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食品防腐變質的包裝技術研究 1. 食品的腐敗與變質 微生物廣泛分佈於自然界，食品中不可避免的會受到一定類型和數量的微生物的污染，當環境條件適宜時，它們就會迅速生長繁殖，造成食品的腐敗與變質，不僅降低了食品的營養和衛生品質，而且還可能危害人體的健康。
食品腐敗變質（food spoilage），是指食品受到各種內外因素的影響，造成其原有化學性質或物理性質發生變化，降低或失去其營養價值和商品價值的過程。如魚肉的腐臭、油脂的酸敗、水果蔬菜的腐爛和糧食的黴變等。 食品的腐敗變質原因較多，有物理因素、化學因素和生物性因素，如動、植物食品組織內酶的作用，昆蟲、寄生蟲以及微生物的污染等。其中由微生物污染所引起的食品腐敗變質是最為重要和普遍的，故本章只討論有關由微生物引起的食品腐敗變質問題。 1.1微生物引起食品變質的基本條件 食品加工前的原料，總是帶有一定數量的微生物；在加工過程中及加工後的成品，也不可避免地要接觸環境中的微生物，因而食品中存在一定種類和數量的微生物。然而微生物污染食品後，能否導致食品的腐敗變質，以及變質的程度和性質如何，是受多方面因素的影響。一般來說，食品發生腐敗變質，與食品本身的性質、污染微生物的種類和數量以及食品所處的環境等因素有著密切的關係，而它們三者之間又是相互作用、相互影響的。
1.1.1食品的基質特性 ⑴食品的營養成分 食品含有蛋白質、糖類、脂肪、無機鹽、維生素和水分等豐富的營養成分，是微生物的良好培養基。因而微生物污染食品後很容易迅速生長繁殖造成食品的變質。但由於不同的食品中，上述各種成分的比例差異很大，而各種微生物分解各類營養物質的能力不同，這就導致了引起不同食品腐敗的微生物類群也不同，如肉、魚等富含蛋白質的食品，容易受到對蛋白質分解能力很強的變形桿菌、青黴等微生物的污染而發生腐敗；米飯等含糖類較高的食品，易受到麯黴屬、根黴屬、乳酸菌、啤酒酵母等對碳水化合物分解能力強的微生物的污染而變質；而脂肪含量較高的食品，易受到黃麴黴和假單孢桿菌等分解脂肪能力很強的微生物的污染而發生酸敗變質。 ⑵ 食品的氫離子濃度 各種食品都具有一定的氫離子濃度。根據食品pH值範圍的特點，可將食品劃分為兩大類：酸性食品和非酸性食品。一般規定pH值在4．5以上者，屬於非酸性食品；pH值在4.5以下者為酸性食品。例如動物食品的pH值一般在5～7之間，蔬菜pH值在5～6之間，它們一般為非酸性食品；水果的pH值在2～5之間，一般為酸性食品。 各類微生物都有其最適宜的pH範圍，食品中氫離子濃度可影響菌體細胞膜上電荷的性質。當微生物細胞膜上的電荷性質受到食品氫離子濃度的影響而改變後，微生物對某些物質的吸收機制會發生改變，從而影響細胞正常物質代謝活動和酶的作用，因此食品pH值高低是制約微生物生長，影響食品腐敗變質的重要因素之一。 大多數細菌最適生長的pH值是7.0左右，酵母菌和黴菌生長的pH值範圍較寬，因而非酸性食品適合於大多數細菌及酵母菌、黴菌的生長；細菌生長下限一般在4．5左右，pH值3.3～4.0以下時只有個別耐酸細菌，如乳桿菌屬尚能生長，故酸性食品的腐敗變質主要是酵母和黴菌的生長。 另外，食品的pH值也會因微生物的生長繁殖而發生改變，當微生物生長在含糖與蛋白質的食品基質中，微生物首先分解糖產酸使食品的pH值下降；當糖不足時，蛋白質被分解，pH值又回升。由於微生物的活動，使食品基質的pH值發生很大變化，當酸或堿積累到一定量時，反過來又會抑制微生物的繼續活動。 ⑶ 食品的水分 水分是微生物生命活動的必要條件，微生物細胞組成不可缺少水，細胞內所進行的各種生物化學反應，均以水分為溶媒。