食品百科

12.1.3 包装食品的品质变化及控制

最近更新:2023-02-16

12.1.3.1 包装食品的褐变及其控制

食品的色泽不仅给人以美感和消费倾向性,也是食用者心理上的一种营养素。食品 所具有的色泽的好、坏,已成为食品品质的一个重要方面,事实上,食品色泽的变化往往伴 随着食品内部维生素、氨基酸、油脂等营养成分及香味的变化。因此,食品包装必须能有 效地控制其色泽的变化。

(1)食品的褐变 食品的褐变包括食品加工或贮存时,食品或原料失去原有色泽而 变褐或发暗。褐变反应有三种类型: ①食品成分由酶促氧化而引起的酶促褐变; ②非酶 促性氧化或脱水反应引起的非酶促褐变; ③油脂因酶和非酶促性氧化引起酸败而褐变。 在可导致褐变的食品成分中,以具有还原性的糖类、油脂、酚及抗坏血酸等较为严重,尤其 是还原糖引起的褐变。如果这些成分与游离的氨基酸共存,则反应非常显著,即所谓美拉 德反应。

典型的非酶褐变有氨基、羰基反应和焦糖反应等。从影响食品质量的角度来分析,氨 基、羰基反应又可分为基本上无氧条件下进行的加热褐变和在有氧条件下发生的氧化褐 变。前者在食品加工过程中赋予食品令人满意的色、香、味,后者是由于褐变而呈暗色和 产生异味。

典型的酶促褐变如苹果、香蕉、茄子、山药等果蔬受伤或去皮后,其组织与氧接触时 所引起的褐变,其反应是在多酚氧化酶、过氧化酶等作用下酚类物质氧化成醌类,并使 其聚合而着色。酶促性褐变需要有酚类、氧化酶和氧等基质的存在。因此,加热使酶失 活、降低pH,或使用亚硫酸盐,均可抑制酶促褐变。真空或充气包装也可有效减缓褐变 反应。

食品的变色主要是食品的原有颜色在光、氧、水分、温度、pH、金属离子等因素影响下 的退色和色泽变化。

(2) 影响褐变的因素 主要有光、氧、水分、温度、pH、金属离子等。

①光: 光线对包装食品的变色和退色有明显的促进作用,特别是紫外线的作用更显 著。天然色素中叶绿素和类胡萝卜素是一种在光线照射下能轻易分解的色素。图12- 10和图12-11表示了光的波长对β-胡萝卜素和叶绿素分解的影响。由图可知,波长 300nm以下的紫外线对色素分解的影响最为显著。

图12-10 光的波长对β-胡萝卜素分解的影响

图12-11 光的波长对叶绿素分解的影响

图12-12为焦油系色素在阳光下退色的情况,由图可知,不同色素其分解退色性能 也有很大差别。

玻璃和塑料包装材料虽能阻挡大部分的紫外线,但所透过的光线也会使食品变色和 退色,缩短食品保质期。为减少光线对食品色泽的影响,所选择的包装材料必须能阻挡使 色素分解的光波。

②氧气: 氧是氧化褐变和色素氧化的必需条件。易氧化的天然色素有类胡萝卜素、 肌红蛋白、血红色素、醌类、花色素等;苯酚化合物如苹果、梨、香蕉中含有的绿原酸、白花 色等单宁成分,还原酮类中的维生素C、氨基还原酮类,羰基化合物中的油脂、还原糖等, 这些物质的氧化会引起食品的褐变、变色或退色,随之而来的是风味的降低,维生素等微 量营养成分的破坏。因此,包装食品对氧化的控制是至关重要的保质措施。图12-13所 示为用透氧性不同的各种塑料薄膜包装咸味牛肉其贮藏温度对牛肉色泽的影响。显然, 包装材料的透氧率越高,温度越高,色素的分解越快。

图12-12 太阳光对食用色素的退色作用

1—黄色4号(偶氮系) 2—蓝色1号(三苯甲烷) 3—红色102号 (偶氮系) 4—黄色5号(偶氮系) 5—紫色1号(三苯甲烷) 6—蓝色 2号(三苯甲烷) 7—红色104号(黄嘌呤系) 8—红色105号(黄嘌呤系)

