冷链管理-食品系统的栅栏技术与货架期(PPT 40页).ppt

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1、1,冷链管理:食品系统的栅栏技术与货架期,更多内容欢迎莅临天马行空官方博客：http:/,2,提纲,变质的原因栅栏技术反应速率温度效应高质量寿命（HQL）预测微生物学建模演示（时间允许）,更多内容欢迎莅临天马行空官方博客：http:/,3,食品腐败的主要原因,细菌、酵母菌、霉菌（微生物量）酶、化学反应虫鼠侵染（昆虫、寄生虫、鼠害）水分损失/增加 与氧和光的反应时间温度,4,食品保鲜栅栏,潜在的“栅栏1.高温2.低温3.低水活性4.酸化5.供氧减少6.竞争性微生物菌丛7.防腐剂,5,食品保鲜栅栏,高温1.巴氏灭菌法中温处理（例如 以63oC处理30分钟；以100oC处理12秒）优质的产品质量破坏

2、植物病原体（致病微生物）降低总体微生物量，增加保质期 不能破坏孢子（一些细菌的休眠期）通常与其它栅栏结合（例如，冷藏）,6,食品保鲜栅栏,2.商业灭菌低酸食品（例如蔬菜和肉类）高热处理（相当于在 121.1oC处理几分钟）能破坏孢子提供“耐货架存放”的产品一些营养及品质遭到破坏（色泽、风味和质地）,7,食品保鲜栅栏,3.商业灭菌与巴氏灭菌法比较孢子在121.1oC被破坏的速度比100oC约快130倍。巴氏灭菌法可将产品立即加热到121.1oC，而商业灭菌则需要3分钟（一种“高压蒸煮“）。在100oC（沸水）的温度下，需要6.44小时才能达到同样的灭孢效果。但是，在121.1oC时品质（营养、质

3、地、色泽等）破坏的速度只比100oC快约4.3倍。因此，同等的安全流程（100oC的温度6.44小时或121.1oC的温度3分钟）对品质产生的影响迥然不同（在121.1oC时对品质的破坏远远低于100oC时）。,8,食品保鲜栅栏,3.商业灭菌与巴氏灭菌法比较孢子在121.1oC被破坏的速度比100oC约快130倍。巴氏灭菌法可将产品立即加热到121.1oC，而商业灭菌则需要3分钟（一种“高压蒸煮“）。在100oC（沸水）的温度下，需要6.44小时才能达到同样的灭孢效果。但是，在121.1oC时品质（营养、质地、色泽等）破坏的速度只比100oC快约4.3倍。因此，同等的安全流程（100oC的温度

4、6.44小时或121.1oC的温度3分钟）对品质产生的影响迥然不同（在121.1oC时对品质的破坏远远低于100oC时）。,9,食品保鲜栅栏,低温1.冷藏对大多数食品而言，理想温度为0oC 4oC 短期保鲜（数天至数周）优质的产品质量（新鲜、最低程度的加工、真空）减慢微生物生长、呼吸、酶反应/化学反应速度一些病原体仍能生长（例如：肉毒杆菌（E型）、李斯特氏杆菌）,10,食品保鲜栅栏,2.冷冻通常温度为-18oC至-30oC品质取决于产品、时间和温度长期保鲜（数月至数年）阻止微生物生长和呼吸减慢化学反应速度须有精良包装,11,食品保鲜栅栏,降低水活性（aw）aw 是水的“可用性微生物生长、酶反应

5、/化学反应需要水干藏（脱水）或（加溶质）将食品扎紧 通常aw越低，保鲜期限越长酸性增加（pH值降低）酸性减缓腐败菌和病原体的生长pH 值在4.5以下，不会孳生病原体，也不会生出孢子（例如果汁和泡菜）pH 值高于4.5，必须灭菌，保证耐储存性pH 值低于4.5，可用巴氏法灭菌,12,食品保鲜栅栏,对氧气进行控制氧含量低可以阻止很多腐败菌的生长 但是:有些病原体要求厌氧条件（例如：肉毒杆菌）防腐剂抑制细菌、酵母菌、霉菌 特定情况下可少量应用（毫克/公斤）例如：苯甲酸盐（软饮料）、丙酸盐（烘焙食品）、亚硝酸盐（肉类）、亚硫酸盐（葡萄酒）、抗坏血酸盐（果汁）,13,食品保鲜栅栏,竞争性微生物“有益的”

