一、環(huán)境因素對食品微生物的影響

（一）水分

水分是微生物生存繁殖的必要條件，水分的增加使微生物活性增高。食品中微生物與水分的關(guān)系可以用水分活度Aw說明，不同種類微生物繁殖所需要的水分活度最低限不一樣，大部分細菌在水分活度Aw=0.90以上的環(huán)境中生長，大部分霉菌在Aw=0.80以上的環(huán)境中繁殖，部分霉菌和酵母在Aw較低的環(huán)境中也能繁殖。

食品微生物在水分活度較低（Aw=0.5以下）的干燥環(huán)境中不能繁殖，但值得注意的是干燥食品從環(huán)境中吸收水分的能力較強，一旦吸濕，Aw又將提高而適宜微生物繁殖。要想降低食品的水分活度，就得使食品干燥或在食品中添加鹽、糖等易溶于水的小分子物質(zhì)。

（二）溫度

微生物生存的溫度范圍較廣（-10～90℃之間），根據(jù)適宜繁殖的溫度范圍微生物可分為：嗜冷細菌（0℃以下），嗜溫性細菌（0～55℃）和嗜熱性細菌（55℃以上）。食品在貯存、運輸和銷售過程中所處的環(huán)境溫度一般在55℃以下，這一溫度范圍正處在嗜溫性和嗜冷性細菌繁殖生長威脅之中，而且侵入食品的細菌隨溫度的升高而繁殖速度加快，一般在20～30℃時細菌數(shù)增殖最快。

（三）氧氣

氧的存在有利于需氧細菌的繁殖，且繁殖速度與氧分壓有關(guān)。由圖3-8可見，細菌繁殖速率隨氧分壓的增大而急速增高。即使僅有0.1％的氧化，也就是空氣中氧分壓的1/200的殘留量，細菌的繁殖仍不會停止，只不過緩慢而已。這個問題在食品進行真空或充氣包裝時應(yīng)特別注意。

圖3-8 需氧性細菌的繁殖和氣體氧分壓的關(guān)系

（四）pH值

適合微生物生長的pH值范圍為1～11。一般食品微生物得以繁殖的pH值范圍：細菌3.5～9.5，霉菌和酵母2～11；對食品微生物最適宜的pH值：細菌為pH=7附近，霉菌和酵母pH=6左右。大多數(shù)食品均呈酸性，酸性條件下微生物繁殖的pH下限：細菌4.0～5.0，乳酸菌3.3～4.0，霉菌和酵母1.6～3.2。適當控制食品的pH值也能適當?shù)目刂莆⑸锏纳L和繁殖。

二、包裝食品的微生物變化

（一）因包裝發(fā)生的環(huán)境變化對食品微生物的影響

食品經(jīng)過包裝后能防止來自外部微生物的污染，同時包裝內(nèi)部環(huán)境也會發(fā)生變化，其中的微生物相也會因此而變化。以肉為例，生鮮肉經(jīng)包裝后其內(nèi)部環(huán)境的O2和CO2的構(gòu)成比例不斷發(fā)生變化，這是因食品中微生物及肉組織細胞的呼吸而使O2減少、CO2增加，包裝內(nèi)環(huán)境的氣相變化反過來又會影響食品中的微生物相，即需氧性細菌比例下降，厭氧性比例上升，霉菌的繁殖受抑制而酵母菌等卻在增殖。在包裝缺氧狀態(tài)下，食品腐敗產(chǎn)物為大量的有機酸，而在氧氣充足的條件下食品腐敗時多產(chǎn)生氨和CO2。

（二）包裝食品可能引起的微生物二次污染

如前所述，大部分市售包裝食品都會有一定數(shù)量的微生物，如果把這些常見微生物都當做污染來處理是不現(xiàn)實的，但弄清在流通過程中食品所含的細菌總數(shù)或明確其菌群組成，不僅有利于從微生物學(xué)角度查明食品腐變等質(zhì)量事故的原因，且對包括加工、包裝工藝在內(nèi)的從食品制造到消費的整個流通過程中的微生物控制有實際的指導(dǎo)意義。

