1.2 食品腐败变质的化学过程
食品腐败变质的过程实质上是食品中蛋白质、碳水化合物、脂肪等被污染微生物的分解代谢作用或自身组织酶进行的某些生化过程。例如新鲜的肉、鱼类的后熟，粮食、水果的呼吸等可以引起食品成分的分解、食品组织溃破和细胞膜碎裂，为微生物的广泛侵入与作用提供条件，结果导致食品的腐败变质。由于食品成分的分解过程和形成的产物十分复杂，因此建立食品腐败变质的定量检测尚有一定的难度。
⑴ 食品中蛋白质的分解
肉、鱼、禽蛋和豆制品等富含蛋白质的食品，主要是以蛋白质分解为其腐败变质特征。由微生物引起蛋白质食品发生的变质，通常称为腐败（spoilage）。
蛋白质在动、植物组织酶以及微生物分泌的蛋白酶（protease）和肽链内切酶（endopetidase）等的作用下，首先水解成多肽，进而裂解形成氨基酸。氨基酸通过脱羧基、脱氨基、脱硫等作用进一步分解成相应的氨、胺类、有机酸类和各种碳氢化合物，食品即表现出腐败特征。
微生物蛋白质酶 肽链内切酶 脱羧基作用、
食物中蛋白质 多肽 氨基酸 氨十胺十硫化氢等
或组织蛋白质酶 脱氨基、脱硫等作用
蛋白质分解后所产生的胺类是碱性含氮化合物质，如胺、伯胺、仲胺及叔胺等具有挥发性和特异的臭味。各种不同的氨基酸分解产生的腐败胺类和其它物质各不相同，甘氨酸产生甲胺，鸟氨酸产生腐胺，精氨酸产生色胺进而又分解成吲哚，含硫氨基酸分解产生硫化氢和氨、乙硫醇等。这些物质都是蛋白质腐败产生的主要臭味物质。
氨基酸的分解 氨基酸通过脱氨基、脱羧基被分解。
① 脱氨反应
在氨基酸脱氨反应中，通过氧化脱氨生成羧酸和a－酮酸，直接脱氨则生成不饱和脂肪酸，若还原脱氨则生成有机酸。例如：
RCH2CHNH2COOH（氨基酸） + O2 (r) RCH2COCOOH （a－酮酸）+ NH3
RCH2CHNH2COOH（氨基酸） + O2 (r) RCOOH （羧酸）+ NH3 + CO2
RCH2CHNH2COOH（氨基酸） (r) RCH=CHCOOH （不饱和脂肪酸）+ NH3
RCH2CHNH2COOH（氨基酸） + H2 (r) RCH2CH2COOH （有机酸）+ NH3
② 脱羧反应
氨基酸脱羧基生成胺类；有些微生物能脱氨、脱羧同时进行，通过加水分解、氧化和还原等方式生成乙醇、脂肪酸、碳氢化合物和氨、二氧化碳等。例如：
CH2NH2COOH (甘氨酸) (r) CH3NH2 （甲胺）+ CO2
CH2NH2(CH2)2 CHNH2COOH (鸟氨酸) (r) CH2NH2(CH2)2 CH2NH2 （腐胺）+ CO2
CH2NH2(CH2)3 CHNH2COOH (精氨酸) (r) CH2NH2(CH2)3 CH2NH2 （尸胺）+ CO2
组氨酸 (r) 组胺 + CO2
(CH3)2CHCHNH2COOH （缬氨酸） + H2O (r) (CH3)2CH CH2OH（异丁醇）+ NH3 + CO2
CH3CHNH2COOH （丙氨酸） + O2 (r) CH3COOH （乙酸）+ NH3 + CO2
CH2NH2COOH （甘氨酸）+ H2 (r) CH4 （甲烷）+ NH3 + CO2
③ 胺的分解
腐败中生成的胺类通过细菌的胺氧化酶被分解，最后生成氨、二氧化碳和水。
