一、環(huán)境因素對(duì)食品微生物的影響
（一）水分
水分是微生物生存繁殖的必要條件，水分的增加使微生物活性增高。食品中微生物與水分的關(guān)系可以用水分活度Aw說明，不同種類微生物繁殖所需要的水分活度最低限不一樣，大部分細(xì)菌在水分活度Aw=0.90以上的環(huán)境中生長(zhǎng)，大部分霉菌在Aw=0.80以上的環(huán)境中繁殖，部分霉菌和酵母在Aw較低的環(huán)境中也能繁殖。
食品微生物在水分活度較低（Aw=0.5以下）的干燥環(huán)境中不能繁殖，但值得注意的是干燥食品從環(huán)境中吸收水分的能力較強(qiáng)，一旦吸濕，Aw又將提高而適宜微生物繁殖。要想降低食品的水分活度，就得使食品干燥或在食品中添加鹽、糖等易溶于水的小分子物質(zhì)。
（二）溫度
微生物生存的溫度范圍較廣（-10～90℃之間），根據(jù)適宜繁殖的溫度范圍微生物可分為：嗜冷細(xì)菌（0℃以下），嗜溫性細(xì)菌（0～55℃）和嗜熱性細(xì)菌（55℃以上）。食品在貯存、運(yùn)輸和銷售過程中所處的環(huán)境溫度一般在55℃以下，這一溫度范圍正處在嗜溫性和嗜冷性細(xì)菌繁殖生長(zhǎng)威脅之中，而且侵入食品的細(xì)菌隨溫度的升高而繁殖速度加快，一般在20～30℃時(shí)細(xì)菌數(shù)增殖最快。
（三）氧氣
氧的存在有利于需氧細(xì)菌的繁殖，且繁殖速度與氧分壓有關(guān)。由圖3-8可見，細(xì)菌繁殖速率隨氧分壓的增大而急速增高。即使僅有0.1％的氧化，也就是空氣中氧分壓的1/200的殘留量，細(xì)菌的繁殖仍不會(huì)停止，只不過緩慢而已。這個(gè)問題在食品進(jìn)行真空或充氣包裝時(shí)應(yīng)特別注意。
圖3-8 需氧性細(xì)菌的繁殖和氣體氧分壓的關(guān)系
（四）pH值
適合微生物生長(zhǎng)的pH值范圍為1～11。一般食品微生物得以繁殖的pH值范圍：細(xì)菌3.5～9.5，霉菌和酵母2～11；對(duì)食品微生物最適宜的pH值：細(xì)菌為pH=7附近，霉菌和酵母pH=6左右。大多數(shù)食品均呈酸性，酸性條件下微生物繁殖的pH下限：細(xì)菌4.0～5.0，乳酸菌3.3～4.0，霉菌和酵母1.6～3.2。適當(dāng)控制食品的pH值也能適當(dāng)?shù)目刂莆⑸锏纳L(zhǎng)和繁殖。
二、包裝食品的微生物變化
（一）因包裝發(fā)生的環(huán)境變化對(duì)食品微生物的影響
食品經(jīng)過包裝后能防止來自外部微生物的污染，同時(shí)包裝內(nèi)部環(huán)境也會(huì)發(fā)生變化，其中的微生物相也會(huì)因此而變化。以肉為例，生鮮肉經(jīng)包裝后其內(nèi)部環(huán)境的O2和CO2的構(gòu)成比例不斷發(fā)生變化，這是因食品中微生物及肉組織細(xì)胞的呼吸而使O2減少、CO2增加，包裝內(nèi)環(huán)境的氣相變化反過來又會(huì)影響食品中的微生物相，即需氧性細(xì)菌比例下降，厭氧性比例上升，霉菌的繁殖受抑制而酵母菌等卻在增殖。在包裝缺氧狀態(tài)下，食品腐敗產(chǎn)物為大量的有機(jī)酸，而在氧氣充足的條件下食品腐敗時(shí)多產(chǎn)生氨和CO2。
（二）包裝食品可能引起的微生物二次污染
