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1、食品非热加工课程读书报告食品非热加工是一门兴食品加工技术，包括超高压、高压脉冲电场、高压二氧化碳、电离辐射、脉冲磁场等方法，主要应用于食品的杀菌与钝酶。与热力杀菌相比，非热加工对食品特别是热敏性食品的色、香、味、功能性及养分成分等具有很好的保护作用，能够在很大程度上保证产品原有的颖度、确保产品的质量。近年来，随着消费意识和消费水平的提高，消费者对食品的颖度、养分、安全和功能的要求越来越高，极大地推动国际上对食品非热加工技术的争辩与进展。目前，一些非热加工技术如超高压、高压二氧化碳等在美国、日本、法国等兴旺国家已经得到了产业应用。同时，随着争辩的不断深入，非热加工技术的应用范围得到了拓宽，可用于
2、食品功能成分的提取、食品大分子的改性等方面。通过对食品非热加工课程资料的学习，以下介绍几种食品非热加工技术。一、高压脉冲电场：高压脉冲电场(pulsedelectricfields，PEF)是一种非热处理技术, 具有处理时间短，温升小，能耗低和杀菌效果明显等特点，成为近几年来国内外争辩的热点之一。早在 1967 年，英国学者就觉察 25kV/cm 直流脉冲能有效致死养分细菌和酵母菌。20 世纪 80 年月后期以来，美国、日本等兴旺国家争辩比较活泼， 并制造了成套的技术设备近几年来，在我国国内已有几所大学和争辩机构设计了自己的高压脉冲装置，并进展了相关争辩，如吉林大学、华南理工大学和江南大学等。
3、争辩的内容主要涉及高压脉冲杀菌装置的设计，高压脉冲电场动力设备、放电电路的设计，高压脉冲电场对微生物、酶的影响和功能物质的提取等方面。1、PEF 技术的加工原理关于高压脉冲电场的作用机理，现有多种假说：主要有细胞膜穿孔效应、电磁机制模型、粘弹极性形成模型，电解产物效应、臭氧效应等，大多数学者倾向于认同电磁场对细胞膜的影响。1.1 细胞膜穿孔效应细胞膜由镶嵌蛋白质的磷脂双分子层构成，它带有肯定的电荷，具有肯定的通透性和强度，膜的外外表与膜内外表之间具有肯定的电势差。当细胞上加一个外加电场，这个电场将使膜内外电势差增大，此时，细胞膜的通透性也随着增加， 当电场强度增大到一个临界值时，细胞膜的通透性
4、剧增，膜上消灭很多小孔，使膜的强度降低。此外当所加电场为脉冲电场时，电压在瞬间猛烈波动，在膜上产生振荡效应。孔的加大和振荡效应的共同作用使细胞发生崩溃，从而到达杀菌目的。1.2 电磁机制模型电磁机制理论是建立在电极释放的电磁能量相互转化根底上。电磁理论认为电场能量与磁场能量是相互转换的，在两个电极反复充电与放电的过程中，磁场起了主要杀菌作用，而电场能向磁场的转换保证了持续不断的磁场杀菌作用。这样的放电装置在放电端使用电容器与电感线圈直接相连，细菌放置在电感线圈内部，受到强磁场(磁场强 6.87 特斯拉，功率 16kJ)作用。1.3 粘弹极性形成模型粘弹极性形成模型认为，一是细菌的细胞膜在杀菌时
5、受到猛烈的电场作用而产生猛烈振荡，二是在猛烈电场作用下，介质中产生等离子体，并且等离子体发生猛烈膨胀，产生猛烈的冲击波，超出细菌细胞膜的可塑性范围而将细菌击碎。1.4 电解产物效应电解产物理论指出在电极施加电场时，电极四周介质中的电解质电离产生阴离子，这些阴阳离子在强电场作用下极为活泼，穿过在电场作用下通透性提高的细胞膜，与细胞的生命物质如蛋白质、核糖核酸结合而使之变性。但其缺乏之处是难以解释 pH 值变化猛烈的条件下，杀菌效果没有什么变化的结果。1.5 臭氧效应臭氧效应理论认为在电场作用下液体介质电解产生臭氧，在低浓度下臭氧已能有效杀灭细菌。2 PEF 技术处理的影响因素2.1 处理菌的种类
