IGCSE 食品與營養學 (0648) 學習筆記：食物保存 (第 11 章)
你好，未來的食品科學家！👋
這一章的重點在於如何讓食物更安全、保存得更久。為什麼這很重要？因為保存食物有助於我們減少浪費、節省開支，並讓我們全年都能享用當季食材。保存方法本質上是一場對抗，目的是阻止導致食物變質的「微小敵人」（微生物和酶）。
讓我們一起深入探索，掌握讓食物更持久的科學原理吧！
1. 保存食物的原因
我們為什麼要費心保存食物呢？雖然這需要花費時間和精力，但好處是非常巨大的！
保存食物的原因：
- 防止變質：阻止
細菌、酵母菌、霉菌和酶的作用，避免食物變得不安全或無法食用。 - 延長保質期：使食物能夠儲存更長的時間（例如：從數週延長到數年）。
- 保持營養價值：雖然某些營養素會流失，但與任由食物完全腐敗相比，保存的目的是盡可能保留食物的營養。
- 提供多樣性：讓我們可以享用非當季的食物（例如：冬天的罐裝水果）。
- 協助分銷和運輸：經過保存的食物（如乾貨或罐頭食品）可以在不需要冷藏的情況下長途運輸。
- 節省金錢：在食物價格便宜時大量購買並保存起來供日後使用。
重點總結：保存技術讓我們能掌控使用食物資源的時間與方式，使全球的食物供應更加安全和穩定。
2. 保存原理：阻止變質
在探討具體方法之前，我們必須先了解其原理。導致變質的生物（如細菌）需要特定條件才能生長。保存方法就是通過消除或限制其中一個或多個條件來達到目的。
變質生物的需求（第 10 章快速回顧）：
微生物 (M/Os) 需要：
- Temperature（溫度：溫暖環境，通常為 5°C 至 63°C）
- Moisture（水分：水分活性）
- Food（食物：營養物質）
- PH（酸鹼值：中性環境）
- Oxygen（氧氣：大多數霉菌和部分細菌生存所需）
記憶小技巧：T M F P O – 把這看作是製造腐敗食物的「配方」！
保存技術正是針對這些需求：
- 殺死或抑制微生物（使用高溫或化學物質）。
- 減緩微生物活動（使用低溫）。
- 去除必要的水分（乾燥/脫水）。
- 改變環境（添加酸/鹽/糖）。
3. 食物保存方法
課程要求你了解以下關鍵方法及其背後的科學原理：
3a. 加熱法（罐頭與裝瓶）
原理：高溫能殺死細菌、酵母菌、霉菌，並破壞酶的活性。將食物密封則可防止再次污染。
- 罐裝（金屬罐）：將食物放入金屬罐中，密封並在壓力下加熱至極高溫度（通常超過 115°C）。這能達到商業無菌（commercial sterility）狀態，即幾乎所有有害微生物及其孢子都被消滅。
- 瓶裝（玻璃罐）：常用於家庭保存（如果醬、酸辣醬）。將滾燙的食物裝入已消毒的瓶子並密封，有時還需經過沸水浴或壓力鍋進一步加熱處理。
你知道嗎？罐裝所使用的高溫必須足以殺死
肉毒桿菌（Clostridium botulinum）的孢子。這是一種在厭氧（無氧）環境下會產生劇毒的危險細菌。
3b. 去除水分（脫水/乾燥）
原理：沒有水，微生物就無法生長或繁殖。去除水分可將水分活性 (\(A_w\)) 降低至微生物無法生長的水平。
- 運作方式：通過加熱（太陽曝曬或烤箱/脫水機）去除水分，有時也採用冷凍法（冷凍乾燥）。
- 例子：乾果（葡萄乾、杏脯）、乾香草、奶粉、牛肉乾、即溶咖啡。
- 優點：重量和體積減小，方便運輸。
3c. 降低溫度（冷凍）
原理：低溫能顯著減緩酶的活性及微生物的繁殖。（注意：低溫通常不能殺死細菌，只是讓它們進入「休眠」狀態！）
- 冷凍：儲存於 \(–18^\circ\text{C}\) 或更低溫度。水分結冰，微生物無法利用。
- 重要提示：快速冷凍 (Quick freezing) 是首選，因為它能產生較小的冰晶，對食物細胞結構的損害較小，從而在解凍後能更好地保持口感和風味。
比喻：將冷凍想像成按下你最愛電視節目的「暫停鍵」。當你解除暫停（解凍食物）時，播放（食物變質）就會立刻繼續進行！
