食品的非热杀菌与除菌

《食品的非热杀菌与除菌》由会员分享，可在线阅读，更多相关《食品的非热杀菌与除菌（132页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、食品的非热杀菌与除菌,食品的非热杀菌技术：是指采用非加热的方法杀灭食品中的致病菌和腐败菌，使产品达到无菌程度要求的杀菌技术。 食品的非热杀菌 空气净化除菌 食品生产用水的净化除菌,第一节食品的非热杀菌定义及种类,非热杀菌 杀菌过程中食品温度并不升高或升高很低，既有利于保持食品中功能成分的生理活性，又有利于保持色、香、味及营养成分。 优点： 热效应小，温度低； 高温引起的品质降低小； 维生素、风味及必需的营养素变化小； 能量消耗少。,食品非热杀菌技术种类 化学杀菌（杀菌剂、抑菌剂和防腐剂等） 物理杀菌（辐照、紫外线、脉冲电场、振荡磁场、超声波、脉冲光、脉冲x射线等）,新型的食品非热杀菌技术 超高

2、静压（Ultra High Hydrostatic Pressure,UHHP,HHP) 脉冲电场（Pulsed Electric Field,PEF) 振荡磁场（Oscillating Magnetic Fields, OFM),二、食品非热杀菌技术,（一）超高静压杀菌 食品的超高静压（UHP或HHP）处理技术是指将密封于弹性容器内的食品置于水或其它液体作为传压介质的压力系统中，经100MPa以上的压力处理，以达到杀菌、灭酶和改善食品的功能特性等作用。 超高压处理通常在室温或较低的温度下进行，在一定高压下食品蛋白质变性、淀粉糊化、酶失活，生命停止活动，细菌等微生物被杀死。,起源于19世纪末，

3、Tameman 开启超高静压处理技术之门； 18991929年，Hite发现HHP抑制微生物生长； 1974年方法，Wison提出（压力温度）保藏食品； 1986，日本市场出现HHP处理的食品； 1992欧盟实施HPP技术应用投资计划，相关产品上市； 19992000 美国市场也出现HPP巴氏杀菌食品 20世纪90年代，国内开展HPP技术研究，目前处于开发应用阶段，,超高静压(HHP)发展,超高静压杀菌对微生物的作用机理,改变微生物的细胞形态结构,超高静压杀菌对微生物的作用机理,破坏微生物细胞膜,超高静压杀菌对微生物的作用机理,钝化酶的活性,超高静压杀菌对微生物的作用机理,抑制生化反应 影响D

4、NA的复制,HPP对微生物的作用,蛋白质聚集,细胞膜的完整性发生变化,DNA发生变化,膜的发生变化通透性,超高静压的杀菌效果,在高压下，会使蛋白质和酶发生变性，微生物细胞核膜被压成许多小碎片和原生质等一起变成糊状，这种不可逆的变化即可造成微生物死亡。 细菌 酵母和霉菌 病毒 寄生虫,影响微生物对压力抵抗能力的其它因素,1、 微生物种类 2、 细胞形态 3、 食品介质种类和性状 4、 加压温度 5、 加压时间 6、 压力大小 7、 加压模式 8、 压力与其他杀菌技术的协同作用 高压下微生物灭活的动力学 微生物的死亡遵循一级反应动力学,G(+)营养体对HHP的抵抗力强于G（); 细菌芽孢与热协同处

5、理可降低杀灭芽孢所需的压力和加热温度； 一般而言，为杀灭有害菌而选择的压力条件基本能满足大多数人类病毒的要求； 寄生虫对压力的敏感性要高于细菌的芽孢和细胞。,超高静压杀菌效果,（1）微生物的种类和生长期条件； （2）压力大小和加压时间； （3）施压方式：对于芽孢，间歇式加压好于连续式加压 （4）温度 （5）pH值 （6）物料组成成分 （7）水分活度 ：低aw产生的细胞收缩作用和对生长的抑制作用使细胞对压力产生抗性,影响超高静压(HHP)杀菌效果的因素,超高静压的产生,直接加压产生,超高静压的产生,间接加压产生,超高静压杀菌的特点,用超高压技术处理食品，可达到高效杀菌的目的，且对食品中的维生素、

6、色素和风味物质等低分子化合物的共价键无明显影响，从而使食品能较好地保持原有的色、香、味、营养和保健功能，这是超高压技术的突出优点，也是超高压技术与其它常规食品杀菌技术的主要不同之处。,酸性食品（pH4.6），HPP可以作为巴氏杀菌辅助手段 对芽孢菌，需结合其他处理方法,超高静压杀菌特点,超高静压杀菌的特点,技术优势: 1、 能在常温或较低温度下达到杀菌，灭酶的作用，与传统的热处理相比，减少了由于高热处理引起的食品营养成分和色、香、味的损失或劣化 2、 由于传压速度快，均匀，不存在压力梯度，超高压处理不受食品的大小和形状的影响，使得超高压处理过程较为简单 3、 耗能较少，处理过程中只需要在升压阶

