食品保藏新技术.ppt

1 食品保藏新技术 第一节栅栏技术第二节冰温技术 2 提纲 栅栏因子理论 HurdleTechnology HT 1976年 德国肉类食品专家Leistner博士提出 定义 把高温 低温 高压处理 控制水份活性 调节酸度 采用辐照 控制氧化还原电势 添加防腐剂等归纳成栅栏因子 并提出食品防腐就是调控这些因子 打破微生物内平衡 从而限制微生物的活性与食品氧化 这些因子相互作用形成了特殊的防止食品腐败变质的栅栏 对食品的防腐保持联合作用 及栅栏效应 将其命名为栅栏技术 3 第一节栅栏技术 栅栏因子间的相互作用以及与食品中微生物的相互作用的结果 不仅仅是这些因子单独效应的简单累加 而是相乘的作用 这种效应称作栅栏效应 hurdleeffect 4 5 栅栏 技术 国际食品研究 1995年2月 多种质量卫生安全控制技术协同作用 叠加效应根据食品种类 条件不同 施加不同限制因素采取措施温和 避免营养损失 每种技术只用到中等水平可将食品劣变降低到最小程度 多靶点干扰微生物体内平衡 如细胞膜 DNA pH Eh Aw 6 特点 肉制品果蔬制品焙烤食品乳制品水产品 7 应用广泛 传统产品改进 新产品开发 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 8 食品腐败的主要原因 抑制或降低微生物生长速度 低温 控制水份活性 减少氧气 增加二氧化碳 酸化 乳酸发酵 酒精发酵 添加防腐剂等杀灭微生物 加热 辐照 化学的生物杀菌剂 加入酶 高压 电流等 9 食品保藏中施加于微生物的主要限制因素 1 高温2 低温3 低水份活性4 氧化还原电势5 防腐剂6 竞争性微生物 10 食品最重要的栅栏因子 一般食品 降低水分活性和采用温和加热 栅栏技术食品 HTF 拉美 美国 印度 欧洲发展较快我国开始兴起 11 栅栏技术的发展趋势 鲜肉保藏中的应用新鲜果蔬加工中的应用食品包装中的应用乳品工业中的应用调理食品中的应用 12 栅栏技术在食品中的应用 非冷冻条件保藏低耗能 无污染 品质好方法 低温真空包装气调包装天然防腐剂和抗氧化剂 13 鲜肉保藏中的应用 鲜切水果蔬菜品质新鲜 使用方便 营养卫生控制方法温度控制 清洗消毒剂 pH 水分活性 气体成分 臭氧 辐照 包装 14 新鲜果蔬加工中的应用 应用抽真空气调阻隔紫外线材料活性包装信息化包装 15 食品包装中的应用 功能材料型智能包装是指通过应用新型智能包装材料 改善和增加包装的功能 以达到和完成特定包装的目的 目前 研制的材料型智能包装 通常采用光电 温敏 湿敏 气敏等功能材料 对环境因素具有 识别 和 判断 功能的包装 包装材料复合制成 它可以识别和显示包装微空间的温度 湿度 压力以及密封的程度 时间等一些重要参数 这是一种很有发展前途的功能包装 对于需长期贮存的包装产品尤为重要 美国光学涂料试验中心和PA技术公司研制出一种在外力作用下会变色的塑料薄膜 膜上涂有不同波长的反向干涉涂层 在正常情况下涂层呈明亮色彩 一旦被动用 涂层便开始剥落 薄膜变成灰色 剥落部分还会产生花纹 从而提供了此包装曾启封过的警示信号 16 温度pH辐射 仓库 车间 可用于乳品冷杀菌压力 大于100MPa 延长风味 保质期均质气调 碳酸 干酪益生菌 LABS LGG等 17 乳品工业中的应用 调理食品 Preparedfoods 是 经过洗 切或其他预处理 可直接进行烹饪的预制食品 预加工食品 在日本称为 Processfoods 即加工食品 根据原料分类 可分为 菜蔬类调理食品 如脱水蔬菜 五味杏仁 春笋等 肉类调理食品 如调味肉串 调味肉丸 酱排骨 方块火腿 鸡块等 水产类调理食品 如调味鱼浆 调味鱼排 烤鱼片 烤鳗等 混合类调理食品 如水饺 汤圆 汉堡 火锅料等 18 调理食品中的应用 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 19 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 20 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 21 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 22 