6、1） 对象菌的种类：不同菌种对电场的承受力不同。食品加工中，一样条件下用电场灭菌，不同菌种存活率由高到低为：霉菌、乳酸菌、大肠杆菌、酵母菌。特别需要指出的是，对象菌所处的生长周期也对杀菌效果也有肯定的影响，处于对数生长期的菌体比处于稳定期的菌体对电场更为敏感。2） 菌落数量：在同样强度、同样时间的脉冲下菌落数高的样品比菌落数低的样品菌落数下降的对数值比后者要多得多。2.2 电场参数的影响1） 脉冲电场强度：在高压脉冲电场杀菌过程中，脉冲电场的强度是一个导致微生物失活的主要参数，增加电场强度、对象菌存活率明显下降。由于细胞膜两侧的感应电动势与电场强度成正比，更高的电场强度能杀灭更多的细菌。2）
7、脉冲数目：在电场强度和杀菌温度固定的条件下，细菌的存活率随所施加的脉冲数目增加而削减。3） 脉冲的波形：通常所用的脉冲波形包括：按指数衰减的波形、方波波形、振荡波形、双极性波形。在全部波形中，振荡波杀灭微生物的效率是最低的；方波的效率比指数波的效率高；双极性脉冲波形对大肠杆菌的致死率比单极性波形高。4) 脉冲频率：假设提高脉冲频率，则杀菌效果上升。缘由是频率提高后，对应于每一次电容器放电来说，具有更多的脉冲数目，因而指数衰减曲线的下降得到减缓，从而保证了更长的杀菌处理时间。5 处理时间：是各次放电时间的总和。随着杀菌时间的延长，对象菌存活率开头急剧下降，然后平缓，渐渐变平，最终增加杀菌时间亦无
8、多大作用。2.3 处理样品的影响1液体食品温度：随着处理温度上升(在 2460范围内)，杀菌效果会有所提高，其提高的程度一般在 10 倍以内。液体食品适中的温度有利于杀灭微生物。2) 溶液 pH 值：多数微生物的最正确生长环境的 pH值位于 6.67.5 之间， 参加 HCl 或 NaOH等可调整溶液的 pH 值，使其偏离最正确生长区，在承受脉冲电场杀菌时，当微生物的细胞膜穿孔形成后，细胞四周的介质渗入细胞，使其体内酸碱平衡受到破坏，从而能促使其失活，较明显地提高杀菌效果。3介质电导率：介质电导率影响放电时的脉冲强度和脉冲次数，介质的电导率提高，脉冲频率亦上升，因而脉冲的宽度下降。这样，电容器
9、放电时，脉冲数目不变，即杀菌总时间下降，从而杀菌效果相应下降。3 处理效果高压脉冲电场杀菌主要是利用食品的非热物理性质，温升小(一般在 50以下)、耗能低。一个 35 千伏的处理系统每处理 1 毫升液体食品只需 20J 的能量， 而对超高温瞬时灭菌热处理系统来说却至少需要 100J 以上的能量。国内邓元修等试验证明高压脉冲电场对酵母和大肠杆菌的杀灭耗能只有 1.8-6.0105J3m。二 振荡磁场磁场影响物质移动方向，转变微生物生长和生殖。磁场的作用是促进 DNA 合成，把生物分子和生物膜的方向转成平行或垂直与磁场方向，并能通过转变穿过质膜的离子的移动，转变细胞生殖率。毒性细胞放入振荡磁场后，
10、数目大大削减，实际应用是癌症的治疗。磁场即磁体可以磁化四周物质的区域。假设粒子沿三个正交轴 x y z 方向的磁化率一样，则可以说此粒子具有各向同性磁化率。反之，粒子 x y z 方向磁化率不同，称此粒子具有各向异性磁化率。碳原子显示各向同性磁化率，而以单键、双键或三键结合的两个碳原子具有各向异性磁化率。一般状况下，磁场分为静态场和振荡场。它们可以是匀强磁场也可以是非匀强磁场。在匀强磁场中，电磁线圈围绕区域内的磁场强度 B 恒一样，而非匀强磁场中，B 不一样：随着距离线圈中心的增加而减小。非匀强磁场对置于场中的抗磁物体和顺磁物体有一种加速力的作用，而匀强磁场则没有加速里的作用。静态磁场由一个恒
11、定的强度B，并且磁场方向保持不变。以脉冲形式施加的振荡磁场，每一个脉冲的充电形式发生变化，每次脉冲产生的场强，随时间的推移会减小到约为初始强度的 10%。2.1 磁场对微生物的作用20 世纪早期，人们通过对细胞质流的观看，明确了静态或振荡磁场对活有机体的影响。藻类细胞的细胞质流淌速率受阻碍或激发取决于外加磁场方向。极低频磁场，如地磁场，对微生物移动起定向作用。Moore 发表了关于 0.015T 频率 0.3Hz 振荡磁场对 pseadomonas Aeruginosa、halobacterium、candida albicans 菌生长的最大鼓励效应和 0.03T 静态磁场最大抑制效应的争辩
