本文由衛生福利部食品藥物管理署委託，泛科學企劃執行
文字記錄／陳亭瑋
食物是怎樣開始變質腐敗的？把生鮮食品「冰起來」，就能對付食品上的微生物讓食物不會「壞掉」嗎？而我們使用冰箱的方式，又真的正確嗎？
今年度食安系列講座第二彈「PanSci TALK：生鮮食品該如何保存？」的首位講者，輔仁大學食品科學系的陳邦元助理教授，這次帶領大家話說從頭，由食品微生物學的角度探討食物保存的基本原理。
生鮮食品是活的還死的？
「首先，日常生活中的新鮮食品可以被區分為『動物性』跟『植物性』兩類。」動物性食品如肉品、水產等，最大的特色就是生物體本身已經死亡，體內的酵素會在動物死後自動開始分解自身組織，因此，即使能夠透過加工、真空等方式排除外界微生物的影響，動物性食品仍然會產生劣變。而新鮮的植物性食品如蔬果，組織仍然存活，體內的呼吸作用一般都還持續進行，但已經失去種植環境下持續供給的養分跟水分，隨著保存時間拉長，植物性食品的狀況也會逐漸損失水分、養分而劣化。
既然食品本來就會變化，大家該如何判斷食物已經到了不堪食用的地步？「一般來說，當食品能從外觀發現有了腐敗、酸化、發黴、變色、產生黏液等較劇烈的變化，我們就會認為完全不適合食用了，而這類變化多是由『微生物』所引起的，包含食品科學上著重討論的幾類細菌、黴菌和酵母菌。」陳邦元老師表示，想完善保存食品，我們需要針對環境中微生物所需的幾個生長條件加以限制，盡可能減少微生物的生長以延長食品保存的時間。
看不見的微生物大軍，食品微生物學的基礎
「細菌存在於生活中各處，如果提供適當條件，可以生長得非常快速，例如金黃葡萄球菌每 12~15 分鐘就能分裂一次，8 個小時可以長到 100 萬個；一般的肉片或魚類，每一公克約有 10~10000 個細菌。而無論是哪種食物，細菌量只要到 500 萬個，大概都可以判定腐壞了。」陳邦元老師解釋道，「如果食物一開始就遭到污染，也就是沾染了比較多的細菌，腐壞的速度自然也會比未受污染的快上很多。」
「食品微生物學的主要內容便是著眼於微生物生長所需的因子，從而控制環境條件、研發出適合食品保存的方式。」影響食品中微生物生長的因子，可以分成內在因子、外在因子、微生物因子等。
內在因子：自身條件的影響
食品原本就有的、天生會影響微生物生長的因子，我們稱之為內在因子，主要包括：
- 水活性 Water activity
微生物要在食品上存活繁衍，需要環境中有夠高的水活性，也就是「微生物能利用的水分」之比例。以蜂蜜為例，蜂蜜是液體，但它的水分幾乎都被糖類包裹住了，微生物無法獲得水分，自然非常難存活；但仍有少數微生物可以在裡面休眠，如肉毒桿菌的孢子，這也是一歲以下的幼兒不能吃蜂蜜的緣故 ── 幼兒腸道被認為酸性不足、益生菌叢少，肉毒桿菌孢子若入侵便可能致命。
「一般生鮮食品的水活性都非常高，因此在保存上會應用醃製、乾燥等方法降低食品的水活性，避免微生物增生。」陳邦元老師說。
- 酸鹼值 pH value
環境中的酸鹼值會影響生物體酵素的運作，也會影響微生物生長，大多數微生物生長的最適當的酸鹼值範圍在 pH 值 6.5~8.5 之間。 除了少數產酸細菌（乳酸菌、醋酸菌等）外，一般細菌生長酸鹼值範圍範圍在 pH 值 4.0~9.0，偏鹼性環境；相對來說，酵母菌（適合範圍 pH 值 1.5~8.5）、黴菌（適合範圍 pH 值 1.5~11.0）則較偏愛酸性環境。陳邦元老師提到，一般蔬菜偏鹼性，較容易因細菌造成腐敗；水果則主要偏酸性，常由黴菌或酵母菌造成腐敗。
- 食品中的營養成分 Nutrient contents
很簡單，微生物需要獲得能量延續生存，營養源越多的食物他們越愛。
- 抗菌物質存在與否 Antimicrobial agents
部分天然食品含有「抗菌成分」，因此能抑制某些微生物生長，最常見的就是大蒜，其精油有抗菌效果。
- 食品之生物性結構屏障 Biological barrier
如果食品的取用過程中能盡量維持完整結構，對抵抗細菌也有幫助。一顆完整的水果不會露出養分與水分，外部微生物無法取用，也就無法增生。另一個例子，絞肉相較於整體的肉塊，其結構已經被破壞、內部更容易受細菌污染，因此腐敗速度會比完整肉塊快很多。
- 氧化還原電位 Oxidation/Reduction potential
食品所含成分各有其氧化還原電位，各種微生物也有自己對氧的偏好程度。氧化還原電位數值正值越大，代表越趨向「氧化狀態」，有利假單胞菌、嗜鹽菌等好氧菌生長； 氧化還原電位數值負值越大，則代表越趨向「還原狀態」，有利如李斯特菌、酵母菌等厭氧菌生長。
