歐姆加熱殺菌

歐姆加熱殺菌第1頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本章內(nèi)容(Contents)本章主要內(nèi)容1

概述Introduction2歐姆加熱殺菌優(yōu)點(diǎn)3歐姆加熱技術(shù)的影響因素4歐姆加熱殺菌技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例第2頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1Introduction

歐姆加熱(ohm-heating)，亦稱電阻加熱(resistanceheating)、焦耳加熱(Jouleheating)、電力加熱(electroheating)等，是電流在一對(duì)電極之間流過連續(xù)流動(dòng)的食品，食品內(nèi)部產(chǎn)生熱量，達(dá)到滅菌的目的。

此時(shí)將食品視為具有一定電阻的導(dǎo)體，在電流的作用下產(chǎn)生焦耳效應(yīng)，產(chǎn)生熱量的大小用焦耳定律描述。第3頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

歐姆加熱技術(shù)與傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù)在熱量產(chǎn)生和傳遞方面有著本質(zhì)的區(qū)別。

對(duì)于粒徑小于15mm的食品，常規(guī)熱殺菌方法是采用管式或刮板式換熱器進(jìn)行間接熱交換，其熱傳遞速率取決于傳導(dǎo)、對(duì)流或輻射的換熱條件。第4頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月歐姆加熱，是利用食品本身所具有的電不良傳導(dǎo)性所產(chǎn)生的電阻來加熱食品，使食品不分液體、固體均可受熱一致，并可獲得比常規(guī)方法更快的顆粒加熱速率。因而可縮短含大顆粒固體食品的殺菌時(shí)間，得到高品質(zhì)產(chǎn)品，同時(shí)更能保持食品顆粒的完整性，是目前用來加工含顆粒食品最為有效的殺菌技術(shù)之一。第5頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2歐姆加熱殺菌優(yōu)點(diǎn)歐姆加熱是體積加熱方式，液體和其中的固體幾乎同時(shí)加熱。固體內(nèi)部的溫度比表面高。加熱更加迅速。在傳統(tǒng)加熱中，固體受熱依靠傳導(dǎo)液體的熱量，因此當(dāng)固體中心的溫度達(dá)到滅菌溫度時(shí)，液體和固體的表面已經(jīng)過熱，降低產(chǎn)品的質(zhì)量。（1）歐姆加熱是快速的體積加熱第6頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)

流動(dòng)接近塞狀流,形成均勻的溫度場(chǎng)(3)

沒有傳熱面,固體表面不會(huì)結(jié)成硬塊,也不會(huì)結(jié)垢(4)特別適合加熱含在大顆粒的食物(直徑25mm)和高粘度、熱敏性、導(dǎo)熱系數(shù)低的食品。

間壁換熱加熱大顆粒食品會(huì)造成液相過熱，加熱時(shí)間長(zhǎng),營(yíng)養(yǎng)保留低。第7頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(5)可處理固形物含量高達(dá)(50-80)%的物料,傳統(tǒng)加熱中、固體靠液體傳導(dǎo)熱量,故必須有足夠的液體來加熱固體。歐姆加熱則沒有這個(gè)問題。(6)歐姆加熱是電加熱，雖然電能較貴，但其轉(zhuǎn)化率較高（90%）,其他能量的轉(zhuǎn)化率只有(45-50)%,故加熱1t產(chǎn)品的能耗與用蒸汽加熱是差不多的。(7)對(duì)產(chǎn)品的機(jī)械損傷小,顆粒非常完整。第8頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3歐姆加熱技術(shù)的影響因素（1）電導(dǎo)率

物料的電導(dǎo)率是歐姆加熱技術(shù)的首要影響因素。大部分食品中都含有一定量的自由水，其中溶解的可解離性酸、鹽等物質(zhì)具有導(dǎo)電性，但不同的食品這些物質(zhì)的含量和解離程度都不一樣，所以電導(dǎo)率也不同，固液體間的電導(dǎo)率差異以及非導(dǎo)電性物質(zhì)的存在也會(huì)影響歐姆加熱的效果。食品中如果非導(dǎo)電性物質(zhì)過多，在加熱時(shí)，易在其表面使顆粒物料過度受熱，所以非導(dǎo)電性物質(zhì)含量高的食品不適合應(yīng)用歐姆加熱技術(shù)。第9頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溫度對(duì)歐姆加熱過程的影響是通過改變物料電導(dǎo)率來實(shí)現(xiàn)的。物料加熱溫度越高，電導(dǎo)率也越高，因而加熱速率也隨著物料溫度的上升而增大。在室溫下，顆粒的電導(dǎo)率比液體低，但當(dāng)溫度升高時(shí)，顆粒的電導(dǎo)率會(huì)增大并超過液體的電導(dǎo)率。因此，當(dāng)食品中液體的溫度達(dá)到加工要求時(shí)，顆粒的溫度往往要高于液體的溫度，從而避免了液體過度受熱，而顆粒固體物料受熱不足的情況。（2）溫度第10頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）固體的大小、形狀、方向、密度和含量采用歐姆加熱處理含有顆粒的食品，一般要求其顆粒直徑小于25mm，這是因?yàn)槿纛w粒過大，不能保證在流經(jīng)電場(chǎng)時(shí)得到足夠的熱處理。

