食品殺菌新技術(shù)

食品殺菌新技術(shù)第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二主要內(nèi)容超高溫殺菌

高壓殺菌歐姆殺菌第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二第一節(jié)超高溫殺菌一、基本原理

超高溫殺菌是把加熱溫度為135-150℃、加熱時間為2-8s、加熱后產(chǎn)品達到商業(yè)無菌要求的殺菌過程叫做超高溫殺菌或者UHT殺菌。其基本原理包括微生物熱致死原理和如何最大限度地保持食品的原有風味及品質(zhì)原理。因為微生物對高溫的敏感性遠遠大于多數(shù)食品成分對高溫的敏感性，故超高溫短時殺菌，能在很短時間內(nèi)有效地殺死微生物，并較好地保持食品應(yīng)有的品質(zhì)。

第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二二、UHT殺菌的微生物致死理論依據(jù)

(一)微生物的耐熱性 微生物的耐熱性受到下列因素的影響1.菌種和菌株；2.菌齡、培育條件、貯存環(huán)境；3.熱處理的介質(zhì)、食品成分如酸度；4.原始活菌數(shù)；5.熱處理溫度和時間(主導因素)。(二)微生物的致死速率與D值 微生物的熱致死率是加熱溫度和加熱時間的函數(shù)。第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二在一定環(huán)境和溫度下，微生物隨時間而死亡時的活菌殘存數(shù)是按指數(shù)遞減或按對數(shù)周期下降的。細菌任意時刻的致死速率可以用它殘存活菌數(shù)下降一個對數(shù)周期所需的時間來表示，這便是圖中D值的概念。D值是這一直線斜率絕對值的倒數(shù)，即：D值反映了細菌死亡的快慢。D值越大，細菌死亡的速度越慢，即細菌的耐熱性越強；反之則死亡速度越快，耐熱性越強。D值隨其它影響微生物耐熱性的因素而異，只有在這些因素固定不變的條件下，才能穩(wěn)定不變。第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二（三）微生物的熱力致死時間與Z值熱力致死時間(ThermalDeathTime=TDT)——表示熱力致死溫度保持不變的條件下，完全殺滅某菌種的細胞或芽孢所必需的最短熱處理時間。微生物熱力致死的時間隨致死溫度而異，兩者的關(guān)系曲線稱為熱力致死時間曲線，圖10-2表達了不同熱力致死溫度下細菌芽孢的相對耐熱性。第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二Z值表達了熱致死時間縮短一個對數(shù)周期所要求的熱處理溫度升高的度數(shù)，它在數(shù)值上等于熱力致死時間曲線的直線斜率絕對值的倒數(shù)。即：如果某種微生物在121℃時的TDT值為F，則該微生物在任何殺菌溫度下的TDT值可表示為第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二熱力遞減致死時間是在任何特定熱力致死條件下將細菌或芽孢數(shù)減少到某一程度如10-n時所需要的熱處理時間。即：N值指的是活菌遞減的對數(shù)周期，也稱遞減指數(shù)（四）微生物的熱力遞減致死時間X：細胞殘存數(shù)；C：細胞原始總數(shù)；n：遞減指數(shù)第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二三、UHT殺菌效果