如前所述，大部分市售包裝食品都會(huì)有一定數(shù)量的微生物，如果把這些常見微生物都當(dāng)做污染來處理是不現(xiàn)實(shí)的，但弄清在流通過程中食品所含的細(xì)菌總數(shù)或明確其菌群組成，不僅有利于從微生物學(xué)角度查明食品腐變等質(zhì)量事故的原因，且對(duì)包括加工、包裝工藝在內(nèi)的從食品制造到消費(fèi)的整個(gè)流通過程中的微生物控制有實(shí)際的指導(dǎo)意義。
微生物對(duì)包裝食品的污染，可分為被包裝食品本身的污染和包裝材料污染兩方面。在食品加工制造過程中的各個(gè)工藝環(huán)節(jié)，如果消毒不嚴(yán)或殺菌不徹底，在產(chǎn)品流通過程各階段的處理，特別是在分裝操作中，如果微生物控制條件欠佳等，均有二次污染的可能。隨著貨架期或消費(fèi)周期的延長(zhǎng)，不僅會(huì)大量繁殖細(xì)菌，也會(huì)給繁殖較慢的真菌提供蔓延機(jī)會(huì)。這種現(xiàn)象在防潮或真空充氣包裝中也常常發(fā)生。
包裝材料較易發(fā)生真菌污染，特別是紙制包裝品和塑料包裝材料；在包裝容器制品的制造和貯運(yùn)期間，會(huì)受到環(huán)境空氣中微生物的直接污染和器具的沾污。就外包裝而言，由于被內(nèi)裝物污染，包裝操作時(shí)的人工接觸，黏附有機(jī)物，或吸濕或吸附空氣中的灰塵等都能導(dǎo)致真菌污染。因此，如果包裝原材料存放時(shí)間較長(zhǎng)且環(huán)境質(zhì)量又差，在包裝操作前若不注意包裝材料或容器的滅菌處理，包裝材料的二次污染則成為包裝食品的二次污染。
近年來，基于健康角度考慮及人們飲食嗜好的變化，大多數(shù)食品逐漸趨于低鹽和低糖，且大多采用復(fù)合軟塑材料包裝以提高包裝的阻隔保護(hù)性，這樣處理可能會(huì)助長(zhǎng)真菌的污染和繁殖。表3-3為霉菌對(duì)食品污染的主要表現(xiàn)。
三、包裝食品的微生物控制
（一）包裝食品的加熱殺菌
絕大多數(shù)微生物在20～40℃的溫度范圍內(nèi)生長(zhǎng)迅速，若使食品的溫度偏離這個(gè)溫度范圍，就能殺滅細(xì)菌或制造一個(gè)不利于微生物生長(zhǎng)的環(huán)境。
高溫可以達(dá)到殺菌效果，因而大部分包裝食品都要進(jìn)行加熱殺菌，然后才能流通和銷售。加熱殺菌方法可分為濕熱殺菌法和干熱殺菌法；所謂濕熱殺菌是利用熱水和蒸汽直接加熱包裝食品以達(dá)到殺菌目的，這是一種最常用的殺菌方法；所謂干熱殺菌就是利用熱風(fēng)、紅外線、微波等加熱食品以達(dá)到殺菌目的。例如，把經(jīng)過殺菌的食品用熱收縮包裝薄膜包裝后，再用150～160℃的熱風(fēng)加熱5～10min，一方面使包裝膜收縮，另一方面可有效地殺死附著在包裝材料表面的微生物。
1．微生物的耐熱性
食品中最耐熱的病原菌是肉毒桿菌，但有些非病原性、能形成孢子的腐敗菌，如厭氧腐敗菌和嗜熱脂肪芽孢桿菌等比肉毒桿菌更耐熱。因此，通常的加熱殺菌是以殺死各種病原菌和真菌孢子為目的，也可通過變性作用使酶失去活性。表3-4列出了微生物在濕熱下的耐熱性。
2．影響微生物耐熱性的因素
食品成分會(huì)不同程度地增強(qiáng)微生物抗熱性。高濃度糖液對(duì)細(xì)菌孢子有保護(hù)作用，因此糖水水果罐頭的殺菌溫度或時(shí)間一般比不加糖的同類產(chǎn)品高或長(zhǎng)；食品中的淀粉和蛋白質(zhì)也有保護(hù)微生物的作用；油脂對(duì)微生物及其孢子的保護(hù)作用較大，除了直接保護(hù)外，還能阻止?jié)駸釢B透；水分是一種有效的傳熱體，它能滲入微生物細(xì)胞或孢子中，因而一定溫度條件下濕熱比干熱更具有致死性；如果微生物被截留在脂肪球內(nèi)，那么水分就不易滲入細(xì)胞，濕熱致死效果就與干熱相近。因此，同一食品物料中，液相內(nèi)的微生物可以迅速地被致死，而油相內(nèi)菌群卻不易殺死，這就使得油脂類食品的殺菌溫度更高、時(shí)間更長(zhǎng)而造成風(fēng)味損失。