固體的形狀對(duì)歐姆加熱也有影響。而且，當(dāng)固體的長(zhǎng)寬比較大時(shí)，其方向?qū)W姆加熱也有影響，固體垂直和平行于電場(chǎng)兩相的溫度不同，但方形和球形顆粒沒有方向問題。

第11頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月顆粒密度過大或在粘度低的液體中，有可能沉淀在加熱器底部，而導(dǎo)致顆粒過度受熱。對(duì)顆粒的形狀保持以及其中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的保存都不利。相反，密度過小的顆粒在加工過程中會(huì)懸浮在液體表面。在歐姆加熱過程中，顆垃懸浮在液體表面或沉淀在底部，都不能很好地估計(jì)其在加熱器內(nèi)的滯留時(shí)間和受熱情況。

在歐姆加熱中，顆粒物料的含量一般在20%-70%之間。對(duì)顆粒含量較高的食品，一般要求顆粒小且具有一定的柔韌性，并且為了減小顆粒間的空隙度，還要求顆粒具有多樣的幾何形狀。對(duì)顆粒含量較低的食品，則要采用粘度較大的液體來保持顆粒的懸浮狀態(tài)。

第12頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月歐姆加熱過程中，如果液體粘度過小，顆粒會(huì)沉淀在加熱器的底部，而液體則直接流經(jīng)電極，從而導(dǎo)致固液兩相受熱不均；液體粘度越大，加熱速率就越大。這是因?yàn)橐后w粘度增大時(shí)，固液兩相的對(duì)流傳熱系數(shù)變小。但粘度過大時(shí)，顆粒之間、顆粒與加熱器管壁之間的相互摩擦都會(huì)破壞顆粒的結(jié)構(gòu)完整性。如果液體中含有淀粉，則會(huì)發(fā)生淀粉凝膠化，導(dǎo)致粘度增加。同時(shí)顆粒受熱失水等因素都能影響載流液體的粘度。因此對(duì)含淀粉等粘稠成分在加工前要進(jìn)行預(yù)糊化處理,而對(duì)易失水的顆粒食品在加工過程中要注意保持液體粘度。（4）粘度第13頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)物料中的顆粒和液體的電導(dǎo)率趨于穩(wěn)定時(shí)，物料的受熱情況依賴于其特定的熱容。熱容越大受熱越快。顆粒中的水分含量比液體中的水分含量低很多，由于水分的熱容較小。所以即使在固、液電導(dǎo)率相同的情況下。顆粒的受熱升溫速度要快于液體。（5）熱容第14頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

在加熱功率一定的情況下，物料的升溫與質(zhì)量流量成反比，所以應(yīng)當(dāng)控制流量穩(wěn)定。否則會(huì)引起物料的溫度變化。另外，流速的橫向分布也會(huì)影響加熱速率，若橫向速率不一致，會(huì)引起溫度上的差異。（6）物料的質(zhì)量流量第15頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

對(duì)歐姆加熱的食品進(jìn)行前處理有預(yù)熱(煮)、酶處理、化學(xué)處理等。顆粒物料進(jìn)行加熱之前，通常要預(yù)熱(煮)來提高顆粒的電導(dǎo)率，縮小顆粒和液體之間的電導(dǎo)率差異。對(duì)醬料進(jìn)行預(yù)熱時(shí)，還能散失其中的部分水分，防止在加熱過程中液體粘度變化。預(yù)熱處理還能熔化除去食品內(nèi)的非導(dǎo)電物質(zhì)如脂肪，除去顆粒物料中的空氣，使影響食品穩(wěn)定性的酶類變性失活，軟化顆粒，對(duì)肉制品還能起到上色作用。

