食品加工可以利用水分活度、pH、化學物質及包裝來控制病原體生長。而對食品加工來講，通過控制病原體所需的營養成分，則難以達到目的，因為除特別情形之外，大多數食品為病原體生長產提供了充足的營養。我們還是集中精力通過水分活度、pH、化學物質及包裝控制病原體生長。

　　通過分別控制食品中水分活度和pH值，或加入化學添加劑如鹽類物質，或通過特定的包裝技術調節氣體來控制病原體的生長。但是，加工者一般將這些控制技術結合使用，而不是只依賴于一種。因為單一控制系統如完全達到目的，可能是苛刻的，而且使產品不為消費者接受。

　　本節將敘述使用pH、水分活度、抑制劑和氣體的微生物學控制。

一、控制pH

　　每種微生物生長都有最低、最佳、最高pH值，酵母菌和霉菌可在低pH下生長，當pH值為 4.6或以下時可抑制致病菌生長和產生毒素的，這是我們關心的主要問題。但有些病原體，特別是艾希氏大腸桿菌0157:H7，雖然在酸性條件下生長被抑制，仍可存活較長時間。pH 是一種抑制病菌生長的方法，而不能破壞現存的致病菌。但是，在低pH值保持時間較長時，很多微生物將被破壞。

　　pH 4.6 是酸性食品和低酸食品的分界限。有些食品開始是低酸食品，加工后成為酸性食品。這將在后面討論。

　　天然酸性食品是那些自然含酸的食品。常見的天然酸性的食品有：pH為4.0的桃；pH為3.5的橙汁和pH為3.5的蘋果。通常而言，大部分水果屬天然酸性的食品。但有些熱帶水果如菠蘿，根據生長條件pH可能大于4.6。

　　低酸食品（pH 4.6 以上）如有：pH為6.3的生魚；pH為5.0的青刀豆罐頭；pH為5.5 的面包和pH為6.2的鮮火腿。如上所述，低酸食品包括含蛋白質食品、各種蔬菜、淀粉質食品及其它多種食品。

　　食品經加工變酸的產品包括如使用醋（醋酸）降低pH的腌漬魚和腌漬椒，和通過發酵產生乳酸來降低pH的橄欖和甜泡菜。

　　酸化是直接向低酸食品加酸的過程。目標通常為 pH 4.6或更低。這些食品稱為酸化食品，要符合相應的法規如FDA 21CFR PART 114。 有些情況食品雖然經過加酸，但最終pH仍高于4.6，這就需要其他方法來加以控制，如冷藏。

　　發酵是使用某些無害微生物來促進食品化學變化的過程。這些微生物作用的結果是產生酸或乙醇。細菌一般產生醋酸或乳酸，酵母菌一般產生乙醇。

　　通過發酵產生酸或乙醇有兩個目的。一是賦予食品特定的品質以產生預期的味道或均勻結構。酸奶就是通過發酵加工具有獨特的香味和結構。另一個目的是食品防腐，如腌漬產品，但這類發酵食品的pH一般達不到4.6或以下，所以在冷藏溫度下貯存才是安全的。

（一）、酸化

　　酸化是直接向低酸食品加酸的過程。添加的酸有很多種----醋酸、乳酸和檸檬酸----根據預期成品的特性而選用。另外一些酸化產品包括：腌漬洋蔥，腌漬蘆筍和生裝酸黃瓜。

　　除用酸酸化食品外，可用天然酸性食品如蕃茄作為添加配料，來酸化低酸食品。使用蕃茄的產品包括裝有整形芹菜、洋蔥或辣椒意大利面條醬。罐裝蕃茄通常pH為約4.2，而其它蔬菜為低酸性。

　　如制成食品的pH不同于酸性原料的pH，則認為該食品是酸化的，并適用于法規。例如，蕃茄原料pH是4.2，如制成品pH是4.5則食品已經酸化了，因為蕃茄中的部分酸被用來酸化蔬菜。或者，如制成品pH仍為4.2，則用來酸化蔬菜的蕃茄中的酸量沒有明顯變化，在這種情況下該產品不適用于酸化食品法規，并且認為不是配制成的酸性食物。這樣的食品包括有芥木、蕃茄醬、沙拉調料和其它調味品，都是貨架穩定的食品。