通常，檢驗UHT殺菌效果可用某類微生物的芽孢作為試驗對象。例如，用PA3679芽孢，這種芽孢具有極高的Z值（Z=35）若某一UHT殺菌工藝要求F值為12D，處理之后的芽孢總數(shù)就要減少到經(jīng)過12個對數(shù)期后的值。若原料總的孢子總數(shù)為1000個/ml,則按圖中的十減九遞減時間曲線，如果150℃所選定的D值為0.285s(殺死90%孢子所需的時間)，那么全部熱處理時間就是0.285×12=3.4s。所以把熱處理溫度150℃和熱處理時間結(jié)合起來就會使原始總孢子數(shù)由1000個/ml減少到1個/109ml，即1個/106L，這無疑是一個很嚴格的衛(wèi)生標準。如果熱處理時間進一步延長到4s，就有可能達到1×108L的UHT殺菌產(chǎn)品只有一個1個殘存孢子的水平。第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二四、UHT殺菌的品質(zhì)保證措施：控制溫度使褐變時間與殺菌時間的距離相距較大，即兩條線之間的間距第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)UHT瞬時殺菌的基本過程及設(shè)備一、UHT殺菌的基本方法 間接式(間壁式)加熱法 直接混合式加熱法基本方法間接式加熱UHT過程是采用高壓蒸汽或高壓水為加熱介質(zhì)，熱量經(jīng)固體換熱壁傳遞給待加熱殺菌的物料。由于加熱介質(zhì)不直接與食品接觸，所以可較好地保持食品原有的風味。直接式加熱法，一是注入式，即將高壓蒸汽柱射到待殺菌的物料中；二是噴射式，即將待殺菌物料噴射到蒸汽中。該法加熱快、時間短，但蒸汽凈化程度要求高。第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二二、UHT瞬時殺菌設(shè)備流程(一)直接混合式加熱UHT瞬時殺菌設(shè)備流程1.基本步驟根據(jù)被處理物料性質(zhì)的不同，UHT殺菌的工藝流程也不完全相同，但主要的關(guān)鍵步驟相同，即物料都由泵送至預熱器預熱，然后進入直接蒸汽噴射殺菌器，殺菌后的物料經(jīng)閃蒸去除部分水分和降低溫度之后進入下道工序。下面以消毒牛乳為例介紹一下直接混合式加熱UHT過程的若干典型裝置流程。下圖為APY-6000型滅菌乳生產(chǎn)殺菌裝置流程圖。

第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二原料乳由輸送泵1送經(jīng)第一預熱器2進入第二預熱器3，牛乳升溫至75～80℃。然后在壓力下由泵4抽送，經(jīng)調(diào)節(jié)閥5送到直接蒸汽噴射殺菌器6。在該處，向牛乳噴入壓力為1MPa的蒸汽，牛乳瞬間升溫至150℃。在保溫管中保持這一溫度2、4s時間，然后進入真空膨脹罐9中閃蒸，使牛乳溫度急劇冷卻到77℃左右。熱的蒸汽由水冷凝器18冷凝，真空泵21使真空罐始終保持一定的真空度。真空罐內(nèi)部汽化時，噴入牛乳的蒸汽也部分連同閃蒸的蒸汽一起從真空罐中排出，同時帶增可能存在于牛乳中的一些臭味。另外，從真空罐排出的熱蒸汽中的一部分進入管式熱交換的第一預熱器2中用來預熱原料。第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二UHT瞬時殺菌關(guān)鍵設(shè)備（一）板式換熱器第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二UHT瞬時殺菌關(guān)鍵設(shè)備（二）直蒸汽殺菌器第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二(二)間接加熱UHT瞬時殺菌設(shè)備流程

間接式加熱UHT瞬時殺菌是通過間壁式換熱器來實現(xiàn)的。第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二間接式殺菌器UHT瞬時殺菌關(guān)鍵設(shè)備（三）第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)歐姆殺菌

一、歐姆殺菌的基本原理1、概念：歐姆殺菌是借助通入電流使食品內(nèi)部產(chǎn)生熱量達到殺菌目的的一種殺菌方法。2、原理：所用電流為50-60Hz的低頻交流電。根據(jù)Joule定律，在被加熱食品內(nèi)部的任一點，通入電流所產(chǎn)生的熱量為

Q=K（gradV.gradV）式中：Q——某點處的單位加熱功率，(W/m)

K——某點處的電導率(S/m)。

S——電導單位西門子，它等于電阻歐姆的倒數(shù)

gradV為任一點處的電位梯度，V/m

第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二二、影響歐姆殺菌的因素(一)電導率與溫度 食品是離子型電導體，其電導率一般隨溫度呈直線上升(圖11-2)，但與常規(guī)加熱相比，歐姆加熱中，電導率的上升發(fā)生在較低的溫度區(qū)域。第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二此外，食品的電導率還是頻率的函數(shù)；食品的各個方向電導率是不同的，如胡蘿卜長軸方向的電導率較高。第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二(二)電場強度E、頻率f與歐姆加熱速率的關(guān)系轉(zhuǎn)換成熱量的能量式中，k——轉(zhuǎn)換系數(shù),

