【正文】 第二節(jié) 食品熱處理反應(yīng)的基本規(guī)律 一、食品熱處理的反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 要控制食品熱處理的程度，人們必須了解熱處理時(shí)食品中各成分（微生物、酶、營(yíng)養(yǎng)成分和質(zhì)量因素等）的變化規(guī)律，主要包括：（ 1）在某一熱處理?xiàng)l件下食品成分的熱處理破。 直接方式指加熱介質(zhì)（如燃料燃燒的熱氣等）與食品直接接觸的加熱過(guò)程。 在考慮確定具體的殺菌條件時(shí)， 通常以某種具有代表性的微生物作為殺菌的對(duì)象，通過(guò)這種對(duì)象菌的死亡情況反映殺菌的程度。另一方面，專性好氧菌的芽孢較兼性和專性厭氧菌的芽孢容易被殺死。 將食品先密封于容器內(nèi)再進(jìn)行殺菌處理是通常罐頭的加工形式，而將經(jīng)超高溫瞬時(shí)（ UHT）殺菌后的食品在無(wú)菌的條件下進(jìn)行包裝，則是無(wú)菌包裝。 這種熱處理形式一般也能鈍化酶，但它同樣對(duì)食品的營(yíng)養(yǎng)成分破壞也較大。對(duì)低酸性食品 (pH＞ )，其主要目的是殺滅致病菌，而對(duì)于酸性食品，還包括殺滅腐敗菌和鈍化酶。巴氏殺菌可使食品中的酶失活， 并破壞食品中熱敏性的微生物和致病菌。 (四 )熱殺菌 根據(jù)要?dú)缥⑸锏姆N類的不同可分為巴氏殺菌 (Pasteurisation) 和商業(yè)殺菌(Sterilization)。熱擠壓是一種高溫短時(shí)的熱處理過(guò)程，它能夠減少食品中的微生物數(shù)量和鈍化酶，但無(wú)論是熱擠壓或是冷擠壓，其產(chǎn)品的保藏主要是靠其較低的水分活性和其他條件。擠壓是結(jié)合了混合、蒸煮、揉搓、剪切、成型等幾種單元操作的過(guò)程。熱擠壓則是指食品物料在擠壓的過(guò)程中還被加熱。 但對(duì)于豆類的罐藏以及食品后殺菌采用 (超 )高溫短時(shí)方法時(shí)，由于此殺菌方法對(duì)酶的破壞程度有限，熱燙等前處理的滅酶作用應(yīng)恃別注意。除此之外，熱燙還有一定的殺菌和洗滌作用．可以減少食品表面的微生物數(shù)量；可以排除食品組織中的氣體，使食品裝罐后形成良好的真空度及減少氧化作用；熱燙還能軟化食品組織，方便食品往容器中裝填；熱燙也起到 18 一定的預(yù)熱作用，有利于裝罐后縮短殺菌引溫的時(shí)間。又稱燙漂、殺青、預(yù)煮，熱燙的作用主要是破壞或鈍化食品中導(dǎo)致食品質(zhì)量變化的酶類，以保持食品原有的品質(zhì)，防止或減少食品在加工和保藏中由酶引起的食品色、香、味的劣化和營(yíng)養(yǎng)成分的損失，熱燙處理土要應(yīng)用于蔬菜和某些水果，通常是蔬菜和水果冷凍、干燥或罐藏前的一種前處地工序。 但也發(fā)現(xiàn)不適當(dāng)?shù)暮婵咎幚頃?huì)給食品帶來(lái)營(yíng)養(yǎng)安全方面的問(wèn)題，如燒烤中的高溫使油脂分解產(chǎn)生致癌物質(zhì)。一般煮多在沸水中進(jìn)行；焙、烤則以干熱的形式加熱，溫度較高：而煎、炸也在較高溫度的油介質(zhì)中進(jìn)行。 （一）工業(yè)烹飪（ Industrial cooking） 工業(yè)烹飪一般作為食品加工的一種前處理過(guò)程，通常是為了提高食品的感官質(zhì)量而采取的一種處理手段。食品工業(yè)中采用的熱處理有不同的方式和工藝，不同種類的熱處理所達(dá)到的主要目的和作用也有不問(wèn)，但熱處理過(guò)程對(duì)微生物、酶和食品成分的作用以及傳熱的原理和規(guī)律卻有相同或相近之處。 