食品微波殺菌技術(shù)研究進(jìn)展

食品微波殺菌技術(shù)研究進(jìn)展劉憶玲廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院食品科學(xué)與工程系廣東湛江ResearchProgressonMicrowaveSterilizationinFoodIndustryLiuyilingGuangDongOceanUniversityGuangdongZhanjiang摘要：介紹了微波殺菌的研究進(jìn)展和在食品加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀。介紹了微波殺菌對(duì)食品微生物具有熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)，尤其是微波非熱效應(yīng)的機(jī)理。微波殺菌的影響因素、脈沖微波殺菌工藝和殺菌設(shè)備的設(shè)計(jì)原則，并指出了食品微波殺菌技術(shù)存在的問(wèn)題以及發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：食品工業(yè)、微波、殺菌、脈沖微波Abstract:Inthispaperintroducedtheresearchdevelopmentandapplicationofmicrowavesterilization.Microwavesterilizationmakesanimportanteffectonheatingeffectandnon-thermaleffect.Theresearchemphasizedthattheinfluencefactorsofmicrowavesterilizationandtheuseofelectronicmagnetpulseinmicrowavesterilization.Theprobleminresearchanditsprospectaresuggested.Keywords:Foodindustry;Microwave;Sterilization;ImpulseMicrowave殺菌是食品加工的一個(gè)重要操作單元。常用的巴氏殺菌并不能將食品中一些耐熱的芽孢桿菌全部殺滅，而目前使用最多的殺菌方法是熱力殺菌，它是通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流等傳熱方法將熱量傳遞給食品，使之溫度升高，達(dá)到預(yù)定殺菌溫度并保持一定殺菌時(shí)間從而達(dá)到殺菌目的，同時(shí)加熱也會(huì)不同程度地破壞食品中的營(yíng)養(yǎng)成分和食品的天然特性。微波技術(shù)是一種較為理想的殺菌途徑，具有快速、高效、安全、保鮮等優(yōu)點(diǎn)。微波是指頻率在300MHz-300GHz范圍內(nèi)的電磁波，波長(zhǎng)1mm-1m。微波具有電磁波的很多特性，如放射、透射、干涉、衍射、偏振以及伴隨著電磁波進(jìn)行能量傳輸?shù)炔▌?dòng)特性。因此，關(guān)注微波殺菌技術(shù)對(duì)于提高食品殺菌效果和提高殺菌后食品的質(zhì)量有著重要的意義。食品微波殺菌機(jī)理微波與生物體的相互作用是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，分為熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)兩種。它是當(dāng)生物體受到微波輻射時(shí)，微波透射生物體被吸收后所產(chǎn)生的綜合生物效應(yīng)結(jié)果。而且在相同條件下，微波殺菌致死溫度比傳統(tǒng)加熱殺菌低。熱效應(yīng)微波是由交變的電廠產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，當(dāng)它穿透極性介質(zhì)時(shí)，這些極性分子會(huì)隨著交變電場(chǎng)方向的改變而改變，在快速轉(zhuǎn)變過(guò)程中，分子之間相互摩擦產(chǎn)生熱量，從而導(dǎo)致溫度升高，使微生物內(nèi)的蛋白質(zhì)等分子結(jié)構(gòu)改性或者失活，從而殺滅微生物。例如：當(dāng)食品處于微波場(chǎng)中，由于磁場(chǎng)作用，使原來(lái)食品中一端帶正電、一端帶負(fù)電的排列無(wú)序的極性分子變成有序排列，即帶正電的一極朝電場(chǎng)的負(fù)極，而帶負(fù)電的一極朝電場(chǎng)的正極，電場(chǎng)極性的改變導(dǎo)致偶極子朝向的改變。極性改變的速度越快，偶極子轉(zhuǎn)變得也越快，在快速轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，分子之間互相摩擦產(chǎn)生熱量。微波的頻率很高，劇烈的分子摩擦可使被處理物品產(chǎn)生大量的熱量，從而達(dá)到滅菌的效果。目前這方面的研究工作及其應(yīng)用已基本完善。非熱效應(yīng)最新研究認(rèn)為，微波殺菌時(shí)，除了熱效應(yīng)外，還有非熱力的生物效應(yīng)，二者具有協(xié)同增效作用、殺死微生物的效果。微波非熱效應(yīng)指生物體內(nèi)部不產(chǎn)生明顯的升溫，卻可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的生物響應(yīng)，使生物體內(nèi)發(fā)生各種生理、生化和功能的變化，導(dǎo)致細(xì)菌死亡，達(dá)到殺菌目的。其機(jī)理主要有以下幾種：（1）在微波內(nèi)，食品主要成分核酸和蛋白質(zhì)可產(chǎn)生變異，促進(jìn)微生物死亡；（2）醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，微波可影響、干擾DNA正常的復(fù)制、轉(zhuǎn)移、合成和修飾等活動(dòng)；（3）食品科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，食品中常見(jiàn)的酶類對(duì)微波較為敏感；（4）從細(xì)胞生物學(xué)角度分析，在微波場(chǎng)中，細(xì)胞膜可以發(fā)生機(jī)械性損傷，使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外漏，影響其生長(zhǎng)繁殖；（5）降低水分活度，破壞微生物的生存環(huán)境；偶極分子旋轉(zhuǎn)和在交互沉淀池中趨向線形排列，從而引起蛋白質(zhì)二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致細(xì)菌問(wèn)生物死亡?？