外在因子：四面八方的推波助瀾
食品所處的環境也會影響微生物的生長狀況，稱為外在因子，而這也是食品微生物學主要操控的內容。主要的外在因素包括：
- 食品所處環境之溫度 Temperature
食品保存的相關法規，對於各食品所處環境之溫度皆有限制，值得注意的是，保存食品不只限於低溫，常溫、甚至高溫，也都有一些條件可以保存食品。微生物最適合的生長溫度為 4~40 度，超商冬天有些飲品會放置於 60 度左右的保溫箱中，便是以高溫保存食品，提供大家更符合需求的選擇。不過，由於部分種類的細菌能在罐頭裡形成孢子，這類孢子會被高溫喚醒，因此這種高溫飲品通常不會放隔夜。
- 相對濕度 Relative humidity
前面有提過食品的水活性會影響微生物生長，而食品外部的濕度當然也會有影響。絕大多數的微生物都喜歡潮濕的環境，細菌與酵母菌喜歡食品外部泡在水裡，而黴菌則不偏好過多的水分。
- 氣體環境 Gas composition
一般空氣組成為 20% 的氧與 80% 的氮，其中氮氣為無色無味的惰性氣體，不容易與一般化合物或微生物作用，因此食品保存上常會使用真空或真空充氮（抽除空氣後填入氮氣）的方式。
微生物因子：互助與競爭
接著，陳邦元助理教授提到微生物間的互動關係。
「食品中含有多種不同微生物，彼此會互相幫助或競爭。舉例來說，跟鮮乳相較起來，優酪乳比較不容易嚴重變質，是因為優酪乳本身含有很多的乳酸菌，其他的菌種不容易在其中繁殖；但放置太久的優酪乳乳酸菌繁衍較多，可能讓優酪乳變得太酸不好喝。」
欄柵技術：控制各種因子以保存食品
欄柵技術 (Hurdle Technology) 會綜合以上提到的各種因子，藉由控制水活性、酸鹼值、微生物互動等，來延長保存期限。例如市面上販售的鮮魚，常會用三去法、真空加冷凍的方式加以保存 ── 除去頭、鱗與內臟三種最容易腐敗的部位，再擦乾後使外包裝真空並進行冷凍，結合幾個「外部因子」的概念，盡可能延長食品的保存期限。
冰箱的食品保存秘訣
對一般人來說，比起水活性、酸鹼值和微生物，「溫度」會是比較容易控制的條件。那麼，將食品丟進冰箱裡就不會壞了嗎？陳邦元老師以一張各溫度區間的細菌分類（如下圖）解釋冰箱的應用方式。
大家可以看到，15~50℃ 是微生物繁殖快速的危險區，法規規定冷凍食品的品溫應保持在 -18℃ 以下；冷藏食品則是 7℃ 以下、凍結點以上，並且要避免劇烈之溫度變動。
一般家用冰箱的冷藏層大多設定在 4~5℃，這個溫度下大部分的細菌都無法生長，或者生長得非常緩慢，只剩下低溫菌、酵母菌以及黴菌，也所以這些微生物會是冷藏食物腐敗的主要原因。「也因此，烹煮完成的食物如果沒有要馬上食用，應該要盡量快速降溫到 15℃ 以下，避免食物處在危險的 15~50℃ 下太久。」陳邦元老師說。
若想讓所有的微生物不生長，則得將外部溫度設定至 -10℃ 左右 ── 當然，還是很難保證百分之百。
來到冰箱的冷凍庫，熔點以下的低溫會使食品內部的水分凍結（即前面說的水活性下降），阻止微生物生長、降低酵素的活性，達到冷凍中食品的保存。「但是，即使將冷凍溫度控制在微生物完全無法生長的 -10℃ ，並確保食品解凍後沒有腐敗，也不代表食品完全不會變質。食品本身的酵素（內部因子）在 -10℃ 仍可能繼續運作，長時間下來，依然會影響食品的風味。」這也是為什麼冷凍食品還是有保存期限的限制。
而陳邦元老師也提到冷凍儲存食品的缺點之一：一般家用冰箱的降溫速度較慢，容易在食品中形成冰晶，造成植物組織、動物組織破裂，因此許多冷凍過的食品會流失水分、口感改變。「另外，冷凍保存的食品水分容易昇華，肉品甚至會變色，因此如果要冷凍食物，尤其是肉品類，建議盡可能採取真空包裝。」
食品冷藏的注意事項
最後，陳邦元老師談到食品冷藏保存的注意事項。「應用生鮮水果天生的植物特性，冷藏保存應該盡量維持原本的生物結構、減少組織的破壞，例如葡萄先不清理蒂頭，則可以維持得比較良好；另外部分水果的型態如熱帶水果、沒有硬外皮如香蕉、枇杷等容易凍傷，不能冷藏。」
而生鮮水產與肉品的保存期限通常是 3 天，他提醒大家若選擇放在「冷藏」，要注意盡量維持食品表面的乾燥。「肉品、魚類尤其容易有組織液滲出，因此超級市場的肉品底層會有吸水墊，減少肉品表面的水分可以防止細菌聚集生長；但若是從傳統市場購入，通常不會有吸水墊，保存時要注意盡可能維持乾燥。」
更多關於生鮮食品的居家保存，歡迎閱讀下半場講座紀實《生鮮食品買回家了，該如何保存？ 》
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