用水分活度、pH及包材的控制

用水分活度、pH、化学物质及包装控制食品加工可以利用水分活度、pH、化学物质及包装来控制病原体生长。而对食品加工来讲，通过控制病原体所需的营养成分，则难以达到目的，因为除特别情形之外，大多数食品为病原体生长产提供了充足的营养。我们还是集中精力通过水分活度、pH、化学物质及包装控制病原体生长。通过分别控制食品中水分活度和pH值，或加入化学添加剂如盐类物质，或通过特定的包装技术调节气体来控制病原体的生长。但是，加工者一般将这些控制技术结合使用，而不是只依赖于一种。因为单一控制系统如完全达到目的，可能是苛刻的，而且使产品不为消费者接受。本节将叙述使用pH、水分活度、抑制剂和气体的微生物学控制。一、控制pH每种微生物生长都有最低、最佳、最高pH值，酵母菌和霉菌可在低pH下生长，当pH值为4.6或以下时可抑制致病菌生长和产生毒素的，这是我们关心的主要问题。但有些病原体，特别是艾希氏大肠杆菌0157:H7，虽然在酸性条件下生长被抑制，仍可存活较长时间。pH是一种抑制病菌生长的方法，而不能破坏现存的致病菌。但是，在低pH值保持时间较长时，很多微生物将被破坏。pH4.6是酸性食品和低酸食品的分界限。有些食品开始是低酸食品，加工后成为酸性食品。这将在后面讨论。天然酸性食品是那些自然含酸的食品。常见的天然酸性的食品有：pH为4.0的桃；pH为3.5的橙汁和pH为3.5的苹果。通常而言，大部分水果属天然酸性的食品。但有些热带水果如菠萝，根据生长条件pH可能大于4.6。低酸食品（pH4.6以上）如有：pH为6.3的生鱼；pH为5.0的青刀豆罐头；pH为5.5的面包和pH为6.2的鲜火腿。如上所述，低酸食品包括含蛋白质食品、各种蔬菜、淀粉质食品及其它多种食品。食品经加工变酸的产品包括如使用醋（醋酸）降低pH的腌渍鱼和腌渍椒，和通过发酵产生乳酸来降低pH的橄榄和甜泡菜。酸化是直接向低酸食品加酸的过程。目标通常为pH4.6或更低。这些食品称为酸化食品，要符合相应的法规如FDA21CFRPART114。有些情况食品虽然经过加酸，但最终pH仍高于4.6，这就需要其他方法来加以控制，如冷藏。发酵是使用某些无害微生物来促进食品化学变化的过程。这些微生物作用的结果是产生酸或乙醇。细菌一般产生醋酸或乳酸，酵母菌一般产生乙醇。通过发酵产生酸或乙醇有两个目的。一是赋予食品特定的品质以产生预期的味道或均匀结构。酸奶就是通过发酵加工具有独特的香味和结构。另一个目的是食品防腐，如腌渍产品，但这类发酵食品的pH一般达不到4.6或以下，所以在冷藏温度下贮存才是安全的。（一）酸化酸化是直接向低酸食品加酸的过程。添加的酸有很多种----醋酸、乳酸和柠檬酸----根据预期成品的特性而选用。另外一些酸化产品包括：腌渍洋葱，腌渍芦笋和生装酸黄瓜。除用酸酸化食品外，可用天然酸性食品如蕃茄作为添加配料，来酸化低酸食品。使用蕃茄的产品包括装有整形芹菜、洋葱或辣椒意大利面条酱。罐装蕃茄通常pH为约4.2，而其它蔬菜为低酸性。如制成食品的pH不同于酸性原料的pH，则认为该食品是酸化的，并适用于法规。例如，蕃茄原料pH是4.2，如制成品pH是4.5则食品已经酸化了，因为蕃茄中的部分酸被用来酸化蔬菜。或者，如制成品pH仍为4.2，则用来酸化蔬菜的蕃茄中的酸量没有明显变化，在这种情况下该产品不适用于酸化食品法规，并且认为不是配制成的酸性食物。