12、结果。他指出，细胞生殖抑制原理是细胞分裂率降低，而不是钝化微生物。这一点正好与Geremcser 等人的争辩结果相反。细胞置于磁场中时，其生物形态内有变化，而且磁场对细胞的“遗传装置”比方：转变变种频率也没有明显影响，虽然“遗传装置”的变化还未完全争辩明白。培育基放于磁场的过程中，温度增加 0.1。2.2 磁场对组织和膜的作用生物膜固有的各向异性构造，使其在磁场中表现出很强的方向性。细胞膜平行或垂直于外加磁场的方向性，取决于生物分子综合各向异性。转变穿过质膜的离子流量，就会变换细胞分裂速率。试验人员用约为 100T 的静态磁场增减穿过细薄膜的离子量。用一个最高磁通密度为 5.4mT，极低频 7
13、2Hz 的振荡磁场加到草履虫细胞上 24 小时，Pawnmutant、野生类、paranoic mutant 分别比标准试样中的增加 4.7%，8.5%，16.8%。以地磁场下生长的种菌作标准试样。为了确定草履虫细胞分裂对穿过膜的离子量的要求条件，他们利认真脏组织中一种叫做“verapamil”的把握 Ca 通道的物质，来堵塞质膜的Ca2+通道。当“verapamil”参加到培育基中时，磁化的和非磁化的草履虫细胞分裂速率一样。Dihel 等人声明当微生物置于磁场中时，质膜是一个很重要的转变点。2.3 磁场对毒性细胞的作用Costa 和 Hofmann 觉察 1-50T,5-1000kHz 的高
14、强度磁场会削减活体动物组织中毒性细胞的浓度。一般状况下，把动物或动物体上毒性细胞的携带局部放于磁场中，依据肿瘤的类型，处理 1-1000 个脉冲，每个治疗期 10 个脉冲，时间是 100 微秒。振荡磁场把毒性细胞数目减小到自然抗肿瘤机制足以抵抗的剩余毒性细胞极限浓度以下。与未处理的肿瘤比较，处理后的肿瘤尺寸减小。体组织置于磁场中时，没有热量产生。由于外加磁场的作用，正常的组织也会有肯定损伤，但损伤量比起照耀处理毒性细胞的损伤小的多。而且，比起离子照耀来，磁场对自然免疫系统的损害小的多，所以恢复和再生安康组织需要的时间较小。2.4 磁场与酶反响Rabinovitch 等人和 Maling 等人争
15、辩了静态磁场对三种酶基系统的影响：1RNA核糖核酸酶和细胞色素“C”琥珀酸复原酶,置于最高 4.8T 的磁场中 5-6 分钟。2） 核糖核酸酶，辣根过氧化物酶-二茴香碱 酪氨酸酶-L-酪氨酸以及醛缩酶-FEP(果糖 1，6 二磷酸)系统置于 8.5T-17T 的磁场种，2-20 分钟。3） 胰蛋白酶-L-苯甲酰 DL-精氨酸 p-硝基苯胺BAPA系统置于22T 磁场中9 分钟,胰蛋白酶在参加BAPA系统实施酶活性之前，先要在20.8T 的磁场中“预处理“65-220 分钟磁场对上述酶的反响率影响不明显。置于 4、2T 磁场中的 tris 中的羧基歧化酶在 PH8.0 的缓冲溶液中活性减小。启动
16、磁场时，酶作为试样进展试验；关闭磁场，其活性马上减小，。磁场激活效应主要是由氢键增加及相应的酶多肽主链螺旋性提高造成的。螺旋性和氢键的增加使蛋白质稳定而不简洁变性，这样一来，酶对钝化的敏感性降低。2.5 磁场抑制微生物的机理有 A.ICR 和 IRR 模型，此外还有一此其他理论，磁场在食品保鲜中的应用很多。用磁场技术对食品进展保鲜，最重要的一点要求是大电阻率高于 1025 欧姆-厘米ohms-cm。很多食品电阻率都在这个范围内。例如：桔子汁电阻率是 300ohms-cm。外加磁场的强度是被磁化食品厚度和电阻率的函数。较小电阻率、较大厚度的食品用的磁场强度较高。用磁场进展保鲜的食品系统为：a带 strptococcus thermophilus 的牛奶 b 带 saccharomyces 的酸
