食品基质特性：从理化特性到品质保证

1.食品的pH

各种食品都具有一定的pH，通常情况下，一般微生物都可以在pH接近中性的食品上生长繁殖，但在偏酸性或偏碱性的食品中，不同种类的微生物可显示一定的特殊性。此外，微生物在食品中生长繁殖时也能促使食品的pH发生变化，从而引起食品中微生物类群的变动。

（1）食品原料的pH。

各种食品原料的pH几乎都在7.0以下，有些可低至2.0～3.0。表3-2列举了部分食品原料的pH。

表3-2　部分食品原料的pH

根据食品原料pH范围的特点，可将食品划分为两种类型：酸性食品和非酸性食品。pH在4.5以上的食品属于非酸性食品，主要包括几乎所有的蔬菜和鱼、肉、乳等动物性食品原料，它们的pH一般在5.0～7.0；pH在4.5以下的食品属于酸性食品，主要是绝大多数的水果类，它们的pH在2.0～4.5。

由于绝大多数细菌最适生长的pH为7.0左右，因此细菌在非酸性的食品原料中生长繁殖的可能性更大，并且能够良好生长。当食品的pH偏向酸性或碱性时，细菌的生长受到抑制，能够生长繁殖的细菌种类也变少。当食品的pH在5.5以下时，能够引起食品腐败变质的细菌基本被抑制，只有少数细菌如大肠埃希氏菌（Escherichia coli）尚能生长；但一些耐酸细菌，如乳杆菌（Lactobacillaceae）和链球菌（Streptococcus）也可以继续生长繁殖。除细菌外，酵母菌和霉菌生长的pH范围较宽，因此也可能在酸性食品上生长。多数酵母菌生长的最适pH为4.0～5.8，霉菌生长的最适pH是3.8～6.0。

（2）微生物引起食品pH的变动。

微生物在食品中生长繁殖时，通常会引起食品pH的变动，这种变动取决于食品的营养组成和微生物的种类。如果微生物分解食品中的糖类产生酸，则会促使食品的pH下降，若分解蛋白质产生碱，会导致pH上升。

有些食品原料对pH的变动具有一定的缓冲作用，如肉类原料比蔬菜类的缓冲作用大。当食品原料中同时含有糖类和蛋白质时，有些微生物首先利用糖类作为碳素来源，就会导致pH下降趋于酸性；若糖类不足而蛋白质含量丰富，则微生物利用蛋白质引起pH升高趋于碱性。当食品的pH下降或上升一定限度时，微生物的生长繁殖就会受到抑制，此时食品中的酸或碱的累积作用就不再继续进行。

当微生物生长在含糖类与蛋白质的食品中，微生物首先分解糖类产酸使食品的pH下降；当蛋白质被分解，又出现pH的上升现象。例如产气肠杆菌（Enterobacter aerogenes）利用糖而产生酸，当pH下降至5.0时，细菌开始利用产生的酸并分解为CO2和水，pH又回升到中性。

有些细菌在生长初期，先分解糖类不断产生酸，使得糖类含量降低到一定程度时，然后蛋白质被分解产生大量的碱性物质，造成pH的上升。这种现象经常存在于发酵食品的生产中，其主要原因是多种微生物同时存在。例如在腌菜的生产过程中，初期由于乳酸菌利用糖类产生酸，引起pH逐渐下降，并积累了大量的酸，酸度过高导致乳酸菌的生长受到抑制，但一些酵母菌或霉菌具有耐酸的特性，它们还能利用酸性物质进行生长繁殖，又造成了pH逐渐上升。当pH接近中性时，若原来加入的食盐不足以及其他条件的影响下，又出现一些细菌生长繁殖的现象，最终会导致pH偏向碱性。

2.食品的水分

（1）水活度值。

任何食品中都含有一定量的水分。通常情况下，食品中的水分以游离水和结合水两种形式存在。微生物在食品中生长繁殖必须在存在游离水的状况下，才能进行一系列的代谢活动。因为游离水是良好的溶剂，能溶解食品中的糖、盐和氨基酸等物质，使微生物在含有营养物质的水溶液中进行生长繁殖。

一般来说，水分含量高的食品，微生物容易生长；水分含量低的食品，微生物不易生长。通常情况下，微生物在食品中生长所利用水的有效性以水活度值（water activity,aw）表示。水活度值是指在一定的温度和压力条件下，食品的蒸汽压力（P）与同样条件下纯水蒸汽压力（P0）之比，即aw=P/P0。纯水的aw=1，无水食品的aw=0。因此，食品的aw在0和1之间。表3-3列举了不同微生物类群生长的最低aw范围。