这样的食品包括有芥木、蕃茄酱、沙拉调料和其它调味品，都是货架稳定的食品。酸化食品加工者需科学地设定加工过程以保证最终pH肯定低于4.6。加工者需对每批制成品测试平衡后的pH。意思是指所有配料达到自然pH平衡，这对较大颗粒食品可能需长达10天长的时间。需经几天达到平衡pH的产品在这段时间里可能需要冷藏，以防止肉毒梭菌或其它病原体的生长。为加速测试过程，可将产品混成均匀糊状。均质含油的食品时，均质前应将油除去。另一种方法是在产品加油前测试pH，因为油不影响最终pH。（二）测量pH值如加工者要进行酸化处理，必须有某种测量pH的方法。加工者多数选用pH计，但也可使用指示溶液、试纸、或进行滴定确保最终pH低于4.0。如用pH计，需进行适当地校正。pH计可有双电极，或两个功能结合在一个电极上的单个复合电极。一个是参比电极，一个是测量电极。不用时，电极应浸没在蒸馏水或制造商推荐的其它溶液中。每天使用时应用两种缓冲溶液校正仪器，其中一中pH接近所测的平衡pH。校正后，电极应用蒸馏水冲洗，然后用于测试。pH计的操作和校正应遵照制造商的说明进行。（三）直接酸化和批酸化向产品中加酸有几种不同方法。一种方法称为直接酸化，即在生产低酸食品过程中，在单个制成品容器中加入预先确定数量的酸。用此方法，重要的是加工者控制酸与食品比例，酸化蔬菜最常用的方法。另一种方法是批酸化，顾名思义，酸和食品大批混合后让其平衡。然后包装酸化食品。对经批酸化的制成品监测pH所需频率要比经直接酸化的低。这是因为直接酸化缸与缸之间有变化，而批酸化则不然。最后一点，按配方配制的酸化食品和酸性食品的，必须进行充分地热处理以灭活腐败微生物和病原体的繁殖体。两个原因，一个是防止腐败导致经济损失，另外是腐败生物的繁殖可使pH升高，危及产品的安全。关于酸化食品的加工工程，可查找美国FDA《酸化食品生产者检验指南》或其他资料。（四）发酵对于发酵食品，判定一个特定食品是否安全时常常令人困惑。发酵食品如发酵泡菜和酸奶等。葡萄酒和啤酒，是用酵母菌使产品发酵产生乙醇，乙醇使产品防腐。在酸泡菜、发酵香肠、奶酪、甜酸泡菜、橄榄和酪乳的生产中，发酵时细菌产生了乳酸。霉菌也用于某些食品的发酵，主要是为了味道和其它特性，如酱油和其它中国特色食品，。实际上，发酵实在是一种艺术。一方面需要促进好的微生物生长同时一方面阻止会引起腐败的不良微生物生长。通常的作法是向食品中加盐或发酵剂，或在某些情形中将其轻微地酸化。发酵剂可以是酵母菌或细菌。在很多发酵产品中，一个普遍现象就是没有消除产酸细菌的加工过程。所以大部分发酵产品必须保持冷藏，以保证发酵细菌不会使产品腐败。二、控制水分活度（一）常见食品的水分活度如同pH，每种微生物体有其生长的最低、最佳、最高水分活度。酵母菌和霉菌可在低水分下生长，但是0.85是病原体生长的安全界限。0.85是根据金黄色葡萄球菌产生毒素的最低水分活度得来。0.85以上水分活度食品需要冷藏或其它措施来控制病原体生长。水分活度0.60至0.85的食品为中等水分食品，这些食品不需要冷藏控制病原体，但由于主要酵母菌和霉菌引起的腐败，要有一个限定货架期。对大部分水分活度在0.6以下食品，有较长的货架期，也不需冷藏，这些食品称为低水分食品。