图12-13 包装材料的阻隔性 对咸味熟牛肉色泽的影响

③水分: 褐变是在一定水分条件下发生的,一般认为,多酚氧化酶的酶促褐变是在 水分活度Aw在0.4以上,非酶褐变Aw在0.25以上,其反应速度随Aw值的上升而加 快,以Aw=0.55~0.90的中等水分中反应最快。若水分含量再增加时,由于其基质浓度 被稀释,而不易引起反应。

水分对色素稳定性的影响,因色素的性质不同而有较大差异,类胡萝卜素在活体中非 常稳定,但在干燥后暴露在空气中就非常不稳定;叶绿素、花色素系色素在干燥状态下非 常稳定,但在水分达6%~8%以上时,就明显地快速分解,尤其在光、氧存在条件下很快 退色。

④温度: 温度也会引起食品的变色,温度越高,变色反应越快。干燥食品吸湿就会 褐变或退色,这种反应与环境温度关系密切。由氨基-羰基反应引发的非酶促褐变,温度 提高10℃其褐变程度增高2~5倍。高温会使食品失去原有的色泽,如干菜、绿茶、海带 等含有叶绿素、类胡萝卜素的食品,高温能破坏色素和维生素类物质而使风味降低,若长 期贮存,应关注环境温度的影响。

⑤pH: 褐变反应一般在pH 3左右最慢,pH越高,褐变反应越快。在中等水分含量 到高水分含量的食品中,pH对色素的稳定性影响很大。例如,随着pH的下降,叶绿素分 子中的Mg+和H+离子换位,变为黄褐色脱镁叶绿素,色泽变化显著;花色素系和蒽醌系 色素,pH对色素的稳定性的影响各异,如红色素在pH5.5~pH 6.0以上时易变成青紫 色。檀色素、藻青色素等当在pH4左右时变成不溶性而不能使用,故包装食品的色泽保 护应考虑pH的影响。

⑥ 金属离子: 一般地,Cu、Fe、Ni、Mn等金属离子对色素分解起促进作用,如番茄中 的番茄红素,橘子汁中的叶黄素等类胡萝卜素只要有1~2mg/kg左右的铜、铁离子,就能 促进色素氧化。

(3) 控制包装食品褐变变色的方法 食品变色是食品变质中最明显的一项,尽管褐 变变色的因素很多,但通过适当的包装技术手段可有效地加以控制。

①隔氧包装: 在常温下,氧化褐变反应速度要比加热褐变反应速度快得多,故对易 褐变的食品必须进行隔氧包装。对于诸如浓缩肉汤和调味液汁类风味食品,即使包装内 有少量的残留氧也能引起褐变变色,降低食品的风味和品质。真空包装和充气包装是常 用的隔氧包装,要求完全除去包装内部的氧,特别是吸附在食品上的微量氧,在技术上是 困难的。解决的方法就是在包装中封入脱氧剂,用以吸除包装内的残留氧,并可吸除包装 食品在贮运过程中透过进入包装材料中的微量氧,这样可长期地保持包装内部的低氧状 态,有效地防止食品的氧化褐变。目前大部分食品采用软塑包装材料。采用隔氧包装应 选用高阻氧的,如PET、PA、PVDC、铝箔等为主要阻隔层的复合包装材料。

②避光包装: 利用包装材料对一定波长范围内光波的阻隔性,防止光线对包装食品 的影响,选用的包装材料既不失内装食品的可视性,又能阻挡紫外线等对食品的影响。例 如,能阻挡400nm以下光波的包装材料,适用于油脂食品包装,并且用在含有类胡萝卜素 及花色素类的食品也有效。然而对于一般色素,由于可见光也会加速光变质,故对长时间暴露在光照下的食品,可对其包装材料着色或印 刷红、橙、黄褐色等色彩,这样虽然部分丧失了包 装的可视性,但能有效地阻挡光线对食品品质的 影响,而且通过丰富多彩的图案装潢设计,可增加 食品的陈列效果和起促销作用。图12-14说明 了各种颜色的光阻隔性包装材料对色素稳定性的影响。

