第三节 食品的变质及其控制

【学习目标】

1.掌握引起食品变质的原因。

2.熟悉食品变质的控制措施。

3.了解课程的主要研究内容。

【基础知识】

一、食品的变质

食品含有丰富的营养成分，在常温下贮存时，极易发生色、香、味的劣变和营养价值降低的现象，如果长时间放置，还会发生腐败，直至完全不能食用，这种变化称作食品的变质。

所有的食品在贮藏期间都会经历不同程度的变质。食品变质主要包括食品外观、质构、风味等感官特征，营养价值、安全性和审美感觉的下降等。食品感官质量的变化容易被人们发现，但食品的营养质量、卫生质量和耐藏性能的变化却不总能被感官觉察，需借助于物理和/或化学的方法测定，进而加以判断。在食品加工中引起食品变质的原因主要有下列三个方面。

（一）微生物的作用

微生物大量存在于空气、水和土壤中，加工用具和容器中，存在于工作人员的身上，附着在食品原料上，可以说无处不有，无孔不入。在食品的加工、贮藏和运输过程中，一些有害微生物在食品表面或内部繁殖，引起食物的腐败变质或产生质量危害，是导致食品变质的主要原因。

微生物的种类成千上万，细菌、酵母和霉菌是引起食品腐败的主要微生物，尤以细菌引起的变质最为显著。这些微生物能产生不同的酶类物质，因此可分解和利用食品的营养成分。例如有些微生物可分泌各种碳水化合物酶使糖类发酵，并使淀粉和纤维素水解；一些微生物能分泌出脂肪酶使脂肪水解而产生酸败；产生蛋白酶的微生物能消化蛋白质并产生类似氨的臭味。有些微生物会产酸而使食品变酸，有些会产生气体使食品起泡，有些会形成色素和使食品褪色，有少数还会产生毒素而导致消费者中毒。食品在自然条件下受到污染时，各种类型的微生物同时存在，从而导致各种变化可能同时发生，包括产酸、产气、变臭和变色。

常见的易对食品造成污染的细菌有假单胞菌、微球菌、葡萄球菌、芽孢杆菌与芽孢梭菌、肠杆菌、弧菌及黄杆菌、嗜盐杆菌、乳杆菌等。霉菌对食品的污染多见于南方多雨地区，目前已知的霉菌毒素有200种左右，与食品质量安全关系较为密切的有黄曲霉毒素、赫曲霉毒素、杂色曲霉素等。霉菌及毒素对食品污染后可引起人体中毒，或降低食品的食用价值。据不完全统计，全世界每年平均有2%的化合物由于霉变不能食用而造成巨大的经济损失。

但并不是所有的微生物都会致病或导致食品腐败，实际上某些类型的微生物的生长是人们所期望的，被用来生产和保藏食品，例如，柠檬酸、氨基酸等的发酵，酒类、酱菜、酱油等调味料的生产，干酪、乳酸饮料等的生产都是利用有益微生物及其代谢产物来为人类服务。

（二）酶的作用

同微生物含有能使食品发酵、酸败和腐败的酶一样，食物原料的生命体中也存在很多的酶系，其活力在收获和屠宰后仍然存在。例如，苹果、梨、杏、香蕉、葡萄、樱桃、草莓等水果和一些蔬菜中的多酚氧化酶，诱发酶促褐变，对加工中产品色泽的影响很大。又如动物死后，动物体内氧化酶产生大量酸性产物，使肌肉发生显著的僵直现象；自溶也是酶活动下出现的组织或细胞解体的一种现象。

食品原料中还可能含有脂肪酶、蛋白酶、氧化还原酶等，这些酶的活动能引起食物或食品的变质。除非已由热、化学品、辐射和其他手段对食物或食品中的酶加以钝化，否则就会继续催化化学反应。

酶的活性受温度、pH、水分活度等因素的影响。如果条件控制得当，酶的作用通常不会导致食品腐败。经过加热杀菌的加工食品，酶的活性被钝化，可以不考虑由酶作用引起的变质。但是如果条件控制不当，酶促反应过度进行，就会引起食品的变质甚至腐败。比如果蔬的后熟作用和肉类的成熟作用就是如此，当上述作用控制到最佳点时，食品的外观、风味和口感等感官特性都会有明显的改善，但超过最佳点后，就极易在微生物的参与下发生腐败。

（三）物理化学作用

食品在温度、水分、氧气、光及时间的作用下发生的物理变化和化学变化，也是造成食品变质的因素。

1.温度

温度是影响食品质量变化最重要的环境因素。温度因提供物质能量，可使分子或原子运动加快，反应时增加碰撞几率而使反应速度提高。温度与反应速率常数呈指数关系，反应速率随温度的变化可用温度系数Q₁₀表示。

