食品变质腐败的抑制-食品保藏基本原理演示幻灯片.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章,食品变质腐败的抑制,食品保藏基本原理,1,问题一,食品保藏的基本原理是什么？,问题二,如何利用,T,、,Aw,、,pH,值等条件抑制食品的变质？,问题三,什么是栅栏技术，在食品保藏中有何作用？,2,概述,食品保藏的基本原理,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。,（无生机原理）,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；,（假死原理）,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,。,（不完全生机原理）,3,糖或盐处理,6,烟熏,气调贮藏,化学保藏,7,8,9,辐射,10,1,2,3,4,5,热处理,冷冻处理,干燥,酸处理,(pH),发酵,常用保藏方法：,4,食品的腐败及腐败菌,一般说来，食品原料都带有微生物。,细菌是引起食品腐败变质的主要微生物,细菌中非芽孢细菌耐热性不强，巴氏杀菌即可杀死,细菌中芽孢菌耐热性强,酵母菌和霉菌引起的变质多发生在酸性较高的食品中，一些酵母菌和霉菌对渗透压的耐性也较高,第一节 温度对食品变质腐败的抑制作用,5,1,、高温对微生物的杀灭作用,（,1,）,微生物的耐热性,一、温度与微生物的关系,6,（,2,）,微生物高温死亡的原因,加热使微生物细胞内蛋白质凝固而死亡,;,加热对微生物有致毒作用,;,加热使微生物体内脂类物质的性质发生变化。,7,pH,水分活度,脂肪,盐,糖,蛋白质,植物杀菌素,菌株和菌种,初始活菌数,生理状态,培养温度,温度,时间,微生物本,身的特性,食品成分,热处理条件,（,3,）,影响微生物耐热性的因素,8,菌株和菌种：,各种微生物的耐热性各有不同。,芽孢菌,非芽孢菌、霉菌、酵母菌,芽孢菌的芽孢,芽孢菌的营养细胞,嗜热菌芽孢,厌氧菌芽孢需氧菌芽孢,初始活菌数：,初始活菌数越多，全部杀灭所需的时间就越长,生理状态与培养温度,稳定生长期的营养细胞,对数生长期的营养细胞,成熟的芽孢,未成熟的芽孢,较高温度下培养的微生物耐热性较强,A、微生物本身的特性,9,B,、,热处理条件,温度、时间,微生物的致死时间随杀菌温度的提高而成指数关系缩短。,温度 蛋白质凝固速度 微生物的耐热性,10,表 热处理温度对玉米汁中平酸菌死亡时间的影响,11,C,、,食品成分的因素,酸度：,pH,值偏离中性的程度越大，耐热性越低,高酸性,3.7,酸性,中酸性,低酸性,4.5,5.0,pH,3.7,高酸性,酸性,5.0,中酸性,低酸性,低酸性,酸性,4.6,pH,值对杀菌效果的影响,12,食品的酸度对微生物耐热性的影响,13,C,、食品成分的因素,水分活度：,细菌芽孢在低水分活度时有更高的耐热性。,杀灭肉毒杆菌在干热条件下,121,需,120min,，湿热条件下,121,，,4,10min,即可。,脂肪：,脂肪含量高则细菌的耐热性会增强。,加热时间为,10min,，,埃希杆菌,在不同介质中的热致死温度如右表所示。,14,C,、,食品成分的因素,盐类：,低浓度食盐（,8%,）,则对微生物的抵抗力有削弱作用，食盐的浓度高于,14,时，一般细菌将无法生长。,糖类：,糖的浓度越高，越难以杀死食品中的微生物。,注意：,高浓度糖液对微生物有抑制作用。,15,C,、,食品成分的因素,蛋白质：,食品中蛋白质含量在,5%,左右时，对微生物有保护作用。,植物杀菌素：,有些植物的汁液以及它们分泌的挥发性物质对微生物有抑制或杀灭作用。,如番茄、辣椒、大蒜、洋葱、芥末、花椒等。,16,（,4,）,微生物的耐热性的表示方法,不同的微生物对热的耐受能力不一样，但高温对微生物数量减少的影响存在一个相似的可预测的变化模型，这就是微生物的耐热特性曲线。