酶處理則如對(duì)淀粉進(jìn)行預(yù)糊化，還可以使肉組織軟化，增加其風(fēng)味；化學(xué)處理法可將物料在鹽或酸溶液中浸泡來調(diào)節(jié)顆粒的導(dǎo)電性能。（7）前處理第16頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月歐姆加熱處理的食品與傳統(tǒng)罐裝滅菌的食品相比，由于歐姆加熱是連續(xù)性滅菌處理，其品質(zhì)獲得很大的改善。具體表現(xiàn)為微生物安全性，蒸煮效果及營(yíng)養(yǎng)保留方面大大優(yōu)越于傳統(tǒng)法。

4歐姆加熱殺菌產(chǎn)品品質(zhì)第17頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月牛奶牛奶是大自然賦子人類最有益于健康的食品之一。目前對(duì)牛奶的殺菌多采用巴氏殺菌或UHT殺菌，巴氏殺菌是將牛奶加熱至72-75℃保持10-15s以殺死所有致病菌而最大限度地保持牛奶營(yíng)養(yǎng)成分的加熱方法，經(jīng)巴氏殺菌處理后的牛奶營(yíng)養(yǎng)成分損失相對(duì)較少，但保質(zhì)期短，一般為48h。UHT殺菌是將牛奶加熱至137-150℃保持4-20s以達(dá)到商業(yè)無菌的加熱方法，UHT殺菌處理后的牛奶保質(zhì)期較長(zhǎng)，但營(yíng)養(yǎng)成分損失比較嚴(yán)重。第18頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

歐姆加熱是利用50Hz或60Hz的低頻交流電源提供電流，把食品作為電路中的一段導(dǎo)體，在食品內(nèi)部將電能轉(zhuǎn)化為熱能，從而達(dá)到直接均勻加熱的目的，歐姆加熱速度快溫度均勻，操作控制簡(jiǎn)單，對(duì)食品機(jī)械損傷小，加熱后的食品營(yíng)養(yǎng)成分損失少，能很好地保持風(fēng)味，并且在歐姆加熱過程中，食品不易結(jié)垢。第19頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

將經(jīng)過測(cè)定初始菌數(shù)和營(yíng)養(yǎng)成分的原牛奶倒入加熱槽中，接通電源，設(shè)置不同的電壓、溫度和時(shí)間對(duì)牛奶進(jìn)行歐姆加熱，再測(cè)定加熱后牛奶的菌數(shù)和營(yíng)養(yǎng)成分。計(jì)算殘留率(殘留率=歐姆加熱后牛奶中菌數(shù)／歐姆加熱前牛奶中菌數(shù)×100％)。1.實(shí)驗(yàn)方法：第20頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.牛奶溫度對(duì)殺滅牛奶中微生物的影響

在電壓為100V，加熱時(shí)間為10s的條件下，對(duì)牛奶進(jìn)行不同溫度的加熱處理，每個(gè)溫度下試驗(yàn)重復(fù)三次，分別計(jì)算牛奶中菌落總數(shù)、大腸菌群和營(yíng)養(yǎng)成分，取平均值。測(cè)得加熱溫度對(duì)牛奶菌落總數(shù)和大腸菌群的影響規(guī)律如圖1所示，對(duì)牛奶營(yíng)養(yǎng)成分的影響情況如表1所示。第21頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第22頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第23頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由圖1可知，菌落總數(shù)列大腸菌群殘留率都隨殺菌溫度的升高而下降，在菌菌溫度為70℃時(shí)，菌落總數(shù)利大腸菌群的殘留率均很低，殺菌效果好。由表1可知，隨著殺菌溫度的升高，蛋白質(zhì)和乳糖的損失率增加，其最大損失率分別為2.03％利6.21％。第24頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.加熱時(shí)間對(duì)殺滅牛奶中微生物的影響

