食品科学：全球视角下的保鲜与安全

确保人们能够获得安全和营养的食品是一项根本性的全球挑战。食品科学在应对这一挑战中扮演着至关重要的角色，尤其是在食品保鲜和安全领域。本文将探讨支撑现代食品保鲜与安全实践的科学原理和技术进步，并审视其对全球粮食安全和公共卫生的影响。

了解食品腐败：全球视角

食品腐败是指食品变得不适合食用的过程。这可能由多种因素引起，包括：

• 微生物生长：细菌、酵母和霉菌会在食物中繁殖，导致口感、质地和气味发生不良变化。沙门氏菌、大肠杆菌和李斯特菌是可能导致食源性疾病的致病菌例子。
• 酶促反应：食品中天然存在的酶可以催化导致腐败的反应，例如水果和蔬菜的褐变或脂肪的酸败。
• 化学反应：氧化、水解和其他化学反应会降低食品质量。
• 物理损伤：擦伤、压碎或其他物理损伤会加速腐败。
• 虫害：昆虫和啮齿动物会污染和损害食品。

食品腐败的速度受多种因素影响，包括温度、湿度、pH值以及氧气和营养物质的可用性。世界不同地区因气候差异和基础设施限制，食品腐败的程度也各不相同。例如，在湿度和温度高的热带地区，食品腐败的速度比在寒冷、干燥的气候中更快。

示例：在撒哈拉以南非洲的许多地区，因腐败造成的采后损失非常严重，影响了粮食安全和民生。在这些地区，改进保鲜技术至关重要。

食品保鲜的原理

食品保鲜方法旨在抑制或减缓腐败过程，延长食品的保质期，使其能够在更长的时间内供人食用。食品保鲜背后的主要原理包括：

• 抑制微生物生长：这可以通过控制支持微生物生长的因素来实现，如温度、水分活度和pH值。
• 灭活酶：热处理，如漂烫，可以灭活导致腐败的酶。
• 防止化学反应：可以使用抗氧化剂来防止氧化，气调包装可以减缓其他化学反应的速率。

常见食品保鲜技术：全球概览

数世纪以来，人们开发并改进了多种食品保鲜技术。这些技术在效果、成本和对不同类型食品的适用性方面各不相同。以下是一些最常见方法的全球概览：

热处理

热处理涉及使用热量杀死微生物和灭活酶。常见的热处理方法包括：

• 巴氏杀菌：将食品加热到特定温度并保持特定时间，以杀死致病微生物，同时保留其营养价值和风味。牛奶、果汁和啤酒通常采用巴氏杀菌。示例：超高温（UHT）瞬时灭菌技术使牛奶可以在室温下长期储存。
• 灭菌：将食品加热到高温以杀死所有微生物，包括孢子。罐头食品通常经过灭菌处理。
• 漂烫：一种温和的热处理，用于在冷冻或干燥前灭活水果和蔬菜中的酶。

冷却与冷冻

降低食品温度可以减缓微生物生长和酶促反应。常见的冷却和冷冻方法包括：

• 冷藏：将食品储存在0°C至4°C（32°F至40°F）的温度下，以减缓腐败。
• 冷冻：将食品储存在-18°C（0°F）以下的温度下，以停止微生物生长和酶促反应。冷冻可以显著延长食品的保质期。示例：速冻技术用于快速冷冻水果和蔬菜，以保持其质地和风味。

干燥

从食品中去除水分可以抑制微生物生长和酶促反应。常见的干燥方法包括：

• 晒干：一种通过暴露在阳光下干燥食品的传统方法。
• 风干：通过在食品周围循环热空气来干燥食品。
• 冷冻干燥：在真空下从冷冻食品中去除水分。与其他干燥方法相比，这种方法能更好地保持食品的质地和风味。示例：冷冻干燥咖啡是全球流行的产品。
• 喷雾干燥：将液体食品雾化成热气流，形成粉末。示例：奶粉就是使用喷雾干燥法生产的。

发酵

发酵是利用微生物将碳水化合物转化为酸、酒精或气体。这个过程可以抑制腐败微生物的生长，并增强食品的风味和质地。示例：酸奶、奶酪、泡菜、德国酸菜和啤酒都是发酵的产物。

腌制

腌制是将食品保存在酸性溶液中，如醋或盐水。酸性环境抑制了腐败微生物的生长。示例：腌黄瓜、洋葱和辣椒是常见的腌制食品。

腌渍

腌渍是使用盐、糖、硝酸盐或亚硝酸盐来保存食品。这些物质能抑制腐败微生物的生长，并能增强食品的风味和色泽。示例：培根和火腿等腌制肉类就是使用腌渍技术保存的。

辐照

辐照是将食品暴露于电离辐射下，以杀死微生物、昆虫和寄生虫。辐照也可以延长食品的保质期。这种方法受到严格控制以确保食品安全。示例：辐照被用于控制家禽中的沙门氏菌。

气调包装（MAP）

气调包装是通过改变包装内的气体成分来减缓腐败。这可以通过降低氧气含量或增加二氧化碳含量来实现。示例：气调包装被用于延长新鲜农产品和肉类的保质期。

真空包装

真空包装是在密封包装前抽掉其中的空气。这能抑制需氧微生物的生长并减缓氧化。示例：真空包装被用于延长奶酪和加工肉类的保质期。

食品安全：全球优先事项

食品安全是确保食品在按其预期用途制备和/或食用时不会对消费者造成伤害的保证。食源性疾病，也称为食物中毒，是全球范围内的一个主要公共卫生问题。世界卫生组织（WHO）估计，全球每年有42万人死于食源性疾病。这些疾病是由于食用了被细菌、病毒、寄生虫或化学物质污染的食品引起的。