并由此派生出相关的耐热特性参数。,a.,热力致死速率曲线,D,值、,TRT,值,b.,热力致死时间曲线,TDT,值、,Z,值、,F,值,c.,仿,热力致死时间曲线,17,a.,加热时间与微生物致死率的关系,在某一热处理温度下，单位时间内，微生物被杀灭的比例是恒定的。,式中：,N,残存微生物的浓度,（,单位容积的数量,）,热处理时间,k,反应速率常数,对上式积分，某种微生物初始活菌数为a，残存数量为,b,，则：,18,a.,加热时间与微生物致死率的关系,热力致死速率曲线,方程：,D,（,lga,lgb,）,D,值：,在,一定的,环境和热力,致死温度,条件下，杀灭,某种,微生物,90%,的菌数所需要的时间。,(min),4D,10,1,10,0,10,2,10,3,10,4,10,5,热力致死速率曲线,D,N,D,2D,3D,19,讨论：,D,值反映微生物的耐热性强弱；,D,值大小和细菌耐热性的强度成正比。,D,值与热处理温度、菌种及环境的性质有关；,D,值原始菌数无关；,D,值的计算：,表达：,D,t,D,110,=5：表示：在,110,条件下，杀灭90%的某种微生物需要5分钟。,20,例：,110,热处理时，原始菌数为,110,4,，热处理,3,分钟后残存的活菌数是,110,2,，求该菌,D,值。,即,D,110,或,D,110,=1.5,21,部分食品中常见腐败菌的,D,值,22,时间属性，与初始菌数无关,TRT,值：热力指数递减时间,TRT,值(Thermal Reduction Time)：,在任何特定,热力致死,T,下下，使微生物的数量,减少到,10,-n,时所需要的时间。,TRT,n,D,（,lg10,n,lg10,0,）,nD,TRT,6,=10 表示：,在某一致死温度下，原始菌数减少到百万分之一，需要10分钟。,菌数减少到,10,-n,表示残存菌数出现的概率。,23,方程：,t,0,t,Z,（,lg,lg ,）,105,110,115,120,10,1,10,2,10,0,t（）,Z,热力致死时间曲线,(min),其中：,和,分别代表,t,和,t,0,温度下的,TDT,值。,时间属性，与初始菌数有关。,TDT,值,(Thermal Death Time):,在某一,恒定温度,下，,将食品中一定数量的某种微生物活菌,全部杀死,所采用的杀菌温度和时间组合。,b.,加热温度与微生物致死率的关系,热力致死时间曲线,24,b.,加热温度与微生物致死率的关系,热力致死时间曲线,性质,Z,值反映不同微生物对温度的敏感程度，,Z,值小对温度的敏感程度高,不同的微生物有不同的,Z,值，同一种微生物只有在相同的环境条件下才有相同的,Z,值；,Z值,：热力致死时间降低一个对数循环，致死温度升高的度数。,t,0,t,Z,（,lg,lg,）,t（）,105,110,115,120,10,1,10,2,10,0,Z,热力致死时间曲线,(min),用,Z,值可以估算任意温度下的致死时间。,方程,t,0,t,25,b.,加热温度与微生物致死率的关系,热力致死时间曲线,TDT,曲线与环境条件有关，与微生物数量有关，与微生物的种类有关。,TDT,曲线可用以比较不同的温度,-,时间组合的杀菌强度。,例：,在,121,条件下，,用,1 min,恰好将某食品中的某种菌全部杀灭；现改用,110,、,10 min,处理，问能否达到原定的杀菌目标,？,设,Z=10,，由,10,（,t,0,t,）,/Z,得,=10,10,(110-121)/10,=0.79min,1min,说明未能全部杀灭细菌。,110下的杀菌时间？,26,b.,加热温度与微生物致死率的关系,热力致死时间曲线,由,t,0,t,Z,（,lg,lg ,）,当,t,0,121,（取标准温度时）,F值是TDT值,也称杀菌效率值。