图12-14 各种颜色的光阻隔性 包装材料对辣椒色素的稳定性

现代食品包装也采用阻光阻氧阻气兼容的高 阻隔包装材料,如铝箔,金属罐等,防止光、氧对食 品的联合影响,大大地延长了食品保质期。

③ 防潮包装: 水分对食品色泽的影响包括 两方面含义:其一是对一定水分(20%~30%)的 食品如半带馅的糕点等,由于脱湿而发生变色;其 二是干燥食品会因吸湿而增大食品中的水分含量 而变色。前者防止变色的方法是采用适当的包装材料保持其原有水分,而后者主要是保 持食品干燥而使色素处于稳定状态。采用阻湿防潮性能较好的包装材料或采用防潮包装 方法,能较好地控制因水分发生的褐变变色。

12.1.3.2 包装食品的香味变化及其控制

在食品的感官指标中,香味或滋味是评判一种食品优劣的重要指标。控制食品的香 味变化也是食品包装所要研究和解决的一大课题。

(1) 包装食品产生异味的主要因素及控制 包装食品的香味变化主要是由于包装及 内部食品的变质因素产生的异味所造成。风味变化的起因是非常复杂的,图12-15形象 地示出了其变化及主要因素。

①食品主要成分所固有的芳香物质在加工过程中产生挥发性成分: 一般是人们较 为欢迎的香味。应用保香性较好的包装材料来包装,尽可能减少其透过包装的逸散。

图12-15 包装食品的风味变化

②包装食品在贮运过程中因油脂、色素、碳水化合物等食品成分的氧化或褐变反应 而产生异味: 食品氧化、褐变是由残留在包装内部或透过包装材料的氧所引起,故对易氧 化褐变食品应采用高阻隔性,特别是阻氧性较好的包装材料进行包装,还可采用控制气氛 包装、遮光包装来抑制氧化和褐变的产生。

③ 由于微生物或酶的作用产生异臭味: 这种因素可以根据食品的性质、状态选择加 热杀菌、低温贮藏、调节气体介质、加入添加剂等技术和包装方法来加以抑制和避免。

④包装材料本身的异臭成分引起食品的风味变化: 这也是一个严重的问题,特别是 塑料及其复合包装材料的异味。这并非是由于食品本身的变质所产生,应严格控制直接 接触食品的包装材料质量,并控制包装操作过程中可能产生的塑料包装材料的过热分解 所产生的异味、异臭污染食品。

图12-16说明了食品在加工流通过程中产生异味的主要途径。这些因素可通过严 格的质量管理及流通贮运过程中严格的防范措施来避免和减轻。

图12-16 食品在加工流通过程中产生异臭的主要途径

(2) 塑料包装材料的渗透性引起的异味变化 有以下三方面的问题。

①由塑料包装材料的透氧性、透气性引发的食品氧化、褐变以及微生物作用产生的 腐败变质而产生的异臭或风味变化;在包装时应选用各种新型的高阻气性复合包装材料, 并采用各种食品质量保全新技术。

②塑料包装材料本身的气味渗透性: 从保护食品质量和风味角度考虑,包装材料对 挥发性物质的渗透性是至关重要的。不同塑料薄膜对挥发性芳香物的渗透性有很大的差 异,表12-2为塑料薄膜对各种香精的渗透性比较,它是用塑料薄膜把香精包装后,用人 体器官功能判断气味残留情况而得到的。表12-3列出了用各种塑料小袋封入乙醇,用 重量测定法测定的乙醇渗透速率。

表12-2 各种薄膜的香气透过性

香 精 种 类 低密度

聚乙烯

高密度

聚乙烯

聚丙烯 无可塑性

氯化乙烯基

氯化

乙烯基

聚酰胺 聚酯 聚碳

酸酯

聚氯

乙烯

防潮

玻璃纸

华尼拉(香草)香精
熏制香精
草莓香精
橘子香精
柠檬香精
咖喱香精
姜香精
大蒜香精
咖啡香精
可可茶香精
辣酱油香精
酱油香精
咸辣椒

注: ○1h内; ⨁1d内; ⊙1周内; ●2周以上。

表12-3 各种薄膜的乙醇渗透速率 单位:g/(m3·24h)

