冷鏈管理食品系統(tǒng)的柵欄技術(shù)與貨架期第1頁/共40頁食品腐敗的主要原因細(xì)菌、酵母菌、霉菌（微生物量）酶、化學(xué)反應(yīng)蟲鼠侵染（昆蟲、寄生蟲、鼠害）水分損失/增加與氧和光的反應(yīng)時間溫度第2頁/共40頁食品保鮮柵欄潛在的“柵欄"1. 高溫2. 低溫3. 低水活性4. 酸化5. 供氧減少6. 競爭性微生物菌叢7. 防腐劑

第3頁/共40頁食品保鮮柵欄高溫1.巴氏滅菌法中溫處理（例如以63oC處理30分鐘；以100oC處理12秒）優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量破壞植物病原體（致病微生物）降低總體微生物量，增加保質(zhì)期不能破壞孢子（一些細(xì)菌的休眠期）通常與其它柵欄結(jié)合（例如，冷藏）第4頁/共40頁食品保鮮柵欄2.商業(yè)滅菌低酸食品（例如蔬菜和肉類）高熱處理（相當(dāng)于在121.1oC處理幾分鐘）能破壞孢子提供“耐貨架存放”的產(chǎn)品一些營養(yǎng)及品質(zhì)遭到破壞（色澤、風(fēng)味和質(zhì)地）第5頁/共40頁食品保鮮柵欄3.商業(yè)滅菌與巴氏滅菌法比較孢子在121.1oC被破壞的速度比100oC約快130倍。巴氏滅菌法可將產(chǎn)品立即加熱到121.1oC，而商業(yè)滅菌則需要3分鐘（一種“高壓蒸煮“）。在100oC（沸水）的溫度下，需要6.44小時才能達(dá)到同樣的滅孢效果。但是，在121.1oC時品質(zhì)（營養(yǎng)、質(zhì)地、色澤等）破壞的速度只比100oC快約4.3倍。

因此，同等的安全流程（100oC的溫度6.44小時或121.1oC的溫度3分鐘）對品質(zhì)產(chǎn)生的影響迥然不同（在121.1oC時對品質(zhì)的破壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于100oC時）。第6頁/共40頁食品保鮮柵欄3.商業(yè)滅菌與巴氏滅菌法比較孢子在121.1oC被破壞的速度比100oC約快130倍。巴氏滅菌法可將產(chǎn)品立即加熱到121.1oC，而商業(yè)滅菌則需要3分鐘（一種“高壓蒸煮“）。在100oC（沸水）的溫度下，需要6.44小時才能達(dá)到同樣的滅孢效果。但是，在121.1oC時品質(zhì)（營養(yǎng)、質(zhì)地、色澤等）破壞的速度只比100oC快約4.3倍。

因此，同等的安全流程（100oC的溫度6.44小時或121.1oC的溫度3分鐘）對品質(zhì)產(chǎn)生的影響迥然不同（在121.1oC時對品質(zhì)的破壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于100oC時）。第7頁/共40頁食品保鮮柵欄低溫1.冷藏對大多數(shù)食品而言，理想溫度為0oC－4oC短期保鮮（數(shù)天至數(shù)周）優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量（新鮮、最低程度的加工、真空）減慢微生物生長、呼吸、酶反應(yīng)/化學(xué)反應(yīng)速度一些病原體仍能生長（例如：肉毒桿菌（E型）、李斯特氏桿菌）第8頁/共40頁食品保鮮柵欄2.冷凍通常溫度為-18oC至-30oC品質(zhì)取決于產(chǎn)品、時間和溫度長期保鮮（數(shù)月至數(shù)年）阻止微生物生長和呼吸減慢化學(xué)反應(yīng)速度須有精良包裝第9頁/共40頁食品保鮮柵欄降低水活性（aw）aw

是水的“可用性"微生物生長、酶反應(yīng)/化學(xué)反應(yīng)需要水干藏（脫水）或（加溶質(zhì)）將食品扎緊

通常aw越低，保鮮期限越長酸性增加（pH值降低）酸性減緩腐敗菌和病原體的生長pH值在4.5以下，不會孳生病原體，也不會生出孢子

（例如果汁和泡菜）pH值高于4.5，必須滅菌，保證耐儲存性pH值低于4.5，可用巴氏法滅菌第10頁/共40頁食品保鮮柵欄對氧氣進(jìn)行控制氧含量低可以阻止很多腐敗菌的生長