在電壓為100V，殺菌溫度為7O℃條件下，采用不同的殺菌時(shí)間對(duì)牛奶進(jìn)行殺菌處理，每號(hào)試驗(yàn)重復(fù)二次，分別計(jì)算牛奶中菌落總數(shù)、大腸菌群和營(yíng)養(yǎng)成分，取平均值。測(cè)得電壓時(shí)間對(duì)菌落總數(shù)和大腸菌群的影響規(guī)律如圖2所示，對(duì)牛奶營(yíng)養(yǎng)成分的影響情況如表2所示。第25頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由圖2可知，菌落總數(shù)和大腸菌群殘留率都隨殺菌時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，在殺菌時(shí)間為20s時(shí)，對(duì)菌落總數(shù)和大腸菌群均能達(dá)到很好的殺菌效果。第26頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由表2可知，隨著歐姆加熟時(shí)間的延長(zhǎng)，牛奶中蛋白質(zhì)利乳糖的損失率均增加，其最大損失率分別為8.12％和23.40％。第27頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.電壓對(duì)殺滅牛奶中微生物的影響殺菌溫度為70℃，殺菌時(shí)間為20s條件下，采用不同的電壓對(duì)牛奶進(jìn)行殺菌處理，每組試驗(yàn)重復(fù)三次，分別計(jì)算牛奶中菌落總數(shù)、大腸菌群和營(yíng)養(yǎng)成分，取平均值。測(cè)得電壓對(duì)菌落總數(shù)和大腸菌群的影響規(guī)律如圖3所示，對(duì)牛奶營(yíng)養(yǎng)成分的影響情況如表3所示。第28頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由圖3可知，菌落總數(shù)和大腸菌群殘留率都隨電壓的升高而下降，在殺菌電壓為250V時(shí)，牛奶可達(dá)到無鹵狀態(tài)。第29頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由表3可知，隨著歐姆加熱電壓的升高牛奶中蛋白質(zhì)利乳糖的損失率均增加，其最大損失率分別為4.64％和22.57％。第30頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.殺菌效果的最佳參數(shù)組合及對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的損失情況

結(jié)合前面所做的單因素殺菌試驗(yàn)及牛奶營(yíng)養(yǎng)成分損失情況，選擇殺菌溫度、殺菌時(shí)間和電壓作為影響因素，菌落總數(shù)和大腸菌群殘留率為判斷指標(biāo)，做正交試驗(yàn)。其因素水平設(shè)置見表4。選用L8(41×22)混合正交表進(jìn)行試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，每號(hào)試驗(yàn)重復(fù)二次，取平均值。第31頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第32頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

試驗(yàn)結(jié)果得出：殺菌溫度對(duì)菌落總數(shù)殘留率影響最顯著，殺菌時(shí)間次之，電壓影響不大。在殺菌溫度為70℃，殺菌時(shí)間為20s時(shí)殺茵效果最好。殺菌溫度對(duì)大腸桿兇殘留率影響最顯著，電壓次之，殺菌時(shí)間最不顯著。往殺菌溫度為7O℃，電壓為250V時(shí)殺菌效果最好。影響牛奶中菌落總數(shù)和大腸菌群殘留率的最優(yōu)條件不一致。第33頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在電壓為100V，殺菌溫度為7O℃，殺菌時(shí)間為10s時(shí)，蛋白質(zhì)和乳糖的損失率分別為1.2％和3.3％：殺菌時(shí)間為20s時(shí)，蛋白質(zhì)利乳糖的損失率分別為1.5％和7.0％。電壓為250V,殺菌溫度為7O℃,殺菌時(shí)間為20s時(shí),蛋白質(zhì)和乳糖的損失率分別為4.6％和22.6％;而在電壓為250V,殺菌溫度為7O℃,殺菌時(shí)間為10s時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果顯示蛋白質(zhì)和乳糖的損失率分別為1.40％和3.73％第34頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月綜合考慮三個(gè)因素對(duì)牛奶中細(xì)菌總數(shù)和大腸菌群的殺菌效果以及對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的損失情況，本試驗(yàn)采用殺菌溫度為7O℃、殺菌時(shí)間為10s、電壓為250V作為歐姆加熱最優(yōu)條件。

處理前的牛奶中菌落總數(shù)和大腸菌群分別為1.8×10cfu／mL和200MPN／100mL，在最優(yōu)條件下經(jīng)歐姆殺菌處理后可達(dá)到無菌的狀態(tài)。蛋白質(zhì)和乳糖的平均損失率分別為1.45％和3.73％。第35頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第36頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.歐姆加熱與巴氏殺菌的比較牛奶在75％水浴中加熱15s進(jìn)行殺菌處理，考察殺菌前后牛奶中菌落總數(shù)與大腸菌群殘留率利營(yíng)養(yǎng)成分損失情況。結(jié)果如表9所示。由表9可知，經(jīng)巴氏殺菌處理后，牛奶中菌落總數(shù)和大腸菌群殘留率分別為15.76％和4.80％，蛋白質(zhì)和乳糖的損失率分別為1.