食品柵欄技術(shù)課件

1、食品柵欄技術(shù)1 第四章第四章 食品柵欄技術(shù)食品柵欄技術(shù) 食品柵欄技術(shù)2 提綱提綱 n第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 n第二節(jié)第二節(jié) 柵欄技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)柵欄技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) n第三節(jié)第三節(jié) 柵欄技術(shù)在食品加工柵欄技術(shù)在食品加工 中的應(yīng)用中的應(yīng)用 食品柵欄技術(shù)3 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 n柵欄因子理論（柵欄因子理論（Hurdle Technology，HT) n1976年，德國(guó)肉類食品專家Leistner博士提出。 n定義：定義： n把高溫、低溫、高壓處理、控制水份活性、調(diào)節(jié)酸度、采用輻照、高溫、低溫、高壓處理、控制水份活性、調(diào)節(jié)酸度、采用輻照、 控制氧化還原電勢(shì)、添加防腐劑控制氧化還原電勢(shì)、添加防腐劑等歸

2、納成柵欄因子?xùn)艡谝蜃?。并提出食?防腐就是調(diào)控這些因子，打破微生物內(nèi)平衡，從而限制微生物的調(diào)控這些因子，打破微生物內(nèi)平衡，從而限制微生物的 活性與食品氧化活性與食品氧化。這些因子相互作用形成了特殊的防止食品腐敗 變質(zhì)的柵欄，對(duì)食品的防腐保持聯(lián)合作用，及柵欄效應(yīng)，將其命 名為柵欄技術(shù)。 食品柵欄技術(shù)4 n柵欄因子間的相互作用柵欄因子間的相互作用以及以及與食品中微生物的相與食品中微生物的相 互作用互作用的結(jié)果，不僅僅是這些因子單獨(dú)效應(yīng)的簡(jiǎn)的結(jié)果，不僅僅是這些因子單獨(dú)效應(yīng)的簡(jiǎn) 單累加，而是單累加，而是相乘的作用相乘的作用，這種效應(yīng)稱作柵欄效，這種效應(yīng)稱作柵欄效 應(yīng)（應(yīng)（hurdle effect）。

3、）。 食品柵欄技術(shù)5 “柵欄柵欄” ” 技術(shù)技術(shù) 國(guó)際食品研究，1995年2月 食品柵欄技術(shù)6 特點(diǎn)：特點(diǎn)： n多種質(zhì)量衛(wèi)生安全控制技術(shù)協(xié)同作用：多種質(zhì)量衛(wèi)生安全控制技術(shù)協(xié)同作用：疊加效應(yīng)疊加效應(yīng) n根據(jù)食品種類、條件不同，施加不同限制因素根據(jù)食品種類、條件不同，施加不同限制因素 n采取措施溫和：采取措施溫和：避免營(yíng)養(yǎng)損失，每種技術(shù)只用到避免營(yíng)養(yǎng)損失，每種技術(shù)只用到 中等水平中等水平 n可將食品劣變降低到最小程度：可將食品劣變降低到最小程度：多靶點(diǎn)干擾微生多靶點(diǎn)干擾微生 物體內(nèi)平衡（如細(xì)胞膜、物體內(nèi)平衡（如細(xì)胞膜、DNA、pH、Eh、Aw） 食品柵欄技術(shù)7 應(yīng)用廣泛：應(yīng)用廣泛： 傳統(tǒng)產(chǎn)品改進(jìn)傳

4、統(tǒng)產(chǎn)品改進(jìn) 新產(chǎn)品開發(fā)新產(chǎn)品開發(fā) 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水產(chǎn)品水產(chǎn)品 食品柵欄技術(shù)8 食品腐敗的主要原因食品腐敗的主要原因 n細(xì)菌、酵母細(xì)菌、酵母菌菌、霉菌（微生物量）、霉菌（微生物量） n酶、化學(xué)反應(yīng)酶、化學(xué)反應(yīng) n蟲鼠侵染蟲鼠侵染（昆蟲、寄生蟲、鼠害）昆蟲、寄生蟲、鼠害） n水分損失水分損失/ /增加增加 n與氧和光的反應(yīng)與氧和光的反應(yīng) n時(shí)間時(shí)間 n溫度溫度 食品柵欄技術(shù)9 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長(zhǎng)速度：抑制或降低微生物生長(zhǎng)速度： 低溫、控制水份活性、減少氧氣