另外，食品成分對(duì)微生物的耐熱性有間接影響，即不同食品成分物料的熱傳導(dǎo)率有差別，如脂肪的導(dǎo)熱性比水差。更重要的是微生物的耐熱性與食品稠度有關(guān)。如果把足夠的淀粉或其他增稠劑添加于食品中，使其內(nèi)部的對(duì)流加熱系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為傳導(dǎo)加熱系統(tǒng)，那么除了對(duì)微生物有直接保護(hù)作用外，還會(huì)緩解熱量至容器內(nèi)或食品物料內(nèi)部冷點(diǎn)的熱滲透速率，這樣就間接地保護(hù)了微生物。pH值對(duì)加熱殺菌也有很大的影響，當(dāng)食品含酸量高時(shí)，如番茄汁或橙汁，就不需高度加熱，因?yàn)樗峥商岣邿岬臍⒕?。如果有足夠的酸度，?3℃，15min加熱殺菌便可達(dá)到要求。一般來說，pH值越低，殺菌所需的加熱溫度也越低、時(shí)間越短。
3．加熱殺菌溫度和時(shí)間組合
加熱殺菌溫度和時(shí)間密切相關(guān)，即溫度越高，破壞微生物所需時(shí)間越短。雖然溫度和時(shí)間是破壞微生物所需要的，但在破壞微生物作用上，同樣有效的不同溫度—時(shí)間組合對(duì)食品的損害作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不同。在現(xiàn)代加熱殺菌中，這是最重要的實(shí)踐，也是幾種比較先進(jìn)的包裝技術(shù)的基礎(chǔ)。
在殺菌溫度—時(shí)間組合中，高溫對(duì)微生物的致死至關(guān)重要，但對(duì)損害食品色澤、風(fēng)味、質(zhì)地和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等更重要的因素是長(zhǎng)時(shí)間，而不是高溫。如果用肉毒桿菌接種牛乳，然后試樣分別按100℃—330min、116℃—10min、127℃—1min條件加熱，雖然其滅菌作用相同，但對(duì)牛乳的熱損害卻大大不同：加熱330min的試樣具有蒸煮味并呈棕色；加熱10min的試樣幾乎有同樣的質(zhì)量問題；加熱1min的試樣雖稍過熱，但其品質(zhì)與未經(jīng)加熱的牛乳差異不大。
在微生物與各種食品之間，敏感性在時(shí)間和溫度方面的差異是一種普遍現(xiàn)象。表3-5為高溫殺菌牛乳溫度對(duì)芽孢破壞速度、加熱時(shí)間及褐變反應(yīng)的比較。微生物對(duì)高溫的相對(duì)敏感性比食品成分大，溫度每上升10℃（18℉），大致能使導(dǎo)致食品變質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率加快1倍，而當(dāng)溫度高于微生物的最高生長(zhǎng)溫度時(shí)，每上升同樣的10℃，會(huì)使微生物破壞的速率加快10倍。
表3-5 高溫殺菌牛乳溫度對(duì)加熱殺菌時(shí)間、褐變、食品營(yíng)養(yǎng)的影響