表1 常见食品的水分活度水分活度分类控制要求0.85以上水份较大的食品要求冷藏或其他措施控制病原体生长0.6—0.85中等水份食品不需要冷藏控制病原体由于因酵母和霉菌引起的腐败而限制货架期0.6以下低水份食品较长货架期，也不需要冷藏表2 水份较高的食品（水分活度高于0.85）的一些例子：水份较高的食品水分活度生鱼0.99苹果0.99牛奶0.98熏火腿0.87面包0.95大部分生肉、水果和蔬菜属于水份较高的食品（水分活度高于0.85）。值得注意的是面包，多数人认为它是干燥，货架稳定的产品。实际上，它有相当高的水分活度，它只是因pH、水分活度的多重屏障，而使之安全，并且霉菌比病原体更容易生长，换言之，它变危险之前就长霉变绿了。有些独特风味的产品如酱油外表像是高水分产品，但因盐、糖或其它成分结合了水分，它们的水分活度很低，其水分活度在0.80左右。因果酱和果冻的水分活度可满足酵母菌和霉菌生长，它们需在将包装前轻微加热将酵母菌霉菌杀灭以防止腐败。表3 中等水分食品（水分活度在0.60至0.85之间）的一些例子：中等水分食品水分活度糖蜜0.76重盐渍鱼如鳗鱼0.70面粉0.70果酱0.80果脯0.70酱油0.80表4 货架完全稳定产品，或低水分食品（水分活度0.60以下）的产品如：低水分食品水分活度干面条0.50饼干0.10所以食品按其水分活度可划分为三类。有些中等和低水分活度食品为天然低水分活度，例如，糖蜜和面粉。因为加工时不必控制水分活度，将不讨论这些食品。其它中等和低水分活度食品，如果脯、腌鱼、草莓酱、饼干、酱油和面条，开始是高水分活度食品，加工后，水分活度降低了。（二）控制水分活度有些产品需仔细控制水分活度，其它则不必。例如，果酱如果不用糖降低已有水分活度，将不成酱----或者说不成冻胶----也不能投放市场。这类产品不需为安全而控制水分活度。降低食品中水分有两种传统方法，即干燥和加盐或糖结合水分子。干燥是食品防腐最古老的方法之一。除防腐之外，干燥产生了食品的自身特性，如同发酵。世界上很多地方还在用开放式空气干燥，一般而言有四种基本干燥方法。热空气干燥----用于固体食品如蔬菜、水果和鱼喷雾干燥----用于流体和半流体如牛奶真空干燥----用于流体如果汁冷冻干燥----用于多种产品另一种降低食品水分活度的方法是加盐或糖。这种类型食品的例子有----酱油、果酱和腌鱼，这不需要非常特殊的设备。对流体或半流体产品，如酱油或果酱，用配方加工控制。对固体食品如鱼或熏火腿，可用盐干燥，即放入盐溶液或浸入盐水中。控制水分活度分两步。第一，科学地设定可保证水分活度为0.85或更低的干燥、盐渍或加工配方，然后严格地执行。第二，可取制成品样品测试其水分活度。三、化学抑制剂有时所选定的食品控制方法不能防止所有的微生物生长。这种情况下，可添加化学物质以进一步确保产品的安全。化学防腐剂包括苯甲酸盐、山梨酸、亚硫酸盐、亚硝酸盐和抗生素。化学防腐剂通过使微生物蛋白质变性，抑制酶和改变或破坏细胞壁或细胞膜而达到控制效果。（一）常用的化学试剂苯甲酸盐，包括苯甲酸、苯甲酸钠或钾和对羟苯甲酸。它们主要用于抑制酵母菌和霉菌。山梨酸盐，包括山梨酸、山梨酸钠和钾。山梨酸盐用于抑制霉菌。丙酸用于抑制面包、蛋糕和奶酪中霉菌。亚硫酸盐，包括二氧化硫用于多种产品如柠檬汁、水产品、蔬菜、糖蜜、葡萄酒、果脯和果。亚硫酸盐主要作为抗氧化剂，但也有抗微生物特性。亚硝酸盐，用于熏肉和熏鱼，通常与盐和糖混合使用。