,t（）,105,110,115,120,10,1,10,2,10,0,Z,热力致死时间曲线,(min),27,关于,F,值的讨论,表达：，当,t,0,=121,，,Z=10,时，可直接以,F,0,表示。,F,值：,在一定的,标准致死温度,条件下，杀灭,一定浓度,的某种微生物所需要的,加热时间,。,当,Z,值相同时,，,F,值越大者耐热性越强。,F,值表示杀菌强度，随微生物和食品的种类不同而异，一般必须通过试验测定。,对于低酸性食品，一般取,t,0,=121,，,Z=10,对于酸性食品，一般取,t,0,=100,，,Z=8,28,c.D,值、,Z,值和,F,值三者之间的关系,仿热力致死时间曲线,由于,TDT,值与初始活菌数有关，应用起来不方便，,以,D,值取代,TDT,值，得到以下方程：,t,1,t,2,Z,（,lg D,2,lgD,1,）,10,2,10,1,105,110,115,120,t（）,10,0,D,Z,仿热力致死时间曲线,(min),29,D,与,Z,的关系,：,lg,（,D,2,/D,1,）（,t,1,-t,2,）,/Z,（,1,）,F,与,Z,的关系,：,F,10,（,t-121,）,/Z,（,2,）,F.D.Z,之间的关系,：,当,n,时，,TRT,n,，,n D,，则：,F,n D 10,（,t-121,）,/Z,（,3,）,c.D,值、,Z,值和,F,值三者之间的关系,仿热力致死时间曲线,30,小结：,微生物耐热特性的表示方法,热力致死速率曲线,D,（,lgN,0,lgN,）,热力致死时间曲线,t,0,t,Z,（,lg,lg ,）,F10,（,121,t,）,/Z,仿热力致死时间曲线,t,1,t,2,Z,（,lg D,2,lgD,1,）,TRT,n,=n D,D值,TDT值,Z值,F值,TRT值,31,2,、低温对微生物的抑制作用,（,1,）,低温和微生物的关系,嗜冷菌,嗜温菌,嗜热菌,都有一定的正常生长繁殖的温度范围。,当,T,最低,T,T,最适,时,，,微生物活力下降,；,当,T,T,最低,时，新陈代谢减弱，呈休眠状态,；,当,T,T,最低,时，生命活动停止，出现死亡,。,微生物的耐冷性,球菌类,G,杆菌；酵母菌、霉菌,细菌,32,（,2,）,微生物低温损伤的原因,温度下降,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；原生质体浓度增加，粘度增加，影响新陈代谢,冰晶体对微生物细胞的机械损伤。,微生物活力下降或死亡,33,（,3,）,影响微生物低温损伤的因素,a.,温度,b.,降温速度,c.,水分存在的状态,d.,过冷状态,e.,外部条件,f.,贮藏期,g.,交替冻结和解冻,34,产毒菌,腐败菌,1-,生长迅速区段,2-,某些菌缓慢生长区段,3-,停止生长区段,4-,缓慢死亡，但很少全死区段,食品缓慢腐败区,注意：低温不是有效的杀菌措施。,a.,温度,温度越低，微生物的活动能力也越低。,35,b.,降温速度,冻结前，降温越迅速，微生物的死亡率越高；,冻结点以下，缓冻将导致剩余微生物的大量死亡，而速冻对微生物的致死效果较差。,c.,水分存在的状态,结合水分含量高，微生物在低温下的稳定性相应提高；,为什么？,36,d.,过冷状态,急速冷却时，水分有可能迅速转为过冷状态而避免结晶。,e.,外部条件,高水分、低,pH,值、紫外线等可促进微生物低温损伤，糖、盐、蛋白质等介质对微生物有保护作用。,时间,/d,活菌数,/%,-8,时神灵杆菌细胞的死亡情况,1 过冷介质 2 冰冻介质,37,f.,贮藏期,微生物的数量随低温贮藏期的延长而减少。,g.,交替冻结和解冻,可加速微生物的损伤或死亡。,38,二、,温度与酶的关系,1,、,高温对,酶的钝化作用及酶的热变性,最适温度,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,39,酶的热稳定性,可以用酶的热失活曲线及相应的,D,值、,Z,值、,F,值来描述酶的耐热性。