知識(shí)點(diǎn) ： 熱加工原理、熱燙、巴氏殺菌、商業(yè)殺菌工藝。輻照食品在包裝上必須有統(tǒng)一制定的輻照食品標(biāo)識(shí)。 我國(guó)先后發(fā)布了有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，如 “輻射加工用 60Co 裝置的輻射防護(hù)規(guī)定 ”（ GB 1025288）， “輻射防護(hù)規(guī)定 ”（ GB 870388）， “輻照食品標(biāo)準(zhǔn) ”（ GB 1489194）。 1983 年 FAO/W HO 國(guó)際食品法規(guī)委員會(huì)采納了 “輻照食品的規(guī)范通用標(biāo)準(zhǔn)（世界范圍標(biāo)準(zhǔn)） ”和 “食品處理輻照裝置運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)推薦規(guī)范 ”。 4．對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的破壞 大多數(shù)研究結(jié)果表明，低劑量輻照，食品的營(yíng)養(yǎng)損失是微不足道的。 3．微生物類發(fā)生變異的危險(xiǎn) 至今尚沒(méi)有人證明輻照微生物能增加其致病性，或者被輻照的細(xì)菌增加了毒素的形成力或誘發(fā)了抗菌力。 2．毒性物質(zhì)的生成 照射會(huì)不會(huì)使食品產(chǎn)生有毒物質(zhì)是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題。食品中放射能的誘發(fā)受射線種類、能量、劑量及食品中含有成分等的影響。 20 世紀(jì) 90 年代中期，世界衛(wèi)生組織 WHO 回顧了輻照食品的安全與營(yíng)養(yǎng)平衡的研究，也已得出如下結(jié)論： ； ； 。輻照食品可否食用，有無(wú)毒性，營(yíng)養(yǎng)成分是否被破壞，是否致畸、致癌、致突變等所涉及的毒理學(xué)、營(yíng)養(yǎng)學(xué)、 16 微生物學(xué)和輻照分解等許多學(xué)科的研究廣度和深度，是任何其他食品加工方法所沒(méi)有的。許多食品如肉、魚、雞等都有一劑量閾值，高于此劑量就會(huì)發(fā)生感官性質(zhì)的變化。它既不可能取代傳統(tǒng)良好的加工方法，也不是適用于所有食品。 此外，在食品輻照過(guò)程，輻照裝置的設(shè)計(jì)效果、食品在輻照過(guò)程劑量分布的均勻性等都會(huì)影響輻照食品的質(zhì)量。 （三）輻照過(guò)程環(huán)境條件 氧氣； 溫度； 壓力； 含水量； （四）輻照與其他保藏方法的協(xié)同作用 高劑量輻照會(huì)不同程度地引起食品質(zhì)構(gòu)改變，維生素破壞，蛋白質(zhì)降解，脂肪氧化和產(chǎn)生異味等不良影響〕因此在輻照技術(shù)研究中，比較注意篩選食品的輻照損傷保護(hù)劑和提高、強(qiáng)化輻照效果的物理方法。 大米的品質(zhì)、含水量不僅影響劑量要求，也影響輻照效果。通常較高的劑量率可獲得較好的輻照效果。 劑量率也是影響輻照效果的重要因素。 五、影響食品輻照效果的因素 15 （一）輻照劑量 劑量等級(jí)影響微生物、蟲害等生物的殺滅程度，也影響食品的輻照物理化學(xué)效應(yīng)，兩者要兼顧考慮。 輻射時(shí)是否需要氧，要根據(jù)輻射處理對(duì)象、性狀、處理的目的和貯存環(huán)境條件等加以綜合考慮來(lái)選擇。