式中 K_θ——温度θ时的反应速度；

K_θ+10——温度为（θ+10）时的反应速度；

因此，温度系数Q₁₀表示温度每升高10℃时反应速度所增加的倍数。换言之，温度系数表示温度每下降10℃反应速度所减缓的倍数。酶促反应和非酶促反应的温度系数不同。

温度除对微生物产生作用外，如果不加控制也会导致食品变质。过度受热会使蛋白质变性、乳状液破坏、因脱水使食品变干以及破坏维生素，挥发性风味物质受热易丧失。未加控制的低温环境也会使食品变质，如水果和蔬菜冻结，它们会变色，改变质构，外皮破裂，易为微生物侵袭。冻结也会导致液体食品变质，如冻结导致牛乳脂肪球膜破裂，造成奶油上浮。

2.水分

水分不仅影响食品的营养成分、风味物质和外观形态的变化，而且影响微生物的生长发育和各种化学反应，过度的吸水或脱水还会导致食品发生实质性的改变。化学变化和微生物生长都需要水分，过量的水分含量会加速这些变质。食品在失水和复水时也会发生外观和质构的变化。

环境的相对湿度稍有变化而产生的表面水分变化会导致成团、结块、斑驳、结晶和发黏等表面缺陷。食品表面的极微量的冷凝水可成为细菌繁殖和霉菌生长的重要水源，这种冷凝并不一定来自外界。在防潮包装中，水果或蔬菜通过呼吸作用或蒸发放出水分，这些水分被包装截留，供给有破坏作用的微生物生长；没有呼吸作用的食品在防潮包装中也会散发出水分，从而改变包装内部的相对湿度，特别是贮藏湿度降低时，这些水分又重新凝结在食品表面。

3.氧气

空气中20%的氧气具有很强的反应性，对许多食品产生实际的变质作用。如在空气和光的条件下，由氧化反应引起变质，发生油脂的氧化酸败、色素氧化变色、维生素（特别是维生素A和维生素C）氧化变质等。除了因化学氧化作用对营养物质、食品色泽、风味和其他食品组分产生破坏作用外，氧还是霉菌生长所必需的。所有的霉菌都是需氧的，这也是为什么发现霉菌在食品和其他物质的表面或裂缝中生长的原因。

4.光

光的存在能破坏某些维生素，特别是维生素B₂、维生素A、维生素C，而且能破坏许多食品的色泽。光还能导致脂肪氧化和蛋白质变化，如瓶装牛乳暴露在阳光下会产生“日光味”。

组成自然光或人造光的所有波长的光并不被食品组分等量地吸收或者具有相同的破坏性。在自然光或荧光下，香肠和肉色素的表面变色情况是不同的。敏感性食品采用不透明的包装，或者将化合物包入透明薄膜中以除去特定波长的光。

5.时间

微生物的生长、酶类的活动、食品组分的非酶反应、挥发性风味物质的丧失以及湿度、水分、氧和光的作用都是随时间而进展的。几乎所有的物理化学变化都是随时间的增长而严重，即食品质量随时间而下降。这说明食品加工可延长食品的货架寿命，但不能无限延长，最终任何食品的质量都会下降。

当然也有些食品，如干酪、香肠、葡萄酒和其他发酵食品加工后贮放一段时间，即陈化后可使风味更好、品质提高。但陈化过的食品在贮藏中同样会有质量下降现象。

6.非酶反应

虽然食品变质的化学反应大部分是由于酶的催化作用，但也有一部分是与酶无直接关系的化学反应。例如，食品中有蛋白质和糖类化合物存在时，在受热时更易发生美拉德反应引起褐变；再如油脂的酸败、番茄红素的氧化，甚至罐头内壁的氧化腐蚀和穿孔，都是与酶无关的化学反应。

除了上述原因之外，还有很多其他因素也会导致食品的变质。例如昆虫、寄生虫和老鼠等的破坏力也较强；重物的挤压以及机械损伤，轻的会引起食品呼吸强度加强，腐败速度加快，重者使食品变形或破裂，导致汁液流失和外观不良，给微生物侵入、污染食品创造时机，加速食品变质。

引起食品变质的因素通常不是孤立作用的。组成食品的高度敏感的有机及无机物质和它们之间的平衡、食品的组织结构及分散体系都会受到环境中的几乎每一个变量的影响。例如，细菌、虫和光都能同时起作用，使食品在产地或仓库内变质；热、水分和空气都同时影响细菌的生长和活力以及食品中酶的活力。在任一时间都会发生多种形式的变质，视食品和环境条件而定。有效的加工保藏方法必须消除所有这些已知的影响食品质量的因素，或使它们减小到最低程度。如就肉罐头而言，肉装在金属罐内不仅是为了防虫、防鼠，而且可以避光，因为光会使肉变色和可能破坏其价值；罐头还可以保护肉不致脱水；封罐前抽真空或充氮以除去氧，然后密封罐并加热以杀死微生物和破坏肉中的酶；加工后的罐头及时冷却并放在阴凉室内贮存，以避免嗜热型微生物的生长。因此，加工保藏方法必须考虑与食品变质有关的所有主要因素，这些因素需要逐个认真考虑。

