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微生物生长曲线在食品储存中的应用

       微生物的生长规律的理论将微生物的生长繁殖划分为四个时期,即延迟期、对数生长期、稳定期和衰亡期。延迟期(lag phase)又称停滞期、调整期、适应期或延滞期,指微生物处于一种新的环境中,在一段时间内,因其代谢系统适应新环境而出现的细胞数目没有或快速增加的一段时间。食品储存包括从食品原料加工为食品开始,经过厂内贮藏、运输、批发、销售,最终被消费者消费的整个过程。从微生物角度分析,在此过程中其处于延迟期,一旦渡过延迟期,即标志着食品保质期的结束,将立刻出现食品中微生物总数的超标。

图1 微生物生产曲线与生产速率的关系
        微生物生长延迟期的持续时间长短与微生物本身因素即内因和环境因素即外因有关。内因一般包括食品中微生物种类及生理、菌的数量和食品的成分有关,食品的成分则包括其营养条件、水分、渗透压、pH、防腐剂等,外因则包括食品所处的环境条件,如氧气、温度、湿度等。人们将根据微生物生长的规律和影响因素与食品加工和储存结合,开发出多样的食品保藏方法,下面将进行分析。
一、内因的控制在食品储存上的应用
        1.食品的自身成分在食品储存中的应用
        微生物的生长需要适合的碳、氮、硫、磷、生长因子和无机盐等营养素,若营养素不全面或者某些营养素浓度过高,微生物则不能生存,微生物的延迟期将无限长,相应食品的标签上也没有保质期,保藏时间可以无限长。应用此原理储存的食品主要有蒸馏酒,如中国白酒、白兰地、杜松子酒、威士忌酒等就没有保质期,保藏时间越长越贵重,因为其中的乙醇浓度高,足可以杀死或抑制所有微生物,并且营养素不全面和极不平衡,如没有足够的氮源、硫源、磷源和生长因子等,也抑制微生物的生长,导致蒸馏酒中的微生物长期处于延迟期。
        2.渗透压在食品储存中的应用
        与微生物细胞渗透压相等的等渗溶液最适宜微生物的生长,其延迟期也最短。相对于食品储存而言,食品中的渗透压与微生物细胞渗透压相等时,食品的保藏时间也最短;相反,如果食品中的渗透压远大于微生物细胞的渗透压,则其中的微生物细胞将发生细胞质与细胞壁分离,微生物的新陈代谢接近停止,微生物细胞也失去生长和繁殖的能力,使微生物生长的延迟期变长。因此,食品的保藏时间也延长。饱和的糖和盐、极少的水分含量都可以实现这一目的。根据这一原理保藏的食品有咸菜、蜜饯、饼干、干果、奶粉、蜂蜜、浓缩果汁等。目前某些食品储存过程中使用了新的方法,如在食品包装容器中放入硅胶类干燥剂,也是为了吸收食品内外水分,防止食品变质。
       3.有机酸在食品储存中的应用
       各类微生物都有其生长适宜的pH范围,如细菌一般为7.0~8.0,放线菌一般为7.5~8.5,酵母菌一般为3.8~6.0等,由此可见,大部分微生物都不适宜在低pH条件下生长,从而将使微生物的延迟期持续更长的时间。利用此原理保藏的食品有泡菜、酸奶等。这些食品通过乳酸菌发酵产生的有机酸-乳酸,乳酸降低了菜或奶的pH,从而阻止了其它微生物的生长。此外在食品中加入有机酸也可以达到这一目的,如以芦笋为代表的蔬菜类罐头中所加入的柠檬酸,将起到这一作用。
        4.减少微生物数量的方法在食品储存中的应用
       微生物生长的延迟期理论告诉我们,食品中微生物的数量越多,其保质期越短,微生物的数量越少食品的保质期越长。根据这一原理在食品加工过程中为了延长或达到保质期都利用各种方式以减少食品中微生物的数量,如利用紫外线、卤素、臭氧、酸或碱等以减少食品加工环境中的微生物,利用高温或超高温、超高压、超声波和放射性同位素处理等技术以杀死食品中所有或绝大多数微生物,如乳品饮料、果汁饮料等加工过程中的杀菌就是为了减少微生物数量。
       5.食品防腐剂在食品储存中的应用
       食品防腐剂是一些能够防止或抑制微生物生长的化学物质。在食品中加入食品防腐剂,有利于延长微生物的延迟期,达到保质的要求,按照国家标准规定的量添加,对人体无害。如葡萄酒等果酒和蜜饯中使用的二氧化硫,以碳酸饮料中使用的苯甲酸钠,果汁饮料中使用的山梨酸钾,乳制品中使用的乳酸链球菌素等就是这个作用。
二、外因对食品保藏的应用
       1.温度控制在食品储存中的应用
       温度是微生物生长最重要的环境因素,由于微生物的生命活动都是由一系列生物化学反应组成,而这些反应必须在酶的催化作用下完成。低温可以降低微生物细胞内各种酶的活性,影响微生物细胞膜的功能等,同时低温也使营养素运到微生物细胞内的速度减慢,从而降低微生物代谢和生长繁殖速度,从而延长微生物生长的延迟期。利于低温保藏的食品种类很多,一般食品在4℃保藏,如馒头、粽子等;部分则在-18℃保藏,如冷饮、冷冻肉制品、速冻食品、速冻蔬菜等。
       2.氧气的控制在食品储存中的应用
       食品中的绝大多数微生物都是好氧性微生物,无氧或氧气含量不足,微生物的生长繁殖将被阻止或变的极为缓慢,根据此原理,人们将一些食品抽真空,如真空包装五谷杂粮等食品;部分则充氮或二氧化碳,如膨化食品;部分食品中加入除氧剂除氧,并充氮,如粮食或水果的保藏,而部分食品其包装将隔绝氧气与食品的接触,如罐藏类食品等。诸因素在食品储存中的综合应用。一种食品的储存并非一种因素的作用,而是内因和外因共同作用的结果。如果汁饮料,既有较低的pH值,又加入了防腐剂,同时也进行了杀菌使食品中微生物数量减少等内因;而包装则隔绝氧气和微生物的进入,低温则可抑制微生物生长等外因,这些因素的共同作用,使得绪食品达到保质。

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