　　酸化食品加工者需科學地設定加工過程以保證最終pH肯定低于4.6。加工者需對每批制成品測試平衡后的pH 。意思是指所有配料達到自然pH平衡，這對較大顆粒食品可能需長達10天長的時間。需經幾天達到平衡pH的產品在這段時間里可能需要冷藏，以防止肉毒梭菌或其它病原體的生長。為加速測試過程，可將產品混成均勻糊狀。均質含油的食品時，均質前應將油除去。另一種方法是在產品加油前測試pH，因為油不影響最終pH。

（二）、測量pH值

　　如加工者要進行酸化處理，必須有某種測量pH的方法。加工者多數選用pH計，但也可使用指示溶液、試紙、或進行滴定確保最終pH低于4.0。如用pH計，需進行適當地校正。

　　pH計可有雙電極，或兩個功能結合在一個電極上的單個復合電極。一個是參比電極，一個是測量電極。不用時，電極應浸沒在蒸餾水或制造商推薦的其它溶液中。每天使用時應用兩種緩沖溶液校正儀器，其中一中pH接近所測的平衡pH。校正后，電極應用蒸餾水沖洗，然后用于測試。pH計的操作和校正應遵照制造商的說明進行。

（三）、直接酸化和批酸化

　　向產品中加酸有幾種不同方法。一種方法稱為直接酸化，即在生產低酸食品過程中，在單個制成品容器中加入預先確定數量的酸。用此方法，重要的是加工者控制酸與食品比例，酸化蔬菜最常用的方法。另一種方法是批酸化，顧名思義，酸和食品大批混合后讓其平衡。然后包裝酸化食品。

　　對經批酸化的制成品監測pH所需頻率要比經直接酸化的低。這是因為直接酸化缸與缸之間有變化，而批酸化則不然。

　　最后一點，按配方配制的酸化食品和酸性食品的，必須進行充分地熱處理以滅活腐敗微生物和病原體的繁殖體。兩個原因，一個是防止腐敗導致經濟損失，另外是腐敗生物的繁殖可使pH升高，危及產品的安全。

　　關于酸化食品的加工工程，可查找美國FDA《酸化食品生產者檢驗指南》或其他資料。

（四）、發酵

　　對于發酵食品，判定一個特定食品是否安全時常常令人困惑。發酵食品如發酵泡菜和酸奶等。

　　葡萄酒和啤酒，是用酵母菌使產品發酵產生乙醇，乙醇使產品防腐。在酸泡菜、發酵香腸、奶酪、甜酸泡菜、橄欖和酪乳的生產中，發酵時細菌產生了乳酸。霉菌也用于某些食品的發酵，主要是為了味道和其它特性，如醬油和其它中國特色食品，。

　　實際上，發酵實在是一種藝術。一方面需要促進好的微生物生長同時一方面阻止會引起腐敗的不良微生物生長。通常的作法是向食品中加鹽或發酵劑，或在某些情形中將其輕微地酸化。發酵劑可以是酵母菌或細菌。

　　在很多發酵產品中，一個普遍現象就是沒有消除產酸細菌的加工過程。所以大部分發酵產品必須保持冷藏，以保證發酵細菌不會使產品腐敗。

二、控制水分活度

（一）、常見食品的水分活度

　　如同pH，每種微生物體有其生長的最低、最佳、最高水分活度。酵母菌和霉菌可在低水分下生長，但是0.85是病原體生長的安全界限。0.85是根據金黃色葡萄球菌產生毒素的最低水分活度得來的。

　　0.85以上水分活度食品需要冷藏或其它措施來控制病原體生長。水分活度0.60至0.85的食品為中等水分食品，這些食品不需要冷藏控制病原體，但由于主要酵母菌和霉菌引起的腐敗，要有一個限定貨架期。對大部分水分活度在0.6以下食品，有較長的貨架期，也不需冷藏，這些食品稱為低水分食品。

