工业与食品微生物.ppt

引起食品腐败变质的主要因素,微生物,啮齿动物,昆虫/寄生虫,食品腐败变质,温度,水分,光照,氧化,酶类,微生物引起食品腐败变质的鉴定 1.感官鉴定： 视觉、嗅觉、触觉、味觉 色泽：微生物自身代谢；发生化学反应 气味：氨、三甲胺、硫化氢、粪臭素 口味：酸味、苦味 组织状态：变形、软化；肌肉松弛、发黏；结块等,微生物引起食品腐败变质的鉴定 2.化学鉴定 TVB-N：蒸馏法、微量扩散法 三甲胺：气相色谱法 组胺：圆形滤纸色谱法 K值： pH的变化：,微生物引起食品腐败变质的鉴定 3.物理指标 食品的物理指标，主要是根据蛋白质分解时低分子物质增多这一现象，来研究食品浸出物量、浸出液电导度、折光率、冰点下降、粘度上升等指标。其中肉浸液的粘度测定尤为敏感，能反映腐败变质的程度。,微生物引起食品腐败变质的鉴定 4.微生物检验 对食品进行微生物菌数测定，可以反映食品被微生物污染的程度及是否发生变质。同时，它是判定食品生产的一般卫生状况以及食品卫生质量的一项重要依据。,微波杀菌,（一） 概念 微波（microwave）是指波长约1m10mm的电磁波，常分为米波、厘米波、毫米波和亚毫米波四个波段 （二） 性质 1、波动特性 2、直线传播 3、微波能量具有空间分布性质 4、微波能量以交变的电场和磁场的互相感应的形式传输。,微波应用范畴和特点 （一） 应用范畴 目前工业上只有915MHz （美国用896MHz）和2450MHz两个频率被广泛应用。 （二） 特点 1、加热效率高，节约能源 2、加热速度快，易控制 3、不同食品成分对微波能有不同的选择吸收性 4、水分调平作用 5、有利于保证产品质量 6、微波加热设备体积较小，占用厂房面积小,发展概况 微波加热用于工业开始于二十世纪七十年代末。由于能源成本的提高，促使人们寻找更有效的工业加热和干燥的方法。微波作为热源，具有加热速度快，能量利用率高的特点，因此微波加热技术和微波炉应用获得迅速发展。 美国 日本 中国 研究应用方向 微波加热与其它能源相比，其工业应用仍处于不断发展中。能源成本，技术难度，以及某些综合性因素仍是目前推广应用微波能的主要障碍，缺乏对材料物性及加热技术与设备的基础性研究也是主要原因之一。工业上的微波加热技术有它的特殊性，人们只有充分了解这一特性后，才能有效利用这一技术，更好地为人类服务。,微波杀菌的基本原理,食品微波处理主要是利用微波的热效应。食品中的水分、蛋白质、脂肪、碳水化合物等都属于电介质。电介质吸收微波能使介质温度升高，这个过程称介电加热。 （一） 离子极化 溶液中的离子在电场作用下产生离子极化。离子带有电荷从电场获得动能，相互发生碰撞作用，可以将动能转化为热。 （二） 偶极子转向 有些电介质，分子的正负电荷重心不重合，即分子具有偶极距，这种分子称偶极分子（极性分子）。当极性分子受外电场作用时，偶极分子就会产生转距。在高频电场中一秒钟内极性分子要进行上亿次的换向“变极“运动，使分子之间产生强烈振动，引起摩擦发热，使物料温度升高，达到加热目的。,微波对微生物的作用 （一） 微波热效应 1、使微生物快速升温导致菌体蛋白质变性，活体死亡 2、使微生物生命活动受到严重干扰，无法繁殖； 3、导致细胞膜破裂，使生理活性物质发生变性作用，而失去生理功能； 4、破坏微生物的生存繁殖条件而导致其死亡。 （二） 微波非热效应 1、光化学反应 2、场力效应 3、电磁共振效应 4、影响遗传物质DNA的含量,微波杀菌的安全性及其相关问题 （一）微波对人体的影响 （二）微波辐射的安全标准及防护措施 1、微波辐射的安全标准 2、微波应用中的安全技术措施 （1）批量系统（间接式装置） （2）连续生产系统 家用微波炉 工业微波炉图片,应用实例 (一) 微波热风干燥炸马铃薯条 (二) 微波膨化爆玉米花 (三) 微波烘烤面包 (四) 微波灭菌,美 国 1965年-首座50千瓦（kW）功率、915兆赫兹（MHz）的隧道式微波烘炉用于烘干油炸马铃薯片。 