但是:有些病原體要求厭氧條件

（例如：肉毒桿菌）防腐劑抑制細(xì)菌、酵母菌、霉菌

特定情況下可少量應(yīng)用（毫克/公斤）例如：苯甲酸鹽（軟飲料）、丙酸鹽（烘焙食品）、亞硝酸鹽（肉類）、亞硫酸鹽（葡萄酒）、抗壞血酸鹽（果汁）第11頁/共40頁食品保鮮柵欄競爭性微生物“有益的”細(xì)菌抑制“有害的”細(xì)菌（腐敗菌、病原體）可通過下列方式實現(xiàn)：“排擠出"產(chǎn)生酸產(chǎn)生抗生素（細(xì)菌素）例如：乳酸菌（泡菜、酸奶）第12頁/共40頁“柵欄”技術(shù)《國際食品研究》，1995年2月第13頁/共40頁“柵欄”技術(shù)aw和pH在細(xì)菌生長方面的相互作用。10FDA良好生產(chǎn)規(guī)范1.00.9awpH5抑制區(qū)生長區(qū)*酸化食品與酸性食品聯(lián)邦條例在密封容器中熱加工低酸食品包裝酸性與aw控制的食品aw控制的食品酸化食品第14頁/共40頁“柵欄”技術(shù)綜合使用幾種保鮮方法（次優(yōu)級）：

-使產(chǎn)品可在貨架上長期存放

-改進(jìn)品質(zhì) -如果主要柵欄失敗，可提供額外的安全保護(hù)也被稱為“綜合方法”技術(shù)（Leistner,1987）圖13.3此天平演示：不同的柵欄即使稍有改進(jìn)，綜合起來也可以對食品的微生物穩(wěn)定性起到顯著作用。（Leistner，1987年）穩(wěn)定不確定不穩(wěn)定第15頁/共40頁“柵欄”技術(shù)圖13.1用9個例子演示柵欄效果。標(biāo)記含義如下：F-加熱，t-制冷，aw-水活性，pH-酸度，Eh-氧化還原勢，pres.-防腐劑，V-維他命，N-營養(yǎng)素（Leistner，1987年）第16頁/共40頁食品保鮮柵欄圖13.1用9個例子演示柵欄效果。標(biāo)記含義如下：F-加熱，t-制冷，aw-水活性，pH-酸度，Eh-氧化還原勢，pres.-防腐劑，V-維他命，N-營養(yǎng)素（Leistner，1987年）第17頁/共40頁食品保鮮柵欄發(fā)酵的干臘腸柵欄的次序確保每個階段的穩(wěn)定性。除了aw，所有的柵欄都會隨著時間的推移而衰弱。1.亞硝酸鹽抑制病原體2.其他細(xì)菌的生長耗盡氧分3.低氧喜好產(chǎn)酸競爭性菌叢4.酸降低pH值5.由于干制，Aw柵欄逐漸升高。（Leistner,1987）圖13.4在發(fā)酵香腸（意大利臘腸）的成熟和貯藏期間發(fā)生的柵欄次序。Pres.=亞硝酸鹽，Eh=氧化還原勢的減弱，c.f.=競爭性菌叢的生長，pH-酸度，aw=干制流程第18頁/共40頁食品保鮮柵欄減少亞硝酸鹽的咸肉（“Wisconsin法”（Tanaka等.FoodProt.1980年））.傳統(tǒng)上，咸肉和其他腌制肉類都使用亞硝酸鹽，具有抗肉毒桿菌的特性（加上色澤和風(fēng)味）。但是，油炸咸肉會產(chǎn)生亞硝胺，亞硝胺是一種強(qiáng)致癌物質(zhì)。

希望降低亞硝酸鹽，但維持感官特性和安全性?！癢isconsin法”降低了亞硝酸鹽，但增加了一種乳酸菌（L.plantarum）和一種可發(fā)酵的碳水化合物（蔗糖）。如果溫度適當(dāng)，乳酸菌生長，蔗糖發(fā)酵，生成乳酸，降低pH值，阻止病原體的生長。因此，咸肉通過幾個柵欄得以保鮮，包括防腐劑、冷藏、競爭性微生物菌叢和pH。

“Wisconsin法”制作的咸肉與普通咸肉的感官特性沒有顯著差別。第19頁/共40頁食品保鮮柵欄巴氏滅菌流程的軟干酪（Tanaka等人,J.FoodProt.1986年）這些產(chǎn)品的pH值>4.5，且aw>0.85。必須遵守低酸灌裝食品規(guī)定（例如：商業(yè)滅菌）。但是，由于品質(zhì)原因，這些產(chǎn)品不能進(jìn)行商業(yè)滅菌。這些軟干酪通過適度的鹽、降低的pH和濕度得以保鮮而不變質(zhì)。第20頁/共40頁“簡單保鮮”的魚類產(chǎn)品（例如：鹽腌、腌漬、冷熏）低鹽（水相氯化鈉<6%）和低酸（pH>5.0）?？赡苡衅渌栏瘎ɡ纾荷嚼嫠?、苯甲酸鹽、煙熏）。可以經(jīng)原材料或煮熟的原材料制作。