6、细菌抑制“有害的”细菌（腐败菌、病原体）可通过下列方式实现：“排挤出产生酸产生抗生素（细菌素）例如：乳酸菌（泡菜、酸奶）,14,“栅栏”技术,国际食品研究，1995年2月,15,“栅栏”技术,aw和pH在细菌生长方面的相互作用。,10,FDA良好生产规范,16,“栅栏”技术,综合使用几种保鲜方法（次优级）：-使产品可在货架上长期存放-改进品质-如果主要栅栏失败，可提供额外的安全保护也被称为“综合方法”技术,（Leistner,1987）,图13.3 此天平演示：不同的栅栏即使稍有改进，综合起来也可以对食品的微生物稳定性起到显著作用。（Leistner，1987年）,稳定,不确定,不稳定,17,

7、“栅栏”技术,图13.1 用9个例子演示栅栏效果。标记含义如下：F-加热，t-制冷，aw-水活性，pH-酸度，Eh-氧化还原势，pres.-防腐剂，V-维他命，N-营养素（Leistner，1987年）,18,食品保鲜栅栏,图13.1 用9个例子演示栅栏效果。标记含义如下：F-加热，t-制冷，aw-水活性，pH-酸度，Eh-氧化还原势，pres.-防腐剂，V-维他命，N-营养素（Leistner，1987年）,19,食品保鲜栅栏,发酵的干腊肠栅栏的次序确保每个阶段的稳定性。除了aw，所有的栅栏都会随着时间的推移而衰弱。1.亚硝酸盐抑制病原体 2.其他细菌的生长耗尽氧分 3.低氧喜好产酸竞争性菌

8、丛 4.酸降低pH值 5.由于干制，Aw栅栏逐渐升高。,（Leistner,1987）,图13.4 在发酵香肠（意大利腊肠）的成熟和贮藏期间发生的栅栏次序。Pres.=亚硝酸盐，Eh=氧化还原势的减弱，c.f.=竞争性菌丛的生长，pH-酸度，aw=干制流程,20,食品保鲜栅栏,减少亚硝酸盐的咸肉（“Wisconsin法”（Tanaka等.Food Prot.1980年）.传统上，咸肉和其他腌制肉类都使用亚硝酸盐，具有抗肉毒杆菌的特性（加上色泽和风味）。但是，油炸咸肉会产生亚硝胺，亚硝胺是一种强致癌物质。希望降低亚硝酸盐，但维持感官特性和安全性。“Wisconsin法”降低了亚硝酸盐，但增加了一

9、种乳酸菌（L.plantarum）和一种可发酵的碳水化合物（蔗糖）。如果温度适当，乳酸菌生长，蔗糖发酵，生成乳酸，降低pH值，阻止病原体的生长。因此，咸肉通过几个栅栏得以保鲜，包括防腐剂、冷藏、竞争性微生物菌丛和pH。“Wisconsin法”制作的咸肉与普通咸肉的感官特性没有显著差别。,21,食品保鲜栅栏,巴氏灭菌流程的软干酪（Tanaka等人,J.Food Prot.1986年）这些产品的pH值 4.5，且aw 0.85。必须遵守低酸灌装食品规定（例如：商业灭菌）。但是，由于品质原因，这些产品不能进行商业灭菌。这些软干酪通过适度的盐、降低的pH和湿度得以保鲜而不变质。,22,“简单保鲜”的鱼

10、类产品（例如：盐腌、腌渍、冷熏）低盐（水相氯化钠5.0）。可能有其他防腐剂（例如：山梨酸、苯甲酸盐、烟熏）。可以经原材料或煮熟的原材料制作。冷藏贮藏。保鲜期有限，通常无需加热即可食用。栅栏：（低初始微生物量）、氯化钠（aw，防腐剂）、（其他防腐剂）、冷藏注：细菌病原体和生物多胺是潜在的问题。肉毒杆菌（E型）由3%氯化钠（w/w水相）和低温控制。如果没有“安全处理”步骤的控制，例如冷冻原材料，寄生虫可能生存。,食品保鲜栅栏,23,食品保鲜栅栏,“半保鲜”的鱼类产品（例如：腌渍鱼制品、发酵鱼、鱼子酱）。氯化钠6%氯化钠（w/w水相）或pH5.0。可能加入防腐剂，例如山梨酸或苯甲酸盐。要求冷藏。在加