7、段以液压式高压泵加压，而恒压和降压阶段则不需要输入能量,存在问题,1.由于超高压是基于对食品主成分水的压缩效果，它是利用了帕斯卡定律，因此对于不适合这一定律的干燥食品、粉状或粒状食品，不能采用超高压处理技术； 2.由于高压下食物的体积会缩小，故只能用软材料包装； 3.一些产芽孢的细菌，特别是低酸性食品中的肉毒梭茵，需在70以上加压到600MPa或加压到1000MMPa以上才能杀死； 4.酶因其分子量和分子结构不同，超高压下活性变化也不一样，故需加压到所有酶失活为止。若允许残存酶时为防止流通中质量下降需采用低温流通的方法 5.超高压装置必须采用耐高压的金属材料和结构，故装置笨重，且基本建设费用高

8、； 6.因反复加减压，高压密封体易损坏，加压容器易发生损伤，故实用的超高压装置目前压力在500MPa左右； 7.虽然已经进行了蛋白质、淀粉等天然高分子物质及微生物的基础研究，但实际应用时仍需根据加工的食品设定处理条件,加压系统、处理室、 密封系统和控制系统。,超高静压(HHP)处理系统,工艺特点,（一） 优点 1、 处理过程中不加热，食物保持新鲜 2、 处理过程能应用在最终包装的产品 3、 对液体食品过程能作为无菌过程的一部分被应用 4、 酶活力可以停止 （二） 缺点 1、 高压导致蛋白质凝胶化，由于细胞壁破裂，酶活力可能增加 2、 可引起蛋白质凝胶、注释及膨胀 3、 引起食物组织内变化 4、

9、 设备的初装费高 5、 细菌的孢子、霉菌和酵母可能要求不同高压须消灭时间长,操作控制,1、超高压处理要求非常特殊的设备，如桔子汁可能在压力室内批处理，然后无菌灌装预先消毒的包装内。 2、超高压加工必须考虑微生物的种类、产品特性、理想的过程（巴氏杀菌或商业消毒）和产品销售方式。 3、超高压处理对生长的细菌、酵母和霉菌是非常有效，但芽胞对高压不会失活，而要另外加热或其他一些作用以达杀死的高水平。,超高静压处理设备,超高压杀菌机的杀菌原理是利用超高压破坏霉菌、细菌的组织从而保持食品鲜度。完全没有加热、添加防腐剂等传统的杀菌方法引起食品营养降低、香味丧失的缺点。 本装置为批量式、加压槽采用连续方式，是

10、一种高效率的大品量生产方式。,应用,1.黑莓、草莓、蓝莓、荔枝、猕猴桃、芒果、柑橘、西瓜、哈蜜瓜、胡萝卜等各种果蔬汁饮料。2.牛奶、羊奶、杏仁奶、花生奶、核桃奶、豆奶等动植物奶类制品。3.牛肉、羊肉、鸽肉、兔肉、鹅肉等畜禽肉类制品。4.蛋制品。5.鱼、虾、贝等水产品。6.白酒、葡萄酒、黄酒、啤酒等酒类产品。7.酱油、醋等调味品。8.保健品。,（二）脉冲电场杀菌技术,脉冲电场灭菌（High Intensity Pulsed Electric Field， 简称HIPEF或PEF）是在特殊的处理室里对液态食品施加瞬时高强度的脉冲电场，将其中的微生物杀死的一种方法。一般电场强度为1050kV/cm，

11、脉冲宽度在100s以内，脉冲频率在几千Hz以内。其高场强可直接将微生物杀死，其窄脉冲和低频率保证了食品升温很小和极少的电化学反应，从而最大限度地保证了食品的天然风味和营养成分。,（二）脉冲电场杀菌技术,也就是说，脉冲电场杀菌是将食品置于两个电极间产生的瞬间高压（15-100kv/cm）电场中，由于高压电脉冲能破坏细菌的细胞膜，改变其通透性，从而杀死细胞。 主要应用于液态食品物料的巴氏杀菌。,将液态食品作为电介质置于高强度脉冲电场中，食品中微生物的细胞膜在强电场的作用下被击穿，产生不可修复的破裂或穿孔，使细胞组织受损，导致微生物失活.,电场灭菌的原理,在强电场作用下，细胞膜两表面堆积的异号电荷相