冷藏貯藏。保鮮期有限，通常無需加熱即可食用。

柵欄：（低初始微生物量）、氯化鈉（aw

，防腐劑）、（其他防腐劑）、冷藏注：細(xì)菌病原體和生物多胺是潛在的問題。肉毒桿菌（E型）由>3%氯化鈉（w/w水相）和低溫控制。如果沒有“安全處理”步驟的控制，例如冷凍原材料，寄生蟲可能生存。食品保鮮柵欄第21頁/共40頁食品保鮮柵欄“半保鮮”的魚類產(chǎn)品（例如：腌漬魚制品、發(fā)酵魚、魚子醬）。氯化鈉>6%氯化鈉（w/w水相）或pH<5.0?？赡芗尤敕栏瘎?，例如山梨酸或苯甲酸鹽。要求冷藏。在加工過程中或食用前，通常無需加熱處理。傳統(tǒng)的制作通常在最終加工前有一個很長的成熟期（幾個月）。柵欄：氯化鈉（aw,防腐劑）、冷藏（t）、pH、（其他防腐劑）、（競爭性菌叢）。注：如果貯藏溫度低于10oC，病原體的生長會受到抑制；肉毒桿菌（A型和B型）和金黃色葡萄球菌不能在10oC以下生長，有些產(chǎn)品的氯化鈉含量雖高，但如果沒有溫度控制這幾種病原體仍會生長。

體現(xiàn)在與生體毒素相關(guān)的食源性疾病，包括組胺和細(xì)菌毒素及寄生蟲。必須嚴(yán)格控制原材料，才能控制這些危險。第22頁/共40頁食品保鮮柵欄"真空"產(chǎn)品食品真空包裝、烹制（巴氏滅菌），然后冷藏。食用前再次加熱。比傳統(tǒng)流程的品質(zhì)更高（風(fēng)味、營養(yǎng)）、便利

柵欄：低微生物量、低氧、巴氏滅菌法、冷藏問題：

肉毒桿菌孢子未被巴氏滅菌法破壞。真空（無氧）允許肉毒桿菌生長。安全依賴于不中斷的冷藏鏈。

第23頁/共40頁反應(yīng)速率所有的食品都以一定的速率腐敗，取決于溫度。取決于食品的類型和歷史。

第24頁/共40頁腐敗速度反應(yīng)物的損耗可以是線性的:

[化學(xué)品]=a+b（時間）或非線性的:[化學(xué)品]=a（a-b）*e（b*時間）時間時間濃度濃度零階一階第25頁/共40頁腐敗速度反應(yīng)物的增加可以是線性的:

[化學(xué)品]=a+b（時間）或非線性的:[化學(xué)品]=a+（a-b）*e（b*時間）時間時間濃度濃度零階一階第26頁/共40頁取決于溫度

表達(dá)式很多，包括Gorga和Rousivalli的相對腐敗速率和著名的Arrhenius方程:k=Aoe-DEa/RTk是反應(yīng)速率，Ao是頻率或碰撞或頻率因子，-DEa是活化能，R是氣體常數(shù)（1.987cal/mol.K），T是絕對溫度（K）。

在大部分情況下，反應(yīng)很復(fù)雜，這個表達(dá)式應(yīng)當(dāng)慎用。第27頁/共40頁相對腐敗速率（海產(chǎn)品）R=（1+0.1T）2（1）-R=溫度‘T’時的相對腐敗速率

單位C度，T>0oC。品質(zhì)可以根據(jù)時間/溫度歷史的積分估算。時間（日）溫度（oC）Dt面積=TxDt品質(zhì)‘Q’=Σ（1+0.1T）2Dt

（2）T第28頁/共40頁高品質(zhì)壽命（HQL）貯藏時間，按日計。由感官數(shù)據(jù)決定。在特定溫度檢測變化的HQL時間。Log(HQL)與溫度線性相關(guān)。第29頁/共40頁高品質(zhì)壽命（HQL）除了使用Arrhenius模型外，有時還采用Q10

值。尤其是HQL概念。定義為一個溫度之速率與比該溫度再低10Co的溫度速率之比。由vant’Hoff發(fā)現(xiàn)，他注意到很多反應(yīng)的Q10約為2。低溫或冷凍溫度下儲存水果蔬菜時使用的技術(shù)。第30頁/共40頁高品質(zhì)壽命（HQL）水果蔬菜的Q10值約為2.5。冷藏草莓約為25。以下情況下須謹(jǐn)慎:冷卻損傷躍變性推斷第31頁/共40頁高品質(zhì)壽命（HQL）-預(yù)測如果已知Q10和貯藏歷史，則可預(yù)測保鮮期限。求各個溫度的HQl積分。比如，Q10為2,HQL為10oC下100天。在10oC貯藏了50天，15oC貯藏了10天。在15oC溫度下，還可以保鮮多少天？

第32頁/共40頁高品質(zhì)壽命（HQL）-預(yù)測因Q10等于2,10oC時HQL等于100天10oC，HQL=100天10oC，Log(HQL)=220oC，HQL=50天20oC，Log(HQL)=1.698在圖上找出15oC時的HQL

在20oC和15oC的溫度下，增加HQL的百分比（%）提示20oC50/100+15oC的百分比（%）?第33頁/共40頁預(yù)測微生物學(xué)定義預(yù)測條件的概念能實現(xiàn)客觀評估……McMeekin等人，1992年。第34頁/共40頁典型生長曲線自20世紀(jì)90