本章學習重點和要求：
1.熟練掌握環境因素對食品品質的影響；
2.熟練掌握包裝食品微生物的控制方法及原理；
3.掌握包裝食品的品質變化機理及控制方法。
第一節 環境因素對食品品質的影響
食品品質包括食品的色、香、味，營養價值，應具有的形態、重量及應達到的衛生指標。幾乎所有的加工食品都需包裝才能成為商品銷售。盡管食品是一種品質最易受環境因素影響而變質的商品，但每一種包裝食品在設定的保質期內都必須符合相應的質量指標。
食品從原料加工到消費的整個流通環節是復雜多變的，它會受到生物性和化學性的侵染，受到生產流通過程中出現的諸如光、氧、水分、溫度、微生物等各種環境因素的影響。包裝食品在流通過程中因環境因素影響而發生的質量變化，研究這些因素對食品品質的影響規律是食品包裝設計的重要依據。
一、光照對食品品質的影響
（一）光照對食品的變質作用
光對食品品質的影響很大。它可以引發并加速食品中營養成分的分解，使其發生腐敗變質反應，主要表現在四個方面：促使食品中油脂的氧化反應而發生氧化性酸敗；使食品中的色素發生化學變化而變色；使植物性食品中的綠、黃、紅色及肉類食品中的紅色發暗或褐變；引起光敏感性維生素如B族維生素和維生素C的破壞，并與其他物質發生不良化學變化；引起食品中蛋白質和氨基酸的變性。
（二）光照對食品的滲透規律
光照能促使食品內部發生一系列的變化是因其具有很高的能量。光照下食品中對光敏感的成分能迅速吸收并轉換成光能，從而激發食品內部發生變質的化學反應。食品對光能吸收量越多、轉移傳遞越深，食品變質越快、越嚴重。食品吸收光能量的多少用光密度表示，光密度越高，光能量越大，對食品變質的作用就越強。根據朗伯—比爾定律（Lamber-Beer定律），光照食品的密度向內層滲透的規律為：
式中：Ix——光線透入食品內部x深處的密度；
Ii——光線照射在食品表面處的密度；
μ——特定成分的食品對特定波長光波的吸收系數。
顯然，入射光密度越高，透入食品的光密度也越高，深度也越深，對食品的影響也越大。
食品對光波的吸收量還與光波波長有關，短波長光（如紫外光）透入食品的深度較淺，食品所接收的光密度也較少；反之，長波長光（如紅外光）透入食品的深度較深。此外，食品的組成成分各不相同，每一種成分對光波的吸收有一定的波長范圍；未被食品吸收的光波對食品變質沒有影響。
（三）包裝避光機理和方法
要減少或避免光線對食品品質的影響，主要的方法是通過包裝將光線遮擋、吸收或反射，減少或避免光線直接照射食品；同時防止某些有利于光催化反應因素，如水分和氧氣透過包裝材料，從而起到間接的防護效果。
根據朗伯-比爾定律，透過包裝材料照射到食品表面的光密度為：
式中：Io——食品包裝表面的入射光密度；
xp——包裝材料厚度；
μp——包裝材料的吸光系數。
將此式代入式（5-1）得光線透過包裝材料透入食品的光密度為：
光線在包裝材料和食品中的傳播和透入的光密度分布規律。包裝材料可吸收部分光線，從而減弱光波射入食品的強度，甚至可全部吸收而阻擋光線射入食品內。因此，選用不同成分、不同厚度的包裝材料，可達到不同程度的遮光效果。
幾種食品軟包裝材料透光率比較曲線。由圖可知，不同包裝材料其透光率不同，且在不同的波長范圍內也有不同的透光率。大部分紫外光可被包裝材料有效阻擋，而可見光能大部分透過包裝材料。同一種材料內部結構不同時透光率也不同，如高密度PE和低密度PE。此外，材料的厚度對其遮光性能也有影響，材料越厚、透光率越小，遮光性能越好。
食品包裝時，可根據食品和包裝材料的吸光特性，選擇一種對食品敏感的光波具有良好遮光效果的材料作為該食品的包裝材料，從而有效避免光對食品質變的影響。為了滿足食品不同的避光要求，可對包裝材料進行必要的處理來改善其遮光性能，如玻璃一般采用加色處理。有色玻璃抵抗紫外光的能力相對較強，對可見光也有較好的遮光效果。有些包裝材料可采用表面涂覆遮光層的方法改變其遮光性能。在透明的塑料包裝材料中也可加入著色劑或在其表面涂敷不同顏色的涂料達到遮光效果。