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 23 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 24 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 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 25 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 26 食品保鲜栅栏 竞争性微生物 有益的 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 27 食品保鲜栅栏 aw和pH在细菌生长方面的相互作用 28 栅栏 技术 10 FDA良好生产规范 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 29 栅栏 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 30 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 31 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 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丛 4 酸降低pH值5 由于干制 Aw栅栏逐渐升高 32 食品保鲜栅栏 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 减少亚硝酸盐的咸肉 Wisconsin法 Tanaka等 FoodProt 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 33 食品保鲜栅栏 Wisconsin法 降低了亚硝酸盐 但增加了一种乳酸菌 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 34 食品保鲜栅栏 巴氏灭菌流程的软干酪 Tanaka等人 J FoodProt 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 35 食品保鲜栅栏 简单保鲜 的鱼类产品 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 36 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 或pH 5 0 可能加入防腐剂 例如山梨酸或苯甲酸盐 要求冷藏 在加工过程中或食用前 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 37 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 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 38 食品保鲜栅栏 随着经济的发展 生活水平的提高 消费者对果蔬的质量要求也越来越高 这些都对我国的果蔬贮藏保鲜技术提出了更高的要求 低温贮藏是当今世界应用最广泛的贮藏方法 第二节冰温技术 39 传统的低温保藏方法指的是 冷却保藏和冻结保藏冷却保藏是指 以下的冷藏冻结保藏是指 18 以下的冷藏 概述 40 中间温度保鲜带是指0 5 这个温度区域的保鲜此温度带又分微冻保鲜和冰温保鲜两段微冻保鲜是指生物体保存在其冻结点到一5 的一种轻度冷冻方法冰温是指0 开始到生物体冻结点的温度区域 冰温贮藏即指此温度带内的贮藏 冰温保鲜和微冻保鲜 41 冷藏时因果蔬后熟 腐败速度较快 不能达到长期贮藏的目的 冷冻虽能延长果蔬的保存期 但由于果蔬的一部分细胞死亡 且在解冻时出现汁液流失 不能保持食品的原有风味 气调冷藏法一定程度上弥补了冷藏 冷冻法的缺陷 但它一般要求果蔬在尚未成熟时就采摘 而提早采收势必降低果蔬的固有风味与品质 因此并非适合于所有果蔬 且气调冷藏库的建造耗资大 限制了其广泛应用 果蔬冷藏的缺陷 