包装材料的组成与厚度 透 过 速 率
20℃ 30℃ 40℃
PE(100) 1.29 5.5 13.5
CPP 1.0
ONy(15)/PE(60) 1.26 5.3 12.6
K-玻璃纸(#350)/PE(60) 0.17 1.20 4.2
OPP(20)/PE(60) 0.12 0.90 3.0
KOPP(22)/PE(60) 0.083 0.66 2.1
OPP(26)/EVAL(15)/PE(60) 0.87 2.93
OPP(30)/EVAL(17)/PE(85) 0.48
EVA(17)/CPP(35)   0.111 0.40

一般认为: PC、PET、PVA、PVDC薄膜对挥发性物质有较高的阻隔性。

根据渗透性物质的性质与塑料薄膜间的亲和性不同,其渗透的难易程度也各异,如 PE和PP等疏水性薄膜就容易渗透酯类疏水性分子;尼龙PA等亲水性薄膜就易渗透乙 醇等亲水性物质而不易透过酯类等疏水性物质。风味食品的芳香成分一般为脂类成分, 应选用酯适性的包装材料(如PA等)。因环境温、湿度对挥发性物质的渗透性有较大的 影响,对亲水性物质的渗透性影响尤为显著,应选用具有优良防潮性的材料层的复合包装 材料。

③包装食品受环境异臭的影响: 这也是由薄膜对挥发性物质的渗透性这一因素所 造成。一般地,异臭分子易吸附在食品中的蛋白质、脂肪等分子极性强的部分。若食品贮 存环境有异臭源,或把包装食品存放在有异臭的仓库、货车或冷库等场所,常常由于异臭 成分的侵入及香味的逸散而导致食品风味降低。这种事件经常发生却不被人们所重视。

12.1.3.3 包装食品的油脂氧化及其控制

现代加工食品中大多含有油脂成分,油脂不仅能改善食品的风味,而且能提供热量, 对人体发育和生理机能也起着重要作用。油脂一旦氧化变质会产生异臭,不仅失去食用 价值,其氧化生成物过氧化物(用POV表示)对人体有一定的毒害。

(1)油脂的氧化方式 根据氧化的条件和机理可分为三类:

① 自动氧化: 这是油脂在常温下置于空气中的氧化现象,其中的不饱和脂质在环境 条件(光、水分、金属离子)作用下的一个连锁复杂的反应过程,从而使油脂分解生成有害 的氧化生成物。自动氧化在低温环境中也会缓慢地进行。

②热氧化: 油脂在与空气中氧接触状态下加热所产生的氧化现象,此时明显产生有 较强毒性的羰基化合物和聚合物,且不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸一起被氧化。

③酶促氧化: 主要是脂肪氧化酶(Lipoxidase)、棒曲霉(Aspergillus)、镰刀霉 (Fusarium)和酒曲霉(Rhizopus)等对食品中的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸均起促进氧 化的作用。

油脂的氧化与油脂种类、光、氧、水分、温度、金属离子及放射线等因素密切相关。

(2)油脂类食品变质的影响因素及控制方法

①光线: 能明显地促进油脂的氧化,在所有光线中紫外线的影响最大。对于包装食 品,直接暴露在阳光下的机会是很少的,主要受到橱窗和商店内荧光灯产生的紫外线照 射,表12-4所示为光波波长和油脂氧化的关系,500nm以下的光线对氧化的影响极大。 为防止包装食品因透明薄膜引发的光氧化,最好采用红褐色薄膜或采用铝箔等作为富含 油脂食品的包装材料。