亚硝酸盐抑制肉毒梭菌的生长。盐也用于阻止病原体生长，特别是肉毒梭菌。乳酸链球素和游霉素（NISIN，NATAMYCIN）是两种被批准可直接用于食品的抗生素。它们用于奶酪中作为抗微生物剂。使用的化学防腐剂，必须经过有关部门批准，使用的浓度也应在规定的范围内。另外在食品的标签上应注明使用成分。（二）使用化学防腐剂控制化学防腐剂使用的控制很简单的配方。意思是加工者需对每批产品严格控制食品添加剂的剂量。四、控制包装包装不同于其它控制方法，虽然包装有时用于控制微生物生长，但对腐败生物体的控制是有限的，不能作为可控制致病菌生长的单一方法。但通过改变包装有助于产品安全性，所以在这里加以讨论。从食品安全角度看，包装有两个功能，可防止食品污染，也可增加食品控制的有效性。（一）包装类型很多产品是真空包装。真空包装是在将封口前用机械抽出包装中空气。产品放在低透氧性袋中，再放在真空机内用机械抽出袋中空气然后进行热封口。薄膜紧贴在产品上。袋中不残留空气或气体。充气包装产品可包装于充气包装中。充气包装包括一次充气和封口处理。所充的气体有三种，可单独或混合使用，包括氮气、二氧化碳和氧气。这些气体都有各自不同功能。氮气取代氧气，因而减弱了需氧腐败生物的生长。二氧化碳能使很多微生物致死，破坏腐败生物以延长货架期。氧气是需氧腐败生物体生命线。但含有一定氧气可增加抑制肉毒梭菌的安全性。通常为浓度约2至4％的氧。然而，包装中存在的氧可使腐败微生物生长，并消耗氧气以至降低至2％安全浓度之下，这样产品的保质期受到限制。（二）控制气体包装控制气体包装是一个动态过程，包装中使用氧清除剂，在整个货架期内保持包装中的气体。吸收氧气有利于较长货架期产品，因为大部分包装对氧气都有某种程度的通透性。不同的包装膜具有不同的透氧性。这些包装用于货架期较长产品的贮存。这类包装用于蔬菜如生菜。当植物体呼吸时，它们吸入氧气排出二氧化碳。如果薄膜限制了现有氧气的含量，则可降低呼吸的速度并延长货架期。包装于油中的产品，不必用特殊包装来减少氧的存在以制造成一个厌氧环境，如油泡大蒜，可产生同样的厌氧环境。减氧包装：所有这些不同包装形式归为一类称为减氧包装。使用减氧包装可防止腐败生物的生长，因而延长产品的货架期。同时还对产品品质有些其它益处，如减轻酸败和褪色。使用这种包装还应注意，货架期较长的产品为病原体生长和产生毒素提供了更多的时间。氧浓度低时，比需氧腐败生物而言，更有利于厌氧和兼性厌氧病原体的生长。因此，有可能在腐败前就已产生毒素。（三）肉毒梭菌的控制虽然一般关注其它病原体，但主要关注的是肉毒梭菌。从这点考虑，除非有其它对肉毒梭菌的控制措施，否则不能使用这些包装技术。这些控制措施包括：水分活度低于0.93并且充分冷藏以控制其它病原体；pH低于4.6；盐分高于10％，数量较多的竞争微生物；在最终容器中热处理；在冷冻条件下贮存和销售。每种控制措施自身都能有效地控制肉毒梭菌生长。真空包装生肉和禽肉，如同发酵奶酪，是利用竞争微生物抑制肉毒梭菌产生毒素的例子。像发酵产品如奶酪，发酵剂增殖产酸可防止肉毒梭菌生长一般产品的热处理是在金属罐里，但也可在玻璃缸或软蒸煮袋中。这些是货架稳定产品。零售和家庭冰箱的温度常常不能控制在能充分阻止肉毒梭菌生长的温度。单独通过真空包装、部分蒸煮、冷藏保存不能作为唯一的屏障。因此为产品的安全，在加工、贮存和销售过程中必须严格控制冷藏。