由于高溫可用較短的滅菌時(shí)間，因此，只要技術(shù)條件可能，對(duì)熱敏性食品應(yīng)盡可能采用高溫瞬時(shí)滅菌處理。例如，對(duì)酸性果蔬汁進(jìn)行巴氏殺菌時(shí)，目前一般采用瞬間巴氏殺菌：88℃—1min或100℃—12s或121℃—2s。盡管三種溫度—時(shí)間組合其滅菌效果相同，但121℃—2s殺菌處理可在果汁風(fēng)味和維生素的保留上獲得最佳效果。然而，如此短的殺菌保溫時(shí)間使殺菌設(shè)備更加復(fù)雜和昂貴。
4．加熱殺菌方法
食品工業(yè)上通常根據(jù)產(chǎn)品特性采用最低標(biāo)準(zhǔn)溫度進(jìn)行加熱殺菌，一般根據(jù)溫度的高低可分為以下三種殺菌方法。
（1）低溫殺菌法：也稱巴氏殺菌（Pasteurigation），由于殺菌溫度低于100℃，食品中還殘存微生物，除了嗜熱性乳桿菌外，均為芽孢菌的芽孢，而大部分芽孢細(xì)菌在5℃以下的低溫環(huán)境中是不能繁殖的，故在80℃左右巴氏殺菌的包裝熟食品，在低溫下貯藏，其保質(zhì)期也是較長(zhǎng)的。巴氏殺菌目的是為了殺菌致病菌和腐敗菌，同時(shí)保證食品有較好的品質(zhì)、彈性和風(fēng)味。
（2）高溫殺菌：主要適用于罐裝、瓶裝及蒸煮袋食品的殺菌。將食品裝入包裝容器中完全密封，用蒸汽或熱水蒸餾殺菌。一般罐頭食品在115℃左右進(jìn)行60～90min的殺菌處理，普通蒸煮袋（RP-F）采用115～120℃殺菌20～40min，高溫蒸煮袋（HRP-F）采用121～135℃殺菌8～20min，超高溫殺菌蒸煮袋（URP-F）采用135～150℃、2min的超高溫殺菌。
（3）高溫短時(shí)殺菌（HTST）和超高溫瞬時(shí)殺菌（UHT）：這是兩種適合于流動(dòng)性液態(tài)或半液態(tài)食品的短時(shí)殺菌方法，能有效地保全食品原有的營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味質(zhì)量，常用于無菌包裝的食品殺菌。
（二）低溫貯存
各種生鮮食品和經(jīng)過處理調(diào)制的加工食品一般都含有較高水分，這些食品在常溫下短時(shí)間內(nèi)放置，就會(huì)因微生物大量繁殖而腐敗變質(zhì)，若采用冷藏或凍結(jié)，其腐變反應(yīng)速度會(huì)明顯降低。
1．冷藏
冷藏能降低嗜溫性細(xì)菌的增殖速度，嗜熱性細(xì)菌一般也不會(huì)繁殖。目前常用三種方法：
（1）低溫與真空并用：食品低溫貯藏時(shí)所產(chǎn)生的代表性腐敗菌一般是需氧性假單孢桿菌，而大部分厭氧性細(xì)菌的繁殖溫度下限為2～3℃，若在無氧的低溫環(huán)境（0℃±2℃）下保藏食品，可大幅度地延長(zhǎng)食品保質(zhì)期，這種方法稱冰溫貯藏。
（2）低溫和CO2并用：CO2能抑制需氧細(xì)菌的繁殖，如果降低包裝內(nèi)的含氧量，再充入CO2進(jìn)行低溫貯藏，能產(chǎn)生更顯著的貯藏效果。
（3）低溫與放射殺菌并用：如果采用能殺滅食品中所有微生物的照射劑量進(jìn)行放射殺菌，食品會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重褐變和異臭而根本不能食用。對(duì)于魚類和畜肉類食品，如果用不影響食品質(zhì)量的低劑量（10～40GY）照射殺滅其中的假單孢菌屬等特殊的腐敗菌，然后進(jìn)行低溫貯藏，其貯存期可延長(zhǎng)2～6倍，這種方法稱輻射殺菌法（Rodurization）。
2．凍結(jié)
普通食品在-5℃左右，其水分的80％會(huì)凍結(jié)，降溫至-10℃時(shí)低溫性微生物還能增殖，溫度再下降，微生物就基本上停止繁殖，但化學(xué)反應(yīng)和酵素反應(yīng)仍未停止。一般認(rèn)為，食品在-18℃以下保質(zhì)期可達(dá)1年以上。
