食品保藏加工原理与技术

第1章 绪论 食品保藏是为防止食品腐败变质，延长食用期限及长期保存所采取的技术措施。保藏在概念上包括储藏和贮藏（storage），储藏强调储存，贮藏则强调保鲜，如粮食储藏、果蔬贮藏。以保藏为主要目的的加工归结为食品保藏（preservation）加工，以加工产品为主要目的则为食品加工（processing）。但有些时候，食品加工与保藏不易区分，甚至可以相互转化，如早先的腌腊制品加工是为了保藏目的，但现在已经成为特色肉品加工目的。对于食品生产来说，食品加工与保藏是密不可分的，如罐藏食品，杀菌工序是典型保藏目的，但其前期加工调味等则不属保藏目的。任何食品离不开保藏，没有食品保藏就没有食品的储备、流通、市场。食品保藏既是独立的一类加工技术，又是各类加工食品必不可少的保藏技术。从广义来说，食品加工在概念上包括食品保藏加工，一般农畜产品食物原料初级加工多为保藏性加工，如食品冷加工、干制、杀菌为食品保藏范畴，而酿造加工、油脂加工、焙烤加工则纯属于食品（精深）加工范畴。也正因为如此，一些专业书籍的主体内容均为食品保藏加工理论，如《食品保藏原理》与《食品加工原理》，但后者在精深加工技术原理上明显增加。 1.1 食品保藏加工是农业产业化的必然需求 国以民为本，民以食为天。粮食既是关系国计民生和国家经济安全的重要战略物资，也是人民群众*基本的生活资料。粮食安全与社会的和谐、政治的稳定、经济的持续发展息息相关。完善粮食应急储备体系，确保粮食市场供应，*大限度地减少紧急状态时期的粮食安全风险，是政府的职责，也是粮食安全保障体系的重要组成部分。菜篮子工程关系到民生根本，关系到国民生活水平、食品安全、和谐社会创建。加强蔬菜贮藏保鲜技术的研究与应用，稳定蔬菜价格，在保障城市居民的消费需求的同时，促进农民的持续增收，避免“蒜你狠”等现象的再度发生，以免菜贵伤民。近年来，全国出现蔬菜价跌滞销现象，似乎一夜之间，菜价行情出现了逆转，全国大部分地区的菜价都出现了下跌，出现了农民卖菜难、经销商赔钱的情况，给蔬菜市场和农民带来很大的冲击。因此加强食品贮藏保鲜，淡季再售出，可增加菜农收入，有助于避免菜贱伤农的情况，解决均衡上市的问题。 食品保藏是维护食品品质，减少损失，实现全球周年均衡供应的重要措施，具有重要的经济效益和社会效益。食物原料主要来源于农产品，农产品初级加工主要为保藏性加工，多年来，由农户和专业合作组织自行完成的比重超过农产品产量的一半，由于设施简陋、方法原始、工艺落后，导致农产品产后损失严重，品质下降。我国目前粮食产后损失率在8％～12％，每年因此损失的粮食超过250亿千克；蔬菜每年损失率更是超过20％，其中，叶菜类损失率超过30％，初步估计，每年我国只有60％～70％的蔬菜能得到有效利用，折合经济损失3000亿元以上，相当于1亿多亩1亩≈666.7m2。耕地的投入和产出被浪费掉。 2010年，规模以上农产品加工业产值突破10万亿元，规模以上企业从业人员达2500多万人，吸纳农村劳动力1500万人以上，农民直接增收2800亿元。在我国，长期以来对农产品比较重视产前和产中的栽培，而忽视了产后贮藏保鲜，造成前功尽弃，损失惨重，在相当程度上抵消了我们为增产付出的努力，这不仅严重侵蚀农业增效、农民增收的基础，也给农产品的有效供给和安全带来较大的压力和隐患。在许多发达国家，农产品的产后损失率在1.7%～5%，而在我国高达20%～30%，粮食平均损失也有14.8%。故降低农产品食物原料腐烂损失，提高农业资源的利用，增加农产品附加值，成为农业现代化的一项紧迫的任务。 1.2 工业食品快速发展对保藏加工提出了更高要求 当今世界，如何保证所有社会成员及时、充分地获得营养丰富、安全卫生的食品，已成为重要的社会保障性问题。因此，食品生产与保障状况是衡量一个国家经济与社会发展水平的主要标志之一。