3d. 化學保存法（糖、鹽、醋）
原理：這些化學物質通過滲透作用（osmosis）將水分從食物和微生物細胞中抽出，或者創造出一種微生物厭惡的環境（低 pH 值）。
- 糖：在高濃度下使用（如果醬和柑橘果醬）。高糖分會將水分從變質生物的細胞中吸出，從而抑制其生長。
- 鹽（醃製）：用於肉類和魚類。鹽通過滲透作用從食物中汲取水分（如：鹹魚、醃漬菜）。
- 醋（酸漬）：醋呈酸性（低 pH 值）。大多數變質細菌無法在強酸環境中生存（如：醃酸菜、泡菜）。
3e. 現代技術
氣調包裝 (Modified Atmosphere Packaging, MAP)
原理：改變包裝內包圍食物的氣體成分，以減緩化學變化（如油脂酸敗）和微生物生長。
- 包裝內的空氣通常被替換為混合氣體，常見的做法是提高二氧化碳和/或氮氣的比例，並降低氧氣含量（因為氧氣會加速變質）。
- 應用：新鮮肉類、沙律菜、切好的水果。
輻照技術 (Irradiation)
原理：使用受控劑量的電離輻射（如伽馬射線）來殺滅昆蟲、寄生蟲和微生物（如沙門氏菌），且不會顯著提高食物溫度。
- 此過程在許多國家受到嚴格監管且存在爭議，但它是延長保質期的有效手段，特別適用於香料和某些新鮮農產品。
4. 乳製品的加工與保存
牛奶營養豐富，但極易變質。特定的熱處理對保證安全和保存至關重要。
牛奶保存的關鍵點：
1. 巴斯德消毒法 (Pasteurisation)
- 過程：將牛奶加熱至一定溫度（如 72°C）持續短時間（如 15 秒），然後迅速冷卻。
- 效果：殺死所有病原菌（致病菌），提高安全性。它無法殺死所有孢子或非致病菌，因此保質期仍然有限（冷藏下僅能保存幾天）。
2. 消毒法 (Sterilisation)
- 過程：將牛奶加熱至極高溫度（約 113°C 或以上）持續較長時間（約 15-30 分鐘）。
- 效果：殺死所有細菌和孢子。保質期非常長，但會導致風味和營養價值顯著改變（通常會產生一種「煮焦」的味道）。
3. 超高溫瞬間消毒法 (UHT)
- 過程：將牛奶加熱至超高溫（約 135°C）僅 1-4 秒，然後迅速冷卻並進行無菌包裝。
- 效果：結合了消毒法的優點（保質期長，通常 6 個月以上），且相比傳統消毒法更能保留風味和營養。UHT 牛奶在未開封前無需冷藏。
加工乳製品：
- 淡奶（蒸發奶）：約 60% 的水分被去除，然後經消毒和罐裝。質地濃稠且呈奶油狀。
- 煉奶（加糖煉乳）：水分被去除，並加入大量糖（糖作為主要的防腐劑）。口感極甜且非常濃稠。
- 奶粉：通過將牛奶噴入熱氣室去除幾乎所有水分。保質期極長，且運輸輕便。
快速回顧：熱處理可以提高安全性和延長保質期，但溫度越高（消毒法 > UHT > 巴斯德消毒法），對牛奶風味和營養的改變就越大。
5. 發酵保存法（芝士與乳酪）
並非所有微生物都是敵人！有些細菌對保存食物很有幫助。
原理：通過控制特定、無害細菌（通常是乳酸菌）的生長，將乳糖轉化為乳酸。這種酸能通過降低 pH 值（增加酸度）達到微生物無法生長的環境，從而起到防腐作用。
乳酪製造：
- 牛奶經巴斯德消毒後冷卻。
- 加入開菲爾菌種 (Starter culture)（如保加利亞乳桿菌）。
- 混合物進行發酵（保溫）。
- 細菌將乳糖發酵轉化為乳酸。
- 酸度升高導致牛奶蛋白凝結，形成乳酪特有的質感。
芝士製造：
- 牛奶經巴斯德消毒。
- 加入開菲爾菌種（乳酸菌）。
- 加入一種稱為凝乳酶 (Rennet) 的酶。這種酶會使牛奶中的蛋白質（酪蛋白）迅速凝結，將牛奶分離為固體的凝乳和液體的乳清。
- 排掉乳清，將凝乳壓制並加鹽（鹽也有助於保存）。
- 最後讓芝士熟化或陳化，期間透過酶（牛奶內源或額外添加）發展出獨特的風味和質感。
重點總結：發酵利用益生菌創造出酸性、低 pH 值的環境，從而天然地抑制有害細菌，延長產品的壽命。