表3-3　食品中主要微生物类群生长的最低aw范围

从表3-3看出，食品的aw在0.6以下时微生物不能生长。一般认为食品的aw值在0.64以下时是食品安全贮藏的防霉含水量。但是，在实际中通常用含水量百分率表示食品的含水量，并作为控制微生物生长繁殖的衡量指标。例如为了达到保藏目的，奶粉含水量应在8%以下，大米含水量应在13%左右，豆类在15%以下，脱水蔬菜在14%～20%。这些物质含水量百分率虽然不同，但其aw约在0.70以下。表3-4列举了一些食品的aw。

表3-4一些食品的aw

（2）不同类群微生物生长和水活度值。

不同类群微生物生长的最低aw是不同的，即使属于同一类群的菌种，它们生长繁殖的最低aw也有差异。从表3-3可以看出，当aw接近0.9时，绝大多数细菌的生长已经受到抑制；低于0.9时细菌几乎不能生长。其次是酵母菌，当下降至0.88时，生长也受到严重影响，但绝大多数霉菌还能继续生长。

①细菌生长的aw：细菌生长所需要的水分比酵母菌和霉菌高，食品中绝大部分细菌均在aw0.94以上生长，而且生长最适aw都在0.995以上。表3-5列举了食品中常见细菌生长的最低aw。此外，细菌形成芽孢时所需要的水分比生长繁殖时要高。一般情况下，芽孢形成的最适aw为0.993，若aw低于0.97时就不能形成芽孢。

表3-5　食品中常见细菌生长的最低aw

②酵母菌生长的aw：酵母菌生长所需要的水分比细菌低一些，但比霉菌要高。除耐高渗酵母（如鲁氏酵母）外，其生长的最低aw在0.88～0.94，有些酵母的最低aw在0.89～0.90，有些酵母在0.93～0.94。表3-6列举了食品中常见酵母菌生长的最低aw。(www.xing528.com)

在一些加入糖的食品中，由于加入糖的数量尚不能使食品的aw降至多数酵母菌生长的最低aw以下，因此在多数加糖的食品中酵母菌仍可能有生长的机会。

表3-6食品中常见酵母菌生长的最低aw

③霉菌生长的aw：与细菌和酵母菌相比，霉菌能在较低的aw范围内生长，见表3-7。当aw在0.64以下时，任何霉菌都不能生长繁殖；若aw在0.65时还有少数霉菌能够生长，称为干性霉菌，例如灰绿曲霉（Aspergullus glaucus）、薛氏曲霉（Aspergillus chevalieri）、匍匐曲霉（Aspergillus repens）、刺孢曲霉（Aspergillus aculeatus）、赤曲霉（Aspergillus ruber）和阿曲霉（Aspergillus amstelodami）等。这些干性曲霉在aw为0.73～0.75时，1～4周内有部分可以发芽；aw为0.64～0.66时经过1～2年才有部分发芽。霉菌孢子发芽的最低aw比霉菌生长的aw要低，如灰绿曲霉（Aspergullus glaucus）的孢子发芽时最低aw在0.73～0.75，而生长所需要的aw#在0.85以上。

表3-7　食品中常见霉菌生长的最低aw

（3）微生物生长aw的可变性。

微生物生命活动的正常进行必须要求稳定的aw，aw稍有变化就会对微生物产生一定的影响。一般情况下，微生物生长的最低aw不会变动，但在某些因素条件下，微生物能适应的aw幅度会有所变化，温度是影响微生物生长最低aw的一个重要因素。研究表明，当温度变动10℃时，微生物生长的最低aw变动幅度通常为0.01～0.05。在最适温度时霉菌孢子出芽最低aw可以低于非最适温度时生长的最低aw。有氧与无氧环境对微生物生长的aw也有影响，如金黄色葡萄球菌（Staphyloccocus aureus）在无氧环境下生长最低aw为0.90；而在有氧环境中的生长最低aw为0.86。霉菌在高度缺氧环境中，即使处于最适aw环境也不能生长。在最适pH环境中，微生物生长的最低aw可以稍低一些。此外，有害物质存在也会影响微生物生长要求的aw，如环境中存在CO2，有些微生物能适应的aw范围就会缩小。