在我国全面建设小康社会的过程中，居民食品消费与市场需求将出现以下六大变化。 一是随着生活水平的提高，城乡居民消费将由生存需要逐步扩展到享受需要、发展需要，从而由过去单纯满足"饱腹"来"养活"自己的观念转向营养、保健与美食的享受。 二是随着居民收入的增长，恩格尔系数逐步下降，预计到2015～2020年城、乡居民的这一系数将由2002年的37％和47％分别降至30％和35％以下。食品消费将由单纯追求数量转向追求质量，特别是对工业制成品、半成品的需求将大幅度增长，从而为食品工业提供更广阔的市场。目前我国加工食品占居民饮食消费的比重不断增加，2013年全国食品总产值将有可能达到10万亿元的规模。 三是随着生活方式的变化与生活节奏的加快，居民特别是妇女用于家中做饭的时间日益缩短，在外就餐的消费支出不断提高，从而有力推动餐饮业的发展与加工食品市场的拓展。2002年，全国餐饮业销售收入为5092亿元，1998年以来以年平均15％的速度在增长。2013年，在"八项规定"的背景下，全国餐饮业销售收入为25392亿元，同比也增长了9%，呈现出餐饮业与食品工业比翼齐飞的态势。 四是随着农民经济状况的改善，农村在加工食品中的地位与作用将不断加大，具有更大的发展潜力。目前食品消费很多为非工业加工食品，从发达国家和我国沿海地区看，农民销售农产品、再从市场上购买加工食品的物流态势是一必然趋向。充分认识到这一潜在的市场，并及早抓好食品工业基地建设的布局。 五是随着国际经济交流与贸易往来的扩大，加工食品的进出口额将继续增长，不仅提高了经济效益，而且为引进先进技术设备和管理经验、实现国际食品资源共享创造了有利条件。近年来，全国食品工业出口额大幅增加，其中有些产品已在国际贸易中占有领先地位，这种有利格局应当巩固和扩大。 六是随着素质教育和公众营养事业的开展，以中小学生为主体的专项营养干预计划已在国内外扩大实施。据不完全统计，实行学校供餐计划的国家约有47个，开展学生奶计划的国家共62个。以美国为例，从20世纪30年代起就实施学校供餐计划，至今包括午餐、早餐、牛奶等6项计划，每日供应中小学生人数达3500万人以上。再如日本，从1947年起坚持全面推行学生午餐，共有1250万中小学生受益。不仅显著改善了学生的营养与健康，提高了人才素质，而且有力拉动了内需，促进了食品工业与农业的发展。 根据以上所述，不论过去、现在和未来，食品工业不仅是关系到国计民生的基础产业、朝阳产业，而且已成为国民经济中的一大支柱产业，在实现全面小康目标、带动经济与社会发展中将发挥更大的作用，并拥有巨大的市场潜力，迫切需要食品保藏加工新技术。 1.3 食品腐败变质的原因 1.3.1 微生物 自然界微生物分布极其广泛，几乎无处不在，而且生命力强，生长繁殖速度快。食品中的水分和营养物质是微生物生长繁殖的良好基质，如果保藏不当，食品易被微生物污染，进而导致腐败变质。引起食品变质腐败的微生物种类很多，主要有细菌、酵母菌和霉菌三大类。我们把引起食品腐败的微生物称作腐败微生物。 1.3.2 酶 酶是生物体内的一种特殊的蛋白质，具有高度的催化活性。绝大多数食品来源于生物，尤其是鲜活食品和生鲜食品，在其体内存在着具有催化活性的多种酶类，因此食品在加工和贮藏过程中，由于酶的作用，特别是由于氧化酶类、水解酶类的催化会发生多种多样的酶促反应，造成食品色、香、味和质地的变化。植物性食品，主要是新鲜果蔬，在采摘以后，虽然不再继续生长，但仍具有呼吸作用，能抵抗微生物的入侵，直到体内养分逐渐消耗，抗病能力减弱；或由于呼吸作用加强，放出热量增加，使温度升高，微生物趁虚而入，使其彻底腐烂。 1.3.3 食品褐变 由于果蔬中多酚氧化酶的作用，在有氧条件下，邻位的酚氧化为醌，醌很快聚合成为褐色素而引起果蔬组织褐变，严重影响果蔬商品价值，导致经济损失，其中受机械损伤的果蔬尤为严重。