5、、控制水份活性、減少氧氣、 增加二氧化碳、酸化、乳酸發(fā)酵、增加二氧化碳、酸化、乳酸發(fā)酵、 酒精發(fā)酵、添加防腐劑等酒精發(fā)酵、添加防腐劑等 n殺滅微生物：殺滅微生物： 加熱、輻照、化學(xué)的生物殺菌劑、加熱、輻照、化學(xué)的生物殺菌劑、 加入酶、高壓、電流等加入酶、高壓、電流等 食品柵欄技術(shù)10 食品最重要的柵欄因子食品最重要的柵欄因子 1. 高溫高溫 2. 低溫低溫 3. 低水份活性低水份活性 4. 氧化還原電勢(shì)氧化還原電勢(shì) 5. 防腐劑防腐劑 6. 競(jìng)爭(zhēng)性微生物競(jìng)爭(zhēng)性微生物 一般食品：一般食品：降低水分活性降低水分活性 和采用溫和加熱和采用溫和加熱 食品柵欄技術(shù)11 第二節(jié)第二節(jié) 柵欄技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)柵

6、欄技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) n柵欄技術(shù)食品（HTF） n拉美、美國(guó)、印度、歐洲發(fā)展較快 n我國(guó)開始興起 食品柵欄技術(shù)12 第三節(jié)第三節(jié) 柵欄技術(shù)在食品中的應(yīng)用柵欄技術(shù)在食品中的應(yīng)用 n鮮肉保藏中的應(yīng)用 n新鮮果蔬加工中的應(yīng)用 n食品包裝中的應(yīng)用 n乳品工業(yè)中的應(yīng)用 n調(diào)理食品中的應(yīng)用 食品柵欄技術(shù)13 鮮肉保藏中的應(yīng)用鮮肉保藏中的應(yīng)用 n非冷凍條件保藏 低耗能、無污染、品質(zhì)好 方法： n低溫 n真空包裝 n氣調(diào)包裝 n天然防腐劑和抗氧化劑 食品柵欄技術(shù)14 新鮮果蔬加工中的應(yīng)用新鮮果蔬加工中的應(yīng)用 n鮮切水果蔬菜鮮切水果蔬菜 品質(zhì)新鮮、使用方便、營(yíng)養(yǎng)衛(wèi)生品質(zhì)新鮮、使用方便、營(yíng)養(yǎng)衛(wèi)生 控制方法控制方法 溫

7、度控制、清洗消毒劑、溫度控制、清洗消毒劑、pH、水分活、水分活 性、氣體成分、臭氧、輻照、包裝性、氣體成分、臭氧、輻照、包裝 食品柵欄技術(shù)15 食品包裝中的應(yīng)用食品包裝中的應(yīng)用 應(yīng)用 n抽真空 n氣調(diào) n阻隔紫外線材料 n活性包裝 n信息化包裝 食品柵欄技術(shù)16 乳品工業(yè)中的應(yīng)用乳品工業(yè)中的應(yīng)用 n溫度 npH n輻射：倉(cāng)庫(kù)、車間，可用于乳品冷殺菌 n壓力：大于100MPa，延長(zhǎng)風(fēng)味、保質(zhì)期 均質(zhì) n氣調(diào)：碳酸、干酪 n益生菌：LABS、LGG等 食品柵欄技術(shù)17 調(diào)理食品中的應(yīng)用調(diào)理食品中的應(yīng)用 n調(diào)理食品（調(diào)理食品（“Preparedfoods”），是“經(jīng)過洗、切或 其他預(yù)處理，可直接進(jìn)行