冷凍調(diào)理食品多采用塑料及其復(fù)合材料包裝，并在凍結(jié)狀態(tài)下流通和銷售，這類材料必須具備優(yōu)良的低溫性能，常用的有PA/P，PET/PE，BOPP/PE，AL箔/PE。托盤包裝采用PP，HIPS，OPS等。
現(xiàn)代食品包裝常采用真空、充氣和脫氧包裝技術(shù)與低溫貯藏相結(jié)合的方法來有效地控制微生物對(duì)食品腐變的影響。
（三）微波滅菌
微波是具有輻射能的電磁波，微波用作食品加熱處理已有一定歷史，但微波用作食品滅菌處理的研究只有60多年的歷史，其工業(yè)化則時(shí)間更短。我國(guó)工業(yè)微波加熱設(shè)備常用的固定專用頻率有兩種：915MHz和2450MHz。
1．微波滅菌機(jī)理
微波與生物體的相互作用是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，生物體受微波輻射后會(huì)吸收微波能而產(chǎn)生熱效應(yīng)，而且生物體在微波場(chǎng)中其生理活動(dòng)也會(huì)發(fā)生反應(yīng)和變化，這種非熱的生物效應(yīng)也會(huì)影響微生物的生存。微波輻照細(xì)菌致死可認(rèn)為是微波熱效應(yīng)和非熱力生物效應(yīng)共同作用的結(jié)果，兩種效應(yīng)相互依存、互相加強(qiáng)。細(xì)菌的基本單元是細(xì)胞，細(xì)胞的存活除依靠細(xì)胞膜保護(hù)外，還與細(xì)胞膜電位差有關(guān)，如果維持細(xì)胞正常生理活動(dòng)的膜電位狀態(tài)被破壞，必然會(huì)影響到細(xì)胞的生命狀態(tài)。微生物處在相當(dāng)高強(qiáng)度的微波場(chǎng)中，其細(xì)胞膜電位會(huì)發(fā)生變化，細(xì)胞的正常生理活動(dòng)功能將被改變，以致危及細(xì)胞的存活。這種微波致死細(xì)菌的機(jī)理與傳統(tǒng)加熱殺菌致死完全不同。
組成微生物的蛋白質(zhì)、核酸和水介質(zhì)作為極性分子在高頻微波場(chǎng)中被極化的理論也是常見的微波滅菌機(jī)理的一種解釋。極性分子在高頻高強(qiáng)度微波場(chǎng)中將被極化，并隨著微波場(chǎng)極性的迅速改變而引起蛋白質(zhì)分子團(tuán)等急劇旋轉(zhuǎn)及往復(fù)振動(dòng)，一方面相互間形成摩擦轉(zhuǎn)換成熱量而自身升溫，另一方面將引起蛋白質(zhì)分子變性。對(duì)微生物細(xì)胞來說，如果細(xì)胞壁受到某種機(jī)械性損傷而破裂，細(xì)胞內(nèi)的核酸、蛋白質(zhì)等將滲漏體外而導(dǎo)致微生物死亡。
比較一般加熱滅菌方法，在一定溫度條件下微波滅菌縮短了細(xì)菌死亡時(shí)間，或者，微波滅菌致死的溫度比常規(guī)加熱滅菌的溫度低，這是微波滅菌與傳統(tǒng)加熱滅菌最重要的區(qū)別。當(dāng)然，微波滅菌處理時(shí)能有較高的溫度狀態(tài)，對(duì)充分滅菌是極為有利的。
2．微波滅菌的熱力溫度特性