二、氧對食品品質的影響
氧氣對食品的品質變化有顯著影響。氧使食品中的油脂發生氧化，這種氧化即使是在低溫條件下也能進行；油脂氧化產生的過氧化物，不但使食品失去食用價值，而且會發生異臭，產生有毒物質。氧能使食品中的維生素和多種氨基酸失去營養價值，還能使食品的氧化褐變反應加劇，使色素氧化退色或變成褐色。對于食品微生物，大部分細菌由于氧的存在而繁殖生長，造成食品的腐敗變質。
食品因O2發生的品質變化程度與食品包裝及貯存環境中的氧分壓有關。表示了亞油酸相對氧化速率隨氧分壓而變化的規律：油脂氧化速率隨氧分壓的提高而加快；在氧分壓和其他條件相同時，接觸面積越大，氧化速度越高。此外，食品氧化程度與食品所處環境的溫度、濕度和時間等因素也有關。
氧氣對新鮮果蔬的作用則屬于另一種情況，由于生鮮果蔬在貯運流通過程中仍在呼吸，故需要吸收一定數量的氧而放出一定量的CO2和水，并消耗一部分營養。
食品包裝的主要目的之一，就是通過采用適當的包裝材料和一定的技術措施，防止食品中的有效成分因O2而造成品質劣化或腐敗變質。
三、水分或濕度對食品品質的影響
一般食品都含有不同程度的水分，這些水分是食品維持其固有性質所必需的。水分對食品品質的影響很大，一方面，水能促使微生物的繁殖，助長油脂的氧化分解，促使褐變反應和色素氧化；另一方面，水分使一些食品發生某些物理變化，如有些食品受潮而發生結晶，使食品干結硬化或結塊，有些食品因吸水吸濕而失去脆性和香味等。
食品中所含水分根據其理化性質可分為結合水和自由水。結合水具有不易結冰（冰點約-40℃）和不能作為溶質之溶劑的特點，但食物組織結構所含水分大部分是自由水，這部分水在某種程度上決定了微生物對某種食品的侵襲而引起食品變質的程度，用水分活度Aw表示。食品的水分活度可近似地表示為食品的水蒸氣壓與相同體積溫度下純水的蒸汽壓之比。食品中水分含量與水分活度Aw的關系曲線如圖3-7所示。當食品含水量低于干物質的50%時，水分含量的輕微變動即可引起Aw的極大變動。
根據食品中所含水分的比例，一般可將食品分為三大類，用水分活度Aw表示：Aw＞0.85的食品稱為濕食品，Aw=0.6～0.85的食品稱為中等含水食品，Aw＜0.6的食品稱為干食品。各種食品具有的水分活度值范圍表明：食品本身抵抗水分的影響能力的不同。食品具有的Aw值越低，相對地越不易發生由水帶來的生物生化性變質，但吸水性越強，即對環境濕度的增大越敏感。因此，控制包裝食品環境濕度是保證食品品質的關鍵。
四、溫度對食品品質的影響
引起食品變質的原因主要是生物和非生物兩個方面的因素。溫度對這兩方面都有非常顯著的影響。
（一）溫度升高對食品品質的影響
在適當的濕度和氧氣等條件下，溫度對食品中微生物繁殖和食品變質反應速度的影響都是相當明顯的。一般說來，在一定溫度范圍內（10～38℃），食品在恒定水分條件下，溫度每升高10℃，許多酶促和非酶促的化學反應速率加快1倍，其腐變反應速度將加快4～6倍。當然，溫度的升高還會破壞食品的內部組織結構，嚴重破壞其品質。過度受熱也會使食品中蛋白質變性，破壞維生素特別是含水食品中的維生素C，或因失水而改變物性，失去食品應有的物態和外形。為了有效地減緩溫度對食品品質的不良影響，現代食品工業采用食品冷藏技術和食品流通中的低溫防護技術，可有效地延長食品的保質期。
（二）低溫對食品品質的影響