微生物對包裝食品的污染，可分為被包裝食品本身的污染和包裝材料污染兩方面。在食品加工制造過程中的各個工藝環(huán)節(jié)，如果消毒不嚴或殺菌不徹底，在產(chǎn)品流通過程各階段的處理，特別是在分裝操作中，如果微生物控制條件欠佳等，均有二次污染的可能。隨著貨架期或消費周期的延長，不僅會大量繁殖細菌，也會給繁殖較慢的真菌提供蔓延機會。這種現(xiàn)象在防潮或真空充氣包裝中也常常發(fā)生。

包裝材料較易發(fā)生真菌污染，特別是紙制包裝品和塑料包裝材料；在包裝容器制品的制造和貯運期間，會受到環(huán)境空氣中微生物的直接污染和器具的沾污。就外包裝而言，由于被內(nèi)裝物污染，包裝操作時的人工接觸，黏附有機物，或吸濕或吸附空氣中的灰塵等都能導(dǎo)致真菌污染。因此，如果包裝原材料存放時間較長且環(huán)境質(zhì)量又差，在包裝操作前若不注意包裝材料或容器的滅菌處理，包裝材料的二次污染則成為包裝食品的二次污染。

近年來，基于健康角度考慮及人們飲食嗜好的變化，大多數(shù)食品逐漸趨于低鹽和低糖，且大多采用復(fù)合軟塑材料包裝以提高包裝的阻隔保護性，這樣處理可能會助長真菌的污染和繁殖。表3-3為霉菌對食品污染的主要表現(xiàn)。

三、包裝食品的微生物控制

（一）包裝食品的加熱殺菌

絕大多數(shù)微生物在20～40℃的溫度范圍內(nèi)生長迅速，若使食品的溫度偏離這個溫度范圍，就能殺滅細菌或制造一個不利于微生物生長的環(huán)境。

高溫可以達到殺菌效果，因而大部分包裝食品都要進行加熱殺菌，然后才能流通和銷售。加熱殺菌方法可分為濕熱殺菌法和干熱殺菌法；所謂濕熱殺菌是利用熱水和蒸汽直接加熱包裝食品以達到殺菌目的，這是一種最常用的殺菌方法；所謂干熱殺菌就是利用熱風、紅外線、微波等加熱食品以達到殺菌目的。例如，把經(jīng)過殺菌的食品用熱收縮包裝薄膜包裝后，再用150～160℃的熱風加熱5～10min，一方面使包裝膜收縮，另一方面可有效地殺死附著在包裝材料表面的微生物。

1．微生物的耐熱性

食品中最耐熱的病原菌是肉毒桿菌，但有些非病原性、能形成孢子的腐敗菌，如厭氧腐敗菌和嗜熱脂肪芽孢桿菌等比肉毒桿菌更耐熱。因此，通常的加熱殺菌是以殺死各種病原菌和真菌孢子為目的，也可通過變性作用使酶失去活性。表3-4列出了微生物在濕熱下的耐熱性。

2．影響微生物耐熱性的因素

食品成分會不同程度地增強微生物抗熱性。高濃度糖液對細菌孢子有保護作用，因此糖水水果罐頭的殺菌溫度或時間一般比不加糖的同類產(chǎn)品高或長；食品中的淀粉和蛋白質(zhì)也有保護微生物的作用；油脂對微生物及其孢子的保護作用較大，除了直接保護外，還能阻止?jié)駸釢B透；水分是一種有效的傳熱體，它能滲入微生物細胞或孢子中，因而一定溫度條件下濕熱比干熱更具有致死性；如果微生物被截留在脂肪球內(nèi)，那么水分就不易滲入細胞，濕熱致死效果就與干熱相近。因此，同一食品物料中，液相內(nèi)的微生物可以迅速地被致死，而油相內(nèi)菌群卻不易殺死，這就使得油脂類食品的殺菌溫度更高、時間更長而造成風味損失。

另外，食品成分對微生物的耐熱性有間接影響，即不同食品成分物料的熱傳導(dǎo)率有差別，如脂肪的導(dǎo)熱性比水差。更重要的是微生物的耐熱性與食品稠度有關(guān)。如果把足夠的淀粉或其他增稠劑添加于食品中，使其內(nèi)部的對流加熱系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為傳導(dǎo)加熱系統(tǒng)，那么除了對微生物有直接保護作用外，還會緩解熱量至容器內(nèi)或食品物料內(nèi)部冷點的熱滲透速率，這樣就間接地保護了微生物。pH值對加熱殺菌也有很大的影響，當食品含酸量高時，如番茄汁或橙汁，就不需高度加熱，因為酸可提高熱的殺菌力。如果有足夠的酸度，用93℃，15min加熱殺菌便可達到要求。一般來說，pH值越低，殺菌所需的加熱溫度也越低、時間越短。