42 果蔬在冰温条件下保存 不仅可以有效地降低冷藏设备的能耗 还可克服冻结食品因冰结晶带来的蛋白质变性 组织结构损伤和汁液流失等现象 与冷藏相比其贮藏期得到显著延长 另外 在此温度带有些食品可进一步成熟 获得自然的风味和口感 因而冰温贮藏的食品受到消费者的青睐 果蔬冰温保藏的优势 43 1冰温技术的起源及发展20世纪7O年代初 日本的山根昭美发现冰温技术生物组织的冰点均低于 当温度高于冰点时 细胞始终处于活体状态山根博士把这种原理应用到食品的贮藏中 当食品的冰点较高时 加入冰点调节剂 如盐 糖等 使其冰点降低 他把0 以下至食品结冰点以上的温度区域定义为冰温带 此温度带下贮藏的食品叫冰温食品 此为冰温技术的发现 冰温技术的产生及机理 44 1973年 日本 朝日新闻 第一次提出了冰温贮藏的机理 1974年 冰温 一词被日本农林省的研究机构认可 从此冰温技术的研究工作在日本全面展开 1985年日本在美国 欧洲等地申请了 冰温技术 的专利 标志着冰温技术已基本走向成熟 冰温技术走向成熟 45 冰温技术包含两方面的内容 将食品的温度控制存冰温带内可以维持其细胞的活体状态 当食品冰点较高时 可以人为加入冰点调节剂 如盐 糖 醋酸钠 乙醇 内烯甘醇等 使其冰点降低 扩大其冰温带 冰温技术的内容 46 冰温保藏具有4个优点 不破坏细胞 有害微生物的活动及各种酶的活性受到抑制 呼吸活性低 保鲜期得以延长 能够提高水果 蔬菜的品质 其中第4个优点是冷藏及气调贮藏方法都不具备的优点 冰温贮藏方法最大的优点是能够长时间藏含糖量高 优质 成熟的果实 冰温保藏的优点 47 冰温贮藏缺点 可利用的温度范围狭小 一般为 0 5 2 0 故温度带的设定十分困难 配套设施的投资较大 冰温贮藏的缺点 48 冰温技术机理 在冰点温度附近 为阻止体内冰晶的形成 动植物从体内会不断分泌大量的 不冻液 不冻液的主要成分是葡萄糖 氦基酸 天冬氨酸等 以降低冰点 生物细胞内释放水溶性分子而切断蛋白质 此时蛋白质会以氨基酸形式释放 或是分解淀粉变成糖分 低温对微生物和酶的作用 无论是细菌 霉菌 酵母菌等微生物引起的食品变质 还是由酶及其他因素引起的变质 酶的活性因温度而发生变化 当温度下降时 酶的活性就会削弱 在低温的环境下 可以以延缓 减弱酶的作用 冰温技术在食品保鲜中的应用 2 1冰温技术在食品保鲜中的应用按照传热规律 生鲜食品速冻时 外层首先释热降温结冰 低温逐步向内推进 通过中间层直达中心 中心降温慢且滞后 曲线的平坦部分表明冰晶形成 温度 0 5 5 区间形成的冰晶最多 约占总水分的80 称此区为最大冰晶生成带 要点 利用冷冻低温效应生产冻结食品时 必须防止胞内水分外渗而引起细胞脱水 防止胞内结冰和胞内外大冰晶的形成 因此有效地协调好细胞内外的传热 传质过程 尽可能保持细胞的过冷状态和减小温差的关键是强化传热 提高降温速度 快速通过最大冰晶生成带 以大量细小冰晶形式构成冻结态 由于食品比热容大 加之前期的呼吸放热 大幅度提高冻结传热速度还有难度 同时 针对不同食品的冷冻工艺还有一些重要的技术细节值得深入研究 冰温技术在水果保鲜中的应用 1 西瓜的冰温保鲜江英等人对西瓜进行保鲜 比较常温 冰温 冰温套袋保鲜的结果 发现冰温套袋保鲜西瓜中的可溶性同形物含量从开始的5 87 经过28d后上升到7 6 保鲜过程中又缓慢下降到5 12 而冰温保鲜中西瓜的可溶性同形物含量从开始的5 87 经过28d后上升到7 08 保鲜过程中又缓慢下降到4 68 在温度l5 左右下 保鲜西瓜的可溶性同形物含量下降迅速 冰温条件下西瓜的VC含量下降幅度相对较小 在60d内从5 901mg 100g下降到2 167mg 100g 冰温套袋保鲜中 西瓜的VC含量下降到2 626mg 100g 在温度l5 下贮藏28d后西瓜的VC含量就降低至2 545mg 100g 冰温有效地抑制了西瓜的VC的损失 冰温套袋贮藏最大限度的延缓了VC含量的下降 从而防止了果实褐变的发生 由此 保鲜过程中冰温保藏西瓜的营养成分变化很小 冰温和冰温套袋贮藏可使西瓜的保质期得到很好的延长 2 杨梅的冰温保鲜蔡建等人对杨梅进行冰温保鲜 发现冰温贮藏可以减少杨梅的新陈代谢 使之处于活体状态 并避免其冻害出水 使保鲜后的杨梅在色 香 味和口感方面都优于冷藏和冻藏 利用二氧化氯缓慢释放保鲜杨梅 可在短时间内不给霉菌 