,过氧化物酶的热失活时间曲线,1.过氧化物酶,2.细菌芽孢,Z,酶,Z,菌,40,讨论,高温对酶活的损害程度低于细菌芽孢。,采用高温短时杀菌时，酶的钝化将成为首要的问题。,酶钝化程度有时也被用做食品杀菌的测定指标。,（,如,：,乳碱性磷酸酶、植物过氧化物酶,）,过氧化物酶的热失活时间曲线,1.过氧化物酶,2.细菌芽孢,41,影响酶热稳定性的因素,a.,酶的种类,酶的分子愈大和结构愈复杂，它对高温就愈敏感。,b.,温度,在一定范围内，温度，酶反应的速率也随之。,温度对酶稳定性的影响,温度对酶催化反应速度的影响,lg k,T,-1,K,-1,42,酶的热失活反应,甜玉米中的过氧化物酶在,88,下 的失活曲线,残余活力（对数值）,加热时间,/s,CA,段,代表酶的热不稳定部分的失活,BD,段,代表酶的热稳定部分的失活,43,影响酶热稳定性的因素,c.,加热速率,加热速率愈快，热处理后酶活力再生的愈多。,d.pH,值,大多数酶的最适,pH,值在,4.5,8,范围内，超出这一范围，酶的热稳定性降低。,不同来源的氧化酶的耐热性,44,影响酶热稳定性的因素,e.,水分含量,食品水分含量愈低，其中的酶对热的耐性愈高。,f.,食品成分,蛋白质、脂肪、碳水化合物等都可能会影响酶的耐热性。,45,2,、,低温对酶活性的抑制作用,在一定范围内，酶活性随温度的下降而降低,酶作用的效果因原料而异；,食品中酶活性的温度系数大约为,23,。,注意：,低温可抑制酶的活性，但不能使其钝化；,酶的浓度效果可能导致催化反应速度加快。,解冻时,酶活可能会骤然增强。,温度,/,反应速度,温度对酶活性的影响,46,三、温度与其他变质因素的关系,低温对反应速度的影响,温度降低，反应物质分子的碰撞速度减缓，反应速度受到抑制。,低温对呼吸作用的影响,温度降低，果蔬呼吸作用减弱，可延长保藏期。,低温下的水分蒸发作用,温度越低，果蔬的蒸腾量越小。,温度系数越高，低温保藏的效果就越显著。,浓度效果与温度效果呈负相关；,对某些食品会产生低温冷害。,1、,低温对变质因素的抑制作用,47,2,、,高温对食品品质的影响,风味变化,脂肪氧化、美拉德反应,营养素变化,氨基酸损失、维生素,（,V,C,、,V,B1,、,V,D、,泛酸,）,的损失。,其他变化,蛋白质变性、淀粉糊化、蔬菜和水果软化。,破坏食品中的嫌忌成分，如禽类蛋白中的抗生物素蛋白、豆科植物中的胰蛋白酶抑制素。,48,第二节 水分活度对食品变质腐败的抑制作用,食品中的水分,微生物生长繁殖只能利用游离水,生化反应需要的是游离水,一般脱水方法能除去的基本上是游离水,结合水,游离水,物理化学结合水,化学结合水,表面湿润水,毛细管水,49,1,、,水分活度,（,A,w,）,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,(p,0,),之比。,描述为：,A,w,在数值上等于食品所处环境的平衡相对湿度。,一、有关水分活度的基本概念,A,w,值随T的升高成正比例升高，含水量越低，温度对,A,w,的影响越大。,50,2,、,水分吸湿等温线,在恒定温度下，食品水分含量与其水分活度之间的关系。,区：结合水,（,0,0.25,）,；,区：多层水,（,0.25,0.8,）,A,单分子层结合水，,B,多分子层结合水；,区：游离态水,（0.80.99）,。,不同食品在相同,A,W,值下，可能有不同的含水量。,A,B,水分含量,（,g水/g干物质,）,A,W,0.2,0.5,0.8,1.0,0,水分吸附等温线,51,部分食品的水分活度值,52,二、,水分活度与微生物的关系,霉菌是导致干制品变质的常见菌。,53,54,1,、微生物生长与水分活度,水分活度与微生物增殖率的关系,1.30,金黄色葡萄球菌,2.30纽波特沙门氏菌,3.30,梅氏弧菌,微生物的生长发育在不同水分活度下存在明显差异。