表12-4 使用各种波长的光照射后玉米油和棉籽油的过氧化值

滤纸的透过性范围

/μm

过氧化值/(mmol/kg)
玉 米 油 棉 籽 油
试料1 试料2 试料1 试料2
360~420

420~520

490~590

590~680

680~790

20.9

8.7

4.5

1.1

1.0

20.2

8.5

4.9

1.4

1.2

17.6

12.4

8.1

3.1

2.1

17.3

12.5

7.9

3.4

1.8

表12-5为荧光灯照射对低温保存的奶油、奶酪等氧化的影响。奶油、奶酪对空气中 的氧是相对稳定的,当受到荧光灯照射时就会迅速氧化,当用5000lx荧光灯照射仅几个 小时,奶油、奶酪就会产生异味。但使用了蛋白的奶油、奶酪可抑制光氧化,这是因为蛋白 阻挡了部分光线的透过而产生的保护作用。

表12-5 奶油、奶酪在低温保存时受荧光灯照射的影响

照 度 1000lx 3000lx 5000lx
照射条件 1d 3d 5d 1d 3d 5d 1d 3d 5d
过氧化值

/(mmol/kg)

奶油乳酪 2.52 3.77 6.18 4.80 9.58 12.36 7.89 13.67 25.33
使用蛋白的奶油乳酪 1.33 1.69 2.43 1.93 3.41 4.72 2.08 4.60 6.57
猪油混合奶油乳酪 1.89 3.37 4.65 4.12 7.81 11.00 4.94 12.10 17.70

注:保存温度:10℃,每天荧光灯照射时间为10h,使用油脂的AOM稳定度,奶油27h,猪油85h。

图12-17表示添加玉米油的小麦粉光照实验: 在商店明亮处照度为500~10001x 能明显促进包装食品的氧化,当照度为20000lx、温度37℃条件下,其包装食品的氧化速率是照度为10001x时的7倍,是5001x, 30℃条件下的15倍。

图12-17 荧光灯照明度与油脂氧化的关系

因荧光灯照射引起的包装食品的氧 化,即使其过氧化值较低,也会促使食品 产生特有异味,并使香味降低。因此,对 光氧化敏感的食品,必须采用避光的包 装材料和包装方法。近年来铝箔及其复 合包装材料的大量采用,使光线对食品 氧化的作用减少了,但为了提高包装食 品的透视性以便吸引消费者,大部分食 品依然采用透明的包装,故光线对食品氧化变质的影响一直存在。解决这个问题的方法 只能局部或大部地牺牲包装食品的可视性,采用装潢印刷成完全避光的包装材料来保全 光氧化敏感食品的风味和品质。

②氧气: 食品中油脂氧化与氧分压密切相关,图12-18表示氧浓度与亚油酸乳浊 液氧化速率的关系,当O2降至2%以下时,氧化速率明显下降,故油脂食品常采用真空或 充气包装。食品油脂氧化更与接触面积和油脂稳定性有关,若食品中油脂的稳定性差,则 极易氧化变质,这时可采用封入脱氧剂的包装方法,使包装内的氧浓度降低到0.1% 以下。

对加油小麦粉的过氧化值(POV)、总羰基值(COV)与耗氧量的关系研究表明(图 12-19): 油脂含量15%的小麦粉以15g包装在10cm×15cm的薄膜袋中,包装的容差空 间为160mL,其中氧化量为0.0464g,约占油脂量的2.06%,在60℃暗处保存,当氧化消 耗量相当于油脂量的0.1%时,POV值为60mmol/kg,COV值为28mmol/kg,发生明显的 氧化变质。

③水分: 食品中的水分以游离水和化合水两种形式存在。干燥食品其化合水的存 在对保护食品质量的稳定是非常重要,过度干燥并失去了化合水的食品,其氧化速率很 快;水分的增加又会助长水分解而使游离脂肪酸增加,当达到更高的水分时,会促使霉菌 包括脂肪氧化酶增值,故应尽可能保持食品的较低水分活度。水分对油脂氧化的影响是 复杂的,对油脂食品的包装,一般以严格控制其透湿度为保质措施,即不论包装外部的湿 度如何变化,采用的包装材料必须使包装内部的相当湿度保持稳定。