二、食品变质的控制措施

食品质量在贮藏过程中的变化是难以避免的，但其变化的速度受到多种环境因素的影响，并遵循一定的变化规律。人们通过控制各种环境因素和利用其变化规律就可以达到保持食品质量的目的。

如果想短时间保存食品，应尽量保持食品的鲜活状态，原料一经采收或屠宰后即进入变质过程，食品品质会随贮藏时间的延长而变差。例如成熟期采收的冬瓜在通常环境条件下放置数十天仍可保持鲜态，煮熟的瓜片失去了果蔬的耐贮性、抗病性，通常在夏天一夜就变馊了；家畜、家禽和鱼类在屠宰后，组织死亡，但细胞中的生化反应仍在继续，存在于这些产品中的微生物是活着的，会导致这些动物性原料容易发生腐败变质。原料在采收或屠宰后通过清洗、冷却等处理可在短时间内延缓变质，时间从几个小时或者几天，但由于微生物和天然食品酶类不会被破坏或者没有全部失活，很快就会起作用了。

对于食品的长期保藏来说，有必要采取进一步的预防措施，主要是使微生物和酶失活或受到抑制，以及降低或消除引起食品腐败的物理化学反应。控制食品变质的方法越来越多，最重要的手段是温度、干燥、酸、糖、盐、烟熏、空气、化学物质、辐射和包装等。

食品加工就是要针对引起食品变质的原因，采取合理可靠的技术和方法来控制腐败变质，以保证食品的质量和达到相应的保藏期。对于由化学变化引起的食品变质如氧化、褐变，则可以根据化学反应的影响因素来选择化学保藏剂。对于生物类食品或活体食物类，加工与保藏主要有四大类途径。

1.维持食品最低生命活动

新鲜果蔬是有生命活动的有机体，当保持其生命活动时，果蔬本身则具有抗拒外界危害的能力，因而必须创造一种恰当的贮藏条件，使果蔬采后尽可能降低其物质消耗的水平，如降低呼吸作用，将其正常衰老的进程抑制到最缓慢的程度，以维持最低的生命活动，减慢变质的进程。湿度是影响果蔬贮藏质量最重要的因素，同时控制贮藏期间果蔬贮藏环境中适当的氧和二氧化碳等气体成分的组成，是提高贮藏质量的有力措施。

2.抑制微生物和酶的活动

利用某些物理、化学因素抑制食品中微生物和酶的活动，这是一种暂时性的保藏方法，如降低温度（冷藏和冷冻）、脱水降低水分活度、利用渗透压、添加防腐剂、抗氧化剂等手段属这类保藏方法。这样的保藏期比较有限，易受到贮藏条件的影响。解除这些因素的作用后，微生物和酶即会恢复活动，导致食品腐败变质。

3.利用发酵原理

发酵保藏又称生物化学保存，是利用某些有益微生物的活动产生和积累的代谢产物如酸、酒精和抗生素等来抑制其他有害微生物的活动，从而达到延长食品保藏期的目的。食品发酵必须控制微生物的类型和环境条件，同时由于本身有微生物存在，其相应的保藏期不长，且对贮藏条件的控制有比较高的要求。

4.无菌原理

即杀灭食品中的致病菌、腐败菌以及其他微生物或使微生物的数量减少到能使食品长期保存所允许的最低限度。例如，罐头的加热杀菌处理。此外，还有原子能射线辐射杀菌、过滤除菌和利用压力、电磁等杀菌手段，其中一些方法由于没有热效应，又被称为冷杀菌。通常这样的杀菌条件充足的话，食品将会有很长的货架寿命。

三、本课程的主要研究内容

食品加工原理是食品类专业的一门专业技术基础课、必修课，它是一门运用生物学、微生物学、化学、营养学、食品工程等方面的基础知识，研究各种食品原料在食品生产和贮运过程中涉及的基本技术问题。

虽然许多基本的单元操作几乎没有什么变化，但是新的知识已经涌现出来，这些新的发展对食品加工领域的影响与日俱增。本教材在借鉴国内外优秀教材的基础上，较系统地阐述了食品加工与制造过程涉及的主要工艺原理和技术进展，并且引入了食品加工中采用的新方法、新技术。内容包括绪论、食品脱水、食品的低温处理、食品的热处理、食品非热加工、食品的化学处理技术、食品生物处理技术、食品包装技术等方法，并增加了综合实训内容。通过上述内容的学习，使学生掌握食品加工的原理，学会分析生产过程存在的技术问题，并提出解决问题的方法。