3．加熱殺菌溫度和時間組合

加熱殺菌溫度和時間密切相關(guān)，即溫度越高，破壞微生物所需時間越短。雖然溫度和時間是破壞微生物所需要的，但在破壞微生物作用上，同樣有效的不同溫度—時間組合對食品的損害作用遠遠不同。在現(xiàn)代加熱殺菌中，這是最重要的實踐，也是幾種比較先進的包裝技術(shù)的基礎(chǔ)。

在殺菌溫度—時間組合中，高溫對微生物的致死至關(guān)重要，但對損害食品色澤、風味、質(zhì)地和營養(yǎng)價值等更重要的因素是長時間，而不是高溫。如果用肉毒桿菌接種牛乳，然后試樣分別按100℃—330min、116℃—10min、127℃—1min條件加熱，雖然其滅菌作用相同，但對牛乳的熱損害卻大大不同：加熱330min的試樣具有蒸煮味并呈棕色；加熱10min的試樣幾乎有同樣的質(zhì)量問題；加熱1min的試樣雖稍過熱，但其品質(zhì)與未經(jīng)加熱的牛乳差異不大。

在微生物與各種食品之間，敏感性在時間和溫度方面的差異是一種普遍現(xiàn)象。表3-5為高溫殺菌牛乳溫度對芽孢破壞速度、加熱時間及褐變反應(yīng)的比較。微生物對高溫的相對敏感性比食品成分大，溫度每上升10℃（18℉），大致能使導(dǎo)致食品變質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率加快1倍，而當溫度高于微生物的最高生長溫度時，每上升同樣的10℃，會使微生物破壞的速率加快10倍。

表3-5 高溫殺菌牛乳溫度對加熱殺菌時間、褐變、食品營養(yǎng)的影響

由于高溫可用較短的滅菌時間，因此，只要技術(shù)條件可能，對熱敏性食品應(yīng)盡可能采用高溫瞬時滅菌處理。例如，對酸性果蔬汁進行巴氏殺菌時，目前一般采用瞬間巴氏殺菌：88℃—1min或100℃—12s或121℃—2s。盡管三種溫度—時間組合其滅菌效果相同，但121℃—2s殺菌處理可在果汁風味和維生素的保留上獲得最佳效果。然而，如此短的殺菌保溫時間使殺菌設(shè)備更加復(fù)雜和昂貴。

4．加熱殺菌方法

食品工業(yè)上通常根據(jù)產(chǎn)品特性采用最低標準溫度進行加熱殺菌，一般根據(jù)溫度的高低可分為以下三種殺菌方法。

（1）低溫殺菌法：也稱巴氏殺菌（Pasteurigation），由于殺菌溫度低于100℃，食品中還殘存微生物，除了嗜熱性乳桿菌外，均為芽孢菌的芽孢，而大部分芽孢細菌在5℃以下的低溫環(huán)境中是不能繁殖的，故在80℃左右巴氏殺菌的包裝熟食品，在低溫下貯藏，其保質(zhì)期也是較長的。巴氏殺菌目的是為了殺菌致病菌和腐敗菌，同時保證食品有較好的品質(zhì)、彈性和風味。

（2）高溫殺菌：主要適用于罐裝、瓶裝及蒸煮袋食品的殺菌。將食品裝入包裝容器中完全密封，用蒸汽或熱水蒸餾殺菌。一般罐頭食品在115℃左右進行60～90min的殺菌處理，普通蒸煮袋（RP-F）采用115～120℃殺菌20～40min，高溫蒸煮袋（HRP-F）采用121～135℃殺菌8～20min，超高溫殺菌蒸煮袋（URP-F）采用135～150℃、2min的超高溫殺菌。

（3）高溫短時殺菌（HTST）和超高溫瞬時殺菌（UHT）：這是兩種適合于流動性液態(tài)或半液態(tài)食品的短時殺菌方法，能有效地保全食品原有的營養(yǎng)和風味質(zhì)量，常用于無菌包裝的食品殺菌。