RCH2NH2 （胺 ）+ O2 + H2O (r) RCHO + H2O2 + NH3
过氧化氢通过过氧化氢酶被分解，同时，醛也经过酸再分解为二氧化碳和水。
硫醇的生成
硫醇是通过含硫化合物的分解而生成的。例如甲硫氨酸被甲硫氨酸脱硫醇脱氨基酶，进行如下的分解作用。
CH3SCH2CHNH2COOH（甲硫氨酸）+ H2O (r) CH3SH（甲硫醇）+ NH3 + CH3CH2COCOOH（a-酮酸）
④ 甲胺的生成
鱼、贝、肉类的正常成分三甲胺氧化物可被细菌的三甲胺氧化还原酶还原生成三甲胺。此过程需要有可使细菌进行氧化代谢的物质（有机酸、糖、氨基酸等）作为供氢体。
(CH3)3NO + NADH (r) (CH3)3N + NAD+
食品中脂肪的分解
虽然脂肪发生变质主要是由于化学作用所引起，但是许多研究表明，它与微生物也有着密切的关系。脂肪发生变质的特征是产生酸和刺激的“哈喇”气味。人们一般把脂肪发生的变质称为酸败（rancidity）。
食品中油脂酸败的化学反应，主要是油脂自身氧化过程，其次是加水水解。油脂的自身氧化是一种自由基的氧化反应；而水解则是在微生物或动物组织中的解脂酶作用下，使食物中的中性脂肪分解成甘油和脂肪酸等。但油脂酸败的化学反应目前仍在研究中，过程较复杂，有些问题尚待澄清。
⑵ 油脂的自身氧化
油脂的自身氧化是一种自由基（游离基）氧化反应，其过程主要包括：脂肪酸（RCOOH）在热、光线或铜、铁等因素作用下，被活化生成不稳定的自由基R· 、H· ，这些自由基与O2生成过氧化物自由基；接着自由基循环往复不断地传递生成新的自由基，在这一系列的氧化过程中，生成了氢过氧化物、羰基化合物（如醛类、酮类、低分子脂酸、醇类、酯类等）、羟酸以及脂肪酸聚合物、缩合物（如二聚体、三聚体等）。
脂肪水解
脂肪酸败也包括脂肪的加水分解作用，产生游离脂肪酸、甘油及其不完全分解的产物。如甘油一酯、甘油二酯。
微生物的解脂酶等
食物中脂肪 脂肪酸 + 甘油 + 其它产物
脂肪酸可进而断链而形成具有不愉快味道的酮类或酮酸；不饱和脂肪酸的不饱和键可形成过氧化物；脂肪酸也可再氧化分解成具有特臭的醛类和醛酸，即所渭的“哈喇”气味。这就是食用油脂和含脂肪丰富的食品发生酸败后感官性状改变的原因。
脂肪自身氧化以及加水分解所产生的复杂分解产物，使食用油脂或食品中脂肪带有若干明显特征：首先是过氧化值上升，这是脂肪酸败最早期的指标；其次是酸度上升，羰基（醛酮）反应阳性。脂肪酸败过程中，由于脂肪酸的分解其固有的碘价（值）、凝固点（熔点）、比重、折光指数、皂化价等也必然发生变化，因而脂肪酸败所特有的“哈喇”味；肉、鱼类食品脂肪的超期氧化变黄；鱼类的“油烧”现象等也常常被作为油脂酸败鉴定中较为实用的指标。
食品中脂肪及食用油脂的酸败程度，受脂肪的饱和度、紫外线、氧、水分、天然抗氧化剂以及铜、铁、镍离子等触媒的影响。油脂中脂肪酸不饱和度、油料中动植物残渣等，均有促进油脂酸败的作用；而油脂的脂肪酸饱和程度、维生素C、E等天然抗氧化物质及芳香化合物含量高时，则可减慢氧化和酸败。
⑶ 食品中碳水化合物的分解
食品中的碳水化合物包括纤维素、半纤维素、淀粉、糖元以及双糖和单糖等。含这些成份较多的食品主要是粮食、蔬菜、水果和糖类及其制品。在微生物及动植物组织中的各种酶及其它因素作用下，这些食品组成成分被分解成单糖、醇、醛、酮、羧酸、二氧化碳和水等低级产物。由微生物引起糖类物质发生的变质，习惯上称为发酵或酵解（fermentation ）。