,55,2,、微生物的耐热性与水分活度,实验结果表明：,降低水分活度，可以抑制微生物的生长繁殖，同时也使微生物的耐热性增加,（,A,W,为,0.2,0.4,之间最高,),。,注意,：,干制过程虽是加热过程，但是它并不能代替杀菌。,脱水食品并非无菌。,水分活度,细菌芽孢在110的D值与水分活度的关系,1.肉毒梭菌E型,2.嗜热脂肪芽孢杆菌,lgD/min,营养成分、,pH,、,O,2,分压、,CO,2,浓度、,T,和抑制物等环境因素愈不利于生长，微生物生长的最低,A,W,值愈高。,56,3,、细菌芽孢及其毒素与水分活度,致病性微生物，通常产毒素,Aw,高于生长,Aw,；,产毒菌的产毒量一般随水分活度的降低而减少。,只有水分活性下降到,0.75,，任何致病菌都无法生长及产毒素，食品的腐败变质才得以显著减慢，甚至能在较长时间内不发生变质。,食品中的产毒菌在干制前如果没有产生毒素，干制后也不会产毒；如果在干制前已经产毒，干制过程将很难破坏这些毒素。,57,三、,水分活度与酶的关系,酶反应速率随水分活性增加而增加,面粉水分从,8.8%,增加到,15.1%,时，脂肪酶活力提高到,5,倍。对脂肪酶活力的抑制，水分活性应控制在,0.17,0.20。,一般来说只有干制品水分降低到,1%,以下时，酶的活性才会完全消失。,控制干制品中酶的活动，有效的办法是干燥前对物料进行湿热或化学钝化处理，使物料中的酶失去活性。,58,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,注意：,干制食品中的酶并没有完全失活，仅靠减小,A,W,值来抑制酶对干制品品质的影响并不十分有效。,59,酶的热稳定性与水分活度,实验表明：,酶在较高水分活度的环境中更容易发生热失活。,脂酶在不同温度下的热失活与水分之关系,温度,/,游离油酸,/mg,1.水分,23%,2.水分,17%,3.水分,10%,60,四、水分活度与其他变质因素的关系,水分活度与氧化作用的关系,水分活度低于单分子层水分时，脂质极易遭受氧化酸败；,水分活度增加到,0.300.50,时，脂肪自动氧化速率减小；,水分活度大于,0.75,时，脂肪氧化速度逐渐加快。,61,水分活度与非酶褐变（,Maillard,反应）的关系,A,w,0.9,时，反应速度减小；,0.6 A,w,0.9,时，反应速度存在峰值；,A,w,=0,或,A,w,=1,时，非酶褐变停止。,非酶褐变速度与水分活度的关系,62,降低水分活度可以延缓,维生素的降解,淀粉的老化,蛋白质的变性,色素的分解,芳香物质的变化,63,小结,水分活度与微生物,A,W,水溶液浓度,渗透压,细胞质壁分离；,水分活度与酶的活性,A,W,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,A,W,游离水,化学反应速度,延缓生化反应速度。,抑制微生物的生长发育。,控制酶促反应。,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,）,64,第三节,pH,对食品变质腐败的抑制作用,一、,pH,与微生物的关系,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。,适宜的,pH,值,微生物,迅速生长繁殖,偏离生长的,pH,值,生长繁殖受到抑制,65,pH,对食品变质腐败的抑制作用,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,66,部分食品的典型,pH,值,67,二、,pH,与酶的关系,在某一狭窄的,pH,范围内，酶表现出最大活性。,酶的最适,pH,值,酶在等电点附近的,pH,条件下热稳定性最高。,pH,酶活力曲线,pH,酶活力,完全稳定区,8,9,11,12,7,6,5,4,3,10,可逆失活区,立即失活区,0,1,2,4,6,最适,pH,68,第四节 电离辐射对食品变质腐败的抑制作用,一、基本概念,辐射,指能量传递的一种方式。