（二）低溫貯存

各種生鮮食品和經(jīng)過處理調(diào)制的加工食品一般都含有較高水分，這些食品在常溫下短時間內(nèi)放置，就會因微生物大量繁殖而腐敗變質(zhì)，若采用冷藏或凍結(jié)，其腐變反應(yīng)速度會明顯降低。

1．冷藏

冷藏能降低嗜溫性細菌的增殖速度，嗜熱性細菌一般也不會繁殖。目前常用三種方法：

（1）低溫與真空并用：食品低溫貯藏時所產(chǎn)生的代表性腐敗菌一般是需氧性假單孢桿菌，而大部分厭氧性細菌的繁殖溫度下限為2～3℃，若在無氧的低溫環(huán)境（0℃±2℃）下保藏食品，可大幅度地延長食品保質(zhì)期，這種方法稱冰溫貯藏。

（2）低溫和CO2并用：CO2能抑制需氧細菌的繁殖，如果降低包裝內(nèi)的含氧量，再充入CO2進行低溫貯藏，能產(chǎn)生更顯著的貯藏效果。

（3）低溫與放射殺菌并用：如果采用能殺滅食品中所有微生物的照射劑量進行放射殺菌，食品會產(chǎn)生嚴重褐變和異臭而根本不能食用。對于魚類和畜肉類食品，如果用不影響食品質(zhì)量的低劑量（10～40GY）照射殺滅其中的假單孢菌屬等特殊的腐敗菌，然后進行低溫貯藏，其貯存期可延長2～6倍，這種方法稱輻射殺菌法（Rodurization）。

2．凍結(jié)

普通食品在-5℃左右，其水分的80％會凍結(jié)，降溫至-10℃時低溫性微生物還能增殖，溫度再下降，微生物就基本上停止繁殖，但化學(xué)反應(yīng)和酵素反應(yīng)仍未停止。一般認為，食品在-18℃以下保質(zhì)期可達1年以上。

冷凍調(diào)理食品多采用塑料及其復(fù)合材料包裝，并在凍結(jié)狀態(tài)下流通和銷售，這類材料必須具備優(yōu)良的低溫性能，常用的有PA/P，PET/PE，BOPP/PE，AL箔/PE。托盤包裝采用PP，HIPS，OPS等。

現(xiàn)代食品包裝常采用真空、充氣和脫氧包裝技術(shù)與低溫貯藏相結(jié)合的方法來有效地控制微生物對食品腐變的影響。

（三）微波滅菌

微波是具有輻射能的電磁波，微波用作食品加熱處理已有一定歷史，但微波用作食品滅菌處理的研究只有60多年的歷史，其工業(yè)化則時間更短。我國工業(yè)微波加熱設(shè)備常用的固定專用頻率有兩種：915MHz和2450MHz。

1．微波滅菌機理

微波與生物體的相互作用是一個極其復(fù)雜的過程，生物體受微波輻射后會吸收微波能而產(chǎn)生熱效應(yīng)，而且生物體在微波場中其生理活動也會發(fā)生反應(yīng)和變化，這種非熱的生物效應(yīng)也會影響微生物的生存。微波輻照細菌致死可認為是微波熱效應(yīng)和非熱力生物效應(yīng)共同作用的結(jié)果，兩種效應(yīng)相互依存、互相加強。細菌的基本單元是細胞，細胞的存活除依靠細胞膜保護外，還與細胞膜電位差有關(guān)，如果維持細胞正常生理活動的膜電位狀態(tài)被破壞，必然會影響到細胞的生命狀態(tài)。微生物處在相當高強度的微波場中，其細胞膜電位會發(fā)生變化，細胞的正常生理活動功能將被改變，以致危及細胞的存活。這種微波致死細菌的機理與傳統(tǒng)加熱殺菌致死完全不同。

組成微生物的蛋白質(zhì)、核酸和水介質(zhì)作為極性分子在高頻微波場中被極化的理論也是常見的微波滅菌機理的一種解釋。極性分子在高頻高強度微波場中將被極化，并隨著微波場極性的迅速改變而引起蛋白質(zhì)分子團等急劇旋轉(zhuǎn)及往復(fù)振動，一方面相互間形成摩擦轉(zhuǎn)換成熱量而自身升溫，另一方面將引起蛋白質(zhì)分子變性。對微生物細胞來說，如果細胞壁受到某種機械性損傷而破裂，細胞內(nèi)的核酸、蛋白質(zhì)等將滲漏體外而導(dǎo)致微生物死亡。

