第二章 食品的變質及保藏法
食品的變質與腐敗 食品的變質腐敗的原因複雜，大多受數種環境因素的影響。 食品的腐敗係由微生物的繁殖所引起。 食品保藏的目的之一即為去除變質與腐敗的原因。
食品變質的原因 物理變化所引起的變質 蒸散作用(transpiration) 蔬果冷凍處理時，細胞易受破壞，進而腐敗。 蔬果貯藏時水分散失，造成萎縮、軟化及形狀崩壞等現象 蔬果冷凍處理時，細胞易受破壞，進而腐敗。
食品變質的原因 化學變化所引起的變質 空氣及光線的作用所引起的變質 油脂氧化 色素褪色和香氣變味 維生素C氧化 單寧氧化(顏色)
食品變質的原因 酵素所引起的變質 蔬果長時間貯存香味或酸味流失 褐變 老鼠或昆蟲等生物食害所引起的變質
食品腐敗的原因 一般而言，微生物於食品繁殖時，引起食品成分的分解尤其是蛋白質的分解，致使食品失去可食性者，稱為腐敗 食品的微生物污染，與食品種類、食品成分及環境條件等有關連 殺菌後的食品受再污染的現象，稱為二次污染(secondary contamination)
米麥 芽孢桿菌屬 米飯發生惡臭及酸敗 麵包生成粘質物 青黴菌屬黴菌 產生黃變米(yellowed rice)，造成黃變米中毒 老鼠或昆蟲食害
蔬菜果實 易受土壤、灰塵污染，也易運送或貯藏碰撞受傷害而使微生物侵入 果實含有機酸，因此不易受細菌侵害，而易受而酸性較強的黴菌生長而腐敗 蔬菜有機酸含量低，所以常見細菌污染造成腐敗
牛乳、肉類、魚貝類 此三類食物適合微生物尤其是細菌的生長，一有污染即容易引起微生物的急速增殖，進而發生腐敗 牛乳易受大腸桿菌污染 肉類須注意大腸桿菌及肉毒桿菌 魚類則是大腸桿菌及嗜鹽性菌
影響食品變質腐敗的環境因素 水分 氧 pH值 光線 溫度
水 微生物的繁殖及化學反應均需要有水分的存在 食品環境相對濕度變化時，食品表面水分含量也會改變，而形成結塊、斑點、結晶等缺陷 水分的冷凝不一定來自外界，防水性包裝內的水分也會因環境改變而移動 造成冷凝在包裝進而提供微生物繁殖所需的水分
水活性(Aw, water activity) 食品中水分與食品貯藏性的關係，以水活性(water activity, Aw)作指標 水活性即為水的結合能力 Aw=P/Po P為食品於密閉容器中的水蒸氣壓 Po為純水的飽合水蒸氣壓 水活性越低時食品越不易腐敗 飽和蒸氣壓指在一個密閉空間內，某種物質在給定的溫度下，該物質的液相、氣相共存時的氣體壓力。此時，蒸發/凝結過程達到動態平衡。
氧 氧會造成維生素類尤其是維生素A和C、色素、香氣成分及其他食品成分的破壞 食品可接觸到氧氣的部分易造成好氧性微生物的生長 加工中常以真空脫氣、惰性氣體(如氮氣)或去氧劑來排除氧
pH 蛋白質於高酸度環境下會發生變性(denaturation)，同理微生物之蛋白質對酸也敏感，所以酸對微生物有抑制的效果 酵素反應也與pH值有密切關係，在最適pH值下，反應速率高 化學反應亦有相似的現象
微生物對低pH值的耐酸性大小是 黴菌>酵母>細菌
光線 食品中的色素(如核黃素、葉綠素、血紅素、類胡蘿蔔素等)具有光敏感化作用，會道致食品成分分解，產生異味、異臭及營養價值降低 經由光阻絕性包裝可防止光線引起的變質
溫度 溫度是對食品最有影響的環境因素 食品在加工、貯藏、調理過程中，溫度的控制可決定產品的品質及特性 溫度每升高10 oC ，化學反應速率提高的位倍數稱為溫度系數，稱Q10 食品中發生化學反應的Q10多為1.5~2.5 降低溫度可使食品變化的反應速率降低
食品的保藏法與保藏原理
罐頭食品 罐頭食品為容器內填裝食品，經過脫氣、密封、加熱滅菌及冷卻所得到的保藏性加工食品 依使用容器可分為罐裝、瓶裝、鋁箔裝及殺菌軟袋裝食品，但保藏原理均相同 罐頭食品幾乎是半永久性的保藏食品，但加工過程中造成的蛋白質變性、色素成分分解、香氣成分消失等仍無法完全避免