常见食源性病原体

• 细菌：沙门氏菌、弯曲杆菌、大肠杆菌、单核细胞增生李斯特菌、肉毒杆菌、金黄色葡萄球菌
• 病毒：诺如病毒、甲型肝炎病毒
• 寄生虫：蓝氏贾第鞭毛虫、微小隐孢子虫、旋毛虫

食品污染源

• 原材料：污染可能发生在源头，如农田或动物养殖过程中。
• 加工过程：污染可能发生在食品加工、包装或储存过程中。
• 处理：食品处理人员或消费者的不当处理可能导致污染。
• 环境：污染可能来自环境，如受污染的水或土壤。

HACCP：系统化的食品安全方法

危害分析与关键控制点（HACCP）是一种识别、评估和控制食品安全危害的系统化方法。HACCP基于七个原则：

1. 进行危害分析。
2. 确定关键控制点（CCPs）。
3. 为每个CCP建立关键限值。
4. 建立监控程序。
5. 建立纠正措施。
6. 建立验证程序。
7. 建立记录保存和文件管理程序。

HACCP在食品工业中被广泛用于确保食品安全。许多国家已对某些食品实施强制性HACCP计划。

全球食品安全法规与标准

全球各地的食品安全法规和标准差异很大。一些参与食品安全的关键国际组织包括：

• 世界卫生组织（WHO）：WHO为各国提供食品安全问题的指导和支持。
• 联合国粮食及农业组织（FAO）：FAO致力于改善全球的粮食安全和营养状况。
• 国际食品法典委员会：国际食品法典委员会是由WHO和FAO建立的国际食品标准机构。各国利用法典标准来制定自己的食品安全法规。

许多国家拥有自己的国家食品安全机构，负责监管食品生产并确保食品安全。示例：美国的食品药品监督管理局（FDA）、欧盟的欧洲食品安全局（EFSA）以及加拿大的加拿大食品检验局（CFIA）。

食品保鲜与安全领域的新兴技术

技术的进步不断催生新的和改良的食品保鲜与安全方法。一些新兴技术包括：

• 高压处理（HPP）：使用高压在不加热的情况下杀死微生物和灭活酶。
• 脉冲电场（PEF）：使用短暂的电脉冲杀死微生物。
• 冷等离子体技术：使用电离气体杀死食品表面的微生物。
• 纳米技术：将纳米材料用于食品包装和安全应用。
• 生物传感器：利用生物分子检测食源性病原体和污染物。

包装在食品保鲜与安全中的作用

包装在保护食品免受腐败和污染方面起着至关重要的作用。包装材料必须：

• 食品级：可安全接触食品。
• 阻隔性：能阻隔氧气、水分和光线。
• 耐用性：保护食品免受物理损伤。
• 防篡改：能显示包装是否被打开或篡改过。

用于食品保鲜的包装材料示例包括：

• 塑料：聚乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）常用于食品包装。
• 金属：铝和马口铁用于罐头食品。
• 玻璃：玻璃罐和瓶子用于各种食品。
• 纸和纸板：纸和纸板用于干货和外包装。

消费者在食品安全中的责任

消费者在确保食品安全方面也扮演着至关重要的角色。一些关键的消费者责任包括：

• 正确的食品储存：在正确的温度和湿度下储存食品。
• 正确的食品处理：处理食品前后洗手和清洁台面。
• 正确的烹饪：将食物烹饪到正确的内部温度以杀死微生物。
• 避免交叉污染：将生熟食品分开以防污染。
• 检查保质期：丢弃超过保质期的食品。

通过保鲜与安全解决全球粮食安全问题

有效的食品保鲜和安全实践对于解决全球粮食安全问题至关重要。通过减少食品腐败和预防食源性疾病，我们可以为所有人增加安全和营养食品的供应。

可行的见解：

• 投资研发：继续投资于新的和改良的食品保鲜与安全技术的研发。
• 加强食品安全法规：加强食品安全法规和标准，确保食品可安全食用。
• 改善食品处理实践：对食品处理人员和消费者进行正确的食品处理实践教育。
• 减少采后损失：实施减少因腐败造成的采后损失的策略。
• 促进可持续食品生产：促进能最大限度减少环境影响的可持续食品生产实践。

结论

食品科学在确保全球人口的食品安全和供应方面发挥着关键作用。理解食品保鲜和安全的原理，实施有效的食品安全实践，并拥抱新兴技术，对于应对全球粮食安全挑战和保护公共健康至关重要。通过政府、行业和消费者的共同努力，我们可以确保每个人都能获得安全、营养且负担得起的食品。