常見食品的水分活度

　　水份較高的食品（水分活度高于0.85 ）的一些例子：

　　大部分生肉、水果和蔬菜屬于水份較高的食品（水分活度高于0.85 ）。值得注意的是面包，多數人認為它是干燥，貨架穩定的產品。實際上，它有相當高的水分活度，它只是因pH、水分活度的多重屏障，而使之安全，并且霉菌比病原體更容易生長，換言之，它變危險之前就長霉變綠了。

　　有些獨特風味的產品如醬油外表像是高水分產品，但因鹽、糖或其它成分結合了水分，它們的水分活度很低，其水分活度在0.80左右。因果醬和果凍的水分活度可滿足酵母菌和霉菌生長，它們需在將包裝前輕微加熱將酵母菌霉菌殺滅以防止腐敗。

　中等水分食品（水分活度在0.60至0.85之間）的一些例子：

　　貨架完全穩定產品，或低水分食品（水分活度 0.60以下）的產品如：

　　所以食品按其水分活度可劃分為三類。有些中等和低水分活度食品為天然低水分活度，例如，糖蜜和面粉。因為加工時不必控制水分活度，將不討論這些食品。

　　其它中等和低水分活度食品，如果脯、腌魚、草莓醬、餅干、醬油和面條，開始是高水分活度食品，加工后，水分活度降低了。

（二）、控制水分活度

　　有些產品需仔細控制水分活度，其它則不必。例如，果醬如果不用糖降低已有水分活度，將不成醬----或者說不成凍膠----也不能投放市場。這類產品不需為安全而控制水分活度。

　　降低食品中水分有兩種傳統方法，即干燥和加鹽或糖結合水分子。

干燥是食品防腐最古老的方法之一。除防腐之外，干燥產生了食品的自身特性，如同發酵。世界上很多地方還在用開放式空氣干燥，一般而言有四種基本干燥方法。

　　熱空氣干燥----用于固體食品如蔬菜、水果和魚

　　噴霧干燥----用于流體和半流體如牛奶

　　真空干燥----用于流體如果汁

　　冷凍干燥----用于多種產品

　　另一種降低食品水分活度的方法是加鹽或糖。這種類型食品的例子有----醬油、果醬和腌魚，這不需要非常特殊的設備。對流體或半流體產品，如醬油或果醬，用配方加工控制。對固體食品如魚或熏火腿，可用鹽干燥，即放入鹽溶液或浸入鹽水中。

　　控制水分活度分兩步。第一，科學地設定可保證水分活度為0.85或更低的干燥、鹽漬或加工配方，然后嚴格地執行。第二，可取制成品樣品測試其水分活度。

三、化學抑制劑

　　有時所選定的食品控制方法不能防止所有的微生物生長。這種情況下，可添加化學物質以進一步確保產品的安全。化學防腐劑包括苯甲酸鹽、山梨酸、亞硫酸鹽、亞硝酸鹽和抗生素。

　　化學防腐劑通過使微生物蛋白質變性，抑制酶和改變或破壞細胞壁或細胞膜而達到控制效果。

（一）、常用的化學試劑：

　　苯甲酸鹽，包括苯甲酸、苯甲酸鈉或鉀和對羥苯甲酸。它們主要用于抑制酵母菌和霉菌。

　　山梨酸鹽，包括山梨酸、山梨酸鈉和鉀。山梨酸鹽用于抑制霉菌。

　　丙酸用于抑制面包、蛋糕和奶酪中霉菌。

　　亞硫酸鹽，包括二氧化硫用于多種產品如檸檬汁、水產品、蔬菜、糖蜜、葡萄酒、果脯和果。亞硫酸鹽主要作為抗氧化劑，但也有抗微生物特性。

　　亞硝酸鹽，用于熏肉和熏魚，通常與鹽和糖混合使用。亞硝酸鹽抑制肉毒梭菌的生長。

　　鹽也用于阻止病原體生長，特別是肉毒梭菌。

　　乳酸鏈球素和游霉素（NISIN，NATAMYCIN）是兩種被批準可直接用于食品的抗生素。它們用于奶酪中作為抗微生物劑。

　　使用的化學防腐劑，必須經過有關部門批準，使用的濃度也應在規定的范圍內。另外在食品的標簽上應注明使用成分。

（二）、使用化學防腐劑控制

　　化學防腐劑使用的控制很簡單----配方。意思是，加工者需對每批產品嚴格控制食品添加劑的劑量。

四．控制包裝

　　包裝不同于其它控制方法，雖然包裝有時用于控制微生物生長，但對腐敗生物體的控制是有限的，不能作為可控制致病菌生長的單一方法。但通過改變包裝有助于產品安全性，所以在這里加以討論。