1968年-美国FDA批准在食品工业中应用微波。 1988年-仅在美国上市的微波食品就超过九百多种。 1990年-家庭微波炉普及率达82%,日本 1959年-开始采用微波加热技术，在家用微波炉技术上发展尤为迅速。 1966年-夏普公司首次在市场出售输出功率600W的家用微波炉。 1990年-家庭微波炉普及率达65%。,中国 在我国，无论在微波加热用磁控管及各种加热器的设计和研究，电源设备及控制系统的改进，材料特性的研究，以及微波在食品、皮革、木材、烟叶、纸板、纺织品、中药材、粮食、纤维等行业的应用均取得可喜的成绩。微波促使白酒陈化；利用微波加热进行干燥、杀虫、杀菌等技术，已得到广泛应用，国产微波加热、干燥、杀菌设备或生产线也达到较高技术水平。到2001年为止，大城市中家庭微波炉的普及率也超过80。微波炉的普及也促进食品工业的发展，使微波食品成为另一类时兴的食品。,微波对生物体的主要效应(6),各国微波辐射的安全标准,电热杀菌,电热杀菌亦称“欧姆杀菌“，它利用电极将电流通过物体，由于阻抗损失、介质损耗等的存在，最终使电能转化为热能，使食品内部产生热量而达到杀菌的目的。 技术特点 使用交流电的频率为5060Hz，它利用电极将电流直接导入食品，由食品自身的介电性质产生热量，以达到杀菌的目的。 1、 加热通过产品自我传导 2、 应用于产品的是交流电 3、 电穿透的深度无限制 4、 在产品中无大的热梯度 5、 加热由产品的传导性及加热的剩余时间控制 6、 加热杀死微生物,优缺点 1、 优点 （1） 消毒颗粒直径在1寸以上 （2） 对颗粒机械损伤最小 （3） 产品内部颗粒统一加热 （4） 可避免物料受到过度热处理 （5） 能处理含80%以上的固体的物料 （6） 设备污染最小 （7） 减少产品营养色泽和风味的损失 2、 缺点 （1） 过程依靠产品的传导性对产品加热 （2） 不能用于脂肪、油、酒精、骨或冰的处理 （3） 必须仔细控制产品配方以控制电阻 （4） 生产设备的设计必须针对具体产品 （5） 一些食物可能要求热或化学的再处理过程以便改变其传导性 （6） 必须控制产品流速和温度以保证杀死微生物,加工范畴 （一） 加工物料特性 1、电热加热适用性由食品物料的电导率来决定 2、大多数能用泵输送的、溶解有盐类离子且含水量在30%以上的食品都可用电阻加热来杀菌 3、适于高颗粒密度、高粘度的食品物料的杀菌处理 4、最适合无菌包装产品 5、一些脂肪、糖、油、未添加盐的处理水等非离子化的食品不适用该技术,加工范畴 （二） 加工品种 1、中式调理食品：（1） 粥类 （2） 羹类 2、果蔬类制品 （1）番茄果肉（2）菠萝碎块（3）草莓果酱 （4）芒果丁/木瓜丁（5）热带水果块 （6）桃子/杏子/梨子/苹果等果肉制品 （7） 马铃薯/胡萝卜/蘑菇等块状制品 3、 畜禽类制品：（1） 炖牛肉（2） 焖鸡肉,电热杀菌的作用机理 电热灭菌可将液状食品中的大肠杆菌、酵母菌、芽孢杆菌杀灭，其杀菌机理主要是： 1、 利用电流通过食品时,食品中的极性分子在电极极性的高频变化下,不断地旋转摩擦而产生热量,达到杀死活菌体的作用； 2、 在通电的两电极间的菌体细胞，由于受到所加电场的作用导致菌体细胞膜的破坏而灭菌。 电热杀菌通电示意图,三、电热杀菌技术的应用,相关设备和装置 （一） 电热加热器 （二） 小型电热杀菌生产线,栅栏理论与技术 1.栅栏技术与微生物的内平衡 2.食品中的防腐保质栅栏因子 3.栅栏技术与食品的品质,二、食品综合防腐保鲜理论和技术,微生物的内平衡是微生物处于正常状态下内部环境的稳定和统一，并且具有一定的自我调节能力，只有其内环境处于稳定的状态下,微生物才能生长繁殖。 食品要达到可贮性与卫生安全性，其内部必须存在能够阻止食品所含腐败菌和病原菌生长繁殖的因子，这些因子通过临时和永久性地打破微生物的内平衡，从而抑制微生物的致腐与产毒，保持食品品质。这些因子被称为栅栏因子。,1.栅栏技术与微生物的内平衡,2.食品中的防腐保质栅栏因子,食品防腐上常用的栅栏因子 温度、pH、Aw、氧化还原电位、防腐剂,3.