图12-18 亚油酸乳浊液氧化速度与氧浓度的关系

豆油酸浓度0.214mol/L

豆油酸浓度0.035mol/L

图12-19 加油小麦粉(在60℃暗处 保藏)POV、COV与耗氧量的关系

④温度: 油脂的氧化速度随温度的升高而加快,低温贮藏能明显减缓食品中油脂的 氧化。

12.1.3.4 包装食品的物性变化

包装食品的物性变化主要是由水分变化所引发的。无论是生鲜食品还是加工食品, 都存在食品本身失水超过干燥的脱水过程或吸收空气中水分的吸湿过程。食品的脱水和 吸湿,其物性就要发生变化,如干燥时发生裂变和破碎现象,吸湿时发生潮解和固化现象, 两者都会引起食品的品质和风味下降,直至失去商品价值。

(1)食品的脱水 一般食品含有一定水分,只有在保持食品一定水分条件下,食品才 有较好的风味和口感。蔬菜、鱼肉等生鲜食品,其含水量一般在70%~90%,贮存过程中 因水分的蒸发,蔬菜会枯萎,肉质变硬,其组织结构劣变。加工食品中,中等含水食品也会 因水分散失而使其品质劣变。

图12-20为蛋糕水分蒸发与品质及 商品价值的关系: 在30℃温度条件下,无 包装放置3d,其水分蒸发率为6%,表面 出现裂纹和碎块。蛋糕失去商品价值;用 防潮玻璃纸包装放置12d失去商品价值; 用PVDC包装放置20d,仍保持其完好状 态。若蛋糕水分蒸发4%~5%时,因表面 出现裂纹而丧失其商品价值。一般情况 下,含35%以上水分的食品,会因脱水产 生物性变化而使品质劣变。

(2) 食品的吸湿 食品中均富含糖和盐,而这些物质的潮解性能对其保存和使用带来许多问题。调味品中所含的谷氨酸钠 同样存在着因吸湿而凝集的问题。图12-21为糖、盐等水溶性物质的等温吸湿曲线,在 相对湿度40%以前,水分含量并不增加,但超过某一限度,则急剧吸湿而潮解。图12-22 为几种天然食品的等温吸湿曲线,这些天然高分子物质随着湿度的增加而其水分不断地 增加。

图12-20 蛋糕的水分蒸发率与商品价值

图12-21 水溶性晶状物质的等温吸湿曲线

1—非食物化学品 2—食盐 3—糖

图12-22 天然食品的等温吸湿曲线

1—淀粉 2—蛋白质 3—纤维素

4—葡萄糖 5—蔗糖 6—脂类

粉末食品或固体食品,一般由蛋白质、碳水化合物、脂肪组成,还加有砂糖、盐、谷氨酸 钠等。这些食品因其组织成分不同,各有不同的吸湿平衡特征,如乳粉、肉汁粉等吸湿性 强的食品,其在低湿环境中的吸湿性较低,在高湿环境中的吸湿性则急剧增大。如脱脂乳 粉使其吸湿后再行干燥制成速溶乳粉,其吸湿性比原料乳粉小得多。

各种食品的饱和吸湿量和维持其品质的临界水分值见表12-6。

表12-6 各种食品的饱和吸湿量(20℃,90%RH)和临界水分值

食 品 吸湿量/% 临界水分/% 食 品 吸湿量/% 临界水分/%
椒盐饼干 43 5.00 可可粉末 45 3.00
脱脂乳粉 30 3.50 干燥肉 72 2.25
乳 粉 30 2.25 蔗 糖 85
肉汁粉 60 4.00 干 菜 20
洋葱干粉末 35 4.00 果脯(苹果) 70
果汁粉末 60        

由表中可知,椒盐饼干的水分含量超过5%时会引起其物性变化,失去其酥脆可口的 风味。肉汁粉末,水分含量超过4%时,则出现固化潮解等现象。这类粉末食品极易吸 湿,即使吸收比较低的水分,也会黏结成块。故应选用阻气、阻湿性高的包装材料进行防 潮包装。