　　從食品安全角度看，包裝有兩個功能，可防止食品污染，也可增加食品控制的有效性。

（一）、包裝類型

　　很多產品是真空包裝。真空包裝是在將封口前用機械抽出包裝中空氣。產品放在低透氧性袋中，再放在真空機內用機械抽出袋中空氣然后進行熱封口。薄膜緊貼在產品上。袋中不殘留空氣或氣體。

　　充氣包裝

　　產品可包裝于充氣包裝中。充氣包裝包括一次充氣和封口處理。所充的氣體有三種，可單獨或混合使用，包括氮氣、二氧化碳和氧氣。這些氣體都有各自不同功能。

　　氮氣取代氧氣，因而減弱了需氧腐敗生物的生長。

　　二氧化碳能使很多微生物致死，破壞腐敗生物以延長貨架期。

　　氧氣是需氧腐敗生物體生命線。但含有一定氧氣可增加抑制肉毒梭菌的安全性。通常為濃度約2至4％的氧。然而，包裝中存在的氧可使腐敗微生物生長，并消耗氧氣以至降低至2 ％安全濃度之下，這樣產品的保質期受到限制。

（二）、控制氣體包裝

　　控制氣體包裝是一個動態過程，包裝中使用氧清除劑，在整個貨架期內保持包裝中的氣體。吸收氧氣有利于較長貨架期產品，因為大部分包裝對氧氣都有某種程度的通透性。

　　不同的包裝膜具有不同的透氧性。這些包裝用于貨架期較長產品的貯存。這類包裝用于蔬菜如生菜。當植物體呼吸時，它們吸入氧氣排出二氧化碳。如果薄膜限制了現有氧氣的含量，則可降低呼吸的速度并延長貨架期。

　　包裝于油中的產品，不必用特殊包裝來減少氧的存在以制造成一個厭氧環境，如油泡大蒜，可產生同樣的厭氧環境。

　　減氧包裝

　　所有這些不同包裝形式歸為一類稱為減氧包裝。使用減氧包裝可防止腐敗生物的生長，因而延長產品的貨架期。同時還對產品品質有些其它益處，如減輕酸敗和褪色。

　　使用這種包裝還應注意，貨架期較長的產品為病原體生長和產生毒素提供了更多的時間。氧濃度低時，比需氧腐敗生物而言，更有利于有利于厭氧和兼性厭氧病原體的生長。因此，有可能在腐敗前就已產生毒素。

（三）、肉毒梭菌的控制

　　雖然一般關注其它其它病原體，但主要關注的是肉毒梭菌。從這點考慮，除非有其它對肉毒梭菌的控制措施，否則不能使用這些包裝技術。這些控制措施包括：水分活度低于0.93并且充分冷藏以控制其它病原體；pH低于4.6；鹽分高于10％，數量較多的競爭微生物；在最終容器中熱處理；在冷凍條件下貯存和銷售。每種控制措施自身都能有效地控制肉毒梭菌生長。

　　真空包裝生肉和禽肉，如同發酵奶酪，是利用競爭微生物抑制肉毒梭菌產生毒素的例子。像發酵產品如奶酪，發酵劑增殖產酸可防止肉毒梭菌生長

　　一般產品的熱處理是在金屬罐里，但也可在玻璃缸或軟蒸煮袋中。這些是貨架穩定產品。

　　零售和家庭冰箱的溫度常常不能控制在能充分阻止肉毒梭菌生長的溫度。單獨通過真空包裝、部分蒸煮、冷藏保存不能作為唯一的屏障。因此為產品的安全，在加工、貯存和銷售過程中必須嚴格控制冷藏。