比較一般加熱滅菌方法，在一定溫度條件下微波滅菌縮短了細菌死亡時間，或者，微波滅菌致死的溫度比常規(guī)加熱滅菌的溫度低，這是微波滅菌與傳統(tǒng)加熱滅菌最重要的區(qū)別。當然，微波滅菌處理時能有較高的溫度狀態(tài)，對充分滅菌是極為有利的。

2．微波滅菌的熱力溫度特性

傳統(tǒng)加熱滅菌其熱力由食品表面向里層傳遞，傳熱速率決定于食品的傳熱特性，這就決定了食品表層和中心的溫度差，以及中心升溫的滯后性，從而延長了食品整體滅菌所需要的總時間，而且單純的熱力作用較難殺滅耐熱性較強的芽孢桿菌。微波透入食品加熱傳熱的特性使食品升溫時間大大短于傳統(tǒng)加熱升溫時間，而且微波滅菌使細菌致死的因素還有非熱力的生物效應(yīng)，這使得微波滅菌時間更短，且溫度較低，這為保持食品的色、香、味和營養(yǎng)成分創(chuàng)造了條件。

必須指出，滅菌是對食品整體而言的。微波滅菌時食品表面溫度可能會因散熱或水分散失而低于其內(nèi)部溫度，致使食品表面的細菌殘留存活，這個問題應(yīng)予注意和解決。

3．微波滅菌工藝

（1）微波間歇輻照滅菌工藝：用脈沖式微波輻照食品滅菌可取得較理想的效果。脈沖式微波滅菌能在短時間內(nèi)產(chǎn)生較強微波電場，間歇作用于食品而使食品升溫，因其按時間積分平均值計其總能量不大，食品物料升溫變化相對來說并不大，但瞬時強微波電場對食品物料的極化作用十分強烈，從而大大提高了滅菌效果。但高電場強度和高功率密度將對微波設(shè)備和被處理物料的耐擊穿性提出更高要求，并需要精確控制輻照時間，這些要求將使微波設(shè)備成本有所提高。

（2）連續(xù)微波輻照工藝：一般采用較低場強、適當延長微波輻照時間的連續(xù)微波滅菌工藝。隧道式箱型微波設(shè)備的箱體內(nèi)功率密度較低、能適合于連續(xù)微波滅菌工藝。在物料對溫度及加熱時間允許的前提下，適當延長輻照時間將有利于強化滅菌效果，同時也能使物料加熱狀態(tài)均衡，減少物料內(nèi)外溫差。用頻率2450MHz、功率5kW的連續(xù)可調(diào)微波設(shè)備對復(fù)合膜包裝的調(diào)味海帶作滅菌處理，結(jié)果40s～2min大腸桿菌完全殺滅，而傳統(tǒng)加熱殺菌需蒸煮30min。連續(xù)微波滅菌工藝對袋裝榨菜及包裝月餅、面包、蛋糕等因二次污染的滅菌有較好的效果，可獲得較長的貯存貨架期。

（3）多次快速加熱輻照和冷卻殺菌工藝：該工藝能快速地改變微生物的生態(tài)環(huán)境溫度，且多次實施微波輻照滅菌，從而避免被殺菌物料連續(xù)長時間處于高溫狀態(tài)，可有效保持食品的色、香、味和營養(yǎng)成分。該滅菌工藝適合于對熱敏感的液體食品，如飲料、米酒的滅菌保鮮。

微波滅菌作為食品加工新技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)加工食品的保鮮工藝近年來得到較大的發(fā)展。如糕點類、豆制品、畜肉加工制品、魚片干等經(jīng)微波滅菌處理，可較好地保全食品原有風味特色，并有效延長貨架保質(zhì)期。由于微波滅菌保鮮食品其保鮮期長于冷凍食品，可高于0℃冷藏而無需低溫凍藏，且食用時烹調(diào)快、能與家用微波爐配套使用，因此，食品微波滅菌技術(shù)將有更廣的應(yīng)用前景。

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