非酶褐变主要是羰氨反应引起的褐变，焦糖化反应引起的褐变以及抗坏血酸氧化引起的褐变等，这些褐变常常由于加热及长期贮藏而发生，非酶褐变导致肉品、果蔬发生黑变，严重影响果蔬商品价值。羰氨反应是动物性食品长期贮存后发生褐变的主要原因。抗坏血酸褐变常引起酸性果汁，如富含抗坏血酸的柑橘汁、柠檬汁，在贮藏过程中色泽变暗，降低商品价值。 1.3.4 氧化作用 当食品中含有较多的不饱和脂肪酸及维生素等不饱和化合物，且在贮藏、加工及运输等过程中又经常与空气接触时，氧化作用将成为食品变质的重要因素。在因氧化作用引起的食品变质现象中，油脂的氧化和维生素、色素的氧化是特别重要的。上述变质现象会导致食品的色泽、风味变差，营养价值下降及生理活性丧失，甚至会生成有害物质。 1.3.5 害虫和鼠类 害虫和鼠类对于食品保藏有很大的危害性，它们不仅是食品保藏损耗加大的直接原因，而且它们排泄的粪便、分泌物、遗弃的皮壳和尸体等还会污染食品，甚至传染疾病，因而使食品的卫生质量受损，严重者甚至丧失商品价值，造成巨大的经济损失，暂且归并为食品的腐败变质。 1.4 食品腐败变质的影响因素 能够影响微生物生命活动、酶的活性、生化反应的因素，就能直接影响食品腐败变质速度，这些因素大多对食品腐败变质速度的影响具有一致性。 1.4.1 水分 水分是微生物生命活动的必要条件，细胞内所进行的各种生物化学反应，包括食品中酶所催化的各种化学反应，均以水为溶媒。在缺水的环境中，微生物的新陈代谢发生障碍，甚至死亡。各类微生物生长繁殖所要求的水分含量不同，因此，食品中的水分含量决定了生长微生物的种类。一般来说，含水分较多的食品，细菌容易繁殖；含水分少的食品，霉菌和酵母菌则容易繁殖。一般食品水分降到30%以下时，微生物生命活动受到抑制，当食品水分下降到12%左右时，微生物就生长困难，这就是半干食品、干藏食品的水分控制依据。 食品中水分以游离水和结合水两种形式存在。微生物在食品上生长繁殖，能利用的水是游离水，因而微生物在食品中的生长繁殖所需水不是取决于含水量的高低，而是取决于水分活度（Aw）。因为一部分水是与蛋白质、碳水化合物及一些可溶性物质，如氨基酸、糖、盐等结合，这种结合水对微生物是无用的。因而通常使用水分活度来表示食品中可被微生物利用的水更具有准确性。水分活度（Aw）是指食品在密闭容器内的水蒸气压（P）与纯水蒸气压（P0）之比，即Aw=P/P0。纯水的Aw=1；无水食品的Aw=0，由此可见，食品的Aw值为0～1。一般半干食品Aw值在0.75以下，食品就具有一定的保藏特性，当食品Aw值降到0.65～0.70时，食品就可以长期干藏。新鲜的食品原料，例如鱼、肉、水果、蔬菜等含有较多的水分，Aw值一般在0.98～0.99，适合多数微生物的生长，如果不及时加以处理，很容易发生腐败变质。在实际中，为了方便也常用含水量百分率来表示干藏食品的含水量，并以此作为保藏性能的一项质量指标。 1.4.2 温度 温度是影响微生物生长与存活的*重要的因素之一。它对微生物的影响表现在两方面：一方面随着温度的上升，细胞中的生物化学反应速率和生长速率加快。在一般情况下，温度每升高10℃，生化反应速率增加一倍。另一方面，机体的重要组成如蛋白质、核酸等对温度都较敏感，随着温度的增高而可能遭受不可逆的破坏。因此，只有在一定范围内，机体的代谢活动与生长繁殖才随着温度的上升而增加，当温度上升到一定程度，开始对机体产生不利影响，如再继续升高，则细胞功能急剧下降以至死亡。各种微生物都有其生长繁殖的*低温度、*适温度、*高温度和致死温度。由于微生物生命活动实质就是酶参与的，温度对酶的活性的影响与微生物具有一致性。 因此，在食品保藏中，可以利用高温（如121℃、100℃）来杀灭微生物，由此就形成了热力杀菌技术、食品的罐藏技术、果蔬的热烫护色技术。通过降低温度来抑制微生物、酶的活动，由此就形成了食品的冷冻