栅栏技术与食品的品质,栅栏技术既保证食品的微生物稳定性，还与食品的品质密切相关。食品中存在的栅栏因子将影响其可贮性、感官品质、营养品质、工艺特性和经济效益。同一栅栏因子的强度不同，对产品的作用也可能是相反的。,食品综合保藏技术 栅栏技术（hurdle technology）示意图,预报微生物学理论与技术 (1)预报微生物学的作用。 (2)微生物预报技术的应用。,食品综合防腐保鲜理论和技术,预报微生物学理论,所谓预报微生物学是指借助计算机的微生物数据库，在数字模型基础上，在确定的条件下，快速对重要微生物的生长、存活和死亡进行预测，从而确保食品在生产、运输贮存过程中的安全和稳定，打破传统微生物受时间约束而结果滞后的特点。微生物数据库和数字模型是微生物预报技术的必要条件。,(1)预报微生物学的作用,1.预测产品的货架期和安全性 2.减少了产品开发的时间和资金耗费 3.对加工工艺的操作进行客观评估 4.对加工工序和储藏控制的食物引起的结果进行评估,(2)预测微生物学主要内容和研究方法,研究内容： 微生物生长和致死两个方面 研究方法： 1.研究在不同条件下微生物生长情况 2.研究在真实的配送环境中，随着环境因素的改变，食品可能出现的情况。,内 容,栅栏技术的研究进展 栅栏技术在食品中的应用 水产风味食品 水产食品中的栅栏因子 栅栏技术在水产食品的应用设想,栅栏技术的发展历程,栅栏技术（Hurdle Technology） 1976年 Leistner和Roble德国肉类研究中心 “栅栏效应” 现代栅栏技术 危害分析与关键点控制技术（HACCP） 微生物预报技术（Predictive Microbiology）,栅栏因子(Hurdle Factor),物理性栅栏因子 温度、照射、电磁能、超音波、压力 包装：气调、色调、活性包装、包装材质 物理化学栅栏因子： 水分活度aw、pH值、氧化还原电位、烟熏、防腐剂等 微生物栅栏因子 有益的优势菌、保护性培养基、抗菌素及抗生素等 其它栅栏因子 游离脂肪酸、甲壳素、氯化物等,栅栏效应（Hundle Effect),食品的保藏性 实质：微生物 栅栏因子 微生物的内平衡 栅栏效应模式 理论化 实际型,多靶共效防腐技术 (Multitarget Preservation),温和而有效的保藏方法 不同栅栏协同作用 扰乱微生物体内多个方面的动态平衡 通过温和加工保证产品的感官质量,栅栏技术在肉制品中的应用,针对导致肉腐败变质的微生物污染和脂肪酸败 香肠类产品 在意大利传统的蒙特拉香肠、德国的布里道香肠 降低水分活度aw 荷兰的格德斯香肠 降低pH值至5.45.6（葡萄糖醛酸内酯） 真空包装 中国传统腊肠 迅速降低水分活度 台湾腊肠（aw0.94） 防腐剂（3.5乳酸钠和0.1醋酸钠 ）,栅栏技术在肉制品中的应用,天然肠衣 降低水分活度 辐射处理 中等水分羊肉串 降低水分活度 真空包装 -辐射 膏状肉类香精 反应性产品aw0.76，酶解物aw0.74 气调、无菌包装 低温保存 辐射 重组肉干 降低水分活度 真空包装或添加吸氧剂（霉菌） 100，2min的微波加热或68，30min巴氏杀菌,栅栏技术在果蔬生产中的应用,鲜切片类产品问题 褐变、营养成分降解 鲜切片类产品栅栏因子（A.Weller等，1997） pH值 柠檬酸和抗坏血酸的有效结合调节表面pH值 气体 无氧包装 温度 低温贮存,栅栏技术在印度乳制品中的应用,Paneer 添加番茄酱、洋葱和香辛料 印度传统农家干酪型乳制品 在室温(35)下2天内腐败 建立两种栅栏因子模式 aw=0.97，F值=0.8，pH=5.0 aw=0.96，F值=0.4，pH=5.0 品质和食品安全常温可良好保持数周,水产品加工现状,世界水产品 年产量：1亿吨左右 变质而丢弃：10% 动物饲料：30% 人类食用：不充分 我国水产品 淡水渔业产量占总渔获量的40左右 水产品加工产品的出口量急剧增加， 生鱼片、调味鱼干、烤鳗、模拟蟹肉、鱼肝油制品 