等于5.56×10-13A·S/V.cm ε’——介電常數(shù)

δ——損失角

E——電場強度，V/cm F——頻率，Hz表示介電損耗因子表示介電損耗因子第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二(三)流體在加熱器中所處的位置與受熱程度的關(guān)系 加熱器中心的溫度低，此處的物料常常加熱不足；加熱器管壁的溫度常常偏高，管壁處的常常加熱過度。(四)操作因子與歐姆加熱速率的關(guān)系 外加電場的強度越大，物料的溫升也越高，加熱也就越快；當兩電極的間距拉大時，加熱速率將減慢；而物料的流率越大，其溫升也越小。溫升與各因素的關(guān)系如下：第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二

(℃)

式中V——兩電極之間的電位差，V Ar——加熱管的橫截面積，m2

r——電導率，S/m

L——兩極間距離，即管段長度，m M——物料的流率，kg/s

Cp——物料的比熱容，J/(kg.℃)

第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二第四節(jié)歐姆殺菌過程及設(shè)備

第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二一、歐姆殺菌工藝操作(無菌工藝)

1.裝置的預殺菌用電導率與待殺菌物料相接近的一定濃度的硫酸鈉溶液的循環(huán)來實現(xiàn)。通過電流加熱使之達到一定溫度，通過壓力調(diào)節(jié)閥控制殺菌壓力，對歐姆加熱組件、保溫管和冷卻管進行殺菌。其它設(shè)備用傳統(tǒng)的蒸汽殺菌法。用電導率與產(chǎn)品相近的硫酸鈉的作為預殺菌溶液的目的是避免設(shè)備從預殺菌到產(chǎn)品殺菌期間電能的大幅度調(diào)整，以保持平穩(wěn)而有效地過度，且溫度波動小。2.預殺菌液冷卻后排出，引入待殺菌物料。通過反壓閥利用無菌空氣和氣氮氣調(diào)節(jié)壓力。3.物料加熱殺菌，再依次進入保溫管、冷卻管和貯罐，供無菌充填。4.生產(chǎn)結(jié)束后，切斷電源，先用清水清洗，再用80℃的2%的氫氧化溶液循環(huán)清洗30min。第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二二、歐姆殺菌的優(yōu)點

