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1、第四章第四章食品栅栏技术食品栅栏技术1提纲提纲n第一节第一节 概述概述n第二节第二节 栅栏技术的发展趋势栅栏技术的发展趋势n第三节第三节 栅栏技术在食品加工栅栏技术在食品加工 中的应用中的应用2第一第一节 概述概述n栅栏因子理因子理论（Hurdle Technology，HT)n1976年，德国肉类食品专家Leistner博士提出。n定定义：n把高温、低温、高高温、低温、高压处理、控制水份活性、理、控制水份活性、调节酸度、采用酸度、采用辐照、照、控制氧化控制氧化还原原电势、添加防腐、添加防腐剂等归纳成栅栏因子因子。并提出食品防腐就是调控控这些因子，打破微生物内平衡，从而限制微生物的些因子，打破
2、微生物内平衡，从而限制微生物的活性与食品氧化活性与食品氧化。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。3n栅栏因子因子间的相互作用的相互作用以及以及与食品中微生物的相与食品中微生物的相互作用互作用的的结果，不果，不仅仅是是这些因子些因子单独效独效应的的简单累加，而是累加，而是相乘的作用相乘的作用，这种效种效应称作称作栅栏效效应（hurdle effect）。）。4“栅栏栅栏” 技术技术国际食品研究，1995年2月5特点：特点：n多种多种质量量卫生安全控制技生安全控制技术协同作用：同作用：叠加效叠加效应n根据食品种根据食品种类、
3、条件不同，施加不同限制因素、条件不同，施加不同限制因素n采取措施温和：采取措施温和：避免避免营养养损失，每种技失，每种技术只用到只用到中等水平中等水平n可将食品劣可将食品劣变降低到最小程度：降低到最小程度：多靶点干多靶点干扰微生微生物体内平衡（如物体内平衡（如细胞膜、胞膜、DNA、pH、Eh、Aw）6应用广泛：用广泛： 传统产品改品改进 新新产品开品开发n肉制品肉制品n果蔬制品果蔬制品n焙烤食品焙烤食品n乳制品乳制品n水水产品品7食品腐败的主要原因食品腐败的主要原因n细菌、酵母细菌、酵母菌菌、霉菌（微生物量、霉菌（微生物量）n酶、化学反应酶、化学反应n虫鼠侵染虫鼠侵染（昆虫、寄生虫、鼠害）昆虫
4、、寄生虫、鼠害）n水分损失水分损失/ /增加增加 n与氧和光的反应与氧和光的反应n时间时间n温度温度8食品保藏中施加于微生食品保藏中施加于微生物的主要限制因素：物的主要限制因素：n抑制或降低微生物生抑制或降低微生物生长速度：速度： 低温、控制水份活性、减少氧气、控制水份活性、减少氧气、增加二氧化碳、酸化、乳酸增加二氧化碳、酸化、乳酸发酵、酵、酒精酒精发酵、添加防腐酵、添加防腐剂等等n杀灭微生物：微生物： 加加热、辐照、化学的生物照、化学的生物杀菌菌剂、加入加入酶、高、高压、电流等流等9食品最重要的栅栏因子食品最重要的栅栏因子1. 高温高温2. 低温低温3. 低水份活性低水份活性4. 氧化还原电
5、势氧化还原电势5. 防腐剂防腐剂6. 竞争性微生物竞争性微生物一般食品：一般食品：降低水分活性和降低水分活性和采用温和加热采用温和加热10第二第二节节 栅栏栅栏技技术术的的发发展展趋势趋势n栅栏技术食品（HTF）n拉美、美国、印度、欧洲发展较快n我国开始兴起11第三第三节节 栅栏栅栏技技术术在食品中的在食品中的应应用用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12鲜肉保藏中的肉保藏中的应用用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13新新鲜果蔬加工中的果蔬加工中的应用用n鲜切水果蔬菜切水果
6、蔬菜 品品质新新鲜、使用方便、使用方便、营养养卫生生控制方法控制方法温度控制、清洗消毒温度控制、清洗消毒剂、pH、水分活、水分活性、气体成分、臭氧、性、气体成分、臭氧、辐照、包装照、包装14食品包装中的食品包装中的应用用应用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15乳品工乳品工业中的中的应用用n温度npHn辐射：仓库、车间，可用于乳品冷杀菌n压力：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16调理食品中的理食品中的应用用n调理食品（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
7、品”；在日本称为“Processfoods”即加工食品。n根据原料分根据原料分类，可分，可分为： 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。 17食品保鲜栅栏食品保鲜栅栏高温高温1. 巴氏灭菌法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）18食品保鲜
8、栅栏食品保鲜栅栏2. 商业灭菌商业灭菌低酸食品（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）19食品保鲜栅栏食品保鲜栅栏3.商业灭菌与巴氏灭菌法比较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（10
9、0oC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）。20食品保鲜栅栏食品保鲜栅栏3.商业灭菌与巴氏灭菌法比较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
10、）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食品保鲜栅栏食品保鲜栅栏低温低温1. 冷藏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）22食品保鲜栅栏食品保鲜栅栏2. 冷冻冷冻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23食品保鲜栅栏食品保鲜栅栏降低水活性（降低水活性（aw）naw
