[科普中国]-生机原理

简介

在食品加工和保藏过程中，对于化学性败坏，一般只能在加工过程中通过技术控制将其限制到最小程度，但不容易根除；对于物理性败坏，只要加工操作规范，贮存环境适宜，一般对食品的保藏也构不成威胁。真正影响食品保藏的，是微生物的活动。因此，食品的保藏原理，主要是针对生物败坏提出来的，其保藏方法，又主要是针对杀灭或抑制微生物的活动。食品的保藏原理，概括起来有四种，即无生机原理、假死原理、不完全生机原理和完全生机原理1。

无生机原理无生机原理使食品所处的体系处于无生机状态，即商业无菌状态。

商业无菌是指杀灭食品中的病原菌、产毒菌以及导致食品败坏的腐败菌，从而保证食品正常的货架寿命。商业无菌处理后，如热处理，仍可能存在少量的耐热芽胞，但经热处理后，这类细菌在贮存过程中不能正常繁殖。

为了创造和保持果蔬加工品的无生机环境，通常要采用密封和杀菌的手段。运用此原理保藏的食品主要有罐头和果蔬汁。

为创造商业无菌状态而采取的杀菌措施，通常有三种方式，即热杀菌、冷杀菌和化学杀菌。

热杀菌法原理：微生物细胞原生质由于热作用而发生凝固，酶活性遭到破坏，微生物被杀死。一般来说，温度越高，时间越长，杀菌效果越好，但这就常导致食品色、香、味、组织结构及营养价值降低。因此，进行加热杀菌时，必须充分注意保持食品的营养成分，尽量减少热处理对食品质量的不良影响。

酵母菌对热敏感，最适生长温度25～30℃，在60～66℃条件下几分钟即被杀死。因此，加热杀菌后的食品中，一般不存在酵母菌。只有少数真菌较耐热．应注意对其杀灭的效果。如纯黄丝衣霉等，若未能将其杀灭，常引起果汁、罐头变质。但其孢子的耐热性远比细菌弱。

就食品杀菌而言，真正的杀灭对象是细菌。如果制定的杀菌规程能杀灭细菌，则酵母菌及其他真菌可一同被杀灭。根据细菌的耐热性，可将其分为四种类型：嗜热菌，嗜温菌，低温菌和嗜冷菌。

热灭菌法可分为：煮沸灭菌法、巴氏消毒法、高压蒸汽灭菌法、流通蒸汽灭菌法、和间歇蒸汽灭菌法。

冷杀菌法冷杀菌（物理杀菌）是当代一类崭新的技术，物理杀菌条件易于控制，外界环境影响较小，由于杀菌过程中食品的温度并不升高或升高很低，即有利于保持食品功能成分的生理活性，又有利于保持色、香、味及营养成分，所以包装与食品机械的设计与制造上采用冷杀菌技术是非常必要的。

冷杀菌法主要可分为：超高压脉冲电场杀菌，强磁场脉冲杀菌，脉冲强光杀菌，臭氧杀菌，放射线杀菌，微波杀菌，超声杀菌等。

化学杀菌法所谓化学杀菌法，就是使用杀菌剂的方法，在此将含有静菌作用的材料称为杀菌剂。从历史上看，杀菌剂的开发研究出于两个目的：一个是为了防止物件腐烂的防腐剂，另一个是用于医疗目的的医药用品。

常用的主要杀菌体系有以下几种。

①酒精系：乙醇、异丙烯。

②酮、醛系：甲醛、戊二醛。

③酚系：甲酚、洗必泰。

④氯化物系：次亚氯酸钠、漂白粉。

⑤碘系化合物系：复方碘甘油液、聚乙烯吡咯酮碘。

⑥四级氨盐：氯化亚苄基毒芹。

⑦过氧化物：过氧化氢、过锰酸钠。

⑧重金属化合物：硝酸银、红汞。

⑨抗生物质：盘尼西宁、链霉素、先锋霉素等。

所谓利用杀菌剂杀菌是使菌体内的各种物质(蛋白质、脂质、核酸等)变性，或者与这些物质结合使之失去正常的功能。乙醇、醚等有机溶剂很多有杀菌作用，其杀菌作用是这些溶剂使细胞内外的脂质溶解而不能产生正常的功能。就酸、碱而言，也是由于其使细胞加水分解而显现出杀菌效果2。

假死原理假死原理采取一定的措施使微生物处于抑制状态，同时使酶失活，措施一旦解除，微生物又能恢复活动。利用此原理保藏的食品主要有果蔬糖制品、果蔬干制品、蔬菜腌制品、速冻食品。为了达到抑制微生物活动的目的，通常可以采取降低pH、降低水分活度、提高渗透压、改变气体环境、降低温度等措施。