1.可生產(chǎn)新鮮、大顆粒產(chǎn)品；2.不需任何熱交換表面；3.可連續(xù)操作；4.熱量在液體中產(chǎn)生，不需借助其液體的傳導或?qū)α鳎?.過程易于控制，可立即終止或啟動。第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二第五節(jié)高壓殺菌一、高壓殺菌的基本原理 高壓殺菌就是將食品物料以某種方式包裝以后，置于高壓(200MPa以上)裝置中加壓處理，使之達到商業(yè)滅菌的要求。 食品高壓殺菌的基本原理就是壓力對食品微生物的致死作用。高壓導致微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生物化學反應(yīng)、基因機制以及細胞壁膜發(fā)生多方面的變化，從而影響微生物原有的生理活動機能，甚至使原有功能破壞或發(fā)生不可逆的變化，引起微生物的致死。1.高壓對細胞形態(tài)的影響 高壓能夠引起微生物特別是原蟲運動的停止，這可能與高壓引起的微生物結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。但大多數(shù)微生物在解除壓力后會返回到正常狀態(tài)開始重新運動。第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二2.高壓對細胞生物化學反應(yīng)的影響 高壓會使蛋白質(zhì)(酶)變性，從而使酶失活。而且當高壓在100～300MPa時，變性是可逆的，但當高壓超過300MPa時，這種變性是不可逆的。變性隨壓力的升高和時間的延長而加強。 酶的壓致失活的機制是：改變分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；活性部位上的構(gòu)象發(fā)生變化。3.高壓對微生物基因機制的影響 核酸對剪切力的作用雖然敏感，但對流體靜壓力的耐受力卻遠遠大于蛋白質(zhì)。當施加的壓力高達1000MPa時，鮭魚精子和小牛胸腺的DNA天然結(jié)構(gòu)在25～40℃下60min不發(fā)生變化。但盡管DNA在壓力下有這種穩(wěn)定性，而由酶催化的DNA的復制和轉(zhuǎn)錄步驟卻因壓力而中斷。4.高壓對細胞壁膜的影響 在高壓作用下，細胞膜的雙層結(jié)構(gòu)的容積隨著每一磷脂分子橫切面積的縮小而收縮。加壓的細胞膜常常表現(xiàn)出通透性的變化。在核蛋白中，鉀和鈉的流出隨壓力升高超過40MPa而呈直線性下降。一般認為，對于微生物，壓力引起損傷的前沿部位可能是細胞膜。第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二二、高壓對食品中營養(yǎng)成分的影響1.高壓對蛋白質(zhì)的影響 高壓使蛋白質(zhì)變性，可能是由于高壓使蛋白質(zhì)的原始結(jié)構(gòu)伸展，導致蛋白質(zhì)體積的改變。加壓使雞蛋的蛋白質(zhì)變性，加壓后的顏色與加壓前一樣鮮艷，而口感仍然是生雞蛋味，且維生素無損失。 高壓對食品中的酶的活性的影響是：壓力較低時，高壓可能會增加酶的活力，如切片的土豆、蘋果和洋梨，在壓力較低時，可激活組織中多酚氧化酶，導致褐變的發(fā)生。若加壓到400MPa以上時，則酶的活性逐漸喪失?？梢姡c迅速加熱使酶失活一樣，加壓速率也應(yīng)提高，以達到快速鈍化酶的目的。 使蛋白質(zhì)發(fā)生變性的壓力大小，依不同的物料及微生物特性而定，通常在100～600MPa之間。2.高壓對淀粉及糖類的影響 高壓可使淀粉改性。常溫下加壓到400～600MPa，可使淀粉糊化而呈不透明的粘稠狀物，且吸水量也發(fā)生改變。原因是壓力使淀粉分子的長鏈斷裂，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變(圖11-18)。用高壓處理蜂蜜，除微生物死亡以外，對糖幾乎無影響。第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二3.高壓對油脂的影響 油脂耐壓程度低，在常溫下加壓到100～200MPa時，基本上變成固體，但解除壓力后，又恢復到原狀；高壓對油脂的氧化也有一定的作用。4.高壓對食品中其它成分的影響 高壓對食品中的風味物質(zhì)、維生素、色素及各種小分子物質(zhì)的天然結(jié)構(gòu)基本上沒有影響。如：草莓果醬能保持原有的特殊風味、色澤及營養(yǎng)；高壓處理柑桔汁，不僅可以避免煮熟味的產(chǎn)生，而且可以抑制榨汁后苦味物質(zhì)的產(chǎn)生。第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二三、影響高壓殺菌的因素1.pH值對高壓殺菌的影響 一方面壓力可以改變(降低)介質(zhì)的pH值，且逐漸縮小微生物生長的pH值范圍，另一方面，在食品容許的范圍內(nèi)，改變介質(zhì)的pH值，使微生物的生長環(huán)境劣化，也會加速微生物的死亡速率，使高壓殺菌的時間縮短或降低所需壓力。2.溫度對高壓殺菌的影響 在低溫或高溫下進行高壓殺菌，對微生物的影響加劇。因為微生物對溫度具有敏感性。因此，在溫度作用的協(xié)同下，高壓殺菌的效果可以大大提高。 大多數(shù)微生物在低溫下的耐壓程度降低，主要是由于壓力使得低溫下細胞內(nèi)因冰晶析出耐破裂的程度加劇，所以，低溫對高壓殺菌有促進作用。 在同樣的壓力下，殺死等量的細菌，則溫度高的所需殺菌的時間短。因為在一定的溫度下，微生物中的蛋白質(zhì)、酶等成分均會發(fā)生一定程度的變性。因此，適當提高溫度，對高壓殺菌也有促進作用。第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期二第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星