（4）食品的水活度值。

新鲜的食品原料（如鱼、肉、水果、蔬菜等）含有较多的水分，aw一般在0.98～0.99，非常适宜于大多数微生物的生长繁殖。在一般情况下，微生物首先在食品原料的表层生长繁殖，导致食品原料腐败变质，虽然食品表层的水分因蒸发作用逐渐减少，但食品原料组织内部的水分不断地移向表层，可以在一定时间内保持较高的aw，这有助于微生物不断向食品原料组织内部生长繁殖。

干制食品的aw一般在0.80～0.85，通常在1～2周内才能被霉菌引起腐败变质。若aw保持在0.70时，就能长期防止微生物的生长繁殖。当食品的aw为0.65时，仅有极少数的微生物可以生长，并且生长速度非常缓慢。因此，要延长干制食品的贮藏期，就必须考虑到要求较低的aw。例如aw在0.80～0.85的食品，一般只能保存几天；aw在0.72左右的食品，可以保存2～3个月；如果aw在0.65以下，则可保存1～3年。

3.渗透压

（1）不同类群微生物对渗透压的适应性。

渗透压对微生物的生命活动有一定的关系。绝大多数微生物在低渗透压的食品中能够生长繁殖，但在高渗透压的食品中，不同微生物的适应性就有所差异。一般来说，多数霉菌和少数酵母菌能耐受较高的渗透压，它们在高渗透压的食品中一般不会死亡，而且能进行生长繁殖。绝大多数的细菌不能在较高渗透压的食品中生长，但也有少数细菌能在高渗环境中生长。

（2）引起食品变质的耐渗透压细菌。

在食品中加入不同量的糖或盐，可以形成不同的渗透压。随着糖或盐加入量的增加，浓度越高，渗透压越大，食品的aw就越小。各种微生物耐受盐和糖的程度不一样，引起食品腐败变质的主要有嗜盐细菌、耐盐细菌和耐糖细菌。

高度嗜盐细菌最适宜在20%～30%盐浓度的食品中生长繁殖，例如盐杆菌属（Halobacterium）和微球菌属（Micrococcus）的一些菌种。高度嗜盐细菌都具有产生类胡萝卜素的特性。

中度嗜盐细菌最适宜在5%～18%盐浓度的食品中生长繁殖，例如假单胞菌属（Pseudomonas）、弧菌属（Vibrio）、无色杆菌属（Achromobacter）、芽孢八叠球菌属（Sporosarcina）、芽孢杆菌属（Bacillus）和微球菌属（Micrococcus）等中一些菌种，其中盐脱氮微球菌（Micrococcus halodenitrificans）和腌肉弧菌（Vibrio costicolus）是典型的代表。

低度嗜盐细菌最适宜在2%～5%盐浓度的食品中生长繁殖，例如假单胞菌属（Pseudomonas）、无色杆菌属（Achromobacter）、黄杆菌属（Flavobacterium）和弧菌属（Vibrio）等的一些菌种。

耐盐细菌能在10%以下盐浓度的食品中生长繁殖，例如芽孢杆菌属（Bacillus）、微球菌属（Micrococcus）、葡萄球菌属（Staphylococcus）、四联球菌属（Tetracoccus）和链球菌属（Streptococcus）等的一些菌种。

耐糖细菌能在高浓度的含糖食品中生长繁殖，仅限于少数菌种，例如肠膜状明串珠菌（Leuctonostoc mesenteroides）。

（3）引起高渗透压食品腐败变质的酵母菌。

主要是耐受高糖的酵母菌，常引起糖浆、果酱、果汁等高糖食品的腐败变质。常见的有鲁氏酵母（Saccharomyces rouxii）、罗氏酵母（Saccharomyces rosei）、蜂蜜酵母（Saccharomyces mellis）、意大利酵母（Saccharomyces italicus）、异常汉逊氏酵母（Hansenula anomala）、汉逊德巴利酵母（Debaryomyces hansenii）和膜醭毕赤氏酵母（Pichia membranafaciens）等，其中罗氏酵母和汉逊德巴利酵母还具有较强的耐盐性，又称为耐盐性酵母。

（4）引起高渗透压食品腐败变质的霉菌。

一般霉菌的耐盐能力比细菌和酵母菌强得多，常见的有灰绿曲霉（Aspergullus glaucus）、匍匐曲霉（Aspergillus repens）、咖啡色串孢霉（Catenularia fuligined）、乳卵孢霉（Oospora lactis）、芽枝霉属（Cladosporium）和青霉属（Penicillium）等。