分解糖类的微生物
碳水化合物 有机酸 十酒精 十 气体等
碳水化合物含量高的食品变质的主要特征为酸度升高、产气和稍带有甜味、醇类气味等。食品种类不同也表现为糖、醇、醛、酮含量升高或产气（CO2），有时常带有这些产物特有的气味。水果中果胶可被一种曲霉和多酶梭菌（Cl.multifermentans）所产生的果胶酶分解，并可使含酶较少的新鲜果蔬软化。
1.3 食品腐败变质的鉴定
食品受到微生物的污染后，容易发生变质。那么如何鉴别食品的腐败变质？一般是从感官、物理、化学和微生物四个方面来进行食品腐败变质的鉴定。
1.3.1 感官鉴定
感官鉴定是以人的视觉、嗅觉、触觉、味觉来查验食品初期腐败变质的一种简单而灵敏的方法。食品初期腐败时会产生腐败臭味，发生颜色的变化（褪色、变色、着色、失去光泽等），出现组织变软、变粘等现象。这些都可以通过感官分辨出来，一般还是很灵敏的。
1.3.2 色泽
食品无论在加工前或加工后，本身均呈现一定的色泽，如有微生物繁殖引起食品变质时，色泽就会发生改变。有些微生物产生色素，分泌至细胞外，色素不断累积就会造成食品原有色泽的改变，如食品腐败变质时常出现黄色、紫色、褐色、橙色、红色和黑色的片状斑点或全部变色。另外由于微生物代谢产物的作用促使食品发生化学变化时也可引起食品色泽的变化。例如肉及肉制品的绿变就是由于硫化氢与血红蛋白结合形成硫化氢血红蛋白所引起的。腊肠由于乳酸菌增殖过程中产生了过氧化氢促使肉色素褪色或绿变。
1.3.3 气味
食品本身有一定的气味，动、植物原料及其制品因微生物的繁殖而产生极轻微的变质时，人们的嗅觉就能敏感地觉查到有不正常的气味产生。如氨、三甲胺、乙酸、硫化氢、乙硫醇、粪臭素等具有腐败臭味，这些物质在空气中浓度为10-8～10-11 mol/m3时，人们的嗅觉就可以查觉到。此外，食品变质时，其它胺类物质、甲酸、乙酸、酮、醛、醇类、酚类、靛基质化合物等也可查觉到。
食品中产生的腐败臭味，常是多种臭味混合而成的。有时也能分辨出比较突出的不良气味，例如：霉味臭、醋酸臭、胺臭、粪臭、硫化氢臭、酯臭等。但有时产生的有机酸，水果变坏产生的芳香味，人的嗅觉习惯不认为是臭味。因此评定食品质量不是以香、臭味来划分，而是应该按照正常气味与异常气味来评定。
1.3.4 口味
微生物造成食品腐败变质时也常引起食品口味的变化。而口味改变中比较容易分辨的是酸味和苦味。一般碳水化合物含量多的低酸食品，变质初期产生酸是其主要的特征。但对于原来酸味就高的食品，如蕃茄制品来讲，微生物造成酸败时，酸味稍有增高，辨别起来就不那么容易。另外，某些假单孢菌污染消毒乳后可产生苦味；蛋白质被大肠杆菌、小球菌等微生物作用也会产生苦味。
当然，口味的评定从卫生角度看是不符合卫生要求的，而且不同人评定的结果往往意见分歧较多，只能作大概的比较，为此口味的评定应借助仪器来测试，这是食品科学需要解决的一项重要课题。
1.3.4 组织状态
固体食品变质时，动、植物性组织因微生物酶的作用，可使组织细胞破坏，造成细胞内容物外溢，这样食品的性状即出现变形、软化；鱼肉类食品则呈现肌肉松弛、弹性差，有时组织体表出现发粘等现象；微生物引起粉碎后加工制成的食品，如糕鱼、乳粉、果酱等变质后常引起粘稠、结块等表面变形、湿润或发粘现象。