罐頭食品的保藏原理 脫氣(exhausting) 密封(sealing) 加熱殺菌(heat steriliztion) 去除容器內的空氣以防止食品及容器氧化 密封(sealing) 與外部隔絕，防止外部微生物及氧的侵入 加熱殺菌(heat steriliztion) 殺死容器內的微生物及破壞食品中酵素，以防止微生素及酵素的變質 冷卻(cooling) 迅速降低品溫，防止持續高溫造成的食品變質
罐頭食品的加熱滅菌或殺菌(pasteurization)所遭遇的問題 加熱滅菌或殺菌的溫度與時間 微生物的耐熱性與pH值 微生物的污染程度與殺菌條件 加熱對食品成分的影響
加熱滅菌或殺菌的溫度與時間 一般微生物加熱至比生育最適溫度高出10~15 oC以上的高溫時大多會死滅 細菌形成的孢子很耐熱，不易死滅 殺菌時的溫度及時間同等重要，溫度高時所需時間短，反之則需延長 殺菌所需加熱條件是以殺死具有強耐熱性孢子並且會引起罐頭中毒原因的肉毒桿菌孢子為標準 罐頭的熱穿透(heat penetration)亦為決定殺菌的因素之一，其因罐頭種類、形狀、大小及內容物而有所不同
商業上，罐頭工廠對低酸性食物中的肉毒桿菌孢子，使用12D的熱處理法，即將每ml含1012(10000億)個孢子減至1個孢子。
微生物的耐熱性與pH值 食品pH值越低，微生物的耐熱性愈小，而pH值越趨向中性，微生物耐熱性越強
微生物的污染程度與殺菌條件 孢子數目愈多，則殺菌所需溫度及時間均需增加
加熱對食品成分影響 最受注意是維生素B1的分解，殺菌時間越長破壞越多 高溫短時殺菌方法對食品成分變化比低溫長時殺菌法少
罐頭製造流程
低溫食品 保藏原理 無論是生物、化學或酵素作用所造成的變質均與溫度有密切關係 溫度低時多數食品變質速率均趨緩
低溫食品需注意的問題 微生物與溫度 食品的冷藏與品質 食品的凍藏與品質
微生物與溫度
高溫菌與罐頭食品的腐敗有關係，低溫菌則在低溫保藏時會造成問題，病原菌多屬中溫菌 -10 oC被認為是微生物生長抑制界限溫度 低溫食品中，植物性食品主要易受低溫性黴菌或酵母菌為主，而動物性食品則是低溫性細菌為主
食品的冷藏與品質 食品冷卻至水分不凍結的溫度(一般是0~7 oC)以抑制微生物生長的貯藏稱冷藏(refrigeration) 冷藏庫一般呈乾燥狀態，因此食品貯藏時需包裝以避免水分散失 食品冷藏溫度尤其是生鮮食品的冷藏不可低於冰點，否則水會結成冰會造成細胞組織的破壞
食品的凍藏與品質 食品冷卻至大部分水凍結的貯藏稱凍藏(freezing) 食品在凍結(-18~-20 oC)時生化作用幾乎停止，僅未破壞酵素作用、氧化與昇華作用緩慢進行，因此可貯藏相當長的時間，但並可無限期保藏
冷凍蔬果的製造流程
乾燥食品 乾燥食品的保藏原理 乾燥食品是將食品乾燥至微生物生育所需的水分含量以下，以防止微生物的生長及繁殖 微生物對乾燥的抵抗力依序為黴菌>酵母菌>細菌 將食品乾燥至黴菌無法生長的水分含量，除可抑制微生物生長外，亦可防止食品成分的氧化
食品中的結合水、自由水與微生物 食品中的水分依存在狀態可分為結合水與自由水，其中自由水是微生物可利用的水，而結合水則無法為微生物所用 食品中結合水的含量與食品中水分含量並非”絕對”相關，如 果醬中水分含量約30%，不易腐敗 稻穀水分含量15%時，易受黴菌污染
相對濕度與食品中的水分 簡言之，相對濕度就是周圍大氣中的水分 食品中的水分含量易受大氣的相對濕度影響而改變 食品於高相對濕度下，容易吸濕，但至食品相對濕度與環境者平衡後即停止，同理於低相對濕度下，則會水分散失。 一般而言，食品乾燥至具有的水蒸氣壓約達空氣中水氣蒸壓70%以下時，則可防止微生物的污染及繁殖