加工的基础理论与应用基础科学的研究薄弱 深、精加工和综合利用能力较低 淡水鱼及海水低值鱼的加工还处于较低层次,水产食品特点,传统水产加工品 罐藏品、腌制品、晒干制品 品种单调且档次低 质地粗硬，感官质量差,新型水产加工品 低值水产品为原料 鱼卷、鱼饼、鱼丸 等 营养丰富、价格便宜 模拟蟹肉、人造虾仁等 风味独特、可调 鱿鱼丝、鱼松等 附加值高,水产食品中的栅栏因子,水分含量和水分活度（aw） 水分活度(aw) 反映制品中水分存在的状态及微生物对水分的可利用性 水分含量高 经济效益、产品品质 芽孢杆菌生长受抑制、球菌生长 设置其他栅栏 高水分扇贝制品 Aw0.90，45，8590杀菌 即食龙虾 Aw0.90，36，真空包装，常压杀菌,水产食品中的栅栏因子,PH值 水产品大多为低酸性食品 细菌的最适PH值67 鱼肉香肠 Aw0.94，PH6.5， 30贮藏63d，异常、腐败 Aw0.94，PH6.0， 30贮藏63d，正常 南美白对虾制品 调整PH在5.85.9（柠檬酸） 口感好，风味正常 抑菌效果好,水产食品中的栅栏因子,杀菌处理 温度过高、时间过长 口感软糜, 风味不佳,色泽变深 包装袋卷曲变形 高水分扇贝调味干制品 真空包装后低温处理 减少杀菌前初菌数 杀菌温度在8590，时间在3040分钟 残留少量芽孢菌和耐热性强的球菌 结合其他栅栏,水产食品中的栅栏因子,氧化还原值 需氧性芽孢杆菌属 高水分调味干制品 高阻隔性深拉伸包装材料 真空包装机 保质期达6个月以上 防腐剂 热力杀菌不足、水分活度高的制品 国际允许的无害防腐剂 Nisin和乳酸钠 （南美白对虾温和加工）,栅栏技术在水产食品的应用设想,低值鱼蛋白高附加值利用 现有技术 鱼粉、水解鱼蛋白、鱼糜制品等 新技术新产品 低值鱼肉蛋白质重组热塑挤压重组 新产品研发风味系列食品（中等水分食品） 栅栏技术在水产食品中应用的设想 产品保藏性能与食用品质的关系 保藏期长，食用质量下降（质地粗硬） 合理设计栅栏因子 感官质量好、货架稳定且附加值高的产品,栅栏技术在水产食品中应用的设想,确定研究目标 感官特性与货架寿命 制定技术路线和工艺流程 分析确定关键栅栏因子 选择适当栅栏因子的交互模式 设置栅栏限值 采集试验数据、进行统计分析 建立产品的保质栅栏模式,参考文献,1 Leistner, L. 1994. Further developments in the utilization of hurdle technology for food preservation. 2赵志峰，雷鸣，卢晓黎，闫志农.栅栏技术及其在食品加工中的应用J.食品工业科技2002.8(23)：9395. 3 Lothar Leistner. Basic aspects of food preservation by hurdle technology. Food Microbiology. 2000 4孟岳成.食品保藏的障碍技术J.食品科学1992（3）：3741. 5曾凯宏，阚建全.栅栏技术及其在肉、肉制品中的应用J.保鲜与加工.2001（3）：2829. 6袁霖，郭新竹.栅栏技术在膏状肉类香精防腐中应用J.食品工业科技.2005，6(26)：179180. 7王卫.栅栏技术在肉食品开发中的应用J.食品科学.1997（3）：913. 8张晓娟，张岗，吕欣.羊肉保鲜技术研究进展及发展趋势.食品工业科技.2006（2）：196-197，200. 9S.P.Chawla,R.Chander. Microbiological safety of shelf-stable meat products prepared by employing hurdle technology. Food Control 15 (2004) 559563. 10谢启荣译，吴家源校.栅栏技术用于重组肉干的保藏效果J.肉类研究.1994(1)：3941. 11赵友兴，郁志芳，李宁栅栏技术在鲜切果蔬质量控制中的应用