溫度對食品的影響還表現在低溫凍結對食品內部組織結構和品質的破壞。凍結會導致液體食品變質：如果將一瓶牛乳凍結，乳濁液即受到破壞，脂肪分離出來、牛乳蛋白質變性而凝固。易受冷損害的食品不需極度凍結，許多果蔬采收后為延長其細胞的生命過程要求適當的低溫條件；但有些果蔬在一般冷藏溫度4℃下保存會衰竭或枯死，隨之發生包括產生異味、表面斑痕和各種腐爛等變質過程。
五、微生物對食品品質的影響
人類生活在微生物的包圍之中，空氣、土壤、水及食品中都存在著無數的微生物，如豬肉火腿和香腸，在原料肉腌制加工后的細菌總數為105～106個/g，其中大腸桿菌102～104個/g。完全無菌的食品只限于蒸餾酒、高溫殺菌的包裝食品和無菌包裝食品等少數幾類。雖然大部分微生物對人體無害，但食品中微生物繁殖量超過一定限度時食品就要腐敗變質。微生物是引起食品質量變化最主要的因素。
（一）食品中的主要微生物
與食品有關的微生物種類很多，這里僅舉出常見的、具有代表性的食品微生物菌屬。
1.細菌
細菌在食品中的繁殖會引起食品的腐敗、變色、變質而不能食用，其中有些細菌還能引起人的食物中毒。細菌性食物中毒案例中最多的是腸類弧菌所引起的中毒，約占食物中毒的50%；其次是葡萄球菌和沙門氏菌引起的中毒，約占40%；其他常見的能引起食物中毒的細菌有：肉毒桿菌、致病大腸桿菌、魏氏梭狀芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌、彎曲桿菌屬、耶爾森氏菌屬。
2.真菌
食品中常見的真菌，主要為霉菌和酵母。霉菌在自然界中分布極廣、種類繁多，常以寄生或腐生的方式生長在陰暗、潮濕和溫暖的環境中。霉菌有發達的菌絲體，其營養來源主要是糖、少量的氮和無機鹽，因此極易在糧食和各種淀粉類食品中生長繁殖。大多數霉菌對人體無害，許多霉菌在釀造或制藥工業中被廣泛利用，如用于釀酒的曲霉，用于發酵制造腐乳的毛霉及紅曲霉，用于制造發酵飼料的黑曲霉等。然而，霉菌大量繁殖會引起食品變質，少數菌屬在適當條件下還會產生毒素。到目前為止，經人工培養查明的霉菌毒素已達100多種。
（二）微生物對食品的污染
作為食品原料的動植物在自然界環境中生活，本身已帶有微生物，這就是微生物的一次污染。食品原料從自然界中采集到加工成食品，最后被人們所食用為止整個過程所經受的微生物污染，稱為食品的二次污染。
食品二次污染過程包括食品的運輸、加工、貯存、流通和銷售。由于空氣環境中存在著大量的游離菌，如城市室外空氣中一般含有103～105個/m3的微生物，其中大部分是細菌，而霉菌約占10%，這些微生物很容易污染食品。因此，在這個復雜的過程中，如果某一環節不注意滅菌和防污染，就可能造成無法挽回的微生物污染，使食品腐敗變質。
由于一次污染和二次污染的存在，市場上銷售的食品中含有大量的微生物。
光、氧、水分、溫度及微生物對食品品質的影響是相輔相成、共同存在的。采用科學有效的包裝技術和方法避免或減緩這種有害影響，保證食品在流通過程中的質量穩定，更有效地延長食品保質期，是食品包裝科學研究要解決的主要課題。
第二節 包裝食品的微生物控制
一、環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以上的環境中生長，大部分霉菌在Aw=0.80以上的環境中繁殖，部分霉菌和酵母在Aw較低的環境中也能繁殖。
食品微生物在水分活度較低（Aw=0.5以下）的干燥環境中不能繁殖，但值得注意的是干燥食品從環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。
（二）溫度
微生物生存的溫度范圍較廣（-10～90℃之間），根據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。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特別注意。