,辐射类型,低频辐射线,（,10,18,Hz,）,69,电,磁波,Electromagnetic Wave,辐射是以电磁波的形式向外放散的。,70,原子,弹,磁,场,基地,电,台,71,二、放射性同位素与辐射,一个原子具有一个带正电荷的原子核，核外围有电子云。,原子核内有质子和中子,也就是其质量的组成部分。质子带正电荷,中子不带电荷,.,核的直径约为,10,-12,cm,是整个原子质量的只要所在地。整个原子,(,包括运转的电子,),的直径约为,10,-8,cm,。,72,放射性同位素,原子中质子数相同而中子数不同的元素叫同位素,原子核不稳定的同位素叫放射性同位素,放射性衰变,每个放射性同位素放出射线后就转变成另一个原子核，自发地从不稳定的元素变成稳定同位素的转变过程,n：中子；p：质子；e：电子；,：反中微子；Q：能量,大多数同位素放射出的射线有：,、,x,射线。,73,核辐射,-,射线：,是从原子核中射出带正电的高速,粒子流,(,带正电荷原子核,),；相对质量较大，电离能力大，穿透能力小。,-,射线：,是从原子核中射出的高速,电子流,(,或正电子流,),；电子质量小，速度大，带电量为,-,射线的一半，电离能力小，穿透能力比,-,射线大。,-,射线：,波长非常短,(1,0.001nm),的电磁波束,(,或称,光子流,),，发源于原子核本身。电离能力比,、,-,射线小，穿透能力大。,X-,射线,：,指原子核外电子所放出的能量。电离能力小，穿透能力很强。,都具有使被辐射物质的原子或分子发生电离作用的能力和不同穿透程度的能力。,74,半衰期,是放射性同位素原子核数因衰变而减少到原来一半所经历的时间。,用作食品辐射加工的辐射源,60,Co,的半衰期为,5.27,年，,137,Cs,为,30,年。,75,钴和铯衰变图,60,Co,经,-,衰变后放出两个能量不同的,-,光子最后变为,60,Ni,；,137,Cs,经,-,衰变后放出,-,光子最后变为,137,Ba,76,制备方法：,将自然界中存在的稳定同位素,59,Co,金属制成棒形、长方形、薄片形、颗粒形、圆筒形或所需要的形状，置于反应堆活性区，经中子一定时间照射，少量,59,Co,原子吸收一个中子后即生成,60,Co,辐射源。,目前在商业上采用,60,Co,作为,-,射线源。,77,常见放射性同位素的半衰期,78,辐射的计量单位,放射线能量单位,电子伏特,eV,：,相当于个电子在真空中通过电位差为伏特的电场被加速所获得的动能。,放射性强度：,衡量放射性强弱程度,贝克,Bq,：,即每秒中有一个原子核衰变为,1,贝克。,辐照量：描述电磁辐射在空气中的电离能力,SI,单位：,库仑,kg,1,、,伦琴（,R,),吸收剂量：表示单位质量被辐照物质吸收的辐射能量,SI,单位：,戈瑞（,Gy,),、,拉德（,rad,),79,三、,电离辐射与微生物的关系,1,、,电离辐射的杀菌作用,辐射对微生物的直接作用过程,微生物被照射,分子的离子化,DNA,损伤,代谢异常,细胞组织死亡,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。,80,微生物的抗辐射能力可以用,D,m,值表示。即：使活菌数减少,90,所需的辐射剂量。,辐照下肉毒杆菌的致死曲线,81,2,、影响辐射杀菌的因素,a.,微生物的种类与菌龄,不同的微生物对辐射的敏感性差异很大。,（,与微生物的耐热性相似，但也有例外。,）,缓慢生长期的抗辐射能力最强，对数生长期的抗辐射能力最弱。,b.最初污染菌数,污染菌数越多，辐射杀菌效果越差。,一般来说,G,-,G,+,霉菌,酵母,(,敏感度,),82,c.,介质的组成,富含蛋白质的介质能增强微生物的抗辐射性；,在含水量高的介质中，微生物对辐射更敏感。,d.,氧气,氧的存在增强了杀菌效果，也增加了氧化作用，应加以综合考虑。