傳統(tǒng)加熱滅菌其熱力由食品表面向里層傳遞，傳熱速率決定于食品的傳熱特性，這就決定了食品表層和中心的溫度差，以及中心升溫的滯后性，從而延長(zhǎng)了食品整體滅菌所需要的總時(shí)間，而且單純的熱力作用較難殺滅耐熱性較強(qiáng)的芽孢桿菌。微波透入食品加熱傳熱的特性使食品升溫時(shí)間大大短于傳統(tǒng)加熱升溫時(shí)間，而且微波滅菌使細(xì)菌致死的因素還有非熱力的生物效應(yīng)，這使得微波滅菌時(shí)間更短，且溫度較低，這為保持食品的色、香、味和營(yíng)養(yǎng)成分創(chuàng)造了條件。
必須指出，滅菌是對(duì)食品整體而言的。微波滅菌時(shí)食品表面溫度可能會(huì)因散熱或水分散失而低于其內(nèi)部溫度，致使食品表面的細(xì)菌殘留存活，這個(gè)問題應(yīng)予注意和解決。
3．微波滅菌工藝
（1）微波間歇輻照滅菌工藝：用脈沖式微波輻照食品滅菌可取得較理想的效果。脈沖式微波滅菌能在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較強(qiáng)微波電場(chǎng)，間歇作用于食品而使食品升溫，因其按時(shí)間積分平均值計(jì)其總能量不大，食品物料升溫變化相對(duì)來說并不大，但瞬時(shí)強(qiáng)微波電場(chǎng)對(duì)食品物料的極化作用十分強(qiáng)烈，從而大大提高了滅菌效果。但高電場(chǎng)強(qiáng)度和高功率密度將對(duì)微波設(shè)備和被處理物料的耐擊穿性提出更高要求，并需要精確控制輻照時(shí)間，這些要求將使微波設(shè)備成本有所提高。
（2）連續(xù)微波輻照工藝：一般采用較低場(chǎng)強(qiáng)、適當(dāng)延長(zhǎng)微波輻照時(shí)間的連續(xù)微波滅菌工藝。隧道式箱型微波設(shè)備的箱體內(nèi)功率密度較低、能適合于連續(xù)微波滅菌工藝。在物料對(duì)溫度及加熱時(shí)間允許的前提下，適當(dāng)延長(zhǎng)輻照時(shí)間將有利于強(qiáng)化滅菌效果，同時(shí)也能使物料加熱狀態(tài)均衡，減少物料內(nèi)外溫差。用頻率2450MHz、功率5kW的連續(xù)可調(diào)微波設(shè)備對(duì)復(fù)合膜包裝的調(diào)味海帶作滅菌處理，結(jié)果40s～2min大腸桿菌完全殺滅，而傳統(tǒng)加熱殺菌需蒸煮30min。連續(xù)微波滅菌工藝對(duì)袋裝榨菜及包裝月餅、面包、蛋糕等因二次污染的滅菌有較好的效果，可獲得較長(zhǎng)的貯存貨架期。
（3）多次快速加熱輻照和冷卻殺菌工藝：該工藝能快速地改變微生物的生態(tài)環(huán)境溫度，且多次實(shí)施微波輻照滅菌，從而避免被殺菌物料連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)，可有效保持食品的色、香、味和營(yíng)養(yǎng)成分。該滅菌工藝適合于對(duì)熱敏感的液體食品，如飲料、米酒的滅菌保鮮。
微波滅菌作為食品加工新技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)加工食品的保鮮工藝近年來得到較大的發(fā)展。如糕點(diǎn)類、豆制品、畜肉加工制品、魚片干等經(jīng)微波滅菌處理，可較好地保全食品原有風(fēng)味特色，并有效延長(zhǎng)貨架保質(zhì)期。由于微波滅菌保鮮食品其保鮮期長(zhǎng)于冷凍食品，可高于0℃冷藏而無需低溫凍藏，且食用時(shí)烹調(diào)快、能與家用微波爐配套使用，因此，食品微波滅菌技術(shù)將有更廣的應(yīng)用前景。
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