其原因是可以減少二次污染的機(jī)會(huì)，同時(shí)在包裝內(nèi)可以形成一個(gè)小的低氧環(huán)境，使后熟過(guò)程變慢。 為了防止氧化生成過(guò)氧化物，在肉類食品輻照處理時(shí)就要采用真空包裝或真空充氮包裝以降低氧的含量，有助于提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 輻照時(shí)射線可以使空氣中的氧電離，形成氧化性很強(qiáng)的臭氧。 在冰點(diǎn)以下，輻射不產(chǎn)生間接作用或間接作用不顯著，因此，微生物的抗輻射性會(huì)增強(qiáng)。 四、影響食品輻照的因素 輻射殺菌中，在接近常溫的范圍內(nèi)，溫度對(duì)殺菌效果的影響不大。 低劑量輻射處理已經(jīng)能使冷凍水產(chǎn)品、水果和蔬菜的正常貯藏期從幾天延長(zhǎng)到幾個(gè)星期，且每噸的輻射費(fèi)用僅人民幣 5085 元。 凡求穩(wěn)定貯藏而要把酶破壞的食品，只靠輻射處理是不適宜 的。 在食品中發(fā)現(xiàn)的酶，一般比微生物更能耐受電離輻射。食品的耐輻射性可根據(jù)質(zhì)量的可接受性來(lái)確定輻射劑量的上限，而輻射劑量的上限都是通過(guò)反復(fù) 14 研究獲得的。 三、劑量的決定因素 食品的化學(xué)成分、物理結(jié)構(gòu)在質(zhì)量被認(rèn)為受損壞之前，所能接受的變化程度很不相同。 帶殼鮮蛋可用 β 射線輻照，劑量 10kGy，高劑量會(huì)使蛋白質(zhì)降解而使蛋液粘度降低或產(chǎn)生 H2S 等異味。 5．蛋類 蛋類輻照主要采用輻照巴氏殺菌劑量，以殺滅沙門氏菌為對(duì)象。 輻照處理既能控制昆蟲的侵害，又能減少微生物的數(shù)量，保證原料的質(zhì)量。 肉類的高劑量輻照滅菌處理會(huì)使產(chǎn)品產(chǎn)生異味，此異味隨肉類的品種不同而異，牛肉產(chǎn)生的異味最強(qiáng)。如用加熱方式使鮮肉內(nèi)部的溫度升高到 70℃，保持 30min,使其蛋白分解酶完全鈍化后才進(jìn)行輻照。 輻照可以使昆蟲不育， 1kGy 可使昆蟲幾天內(nèi)死亡， 35kGy 可使昆蟲立即死亡；抑制谷類霉菌的蔓延發(fā)展的輻照劑量為 24kGy,小麥和面粉殺蟲的劑量為 ，焙烤食品為 1kGy。生命活動(dòng)期較短的水果，如草毒，用較小的劑量即可停止其生理作用。 水果的輻照處理，除可延長(zhǎng)保 藏期外，還可促進(jìn)水果中色素的合成，使?jié)撂崆懊摑驮黾悠咸训某鲋?。?2kGy 劑量即可延遲木瓜的成熟。 果蔬輻照的目的主要是：防止微生物的腐敗作用；控制害蟲感染及蔓延；延緩后熟期、 13 防止老化。 二、食品輻照工藝 （一）食品輻照保藏 食品受到射線的 照射，食品中的營(yíng)養(yǎng)成分、微生物和昆蟲、寄生蟲等，都會(huì)產(chǎn)生能量和電荷，使其構(gòu)成原子、分子發(fā)生一系列的變化。 （ radu ri zat ion） 這種輻射處理能提高食品的貯藏性，降低腐敗菌的原發(fā)菌數(shù)，并延長(zhǎng)新鮮食品的后熟期及保藏期。所使用的輻射劑量使在食品檢測(cè)時(shí)不出現(xiàn)無(wú)芽孢病原菌（如沙門氏菌）。劑量范圍為1050kGy。 （ radappertization） 此殺菌也稱商業(yè)性殺菌，所使用的輻射劑量可以使食品中的微生物數(shù) 量減少到零或有限個(gè)數(shù)。 