11、工过程中或食用前，通常无需加热处理。传统的制作通常在最终加工前有一个很长的成熟期（几个月）。栅栏：氯化钠（aw,防腐剂）、冷藏（t）、pH、（其他防腐剂）、（竞争性菌丛）。注：如果贮藏温度低于10oC，病原体的生长会受到抑制；肉毒杆菌（A型和B型）和金黄色葡萄球菌不能在10oC以下生长，有些产品的氯化钠含量虽高，但如果没有温度控制这几种病原体仍会生长。体现在与生体毒素相关的食源性疾病，包括组胺和细菌毒素及寄生虫。必须严格控制原材料，才能控制这些危险。,24,食品保鲜栅栏,真空产品食品真空包装、烹制（巴氏灭菌），然后冷藏。食用前再次加热。比传统流程的品质更高（风味、营养）、便利 栅栏：低微生物量

12、、低氧、巴氏灭菌法、冷藏问题：肉毒杆菌孢子未被巴氏灭菌法破坏。真空（无氧）允许肉毒杆菌生长。安全依赖于不中断的冷藏链。,25,反应速率,所有的食品都以一定的速率腐败，取决于温度。取决于食品的类型和历史。,26,腐败速度,反应物的损耗可以是线性的:化学品=a+b（时间）或非线性的:化学品=a（a-b）*e（b*时间）,时间,时间,浓度,浓度,零阶,一阶,27,腐败速度,反应物的增加可以是线性的:化学品=a+b（时间）或非线性的:化学品=a+（a-b）*e（b*时间）,时间,时间,浓度,浓度,零阶,一阶,28,取决于温度,表达式很多，包括Gorga和Rousivalli的相对腐败速率和著名的Arr

13、henius方程:k=Ao e-DEa/RTk是反应速率，Ao是频率或碰撞或频率因子，-DEa是活化能，R是气体常数（1.987 cal/mol.K），T是绝对温度（K）。在大部分情况下，反应很复杂，这个表达式应当慎用。,29,相对腐败速率（海产品）,R=（1+0.1 T）2（1）,-R=温度T时的相对腐败速率 单位C度，T 0C。品质可以根据时间/温度历史的积分估算。,时间（日）,温度（C）,Dt,面积=T x Dt品质Q=（1+0.1 T）2 Dt（2）,T,30,高品质寿命（HQL）,贮藏时间，按日计。由感官数据决定。在特定温度检测变化的HQL时间。Log(HQL)与温度线性相关。,31

14、,高品质寿命（HQL）,除了使用Arrhenius模型外，有时还采用 Q10 值。尤其是HQL概念。定义为一个温度之速率与比该温度再低10 Co的温度速率之比。由vantHoff发现，他注意到很多反应的Q10约为2。低温或冷冻温度下储存水果蔬菜时使用的技术。,32,高品质寿命（HQL）,水果蔬菜的Q10值约为2.5。冷藏草莓约为25。以下情况下须谨慎:冷却损伤跃变性推断,33,高品质寿命（HQL）-预测,如果已知Q10和贮藏历史，则可预测保鲜期限。求各个温度的HQl积分。比如，Q10为2,HQL为10oC下100天。在10oC贮藏了50天，15oC贮藏了10天。在15oC温度下，还可以保鲜多少

15、天？,34,高品质寿命（HQL）-预测,因Q10等于2,10oC时HQL等于100天10oC，HQL=100天10oC，Log(HQL)=220oC，HQL=50天20oC，Log(HQL)=1.698 在图上找出15oC时的HQL 在20oC和15oC的温度下，增加HQL的百分比（%）提示20oC 50/100+15oC的百分比（%）?,35,预测微生物学,定义预测条件的概念能实现客观评估 McMeekin等人，1992年。,36,典型生长曲线,自20世纪90年代以来，对细菌生长的预测有所进步，以提供反应细菌能以多快速度生长的估值。常常使用 Gompertz模型预测,时间,37,Gomper

16、tz模型,ln（Nt/N0）=Ce-e-B（t-M）Nt 为在时间 t 或时间 0 时有机体的浓度，C为生长周期的对数，B为时间M时的最大生长速度。,38,温度对细菌生长的影响,温度对食物中的细菌生长产生巨大影响,出自：Baranyi,J.与Roberts,T.A.2004,时间,温度,39,Belehradek模型,1896-1980年，布尔诺，捷克斯洛伐克普通式：k=a（t-t0）dk 为生长速度或迟延时间,t为温度，t0为最低生长温度,40,致谢/参考信息,Al Paulson（栅栏注释）Baranyi,J.与Roberts,T.A.2004.预测微生物学 定量微生物生态学 2006年8月7日下载USDA（美国农业部）网站：,