脈沖電磁場殺菌在食品加工中的應(yīng)用

[精品]脈沖電磁場殺菌在食品加工中的應(yīng)用食品加工的目的是保存食品,殺死微生物、鈍化酶類,提高消化率,保持及改善感官特性等,使之符合國家的衛(wèi)生標準。工業(yè)化的食品加工技術(shù)自誕生以來,一直以熱加工為主,加熱處理在殺菌、鈍酶的同時,也使一些熱敏性的營養(yǎng)素和風味物質(zhì)受到破壞。隨著人們對食品的新鮮、營養(yǎng)、安全等品質(zhì)的要求越來越高,傳統(tǒng)的食品熱加工方法已經(jīng)不能完全滿足人們對食品高品質(zhì)的要求。因此,提高加工食品的品質(zhì),有效防止食品加工過程中顏色變化(色變)、香氣破壞(香變)、味道改變(味變)、營養(yǎng)損失(養(yǎng)變)、形態(tài)或質(zhì)構(gòu)改變(形變),滿足消費者對高品質(zhì)食品日益增長的消費需求,是食品科學(xué)和食品加工技術(shù)的重要研究內(nèi)容

。近年來,非熱加工技術(shù)成為食品科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。目前非熱加工技術(shù)主要有超高壓技術(shù)、高壓脈沖電場技術(shù)、振蕩磁場技術(shù)、紫外線輻照技術(shù)、生物防腐劑殺菌技術(shù)等。其中,高壓脈沖電場技術(shù)因安全無害,具有傳遞均勻、處理時間短、能耗低等特點,能有效保持食品的新鮮度和營養(yǎng)成分,具有廣闊的應(yīng)用前景高壓脈沖電場簡介高壓脈沖電場(pulsedelectricfield,簡稱PEF)處理是對兩電極間的流態(tài)物料反復(fù)施加高電壓的短脈沖(典型為20～80kV/cm)進行處理的過程

。它的主要用途是作為一種非熱處理的食品保藏方法,是處于研究階段的一種新型非熱力殺菌技術(shù)。脈沖電場技術(shù)與熱力殺菌相比具有顯著優(yōu)點:處理溫度低,可以在常溫下或更低的溫度下進行殺菌;殺菌時間非常短,不足1s,通常是幾十微秒便可以完成;節(jié)省能源,不需要加熱,不會污染環(huán)境;對產(chǎn)品的色、香、味和營養(yǎng)成分沒有破壞,能保持產(chǎn)品的新鮮度。

高壓脈沖電場系統(tǒng)主要由高壓脈沖供應(yīng)裝置和食品處理室兩部分構(gòu)成,其脈沖有指數(shù)衰減波、方波、振蕩波和雙極性波等形式,處理室有平行盤式、線圈繞柱式、柱―柱式、柱―盤式、同心軸式等。高壓脈沖電源與食品處理室相連,用所期望的頻率、電壓峰值,產(chǎn)生連續(xù)不斷的高壓脈沖,選擇適合的電參數(shù),以使每單位食品體積受到足夠數(shù)目的高壓脈沖電場的作用,從而使食品中的微生物、酶和營養(yǎng)成分也同樣受到高壓脈沖電場作用,發(fā)生殺菌、鈍酶、組織結(jié)構(gòu)等變化。高壓脈沖電場處理的作用機理還不明確,現(xiàn)有多種假說,如細胞膜穿孔效應(yīng)、電磁機制模型、粘彈極性形成模型、電解產(chǎn)物效應(yīng)、臭氧效應(yīng)等,其中研究最多的是細胞膜穿孔效應(yīng)[7-9]。無論是動物、植物還是微生物的細胞,當外加電場作用時,誘導(dǎo)產(chǎn)生橫跨膜電位。本來是絕緣的生物膜由于電場影響導(dǎo)致形成了微孔,而使得通透性發(fā)生了變化,當整個膜電位達到極限值(約為1V)時,膜破裂,使膜結(jié)構(gòu)變成無序狀態(tài),形成細孔,滲透能力增強。當外加的電場對薄膜所產(chǎn)生的電位差大于薄膜本身的自然電位差時,其電位差達到臨界點,此時薄膜就會產(chǎn)生小孔,當小孔數(shù)量多以及孔徑增大時,細胞就會破裂。當產(chǎn)生小孔時,細胞膜的可滲透性加大。因此,細胞的可滲透性可以依據(jù)外加電場強度的加強而增加。滲透的可逆和不可逆則取決于應(yīng)用的電場強度、脈沖寬度和脈沖數(shù)。2

高壓脈沖電場技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用2.1

高壓脈沖電場技術(shù)在食品殺菌方面的應(yīng)用高壓脈沖電場技術(shù)已被公認為國際上研究最熱門、最先進的滅菌技術(shù)之一。與傳統(tǒng)熱殺菌、化學(xué)藥劑殺菌以及輻射殺菌方法相比,高壓脈沖電場殺菌技術(shù)有處理時間短、能耗低、食品物理化學(xué)性質(zhì)改變小、營養(yǎng)風味變化不大等優(yōu)點,非常適合熱敏性高的食品殺菌。2.1.1

殺菌機理對于高壓脈沖電場的殺菌機理,大多數(shù)研究者傾向于認同高壓脈沖電場是通過破壞細胞膜實現(xiàn)的。細胞膜是細胞與外界環(huán)境的天然屏障,并控制細胞的代謝功能。在外加電場作用下,細胞膜被破壞,胞內(nèi)物質(zhì)流失,進而導(dǎo)致細胞死亡。2.1.2

殺菌效果高壓脈沖電場殺菌技術(shù)特別適合于熱敏性很高或有特殊要求的食品殺菌,目前在果蔬汁、牛奶等液體食品殺菌中應(yīng)用較多,其中在果蔬汁的加工中已顯示出特有的優(yōu)越性,有望取代或補充熱殺菌技術(shù)。國內(nèi)外研究者使用高壓脈沖電場對培養(yