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1、第四章食品栅栏技术提纲n第一节 概述n第二节 栅栏技术的发展趋势n第三节 栅栏技术在食品加工 中的应用第一节节 概述n栅栏栅栏 因子理论论（Hurdle Technology，HT)n1976年，德国肉类食品专家Leistner博士提出。n定义义：n把高温、低温、高压处压处 理、控制水份活性、调节调节 酸度、采用辐辐照 、控制氧化还还原电势电势 、添加防腐剂剂等归纳成栅栏栅栏 因子。并提出食 品防腐就是调调控这这些因子，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。n栅栏栅
2、栏 因子间间的相互作用以及与食品中微生物的相 互作用的结结果，不仅仅仅仅 是这这些因子单单独效应应的简简 单单累加，而是相乘的作用，这这种效应应称作栅栏栅栏 效应应 （hurdle effect）。“栅栏” 技术国际食品研究，1995年2月特点：n多种质质量卫卫生安全控制技术协术协 同作用：叠加效应应n根据食品种类类、条件不同，施加不同限制因素n采取措施温和：避免营营养损损失，每种技术术只用到中等水平n可将食品劣变变降低到最小程度：多靶点干扰扰微生物体内平衡（如细细胞膜、DNA、pH、Eh、Aw）应应用广泛：传统产传统产 品改 进进新产产品开发发n肉制品n果蔬制品n焙烤食品n乳制品n水产产品食
3、品腐败的主要原因n细菌、酵母菌、霉菌（微生物量）n酶、化学反应n虫鼠侵染（昆虫、寄生虫、鼠害）n水分损失/增加 n与氧和光的反应n时间n温度食品保藏中施加于微生物的主要限制因素：n抑制或降低微生物生长长速度：低温、控制水份活性、减少氧气、 增加二氧化碳、酸化、乳酸发发酵、酒 精发发酵、添加防腐剂剂等n杀灭杀灭 微生物：加热热、辐辐照、化学的生物杀杀菌剂剂、 加入酶、高压压、电电流等食品最重要的栅栏因子1. 高温 2. 低温 3. 低水份活性 4. 氧化还原电势 5. 防腐剂 6. 竞争性微生物一般食品：降低水分活性和采用温和加热第二节节 栅栏栅栏 技术术的发发展趋势趋势n栅栏技术食品（HTF）
4、n拉美、美国、印度、欧洲发展较快n我国开始兴起第三节节 栅栏栅栏 技术术在食品中的应应用n鲜肉保藏中的应用n新鲜果蔬加工中的应用n食品包装中的应用n乳品工业中的应用n调理食品中的应用鲜鲜肉保藏中的应应用n非冷冻条件保藏低耗能、无污染、品质好方法：n低温n真空包装n气调包装n天然防腐剂和抗氧化剂新鲜鲜果蔬加工中的应应用n鲜鲜切水果蔬菜品质质新鲜鲜、使用方便、营营养卫卫生控制方法 温度控制、清洗消毒剂剂、pH、水分活 性、气体成分、臭氧、辐辐照、包装食品包装中的应应用应用n抽真空n气调n阻隔紫外线材料n活性包装n信息化包装乳品工业业中的应应用n温度npHn辐射：仓库、车间，可用于乳品冷杀菌n压力：
5、大于100MPa，延长风味、保质期均质n气调：碳酸、干酪n益生菌：LABS、LGG等调调理食品中的应应用n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。n根据原料分类类，可分为为： n菜蔬类调理食品：如脱水蔬菜、五味杏仁、春笋等； n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； n水产类调 理食品：如调味鱼浆、调味鱼排、烤鱼片 、烤鳗等； n混合类调理食品：如水饺、汤圆、汉堡、火锅料等 。 食品保鲜栅栏高温 1. 巴氏灭菌法中温处理（例如 以63oC处理3
6、0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）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）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。
7、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）。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
8、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）。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 n短期保鲜（数天至数周）n优质的产品质量（新鲜、最低程度的加工、真空） n减慢微生物生长、呼吸、酶反应/化学反应速度n一些病原体仍能生长（例如：肉毒杆菌（ E型）、李斯特氏杆菌）食品保鲜栅栏2. 冷冻n通常温度为-18oC至-30oCn品质取决于产品、时间和温度n长期保鲜（数月至数年）n阻止微生物生长和呼吸n减慢化学反应速度n须有精良包装食品保鲜栅栏降低水活性（aw）
9、naw 是水的 “可用性“n微生物生长、酶反应/化学反应需要水n干藏（脱水）或（加溶质）将食品扎紧 n通常aw越低，保鲜期限越长酸性增加（pH值降低）n酸性减缓腐败菌和病原体的生长npH 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）npH 值高于4.5，必须灭菌，保证耐储存性npH 值低于4.5，可用巴氏法灭菌食品保鲜栅栏对氧气进行控制n氧含量低可以阻止很多腐败菌的生长 但是:n有些病原体要求厌氧条件 （例如：肉毒杆菌） 防腐剂n抑制细菌、酵母菌、霉菌 n特定情况下可少量应用（毫克/公斤）n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
