低温防腐的基本原理解析

（一）低温对酶活性的影响

酶的活性和温度有密切的关系。大多数酶的适宜活动温度为30～40℃，动物体内的酶需稍高的温度，植物体内的酶需稍低的温度。当温度超过适宜活动温度时，酶的活性就开始遭到破坏，当温度达到80～90℃时，几乎所有酶的活性都遭到了破坏。

低温下酶仍能保持部分活性。例如胰蛋白酶在-30℃下仍然有微弱的反应，脂肪分解酶在-20℃下仍能引起脂肪水解。只有将温度维持在-18℃以下，酶的活性才会受到很大程度的抑制。低温能降低酶或酶系活动的速度，食品保鲜时间也将随之延长。为了将冷冻（或速冻）、冻藏和解冻过程中食品内不良变化降低到最低的程度，食品常经短时预煮，预先将酶的活性完全破坏掉，再行冻制。预煮时常以过氧化酶活性被破坏的程度作为所需时间的依据。

（二）低温对微生物的影响

1.低温能减缓微生物生长和繁殖的速度

当温度降低到最低生长点时，它们就停止生长并出现死亡。许多嗜冷菌和嗜温菌的最低生长温度低于0℃，有时可达-8℃。例如蔬菜中各种细菌最低生长温度为-6.7℃。降到最低生长温度后，再进一步降温，就会导致微生物死亡，不过在低温下，它们的死亡速度比较缓慢。冻结或冰冻介质最易促使微生物死亡，对0℃下尚能生长的微生物也是这样。在-5℃过冷介质中荧光杆菌的细胞数基本不变，但其在相同温度的冰冻介质中不断死亡。

2.低温导致微生物活力减弱和死亡的原因

在正常情况下，微生物细胞内各种生化反应总是相互协调一致。但各种生化反应的温度系数Q10各不相同，因而降温时这些反应将按照各自的温度系数（即倍数）减慢，破坏各种反应原来的协调一致性，影响微生物的生活机能。温度愈低，失调程度也愈大，以致它们的生活机能受到抑制甚至完全丧失。

冷却时介质中冰晶体的形成会促使细胞内原生质或胶体脱水。胶体内溶质浓度的增加常会促使蛋白质变性。冰晶体的形成还会使细胞遭受到机械性破坏，导致菌体死亡。

3.影响微生物低温致死的因素

（1）温度的高低

在冰点以上，微生物仍然具有一定的生长繁殖能力，低温菌和嗜冷菌逐渐增长，会导致食品变质。对低温不适应的微生物则逐渐死亡。

表5-1　不同温度下牡蛎在贮藏过程中细菌数的变化

温度稍低于生长温度或冻结温度时对微生物的威胁性最大，一般为-12～-8℃，尤以-5～-2℃为最甚，此时微生物的活动就会受到抑制或微生物几乎全部死亡。温度冷却到-25～-20℃时，微生物细胞内所有酶的反应几乎全部停止，同时细胞内胶质体的变性延缓，此时微生物的死亡比在-10～-8℃时就缓慢得多。

（2）降温速度

食品冻结前，降温愈速，微生物的死亡率也愈大。因为此时微生物细胞内新陈代谢未能及时迅速进行调整。冻结时恰好相反，缓冻导致大量微生物死亡，速冻则相反。这是因为缓冻时一般食品温度常长时间处于-12～-8℃（特别在-5～-2℃），并形成量少粒大的冰晶体，对细胞产生机械性破坏作用，还促进蛋白变性，以致微生物死亡率相应提高。速冻时食品在对细胞威胁性最大的温度范围内停留的时间甚短，同时温度迅速下降到-18℃以下，能及时终止细胞内酶的反应和延缓胶质体的变性，故微生物的死亡率也相应降低。一般情况下，食品速冻过程中微生物的死亡数仅为原菌数的50%左右。

（3）结合水分和过冷状态

急速冷却时，如果水分能迅速转化成过冷状态，避免结晶并成为固态玻璃质体，这就有可能避免因介质内水分结冰微生物所遭受到的破坏作用。这样的现象在微生物细胞内原生质冻结时就有出现的可能，当它含有大量结合水分时，介质极易进入过冷状态，不再形成冰晶体，这将有利于保持细胞内胶质体的稳定性。和生长细胞相比，细菌和霉菌芽孢中的水分含量就比较低，而其中结合水分的含量就比较高，因而它们在低温下的稳定性也就相应地较高。(www.xing528.com)