液态食品变质后即会出现浑浊、沉淀，表面出现浮膜、变稠等现象，鲜乳因微生物作用引起变质可出现凝块、乳清析出、变稠等现象，有时还会产气。
1.3.5 化学鉴定
微生物的代谢，可引起食品化学组成的变化，并产生多种腐败性产物，因此，直接测定这些腐败产物就可作为判断食品质量的依据。
一般氨基酸、蛋白质类等含氮高的食品，如鱼、虾、贝类及肉类，在需氧性败坏时，常以测定挥发性盐基氮含量的多少作为评定的化学指标；对于含氮量少而含碳水化合物丰富的食品，在缺氧条件下腐败则经常测定有机酸的含量或pH值的变化作为指标。
⑴ 挥发性盐基总氮（total volatile basic nitrogen ,TVBN）
挥发性盐基总氮系指肉、鱼类样品浸液在弱碱性下能与水蒸汽一起蒸馏出来的总氮量，主要是氨和胺类（三甲胺和二甲胺）,常用蒸馏法或Conway微量扩散法定量。该指标现已列入我国食品卫生标准。例如一般在低温有氧条件下，鱼类挥发性盐基氮的量达到30mg／100g时，即认为是变质的标志。
⑵ 三甲胺
因为在挥发性盐基总氮构成的胺类中，主要的是三甲胺，是季胺类含氮物经微生物还原产生的。可用气相色谱法进行定量，或者三甲胺制成碘的复盐，用二氯乙烯抽取测定。新鲜鱼虾等水产品、肉中没有三甲胺，初期腐败时，其量可达4mg～6mg/100g。
⑶ 组胺
鱼贝类可通过细菌分泌的组氨酸脱羧酶使组氨酸脱羧生成组胺而发生腐败变质。当鱼肉中的组胺达到4－10mg/100g，就会发生变态反应样的食物中毒。通常用圆形滤纸色谱法（卢塔－宫木法）进行定量。
⑷ K值（Kvalue）
Ｋ值是指ATP分解的肌苷（HxR）和次黄嘌呤（Hx）低级产物占ATP系列分解产物ATP＋ADP＋AMP＋IMP＋HxP＋Hx的百分比，Ｋ值主要适用于鉴定鱼类早期腐败。若K≤20％，说明鱼体绝对新鲜；K≥40％时，鱼体开始有腐败迹象。
⑸ PＨ的变化
食品中pH值的变化，一方面可由微生物的作用或食品原料本身酶的消化作用，使食品中pH值下降；另一方面也可以由微生物的作用所产生的氨而促使pH值上升。一般腐败开始时食品的pH略微降低，随后上升，因此多呈现V字形变动。例如牲畜和一些青皮红肉的鱼在死亡之后，肌肉中因碳水化合物产生消化作用，造成乳酸和磷酸在肌肉中积累，以致引起pH值下降；其后因腐败微生物繁殖，肌肉被分解，造成氨积累，促使pH值上升。我们借助于pH计测定则可评价食品变质的程度。
但由于食品的种类、加工法不同以及污染的微生物种类不同，pH的变动有很大差别，所以一般不用pH作为初期腐败的指标。
1.3.6 物理指标
食品的物理指标，主要是根据蛋白质分解时低分子物质增多这一现象，来先后研究食品浸出物量、浸出液电导度、折光率、冰点下降、粘度上升等指标。其中肉浸液的粘度测定尤为敏感，能反映腐败变质的程度。
1.3.6 微生物检验
对食品进行微生物菌数测定，可以反映食品被微生物污染的程度及是否发生变质，同时它是判定食品生产的一般卫生状况以及食品卫生质量的一项重要依据。在国家卫生标准中常用细菌总菌落数和大肠菌群的近似值来评定食品卫生质量，一般食品中的活菌数达到108cfu／g时，则可认为处于初期腐败阶段。详细内容见食品卫生微生物检验部分。