10、）、抗坏血酸盐（果汁）食品保鲜栅栏竞争性微生物n“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：n“排挤出“n产生酸n产生抗生素（细菌素）n例如：乳酸菌（泡菜、酸奶）“栅栏” 技术naw和pH在细菌生长方面的相互作用。10FDA良好生产规范1.00.9awpH5抑制区生长区*酸化食品与酸性食品联邦条例在密封容器中热加工 低酸食品包装酸性与 aw控制 的食品aw控制的食品酸化食品“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n也被称为“综合方法” 技术（Leistner, 1987）图13
11、.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“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）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）食品保鲜栅栏发酵的干腊肠n栅栏的次序确保每
12、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。n1. 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。（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=干制流程食品保鲜栅栏减少亚硝酸盐的咸肉（“Wisconsin法”（Tanaka等. Food Prot. 1980年）.n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
13、泽和风味）。 n但是，油炸咸肉会产生亚硝胺，亚硝胺是一种强致癌物质。 n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，但增加了一种乳酸菌（L. plantarum）和一种 可发酵的碳水化合物（蔗糖）。n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。 n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。 n“Wisconsin法”制作的咸肉与普通咸肉的感官特性没有显著差别。食品保鲜栅栏巴氏灭菌流程的软干酪 （Tanaka等人, J. Food Prot. 1986年）n这些产品的pH值 4.5，且a
14、w 0.85。n必须遵守低酸灌装食品规定（例如：商业灭菌）。n但是，由于品质原因，这些产品不能进行商业灭菌。 n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。“简单保鲜”的鱼类产品（例如：盐腌、腌渍、冷熏）n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。 n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：n细菌病原体和生物多胺是潜在的问题。n肉毒杆菌（E型）由3%氯化钠（w/w水相）和低温控制。n如果没有“安全处理” 步骤的控制，例如冷冻原材料，
15、寄生虫可能生存。食品保鲜栅栏食品保鲜栅栏“半保鲜”的鱼类产品（例如：腌渍鱼制品、发酵鱼、鱼子酱）。n氯化钠6%氯化钠（w/w水相）或pH 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高品质寿命（HQL）n贮藏时间，按日计。n由感官数据决定。n在特定温度检测变化的HQL时间。nLog(HQL)与温度线性相关。高品质寿命（HQL）n除了使用Arrhenius模型外，有时还采用 Q10 值。n尤其是HQL概念。n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。n由vantHoff发现，
16、他注意到很多反应的Q10约为2。n低温或冷冻温度下储存水果蔬菜时使用的技术。高品质寿命（HQL）n水果蔬菜的Q10值约为2.5。n冷藏草莓约为25。n以下情况下须谨慎:u冷却损伤u跃变性u推断高品质寿命（HQL）- 预测n如果已知Q10和贮藏历史，则可预测 保鲜期限。n求各个温度的HQl积分。n比如，Q10为2, HQL为10oC下100天 。n在10oC贮藏了50天，15oC贮藏了10 天。n在15oC温度下，还可以保鲜多少天 ？ 高品质寿命（HQL）- 预测n因Q10等于2, 10oC时HQL等于100天n10oC，HQL=100天n10oC，Log(HQL)= 2n20oC，HQL=50天n20oC，Log(HQL)=1.698 n在图上找出15oC时的HQL n在20oC和15oC的温度下，增加HQL的百分 比（%） n提示20oC 50/100+ 15oC的百分比（%） ?预测微生物学n定义预测条件的概念能