12、互吸引，引起膜的挤压.,+,-,高电压,当挤压力大于膜的弹性力时，产生穿孔.,PEF灭菌技术研究进展,1960年 ，Gossling首次提出使用高强脉冲（high intensity electric field pulses）来杀死微生物 。 1967年，英国的Sale和Hamilton报导25kV/cm的直流脉冲能有效致死营养细菌和酵母菌，并认为电场强度和作用时间是影响灭菌效果的两个主要因素 。 1981年，Hulsher发现关于PEF处理下细菌存活率的数学模型。杀菌率与电场强度和作用时间的对数是成正比的。 1981年后，Hulsheger、Zimmermann等学者对电脉冲灭菌机理做了进

13、一步探讨，并开始了用于工业生产设备的研究。 1990年后，以美国的Barbosa-Cnovas G. V.，Zhang Q.H.和德国的Knorr D为代表的研究者关于PEF进行灭菌的研究的报导也越来越多，并设计了商业化的小型PEF设备体系，由此产生了许多专利成果。,国外,1995年 ，大连医科大学张毅等使用PEF对液体中的细菌进行了灭菌实验，结果表明电场可全部杀死液体中的细菌，不破坏营养成分。 1995年至今，吉林工业大学殷涌光等使用PEF对细菌孢子进行了灭活实验。之后还运用PEF对原料乳、桃汁、蔬菜饮料等进行了灭菌研究。 1997年至今，华南理工大学曾新安使用连续的PEF处理系统对橙汁、桑

14、果汁、牛乳进行了灭菌研究。 2002年至今，清华大学史梓男等设计了脉冲电源，并与 中国农业大学廖小军等合作，研究了PEF处理对西瓜汁、橙汁、苹果汁的灭菌效果及对食品品质的影响。并对前人的灭菌模型进行了比较 2002年，大连理工大学但果等设计了高精度脉冲电源，对PEF非热处理理论进行了实验性研究 20052006年 ，江南大学的李迎秋、王茉、周媛等研究了PEF对微生物、绿茶饮料、液态蛋的灭菌研究,PEF非热灭菌技术优点,电场传递迅速，处理时间短 ； 灭菌效果理想，且灭菌后温度升高很小 ； 处理后几乎无副产物，保持了食品的原有风味 ； 耗能低，操作费用和维护费用低 ； 设备体积小，占地面积不大，对

15、环境无污染,脉冲发生器 控制单元,RCL,E 10 kV/cm,+,-,高电压,强电场,脉冲宽度频率,高压 电源,Food,电场灭菌装置,高压脉冲发生器产生的高压脉冲, 被加到杀菌容器的两极板上形成10 kV/cm以上的电场.,脉冲电场的产生方法,1、利用LC振荡电路原理 先用高压电源对一组电容器进行充电，将电容器与一个电感线圈及处理室的电极相连，电容器放电时产生的高频指数脉冲衰减波即加在两个电极上形成高压脉冲电场。 2、 利用特定的高频高压变压器，得到持续的高压脉冲电场。,Co-axial cylinders,Bushnell et al. 1991 US Patent 5,048,404,

16、几种灭菌容器的电场设计,食品入口,食品出口,电极,电极,Co-axial cones,食品入口,食品出口,电极,电极,几种灭菌容器的电场设计,脉冲电场的处理系统,PEF 连续处理系统,工艺特点,（一） 优点 1、 消灭大量致病菌和腐败有机体 2、 产品中只有轻微的温度升高 3、 与热处理比较价格较低 4、 产品没有变化，维生素和酶无损失 （二） 缺点 1、 对孢子需要高剂量和长时间 2、 只能用于液体或灌制食品 3、 只能用于货架稳定酸性食品和冰箱食品 4、 必须对每一种具体的产品设计过程,几乎所有具有流动性能的流体和半流体的非热杀菌.,适用对象, 果汁蔬菜汁蛋液的非热杀菌 果酱色拉调料和其它酱类制品 乳制品 乳膏类化妆品 功能性食品和医药制品,杀菌作用的基本原理,1.场的作用 脉冲电场产生磁场，这种脉冲电场和脉冲磁场交替作用，使细胞膜透性增加，振荡加剧，膜强度减弱，因而膜被破坏，膜内物质容易流出，膜外物质容易渗入，细胞膜的保护作用减弱甚至消失。 2、电离作用 电极附近物质电离产生的阴、阳离子与膜内生命物质作用，因而阻断了膜内正常生化反应和新陈代谢过程等的进行；同时，液体介质电离产生O3的强烈氧化作用，能与细胞内物质发生一系列反应。 通过以上2种作用的联合进行，杀死菌体。,