采取一定的措施使微生物处于抑制状态，同时使酶失活，措施一旦解除，微生物又能恢复活动。利用此原理保存的食品主要有糖制品、干制品、腌制品、速冻食品。

利用假死原理保存食品的方法主要有降低pH值、降低水分活度、提高渗透压、降低温度、改变气体环境等。

(一)降低pH值

通常腐败细菌的耐受最低酸碱度大都在pH值4.5以上，因此，pH值4.5以下时，能抑制绝大多数微生物的生长繁殖。如酸泡菜含酸量0.4%～0.8%，糖醋菜含酸量1%～2%，均产生了明显的抑菌作用。

(二)降低水分活度

微生物的活动与水分含量有关，如酵母菌生存含水量为30%以上，真菌要求含水量12%以上，但有的在2%含水量下仍能生存，因此，单纯用含水量并不能确定微生物的生存条件，应以水分活度来确定微生物生存的水分条件。

一般只要水分活度低于0.65即可达到保存食品的目的，当然也有例外，如干霉在水分活度0.6时仍能生存。降低水分活度的方法主要有：①脱水，如脱水菜、冷冻。②通过化学处理或物理处理，使食品中原来隐蔽的亲水基团裸露出来，以增加对水分子的约束。③添加亲水性物质。这类物质有盐(氯化钠、乳酸钠)、糖(果糖、葡萄糖)和多元醇(甘油、丙二醇、山梨醇等)。

(三)提高渗透压

提高食品的渗透压，使附着的微生物无法从食品中吸取水分，因而不能生长繁殖，甚至在渗透压高时，还能使微生物内部的水分反渗透出来，造成微生物发生生理干燥，使其处于假死状态或休眠状态，从而使食品得以长期保存。

在生产上应用高渗原理保存的食品主要有糖制品、腌制品。如1%食盐可以产生618.083千帕(6.1个大气压)的渗透压、1%蔗糖可以产生70.928千帕(0.7个大气压)的渗透压、1%葡萄糖可以产生131.723千帕(1.3个大气压)的渗透压，而微生物的耐压能力一般仅为354.638～1692.128干帕(3.5～16.7个大气压)的渗透压，故10%的食盐或65%的食糖对于绝大多数食品具有较强的保存能力。

(四)降低温度

低温条件下，有的微生物被冻死，有的微生物因温度过低而无法活动，处于假死状态。运用此法保存食品需具备两个基本条件。一个是温度需足够低，商业上一般在-18℃以下；另一个是温度需要恒定。

(五)改变气体环境

采用改变气体条件的方法是降低氧分压，一方面可以限制需氧微生物的生长，另一方面可以减少营养成分的氧化损失，如密封(如泡菜腌制时水封口)、脱气(罐头、饮料)、真空包装等。

采用低强度的杀菌处理(加工处理)减菌，如蔬菜、肉类和水产品每克原料含菌105～106个，经减菌处理，使之降至10～102个，然后改变气体条件，抽出氧气，充入氮气，置换率达到99%，食品保存效果较好，货架期可达到6～12个月3。

不完全生机原理不完全生机原理指利用某些有益微生物的活动，或利用这些微生物产生和积累的代谢产物，抑制其它有害微生物的活动。如利用乳酸菌进行乳酸发酵，酵母菌进行酒精发酵，利用醋酸菌进行醋酸发酵等。

利用某些有益微生物的活动，或利用这些微生物产生和积累的代谢产物，抑制其他有害微生物的活动，如利用乳酸菌进行乳酸发酵、酵母菌进行酒精发酵、醋酸菌进行醋酸发酵等抑制其他微生物生长，在食品生产中应用较为广泛。利用此方法保存食品，有益微生物的代谢积累需达到一定程度方能发挥抑菌作用，如乳酸需0.7%以上，醋酸1%～2%，酒精10%以上。

完全生机原理完全生机原理通过维持果蔬正常的、缓慢的生命活动而达到保藏食品的目的。完全生机原理是保藏鲜活农副产品和加工原料的主要依据。因此，需要创造一个适宜的环境条件，使果蔬原料采后呼吸变慢，衰老进程减缓，尽可能地将其物质损耗水平降至最低。果品蔬菜的冷藏保鲜也是利用了此原理。

根据果蔬加工品败坏的原因和保藏的原理，即可采取相应的工艺措施，以达到食品长期保藏的目的。各种食品保藏的方法都是创造一种有害微生物不能生长发育的条件，而食品加工的重点也是在寻求食品最佳的保藏方法中逐步完善。

生物只有在维持其旺盛的生命活动时才具有最强的抗逆性。但不可能通过维持产品旺盛的生命活动来实现食品的保存，只能维持其最低生命活动。因此。完全生机原理只是相对于前面三种保存方法而言。新鲜果品是具有生命活动的机体，采收后仍进行着生命活动，最容易觉察到的即呼吸作用。创造一个适宜的环境条件，使果品采收后呼吸变慢，减缓衰老进程，尽可能地将其物质损耗水平降至最低。但从理论上讲，由于保存的是活的生命体，故称其为完全生机原理4。