11、 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（酸性增加（pH值降低）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24食品保鲜栅栏食品保鲜栅栏对氧气进行控制对氧气进行控制n氧含量低可以阻止很多腐败菌的生长 但是但是: :n有些病原体要求厌氧条件 （例如：肉毒杆菌）防腐剂防腐剂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
12、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）25食品保鲜栅栏食品保鲜栅栏竞争性微生物竞争性微生物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：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）26“栅栏栅栏” 技术技术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27“栅栏栅栏” 技术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 -
13、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28“栅栏栅栏” 技术技术图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）29食品保鲜栅栏食品保鲜栅栏图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，
14、Eh-氧化还原势，pres.-防腐剂，V-维他命，N-营养素（Leistner，1987年）30食品保鲜栅栏食品保鲜栅栏发酵的干发酵的干腊肠腊肠n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。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31食品保鲜栅栏食品保鲜栅栏减少
15、亚硝酸盐的咸肉（减少亚硝酸盐的咸肉（“WisconsinWisconsin法法”（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（加上色泽和风味）。 n但是，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
16、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。32食品保鲜栅栏食品保鲜栅栏巴氏灭菌流程的软巴氏灭菌流程的软干酪干酪（Tanaka等人, J. Food Prot. 1986年）n这些产品的pH值 4.5，且aw 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。33“简单保鲜简单保鲜”的鱼类产品（例如：盐腌、腌渍、冷熏）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
17、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：栅栏：（低初始微生物量）、氯化钠（aw ，防腐剂）、（其他防腐剂）、冷藏注：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，寄生虫可能生存。食品保鲜栅栏食品保鲜栅栏34食品保鲜栅栏食品保鲜栅栏“半保鲜半保鲜”的鱼类产品的鱼类产品（例如例如：腌渍鱼制品、发酵鱼、鱼子酱腌渍鱼制品、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 D
18、t品质Q = （1 + 0.1 T）2 Dt （2）T41高品质寿命（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。42高品质寿命高品质寿命（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，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。43高品质寿命高品质寿命（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
19、推断44高品质寿命高品质寿命（HQL）- - 预测预测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？ 45高品质寿命高品质寿命（HQL）- - 预测预测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 5
20、0/100+ 15oC的百分比（%） ?46预测微生物学预测微生物学n定义 预测条件的概念能实现客观评估 McMeekin等人，1992年。47典型生长曲线典型生长曲线n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。n常常使用 Gompertz模型预测时间48Gompertz模型模型 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。 49温度对细菌生长的影响温度对细菌生长的影响n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50Belehradek模型模型n1896-1980年，布尔诺，捷克斯洛伐克 普通式： k = a （t-t0 ） d k 为生长速度或迟延时间, t为温度，t0为最低生长温度 51致谢致谢/ /参考信息参考信息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： 52