作為輻射損傷，即使在低照射量范圍（ 50400kGy），褐變程度也隨劑量而增高，并因植物品種、產(chǎn)地、成熟度等的不同而不同。高劑量輻射后，乙烯不再生成，呼吸也表現(xiàn)出紊亂。輻射劑量較低的，乙烯的生成量再次上升，達(dá)到頂峰后又下降。增長(zhǎng)的程度因果實(shí)的種類、成熟度和輻射劑量而異。 12 ②調(diào)節(jié)呼吸和后熟 躍變型果實(shí)經(jīng)適當(dāng)劑量照射后，一般都表現(xiàn)出后熟被抑制、呼吸躍變后延、慢等現(xiàn)象。 輻射主要應(yīng)用在植物性食品（主要是水果和蔬菜）抑制塊莖、鱗莖類發(fā)芽，推遲蘑菇破膜開傘，調(diào)節(jié)后熟和衰老上。這種劑量一般在 80Gy 以下。35Gy 可作為防治常見(jiàn)鞘翅目?jī)?chǔ)糧害蟲的有效致死劑量。緩期致死劑量一般在幾十戈瑞到幾百戈瑞。這種劑量具有殺蟲迅速的優(yōu)點(diǎn)，但費(fèi)用很高。立即致死劑量往往很大，一般要在幾千戈瑞才有效。 輻射對(duì)昆蟲總的損傷作用是：致死、“擊倒”（貌 似死亡，隨后恢復(fù)）、壽命縮短、推遲換羽、不育、減少卵的孵化、延遲發(fā)育、減少進(jìn)食量和抑制呼吸，這些作用都是在一定劑量水平夏發(fā)生的，而在其它劑量下，甚至可能出現(xiàn)相反的效應(yīng)，如延長(zhǎng)壽命、增加產(chǎn)卵、增進(jìn)卵的孵化和促進(jìn)呼吸。處于幼蟲期的昆蟲對(duì)輻射比較敏感，成蟲細(xì)胞對(duì)射線的敏感性較小，高劑量才能使成蟲致死，但是成蟲的性腺細(xì)胞對(duì)輻射是敏感的。 （一）微生物 1. 輻射對(duì)微生物的作用 （ 1）直接效應(yīng)：指微生物接受輻射后本身發(fā)生的反應(yīng)，可使微生物死亡。當(dāng)射線穿過(guò)生物有機(jī)體時(shí)，會(huì)使其中的水和其他的物質(zhì)電解，生成游離基和離子，從而影響到機(jī)體的新陳代謝過(guò)程，嚴(yán)重時(shí)則殺死細(xì)胞 。 11 三、食品輻照的生物學(xué)效應(yīng) 在較低劑量的電離輻射作用下，能引起某些蛋白質(zhì)和核蛋白分子的改變，破壞新陳代謝，抑制核糖核酸和脫氧核糖核酸的代謝，使自身的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖能力受到一 定的危害。 某此高分子材料對(duì)輻照作用很敏感，介質(zhì)吸收輻照能后，會(huì)引起電離作用而發(fā)生各種化學(xué)變化。 一般來(lái)說(shuō)，食品中的維生素要比單純?nèi)芤褐械木S生素穩(wěn)定性強(qiáng)。 在脂溶性維生素中，維生素 E 的輻照敏感性最強(qiáng)；水溶性維生素中，維生素 B維生素 C 對(duì)輻照最不穩(wěn)定。 不飽和脂肪酸經(jīng)輻照后也會(huì)生成與飽和脂肪酸相類似的物質(zhì)，其生成的碳?xì)浠衔餅殒溝N、二烯烴、二烯烴和二聚物形成的酸。③發(fā)生非自動(dòng)氧化性的輻射分解。 4. 脂類 輻射對(duì)脂類所產(chǎn)生的影響可分為以下三個(gè)方面：①整個(gè)理化性質(zhì)發(fā)生變化。 多糖類經(jīng)輻照后會(huì)發(fā)生熔點(diǎn)降低、旋光度降低、吸收光譜變化、褐變和結(jié)構(gòu)變化等現(xiàn)象。不過(guò)據(jù)研究，核糖核酸酶受輻照后形成聚集體，其失活與特定原子團(tuán)的損傷無(wú)關(guān)。 在無(wú)氧條件下，干燥的酶經(jīng)過(guò)輻照后的失活在不同種酶之間，一般變化不大； 但在水溶液中，其失活過(guò)程因酶的種類不同而有差別。