,e.,食品的物理状态,在冻结状态下，微生物抗辐射能力增强。,83,四、电离辐射与酶的关系,辐射破坏了蛋白质的构象，可导致酶丧失活性。,酶的耐辐射性,酶活性降低,90,的辐射,剂量值的变化称为酶分,解单位用,D,E,表示。,酶存在的环境对辐照效应有保护作用。,使酶完全失活的剂量可能产生不安全因素。,酶的辐射失活曲线,84,影响酶的抗辐射性的因素：,酶的种类、浓度与纯度、水分活度、温度、,pH,、,氧气等。,85,五、电离辐射与其他变质因素的关系,1、电离辐射的化学效应,直接作用（初级辐射）,辐射作用主要是由射线与基质直接碰撞，使之形成离子、激发态分子或分子碎片。,间接作用（次级辐射）,初级辐射的产物相互作用，生成与原始物质不同的化合物。,与辐射剂量有关,与温度等条件有关,86,2,、约束间接作用的途径,在冻结状态下辐射,阻止游离基的扩散和移动；,在真空中或惰性气体环境中辐射,将氧从系统中除去；,添加游离基的接受体,消耗游离基。,注意：,约束间接作用的同时，对微生物和酶活也起到保护作用。,87,第五节 其他因素对食品变质腐败的抑制作用,一、高压,以,100,1000Mpa,的高压作用于食品：,微生物的生理活动遭到破坏，甚至发生不可逆变化而致死。,蛋白质变性，酶的内部分子结构和活性部位上的构象均发生变化，导致酶的失活。,88,大多数微生物能在,2030MPa,下生长，超过,60MPa,时大多数微生物的生长繁殖受到抑制。,89,高压对微生物的影响：,细胞膜破坏，通透性增加,细胞壁发生机械断裂而松弛,是微生物和芽孢失活,高压对酶促反应的影响：,超过300MPa的压力引起蛋白质的不可逆变性,酶的内部分子结构发生变化,活性部位上的构象发生变化,高压对生化反应的影响：,使反应物体积减小，促进化学反应,导致蛋白质基团去质子话、破坏离子键和疏水键，影响疏水的交互反应，亲水力下降、共价键破坏等,90,二、渗透压,纯水,盐水,半透膜,（a）渗透,纯水,盐水,h,渗透压,（b）渗透平衡,溶液浓度越高，渗透压越大。,91,渗透压与微生物的关系,等渗溶液：,外,内,；,外,内,，,微生物生长最适宜的环境，如0.9%的盐浓度,低渗溶液：,外,内,；,外,内,，,微生物细胞吸水发生膨胀,高渗溶液：,外,内,；,外,内,，,细胞原生质脱水紧缩，导致细胞质壁分离,92,盐浓度,0.9%,1-3%,10%,20-25%,正常生长,大多数微生物生长受到暂时性抑制,大多数微生物生长停止,差不多所有微生物生长停止,93,糖浓度,0.9%,1-10%,50%,65-85%,促进生长,促进某些微生物的生长,酵母菌生长受到抑制,多数霉菌和细菌生长受到抑制,94,渗透保藏原理,食品在腌制过程中，不论盐或糖或其它酸味剂等原辅料，总是形成溶液后，扩散渗透进入食品组织内，从而降低食品组织内的水分活度，提高它们的渗透压，正是这种渗透压的影响，抑制了微生物的活动和生长，从而起到防止食品腐败变质的目的。,95,三、,烟熏,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：,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。,96,四、,气体成分,正常情况下的空气成分：,调节气体成分,：,（,如降低,O,2,和增加,CO,2,浓度,）,降低呼吸强度，延缓果蔬的后熟；,减少营养成分的损失；,减轻果蔬的生理病害；,抑制好氧菌的生长繁殖；,防止老鼠和昆虫的危害。,氮78.08%、氧20.96%、二氧化碳0.03%、其他气体1,在低氧（2-5%）条件下，不但氧化反应的速度减慢，而且需氧微生物的生长繁殖受到抑制，有利于食品的保藏,97,五、,发酵,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。,利用发酵保藏食品，其代谢物的积累需达到一定程度，如乳酸需,0.7%,以上，醋酸,1-2%,，乙醇,10%,以上。