乾燥
鹽漬食品 溶液中溶質(鹽)的濃度越高，滲透壓(osmotic pressure)則愈高，對微生物則有抑制的效果 細菌的耐鹽性低，尤其是腐敗菌約在5%食鹽水下生育即受限制(但耐鹽性菌則可在10%以上鹽水下生育) 酵母菌耐鹽性比細菌高，其常造成醬油或醃漬物的變敗 為達抑菌與食品風味，鹽漬時可加酸降低微生物的耐鹽性，如此可減少鹽漬時鹽所需的濃度
solvent:溶劑(水) solute:溶質(鹽) http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/kinetic/imgkin/ solvent:溶劑(水) solute:溶質(鹽) 半透膜是一種對透過物質有選擇性的薄膜。利用一張只准水分子透過，不許鹽分子透過的半透膜，將一個容器分成兩半。在膜的兩側分別注入純水和含鹽水，讓兩側的高度一樣高。過了一段時間後，鹽水的液面升高，純水的液面下降，這是由於純水一側的水分子透過半透膜在向鹽水那側轉移。當滲透達到平衡時，鹽水一側的水柱高於純淨水一側的水柱，這種現象產生於所謂的「滲透壓」，這滲透壓的高低取決於鹽水濃度的高低。
糖漬食品 糖液與食鹽水溶液均具有高滲透壓，可抑制微生物生育 低濃度糖(10%)有利於微生物生長 相同濃度下，糖分子分子量越小，滲透壓越大(葡萄糖C6H12O6 > 蔗糖C12H22O11) 食品中的酸可減低微生物對糖液的耐滲透性
煙燻食品 煙燻(smoking)是自古以來常使用的保藏法之一，是以木材燃燒不完全的煙來燻食品，其功能包括 使食品水分散失(乾燥) 使煙中的防腐成分(甲醛及酚類物質等)附著於食品以殺死微生物 賦予食品特殊風味 煙燻具有乾燥和煙燻保藏的相乘效應(synergistic effect)
醃漬食品 生鮮蔬果添加食鹽，放置一段時間後成為具特殊風味的食品，稱為醃漬，其使用的鹽濃度比鹽漬低 醃漬除了利用鹽抑制腐敗菌生長外，還利用有益微生物(乳酸菌)的發酵產生有機酸，降低pH 值以抑制腐敗菌，所以醃漬食品具有食鹽及低pH的相乘保藏效果
食品添加物的使用 利用微生物對藥劑抵抗性弱，使用藥劑以提高食品保藏性 但藥劑通常有毒，所以其用法、用量、用途均受食品衛生管理法所規範 常用增加食品保藏效果的添加物包括已二烯酸、去水醋酸及苯甲酸等 使用抗生素於食品防腐目前已全面禁用
放射線照射的利用 放射線有α、β、γ射線，對微生物、昆蟲、酵素等具有致死或失去活性的作用，食品保藏上利用的放射線為γ射線。 由於殺菌過程在室溫且不會產熱，所以放射線殺菌又稱冷滅菌(cold sterilization) 根據衛生署公告之食品輻射處理標準，現在指定用於使用照射目的在於防止發芽、防止害蟲、寄生蟲及調整熟度，而食品殺菌方面則還沒有指定使用。
α 粒子的穿透力最小，一張紙可擋住。 β 粒子可由鋁屏蔽。 γ穿透力強，必須使用實質性的障礙，例如一層非常厚的鉛，但仍然未能完全阻擋。
控氣保藏法 脫氣貯存法: (1)真空包裝法 (2)充填(氮氣或二氧化碳)氣體包裝法。 控氣貯藏法:透過改變原來大氣的組成，即提高二氧化碳濃度至2~5 ％ 、降低氧氣濃度3~5 ％ ，同時降低貯存溫度，進行所謂控氣貯藏法(CA storge) 。 調氣貯藏法:在大氣中添加原先不存在於正常大氣的氣體成份，如乙烯。 去除乙烯貯藏法:更性水果採收後，會有明顯呼吸作用速率增加現象，且其生理代謝反應過程會產生乙烯，可利用去乙烯貯藏法，將可減緩果蔬類食品的後熟作用或減少葉綠素的分解作用。
食品包裝 食品包裝不能使微生物死滅，但可防止殺菌處理食品的微生物再污染，或維持乾燥狀態的保持，以延長食品保藏期限 食品包裝最重要角色是防止外力的衝擊、振動，遮斷熱、光、濕氣、小動物、微生物等外來因素造成食品劣化