8、烹飪的預(yù)制食品，預(yù)加工食 品”；在日本稱為“Processfoods”即加工食品。 n根據(jù)原料分類，可分為：根據(jù)原料分類，可分為： n菜蔬類調(diào)理食品：如脫水蔬菜、五味杏仁、春筍等； n肉類調(diào)理食品：如調(diào)味肉串、調(diào)味肉丸、醬排骨、方 塊火腿、雞塊等； n水產(chǎn)類調(diào)理食品：如調(diào)味魚漿、調(diào)味魚排、烤魚片、 烤鰻等； n混合類調(diào)理食品：如水餃、湯圓、漢堡、火鍋料等。 食品柵欄技術(shù)18 食品保鮮柵欄食品保鮮柵欄 高溫高溫 1. 巴氏滅菌法巴氏滅菌法 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 不能不能破壞孢子

9、（一些細(xì)菌的休眠期） 通常與其它柵欄結(jié)合（例如，冷藏） 食品柵欄技術(shù)19 食品保鮮柵欄食品保鮮柵欄 2. 商業(yè)滅菌商業(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(yíng)養(yǎng)及品質(zhì)遭到破壞（色澤、風(fēng)味和質(zhì)地） 食品柵欄技術(shù)20 食品保鮮柵欄食品保鮮柵欄 3.商業(yè)滅菌與巴氏滅菌法比較商業(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(shí)才能達(dá)到同樣 的滅孢

10、效果。 但是，在121.1oC時(shí)品質(zhì)（營(yíng)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(shí)或121.1oC 的溫度3分鐘）對(duì)品質(zhì)產(chǎn)生的影響迥然不同（在121.1oC 時(shí)對(duì)品質(zhì)的破壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于100oC時(shí)）。 食品柵欄技術(shù)21 食品保鮮柵欄食品保鮮柵欄 3.商業(yè)滅菌與巴氏滅菌法比較商業(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(shí)才能達(dá)到同樣 的滅孢效果。 但是，在

11、121.1oC時(shí)品質(zhì)（營(yíng)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(shí)或121.1oC 的溫度3分鐘）對(duì)品質(zhì)產(chǎn)生的影響迥然不同（在121.1oC 時(shí)對(duì)品質(zhì)的破壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于100oC時(shí)）。 食品柵欄技術(shù)22 食品保鮮柵欄食品保鮮柵欄 低溫低溫 1. 冷藏冷藏 對(duì)大多數(shù)食品而言，理想溫度為0oC 4oC n短期保鮮（數(shù)天至數(shù)周） n優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量（新鮮、最低程度的加工、真空） n減慢微生物生長(zhǎng)、呼吸、酶反應(yīng)/化學(xué)反應(yīng)速度 n一些病原體仍能生長(zhǎng)（例如：肉毒桿菌（ E型）、李斯特氏桿菌） 食品柵欄技術(shù)23 食品保鮮柵欄食品保鮮柵欄 2. 冷

12、凍冷凍 n通常溫度為-18oC至-30oC n品質(zhì)取決于產(chǎn)品、時(shí)間和溫度 n長(zhǎng)期保鮮（數(shù)月至數(shù)年） n阻止微生物生長(zhǎng)和呼吸 n減慢化學(xué)反應(yīng)速度 n須有精良包裝 食品柵欄技術(shù)24 食品保鮮柵欄食品保鮮柵欄 降低水活性（降低水活性（aw） naw 是水的 “可用性 n微生物生長(zhǎng)、酶反應(yīng)/化學(xué)反應(yīng)需要水 n干藏（脫水）或（加溶質(zhì)）將食品扎緊 n通常aw越低，保鮮期限越長(zhǎng) 酸性增加（酸性增加（pH值降低）值降低） n酸性減緩腐敗菌和病原體的生長(zhǎng) npH 值在4.5以下，不會(huì)孳生病原體，也不會(huì)生出孢子 （例如果汁和泡菜） npH 值高于4.5，必須滅菌，保證耐儲(chǔ)存性 npH 值低于4.5，可用巴氏法滅菌