在缺水的環境中，微生物的新陳代謝發生障礙，甚至死亡。但各類微生物生長繁殖所要求的水分含量不同，因此，食品中的水分含量決定了生長微生物的種類。一般來說，含水分較多的食品，細菌容易繁殖；含水分少的食品，黴菌和酵母菌則容易繁殖。 食品中水分以游離水和結合水兩種形式存在。微生物在食品上生長繁殖，能利用的水是游離水，因而微生物在食品中的生長繁殖所需水不是取決於總含水量（%），而是取決於水分活度（Aw，也稱水活性）。因為一部分水是與蛋白質、碳水化合物及一些可溶性物質，如氨基酸、糖、鹽等結合，這種結合水對微生物是無用的。因而通常使用水分活度來表示食品中可被微生物利用的水。
水分活度（Aw）是指食品在密閉容器內的水蒸汽壓(P)與純水蒸汽壓(P0)之比，即Aw=P/P0 。純水的Aw=1；無水食品的Aw=0，由此可見，食品的Aw值在0-1之間。表1給出了不同微生物類群生長的最低Aw值範圍，從表中可以看出，食品的Aw值在O.60以下，則認為微生物不能生長。一般認為食品Aw值在O.64以下，是食品安全貯藏的防黴含水量。 表9-1 食品中主要微生物類群生長的最低Aw值範圍 微生物類群 最低Aw值範圍 微生物類群 最低Aw值
大多數細菌 0.99～0.90 嗜鹽性細菌 0.75
大多數酵母菌 0.94～0.88 耐高滲酵母 0.60
大多數黴菌 0.94～0.73 幹性黴菌 0.65 新鮮的食品原料，例如魚、肉、水果、蔬菜等含有較多的水分，Aw值一般在O.98～0.99，適合多數微生物的生長，如果不及時加以處理，很容易發生腐敗變質。為了防止食品變質，最常用的辦法，就是要降低食品的含水量，使Aw值降低至O．70以下，這樣可以較長期地進行保存。許多研究報導，Aw值在O.80～O.85之間的食品，一般只能保存幾天；Aw值在O.72左右的食品，可以保存2至3個月；如果Aw在0.65以下，則可保存1至3年。
在實際中，為了方便也常用含水量百分率來表示食品的含水量，並以此作為控制微生物生長的一項衡量指標。例如為了達到保藏目的，奶粉含水量應在8% 以下，大米含水量應在13% 左右，豆類在15% 以下，脫水蔬菜在14～20% 之間。這些物質含水量百分率雖然不同，但其Aw值約在0.70以下。
⑷ 食品的滲透壓 滲透壓與微生物的生命活動有一定的關係。如將微生物置於低滲溶液中，菌體吸收水分發生膨脹，甚至破裂；若置於高滲溶液中，菌體則發生脫水，甚至死亡。一般來講，微生物在低滲透壓的食品中有一定的抵抗力，較易生長，而在高滲食品中，微生物常因脫水而死亡。當然不同微生物種類對滲透壓的耐受能力大不相同。 絕大多數細菌不能在較高滲透壓的食品中生長，只有少數種能在高滲環境中生長，如鹽桿菌屬（Halobacterium)中的一些種，在20～30%的食鹽濃度的食品中能夠生活；腸膜明串珠菌能耐高濃度糖。而酵母菌和黴菌一般能耐受較高的滲透壓，如異常漢遜氏酵母（Hansenula anomala)、魯氏糖酵母（Saccharomyces rouxii)、膜畢赤氏酵母（Pichia membranafaciens）等能耐受高糖，常引起糖漿、果醬、果汁等高糖食品的變質。黴菌中比較突出的代表是灰綠麯黴（Aspergillus glaucus)、青黴屬、芽枝黴屬等。 食鹽和糖是形成不同滲透壓的主要物質。在食品中加人不同量的糖或鹽，可以形成不同的滲透壓。所加的糖或鹽越多，則濃度越高，滲透壓越大，食品的Aw值就越小。通常為了防止食品腐敗變質，常用鹽醃和糖漬方法來較長時間地保存食品。
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