偟膩?lái)說(shuō)，微波的熱效應(yīng)主要是快速升溫及殺菌，而非熱效應(yīng)則使微生物體蛋白質(zhì)和生理活性物質(zhì)發(fā)生變異，從而喪失活力或者死亡。食品微波殺菌的特點(diǎn)時(shí)間短且速度快微波利用其選擇透射作用，使食品內(nèi)外均勻，迅速升溫殺滅細(xì)菌。處理時(shí)間大大縮短。在強(qiáng)功率密度強(qiáng)度下，僅僅需要幾秒或幾十秒即能達(dá)到效果。低溫殺菌可保證食品質(zhì)量微波熱效應(yīng)的快速升溫和非熱效應(yīng)的升華作用，增強(qiáng)了殺菌功能。相比常規(guī)熱力殺菌在較低溫度、較短的時(shí)間內(nèi)就能獲得效果，一般殺菌溫度在75~80℃，處理時(shí)間大概3~5分鐘。微波特有的加工方式能保留更多的有小效果及其設(shè)備的設(shè)計(jì)有著極為重要的影響。食品的介電性質(zhì)與食品各組成成分的狀態(tài)及相互作用有關(guān)。其中最為重要的是食品中的水分含量和狀態(tài)。水分子是極性分子，水分含量越大，食品的介電損耗因子越大，吸收微波越強(qiáng)，殺菌能力就越好。此外，物料的密度也會(huì)影響介質(zhì)的損失值。（2）主要是微波的功率、處理時(shí)間和溫度。微波殺菌贏根據(jù)食品介質(zhì)的性質(zhì)來(lái)確定殺菌所需要的時(shí)間、溫度、功率等工藝參數(shù)。但是在這些因素還是有很多地方?jīng)]有研究到很深入透徹。展望微波殺菌技術(shù)與傳統(tǒng)食品殺菌方式相比已有了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用也日漸廣泛。它是一種現(xiàn)代高新技術(shù)，利用微波對(duì)食品進(jìn)行殺菌處理，有著很多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)進(jìn)一步研究使其更加成熟、可靠、節(jié)能、安全。由于脈沖微波殺菌主要是利用非熱效應(yīng)，因此應(yīng)大力加強(qiáng)對(duì)脈沖微波殺菌的非熱生物效應(yīng)機(jī)理以及其應(yīng)用的研究，探索脈沖微波低溫殺菌更高的工藝技術(shù)和設(shè)備，研制性能優(yōu)越全滿的脈沖微波殺菌設(shè)備。隨著研究的進(jìn)展和深入，微波殺菌技術(shù)一定能夠給食品加工業(yè)帶來(lái)新發(fā)展和轉(zhuǎn)變。參考文獻(xiàn)李里特微波在食品加工中的應(yīng)用問(wèn)題和特殊效果食品科學(xué)1995年11期黃建蓉食品微波殺菌新技術(shù)的研究進(jìn)展食品與發(fā)酵工業(yè)1998年4期涂順明食品殺菌新技術(shù)2004年陳先法微波加熱在食品工業(yè)中的應(yīng)用1990年2期曾慶孝食品加工與保藏原理化學(xué)工業(yè)出版社2002年郭月紅李洪軍微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用保鮮與加工2006年1期林向陽(yáng)阮榕生白松非熱殺菌技術(shù)在食品中的應(yīng)用農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)刊2005年2期李清明譚興河微波殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用食品研究與開(kāi)發(fā)2004年1期吳輝高孔榮微波滅菌機(jī)理研究食品科學(xué)1996年4期王保義楊杰斌毫微秒電磁脈沖的生物效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究和機(jī)理分析中國(guó)科學(xué)1997年1期劉鐘棟微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用中國(guó)輕工業(yè)出版社1998年辛志宏馬海樂(lè)微波技術(shù)在食品殺菌與保鮮中的應(yīng)用糧油加工與食品機(jī)械2000年4期李建忠微波對(duì)食品微生物的非熱生物效應(yīng)與微波殺菌技術(shù)西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)2006年6期龐小峰微波非熱生物效應(yīng)的機(jī)理及其特性研究2002年周巍紅張鈞電磁脈沖滅菌研究微波學(xué)報(bào)2000年3期王保義王長(zhǎng)廣電磁場(chǎng)非熱生物效應(yīng)機(jī)理研究電子科技導(dǎo)報(bào)1997年2期武杰食品微波加工工藝與配方科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社2003年楊紅旗微波和紫外線協(xié)同殺菌作用研究1998年2期周家春食品工業(yè)新技術(shù)化學(xué)工業(yè)出版社2005年殷涌光劉靜波林松毅食品無(wú)菌加工技術(shù)與設(shè)備化學(xué)工業(yè)出版社2006年樊偉偉黃惠華微波殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用食品與機(jī)械2007年1期WILFRIEDSCHLEGEDCommericalPasteurizationandSterilizationofProductsUsingMicrowaveTechnologyFoodTechnology1992年12期V.F.ZOLIN.BioelectromagneticsinRussia.RadioScience1995年1期DecareauPVMicrowaveinfoodprocessingindustry1985年YifenWangaTimothyDWigDielectricpropertiesoffoodsrelevanttoRFandmicrowavepasteurizationandsterilization2003年3