13、 食品柵欄技術(shù)25 食品保鮮柵欄食品保鮮柵欄 對(duì)氧氣進(jìn)行控制對(duì)氧氣進(jìn)行控制 n氧含量低可以阻止很多腐敗菌的生長(zhǎng) 但是但是: : n有些病原體要求厭氧條件 （例如：肉毒桿菌） 防腐劑防腐劑 n抑制細(xì)菌、酵母菌、霉菌 n特定情況下可少量應(yīng)用（毫克/公斤） n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） 食品柵欄技術(shù)26 食品保鮮柵欄食品保鮮柵欄 競(jìng)爭(zhēng)性微生物競(jìng)爭(zhēng)性微生物 n“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(shí)現(xiàn)：可通過下列方式實(shí)現(xiàn)： n“排擠出 n產(chǎn)生酸 n產(chǎn)生抗生素（細(xì)菌素） n例如：乳酸菌（泡菜、酸奶

14、） 食品柵欄技術(shù)27 “柵欄柵欄” ” 技術(shù)技術(shù) naw和pH在細(xì)菌生長(zhǎng)方面的相互作用。 10 FDA良好生產(chǎn)規(guī)范 1.0 0.9 aw pH 5 抑制區(qū) 生長(zhǎng)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 食品柵欄技術(shù)28 “柵欄柵欄” ” 技術(shù)技術(shù) 綜合使用幾種保鮮方法（次優(yōu)級(jí)）： - 使產(chǎn)品可在貨架上長(zhǎng)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) n也被稱為“綜合方法綜合方法” 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(duì)食品的微生物

15、穩(wěn) 定性起到顯著作用。 （Leistner，1987年） 穩(wěn)定 不確定 不穩(wěn)定 食品柵欄技術(shù)29 “柵欄柵欄” 技術(shù)技術(shù) 圖13.1 用9個(gè)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(shì)，pres.-防腐劑， V-維他命，N-營(yíng)養(yǎng)素 （Leistner，1987年） 食品柵欄技術(shù)30 食品保鮮柵欄食品保鮮柵欄 圖13.1 用9個(gè)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(shì)，pres.-防腐劑，V-維他命， N-營(yíng)養(yǎng)素 （Leistner，1987年） 食品柵欄技術(shù)31 食品保鮮柵欄食品保鮮柵欄

16、 發(fā)酵的干發(fā)酵的干臘腸臘腸 n柵欄的次序確保每個(gè)階段的穩(wěn)定性。除了aw，所有的柵欄 都會(huì)隨著時(shí)間的推移而衰弱。 n1. 亞硝酸鹽抑制病原體 2. 其他細(xì)菌的生長(zhǎng)耗盡氧分 3. 低氧喜好產(chǎn)酸競(jìng)爭(zhēng)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(shì)的減弱，c.f.=競(jìng)爭(zhēng)性菌叢的生長(zhǎng)，pH- 酸度， aw=干制流程 食品柵欄技術(shù)32 食品保鮮柵欄食品保鮮柵欄 減少亞硝酸鹽的咸肉（減少亞硝酸鹽的咸肉（“WisconsinWisconsin法法”（T

17、anaka等. Food Prot. 1980年）. n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）。 n但是，但是，油炸咸肉會(huì)產(chǎn)生亞硝胺，亞硝胺是一種強(qiáng)致癌物質(zhì)。 n希望降低亞硝酸鹽，但維持感官特性和安全性。 “Wisconsin法法” 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）。 n如果溫度適當(dāng)，乳酸菌生長(zhǎng)，蔗糖發(fā)酵，生成乳酸，降低pH值，阻止病原體 的生長(zhǎng)。 n因此，咸肉通過幾個(gè)柵欄得以保鮮，包括防腐劑、冷藏、競(jìng)爭(zhēng)性微生物菌叢 和pH。 n“Wisconsin法”制作的咸肉與普通咸肉的感官特性沒有