,发酵还提供了花色品种繁多的食品，如酿酒、制酱、腌酸菜、面包发酵、豆腐乳、酱油、食醋等。,98,六、,包装,与环境隔绝，防止生物学因素引起的食品变质,隔绝氧气，遮蔽光线，防止化学因素引起的食品变质,隔湿性包装，防止物理因素引起的食品变质,防止机械损伤、防伪防盗等,99,打破内平衡,七、,栅栏技术,1976,年由德国,Kulmbach,肉类研究中心的,Rober,和,Leistner,提出的栅栏因子理论。,腐败菌和病原菌,栅栏因子,栅栏因子,栅栏因子,保持食品品质,抑制腐败与产毒,100,1、,栅栏技术的,概念：,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。,2、,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,（,A,w,）,、降低氧化还原电势,（,Eh,）,、添加防腐剂,（,Pres,）,、竞争性菌群,（,c,f,）,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。,101,（,1,）不同栅栏对微生物的影响,102,3,、,栅栏技术与微生物的内平衡,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，微生物才能生长繁殖。,栅栏因子针对微生物细胞中的不同目标进行攻击，如细胞膜、酶系统、,pH,值、水分活性值、氧化还原电位等，这样就可以从多个方面打破微生物的内平衡，而实现栅栏因子的交互效应。,多靶保藏技术,103,4,、,栅栏效应,（,Hurdles Effect,）,把栅栏因子及其交互作用，形成微生物不能逾越的栅栏之效果称为栅栏效应。,交互效应：多个栅栏因子协同作用的抑菌效果大于多个因子单独作用效果的累加。,栅栏效应与栅栏因子的种类、强度及作用顺序有关。,栅栏技术食品,（HTF）,当栅栏因子中任何单一因素均不足以抑制腐败菌或产毒菌时，货架寿命是通过两个或两个以上的栅栏因子得以延长的食品。,104,105,栅栏技术（,hurdle technology,）示意图,5、栅栏技术举例,106,6,、,应注意的几点问题,不一定每个栅栏因子都起作用，且作用于同一食品的栅栏因子有主次之分。,产品中原始菌数较少时，只需少量栅栏因子,（,或较低强度,）,即可控制腐败的发生。,对于每种食品可利用的栅栏因子有很多，应通过科学分析和经验积累，准确把握其中的关键因子。,相同数量的栅栏因子，以同样的强度作用于不同的食品，其栅栏效应可能不一样。,作用于食品的各栅栏因子的强度不是一成不变的。,某些食品中栅栏因子的作用顺序是固定的。,各栅栏因子应科学合理的搭配组合，并使其强度控制在最佳的范围。,107,栅栏技术内涵的扩展,初始的栅栏技术主要是针对控制由微生物引起的食品腐败变质，然而仅仅考虑控制微生物而不顾及食品质量的保藏方法是不完善的。因此实际上栅栏因子的作用不仅局限于控制微生物引起的腐败变质，也可延伸到抑制酶的活性、改善食品品质、延长货架期等方面。,108,7,、,栅栏技术在肉类食品中的应用,低温保藏,气调包装,适宜的水分活度,降低肉类食品的,pH,值,降低肉类食品的初始菌数,微波处理、辐照处理、高压处理,防腐保鲜的应用（,Nisin-,乳酸链球菌素）,109,用于食品控制,评估食品的稳定性,预测食品的货架寿命,用于食品设计,有助于设计节能型加工工艺,减少防腐剂的使用,改进感官品质，提高经济效益,110,第二章 思考题,微生物因温度升高而致死的原因是什么？,影响微生物耐热性的因素有哪些？,D,值、,Z,值、,F,值的概念是什么？分别表达什么含义？这三者如何互相计算？,试述温度变化对微生物和酶产生的影响。,试述水分活度与食品变质因素的关系。,栅栏技术的基本原理是什么？食品生产和保藏过程中如何应用栅栏技术,（,举例说明,）,？,111,