肉類經(jīng)殺菌劑量照射后，會(huì)生成多種微量的揮發(fā)性物質(zhì)，但可以認(rèn)為，只要所進(jìn)行的輻照不引起氨基酸的組分發(fā)生變化，就不會(huì)造成肉類蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)性損失。 貯藏肉類需用 10kGy 以上的高劑量進(jìn)行輻照。具有巰基或二硫基的 10 含硫氨基酸對(duì)射線的敏感性極強(qiáng)，經(jīng)輻照后，會(huì)因含硫部分氧化和游離基反應(yīng)而發(fā)生分解 。 若以甘氨酸為例，經(jīng)輻照后就可得到氫、二氧化碳、氨、甲胺、乙酸、甲酸、乙醛酸和甲醛。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需相應(yīng)地提高輻射處理劑量，以達(dá)到食品保藏的目的。 添加游離基的接受體： 抗壞血酸是一種對(duì)游離基有較大親和力的化合物，將抗壞血酸和某些其他物料添加到食品中，通過(guò)與之起反應(yīng)而導(dǎo)致游離基的消耗，從而可保護(hù)敏感性色素、香味化合物和食品成分。若將氧從系統(tǒng)中除去，此反應(yīng)則降低到最小限度，食品成分可受到一定程度的保護(hù)。但是，凍結(jié)狀態(tài)能阻止游離基的擴(kuò)散和移動(dòng)，降低了游離基與食品組分的接觸幾率，可顯著地約束間接作用對(duì)食品成分的影響。）。）。 現(xiàn)已知的中間產(chǎn)物有三種：①水合電子（ eaq）。水分子對(duì)輻射很敏感，當(dāng)它接受了射線的能量后，首先被激活，然后和食品中的其他成分發(fā)生反應(yīng)。例如食品色澤或組織的變化可能是由于γ 射線或高能β 粒子與特殊的色素或蛋白質(zhì)分子直接撞擊而引起的。 直接作用 生物學(xué)家提出了射線與基質(zhì)直接碰撞的靶理論，認(rèn)為輻照作用主要是由于這種直接碰撞引起的。所以游離基具有較大的相互反應(yīng)、與其他分子反應(yīng)的趨勢(shì)，使其奇數(shù)電子成對(duì)并達(dá)到穩(wěn)定。游離基為分子的一 部分、原子團(tuán)或具有不成對(duì)電子的單個(gè)原子。 當(dāng)中等能量級(jí)的電離輻射通過(guò)食品時(shí)，在電離輻射與分子級(jí)和原子級(jí)的食品粒子之間有撞擊現(xiàn)象，當(dāng)來(lái)自撞擊的能量足以使電子從原子軌道移去時(shí)，即導(dǎo)致產(chǎn)生離子對(duì)。 β 粒子一般具有較大的能力，能在它們通過(guò)物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生電離作用。輻射作用時(shí)的效應(yīng)取決于其改變分子的能力及其電離電位。庫(kù)侖散射可以多次發(fā)生、甚至經(jīng)過(guò)多次散射后，帶電粒子會(huì)折返回去，發(fā)生所謂的 “反向散射 ”。 能否產(chǎn)生這種放射性（也稱感生放射性），取決于射線的能量和被輻照物質(zhì)的性質(zhì)。 如果射線的光子與被照射物的電子發(fā)生彈性碰撞，當(dāng)光子的能量略大于電子在原子中的結(jié)合能時(shí)，光子把部分能量傳遞給電子，自身的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，朝著另一方向散射，獲得能量的電子（也稱次電子，康普頓電子），從原子中逸出