细菌留下生存空间 并且还有除去一些异味的功能 经过研究 二氧化氯释放处理结合冰温贮藏21d时 杨梅的色 香 味和口感俱佳 白杨梅是杨梅中的稀有品种 颜色从粉红到乳白不等 而其中尤其以通体乳白的水晶杨梅最为稀有 相传在古代作为贡品 3草莓的冰温保鲜张桂等人采用冰温技术 结合添加保鲜防腐因子 壳多糖半透膜 降低冰点等措施 可明显抑制草莓的新陈代谢 使之具有一定的抗菌能力 最后实验发现草莓在冰温 0 5 保存 最长可保存31d 并保持良好的色 香 味 4 葡萄的冰温保藏葡萄的冻结点温度一般为一l3 16 应用冰温高湿保鲜法 可将葡萄生理活性降到很低 但仍能维持正常的新陈代谢 不会发生干瘪和冻害 也不易腐烂 有利于长期保藏 郇延军等人将碎冰块和食盐按100 2的比例混合 并填放于试验箱的夹层中 在试验过程中定期加冰 以保持温度 1 0 相对湿度95 以上的冰温高湿环境 在冰温高湿的环境中 葡萄的失水率几乎为零 甚至出现负数 成熟度高的样品 成熟度90 100 在贮存过程中易烂 易落 成熟度低的样品 成熟度50 60 则易落果 而成熟度70 80 的样品显示了较好的耐贮藏性 冰温技术在肉制品保鲜中的应用冰温技术在水产品保鲜中的应用 冰温流通 冰温流通是指让食品从产地至消费者家庭的流通过程中 一直保持着冰温冷藏链 它包括冰温加工 冰温藏 冰温运输等环节 各种鱼 贝类都存在个区分生死的生态冰温零点 也称临界温度 从生态冰温零点到结冰点的这段温度范围称为生态冰温区 低温保活贝类的原理就是当环境温度下降到其生态冰温时 呼吸和代谢下降到最低点 使贝类处于休眠状态 延长其存活时间 为活体运输和销售提供条件 为实现食品的冰温流通 需开发各个环节的冰温设备 日本的冰温设备和设施有 冰温贮藏库 冰温冷藏库 冰温运输车 冰温箱 家庭用 冰温陈列柜 用于采购食品的冰温蔬菜篮等 在日本已经形成了一条完整的冰温冷藏链 即让食品从产地至消费者家庭的流通过程中 各个环节都保持冰温温度 能把新鲜美味的食品送到人们的餐桌 冰温相关技术在果蔬贮藏中的研究进展 冰温技术的诞生 为果蔬产品的贮藏保鲜提供了新的途径 近年来 冰温技术在果蔬保鲜领域得到了广泛应用 各相关技术也得到了迅速发展 冰点调节贮藏 冰温贮藏技术不但可以明显抑制果蔬的新陈代谢从而延长贮藏期 而且能使果蔬的色 香 昧 口感和营养物质得到最大程度地保存甚至提高 向果蔬中加入冰点调节剂 如盐 糖等 可以扩大冰温带的范围 可使果蔬细胞在更大的温度范围内始终处于活体状态 冰点调节 保鲜剂的冰温贮藏 向食品中添加保鲜剂能在一定程度上增加保鲜效果 其与冰点调节贮藏相结合 产生的协同作用能进一步延长保鲜期 张桂等采用冰温技术 结合添加保鲜防腐因子 壳多糖半透膜 降低冰点等措施 对草莓进行贮藏 冰膜贮藏 冰温贮藏一定要将食品保存在0 以下的负温度区域内 由于对一些低糖食品特别是对洋白菜等层状构造的蔬菜实行冰温贮藏时 极易出现干耗 低温冻害或部分冻结现象 超冰温贮藏 超冰温技术是近几年出现的一种新的冰温技术 是指通过调节冷却速度等特殊技法 使得温度即使在冰点以下也可以成功地保持过冷却状态 温度降低到冰点以下也不冻结的状态 这就更进一步拓宽了冰温的研究领域 超冰温领域极不稳定 很容易冻结 因此超冰温领域稳定条件的确立是该项技术的核心 冰温结合MAP技术 冰温气调保鲜技术 技术是一项应用于食品的仅通过对物理因素进行调节而实现食品保鲜的新技术 指采用不同于大气组成的混合气体置换食品包装内原来的空气 并利用包装材料特有的透气性和阻气性 使果蔬始终处于较适宜的气体环境中 延缓变质和防止腐败发生 达到贮藏保鲜的目的 展望 冰温技术首先由日本研究开发 目前已形成一系列较为成熟的冰温储藏和加工技术 并于近年来在发达国家和地区得到推广和普及 冰温技术的问世也为影响果蔬冰点的诸多因素 低温胁迫及植物抗寒生理等研究提出了新的课题 然而 冰温贮藏技术在我国并未得到广泛应用 这是因为 冰温保鲜要求较高的技术 方法不易控制 一旦失误会造成很大的经济损失 此外 适合该技术的配套器材的研究与开发滞后也限制了该技术的推广应用 为了进一步发展冰温技术 使其更好地应用于果蔬保鲜 首先应该加强冰温贮藏对果蔬原料品质影响和对各种原料的适用性的研究 因为冰温对食品成分的影响是冰温应用和研究的前提 冰温在食品保鲜中的适用性也是该技术研究 应用中必须突破的关键技术点