加热杀死一定数量的微生物所需要的时间（分钟）。在罐头特别是肉罐头中常用。由于罐头种类、包装规格大小及配方的不同，F值也就不同，故生产上每种罐头都要预先进行F值测定.罐装食品的杀菌使用的是静置式杀菌釜，下图所示为一卧式高压杀菌置。其基本工作原理为：准备杀菌的罐头装满在框式杀菌小车中，借轨道推入杀菌釜中，关闭密封釜盖，通蒸汽进行杀菌作业。目前,在食品厂所有的杀菌釜都应用自动控制仪表装置,进行杀菌的程序控制,以保证杀菌的质量,并避免人工操作的偶尔失误.而对于液体或固体混合的罐装食品,可采用旋转或摇动式杀菌装置,使罐内液料流动而提高传热效果,可以缩短杀菌时加热所需的时间。玻璃瓶罐虽然也能耐高温，但是不太适宜压力釜高温杀菌，因为在加热和冷却过程中内外温度稍大即易爆裂。在必须用玻璃罐高压杀菌时，必须用热水浸泡蒸煮。复合薄膜包装的软装罐头通常采用高压水煮杀菌，但由于袋形扁平，易于变形，且在杀菌时容易漂移改变位置，因此在杀菌时需用栅格层层固定，以保证加热传热效果，并不致碰伤软袋.超高温瞬时杀菌对于处理敏感的食品，根据温度对细菌及食品营养成分的影响规律，考虑采取超高温瞬时杀菌，即UHTST杀菌,简称UHT。优点是：既可达到一定的杀菌要求，又能最大程度地保持食品的品质。UHT杀菌的工艺范围一般为：加热时间２～10s，加热温度135~150℃。例如，牛乳的灭菌，如果牛乳在高温下保持较长的时间，则有可能发生一些不良的化学反应，使牛乳产生褐变现象；蛋白质发生分解而产生不良气味；糖类焦糖化而产生异味；还有可能发生某些蛋白质变性而产生沉淀。因此就需用ＵＨＴ杀菌法。微波杀菌微波（超高频），一般是指频率在300-300000MHz的电磁波。目前915和2450MHz两个频率已广泛地应用于微波加热。915MHz，可以获得较大穿透厚度，适用于加热含水量高、厚度或体积较大的食品；对含水量低的食品宜选用2450MHz。微波杀菌可用于肉﹑水产品﹑肉制品﹑禽制品﹑罐头﹑水果﹑奶制品﹑蔬菜﹑奶﹑谷物﹑布丁和面包等一系列产品的杀菌﹑灭酶和消毒。微波杀菌的机理是基于热效应和非热生化效应两部分热效应：微波作用于食品，食品表里同时吸收微波能，温度升高。污染的微生物细胞在微波场的作用下，其分子被极化并作高频振荡，产生热效应，温度的快速升高使其蛋白质结构发生变化，从而使菌体死亡。非热生化效应：微波使微生物生命化学过程中产生大量的电子、离子，使微生物生理活性物质发生变化；电场也使细胞膜附近的电荷分布改变，导致膜功能障碍，使微生物细胞的生长受到抑制，甚至停止生长或死亡。另外，微波还可以导致细胞DNA和RNA分子结构中的氢键松弛、断裂和重新组合，诱发基因突变。远红外加热杀菌对红外线的利用始于20世纪，1935年美国福特汽车公司的格罗维尼(Groveny)首先取得将红外线用于加热和干燥的专利。远红外线是指波长为2.5–1000um的电磁波。食品中的很多成分及微生物在3～10μm的远红外区有强烈的吸收。远红外加热杀菌不需要传媒，热直接由物体表面渗透到内部，因此不仅可用于一般的粉状和块状食品的杀菌，而且还可用于坚果类食品如咖啡豆、花生和谷物的杀菌与灭霉以及袋装食品的直接杀菌。日本的山野藤吾曾将细菌、酵母、霉菌悬浮液装入塑料袋中，进行远红外线杀菌试验，远红外照射的功率分别为6KW、8KW、10KW、12KW，试验结果表明，照射10分钟，能使不耐热细菌全部杀死，使耐热细菌数量降低105～108个数量级。照射强度越大，残活菌越少，但要达到食品保藏要求，照射功率要在12KW以上或延长照射时间。欧姆杀菌我们一看到“欧姆”俩字，就会想到跟电流有关。不错这种杀菌方法就是利用电流通过食品产生热量来达到杀菌的目的，它是一种新型的热杀菌方法。对于带颗粒（粒径小于15㎜）的食品,采用欧姆加热则使加热速率接近液体的加热速率,获得比常规方法更快的颗粒加热速率(约1~2℃/s)，因此可缩短加工时间，得到高品质产品。二化学药物保鲜到了近代，随着社会的发展，传统的盐腌、糖渍、干制、罐藏等已经不能满足人们生活的需要。而防腐保鲜剂作为简便、易行有效的方法，在粮食、水果、蔬菜、肉、禽、蛋、水产等原料及加工的贮藏中，起到了非常重要的作用。食品保鲜剂食品防腐保鲜含义是在贮藏过程中保持食品固有的色香味形及其营养成分，为此而应用的化学品称为防腐保鲜剂。通常，把能杀死微生物的化合物称为杀菌剂，不能杀死微生物、而是抑制其生理活动、阻碍其生长繁殖的化合物称为防腐剂。作用食用防腐剂，要求具备下列条件：对与腐败有关的各种微生物（霉、细菌、酵母）都同样有效。没有毒性（急性中毒和慢性中毒）或毒性极其轻微。添加后使食品容易保存，且能长期保证质量。无味、无嗅、无色、无刺激性，添加后也不发生变化。使用方法简单，即水溶性大，耐热性高，对pH抵抗性强，不受食品成分的影响。现在我国使用的食用防腐剂有：⒈苯甲酸（安息香酸）及其钠盐:⒉对羟基苯甲酸酯（R=乙基、丙基、丁基及异丁基等）⒊山梨酸及其钾、钠盐⒋脱氢醋酸及其钠盐﹑丙酸及其钾、钠盐安息香酸、对羟基苯甲酸酯、山梨酸、脱氢醋酸等为酸性防腐剂，其防腐效果随PH变化而显著不同，依酸性的增加而增大。其中:安息香酸对酵母霉菌有效，对羟基苯甲酸酯的效果更大。山梨酸毒性极低,抗菌力不太强，单对霉菌酵母及细菌都有作用是其特点，但它对嫌气性细菌无效。脱氢醋酸对霉菌﹑酵母和细菌普遍有效。除了人工合成的化学防腐剂外还有一些天然的有机防腐剂，如：酒精﹑辛辣成分﹑海藻糖等。三食品干燥保鲜食品中微生物的生长和酶的反应都离不开水，因而，把食品保持在脱水干燥的状态，就可保藏相当长的时间而不损坏品质，同时也便于包装和运输。各种微生物要求的最低水活性值是不同的由于某