（4）介质

高水分和低pH值的介质会加速微生物的死亡，而糖、盐、蛋白质、胶体、脂肪对微生物则有保护作用。

（5）贮期

低温贮藏时微生物数一般总是随着贮存期的增加而有所减少；但是贮藏温度愈低，减少的量愈少，有时甚至于没减少（见表5-2）。贮藏初期（也即最初数周内），微生物减少的量最大，一般来说，贮藏一年后微生物死亡数将达原菌数的60%～90%。在酸性食品中微生物数的下降比在低酸性食品中更多。

表5-2　不同温度和贮藏期的冻鱼中细菌含量

（6）交替冻结和解冻

理论上认为交替冻结和解冻将加速微生物的死亡，实际上效果并不显著。炭疽菌在-68℃温度的CO2中冻结，再在水中解冻，反复连续两次，结果仍未失去毒性。

4.冻制食品中病原菌控制问题

冻制食品并非无菌，可能含有一些病原菌，如肉毒杆菌、金黄色葡萄球菌、肠球菌、溶血性链球菌、沙门氏菌等。

肉毒杆菌及其毒素对低温有很强的抵抗力。在-16℃温度中肉毒杆菌能保持生命达一年之久，毒素可保持14个月。肉毒杆菌一般能在20℃温度下生长并产生毒素，但在10℃以下就不能生长活动。冻制食品即使有肉毒杆菌存在，若贮藏在-18℃以下，也不会产生毒素。在-10℃温度中放置较长时间也无产生毒素的危险。因而，冻制前不让肉毒杆菌有生长和产生毒素的机会，解冻后又立即食用就可以避免中毒。

产生肠毒素的葡萄球菌常会在冻制蔬菜中出现。它们对冷冻的抵抗力比一般细菌强。有人曾用18个菌株做试验，发现在室温下解冻时，冻玉米内有8个菌株会产生毒素，但若解冻温度降低至4.4～10℃，则无毒素出现。

有人曾将伤寒沙门氏菌和冰淇淋配料混合后冻结，并贮存于-40℃的硬化室内，观察它的残菌量，所得的试验结果见表5-3。

表5-3　冻结冰淇淋配料对伤寒沙门氏菌的影响

目前还发现过滤性病毒能在细菌也难以生存的环境中较长时间地保持它们的生命力，这将成为今后应该予以注意的另一个问题。

冻制食品内的常见的腐败菌在24小时内，会使食品发生对人体并无毒害的腐败变质。如果解冻的冻制品中含有毒素，那么它必然同时也会有腐败现象出现，这就事先发出警告。

冻制食品中对病原菌的控制，目前主要还是杜绝生产各个环节中一切可能的污染源，特别是不让带菌者和患病者参加生产，尽可能减少生产过程的人工处理，对食品原料处理及加工、分配和贮藏中的卫生措施始终不渝地进行严格的监督。

大多数腐败菌在10℃以上能迅速繁殖生长。某些食品中毒菌和病原菌在温度降低至3℃前仍能缓慢地生长。食品尚未冻硬前嗜冷菌仍能在-10～-5℃温度范围内缓慢地生长，但不会产生毒素和导致疾病。不过它们即使处于-4℃以下，却仍有导致食品腐败变质的可能。如果食品温度低于-10℃，则微生物不再有明显的生长。0℃时微生物繁殖速度非常缓慢，0℃成为短时期贮藏食品常用的贮温。-10～-7℃时只有少数霉菌尚能生长，而所有细菌和酵母几乎都停止了生长。为此，-12～-10℃则成为冻制食品能长期贮藏的安全贮藏温度。酶的活动一般只有温度降低到-30～-20℃时才有可能完全停止。工业生产实践证明-18℃以下的温度是冻制食品冻藏时最适宜的安全贮藏温度。在此温度下还有利于保持食品色泽，减少干缩量和在运输中保冷。