18、顯著差別。 食品柵欄技術(shù)33 食品保鮮柵欄食品保鮮柵欄 巴氏滅菌流程的軟巴氏滅菌流程的軟干酪干酪 （Tanaka等人, J. Food Prot. 1986年） n這些產(chǎn)品的pH值 4.5，且aw 0.85。 n必須遵守低酸灌裝食品規(guī)定（例如：商業(yè)滅菌）。 n但是，由于品質(zhì)原因，這些產(chǎn)品不能進(jìn)行商業(yè)滅菌。 n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)。 食品柵欄技術(shù)34 “簡(jiǎn)單保鮮簡(jiǎn)單保鮮”的魚類產(chǎn)品（例如：鹽腌、腌漬、冷熏）的魚類產(chǎn)品（例如：鹽腌、腌漬、冷熏） n低鹽（水相氯化鈉5.0）。可能有其他防腐劑（例如：山 梨酸、苯甲酸鹽、煙熏）?？梢越?jīng)原材料或煮熟的原材料制作。 n冷

19、藏貯藏。保鮮期有限，通常無需加熱即可食用。 柵欄：柵欄：（低初始微生物量）、氯化鈉（aw ，防腐劑）、 （其他防腐劑）、冷藏 注：注： n細(xì)菌病原體和生物多胺是潛在的問題。 n肉毒桿菌（E型）由3%氯化鈉（w/w水相）和低溫控制。 n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。 食品保鮮柵欄食品保鮮柵欄 食品柵欄技術(shù)35 食品保鮮柵欄食品保鮮柵欄 “半保鮮半保鮮”的魚類產(chǎn)品的魚類產(chǎn)品（例如：（例如：腌漬魚制品、發(fā)酵魚、魚子醬腌漬魚制品、發(fā)酵魚、魚子醬）。 n氯化鈉6%氯化鈉（w/w水相）或pH 0C。品質(zhì)可以根據(jù)時(shí)間/溫度歷史 的積分估算。 時(shí)間 （日） 溫度（C） Dt

20、 面積= T x Dt 品質(zhì)Q = （1 + 0.1 T）2 Dt （2） T 食品柵欄技術(shù)42 高品質(zhì)壽命（高品質(zhì)壽命（HQL） n貯藏時(shí)間，按日計(jì)。 n由感官數(shù)據(jù)決定。 n在特定溫度檢測(cè)變化的HQL時(shí)間。 nLog(HQL)與溫度線性相關(guān)。 食品柵欄技術(shù)43 高品質(zhì)壽命高品質(zhì)壽命（HQL） n除了使用Arrhenius模型外，有時(shí)還采用 Q10 值。 n尤其是HQL概念。 n定義為一個(gè)溫度之速率與比該溫度再低10 Co的溫 度速率之比。 n由vantHoff發(fā)現(xiàn)，他注意到很多反應(yīng)的Q10約為2。 n低溫或冷凍溫度下儲(chǔ)存水果蔬菜時(shí)使用的技術(shù)。 食品柵欄技術(shù)44 高品質(zhì)壽命高品質(zhì)壽命（HQL） n水果蔬菜的Q10值約為2.5。 n冷藏草莓約為25。 n以下情況下須謹(jǐn)慎: u冷卻損傷 u躍變性 u推斷 食品柵欄技術(shù)45 高品質(zhì)壽命高品質(zhì)壽命（HQL）- - 預(yù)測(cè)預(yù)測(cè) n如果已知Q10和貯藏歷史，則可預(yù)測(cè) 保鮮期限。 n求各個(gè)溫度的HQl積分。 n比如，Q10為2, HQL為10oC下100天。 n在10oC貯藏了50天，15oC貯藏了10 天。 n在15oC溫度下，還可以保鮮多少天？ 食品柵欄技術(shù)46 高品質(zhì)壽命高品質(zhì)壽命（HQL）- - 預(yù)測(cè)預(yù)測(cè) n因Q10等于2, 10oC時(shí)HQL等于100天 n10oC，H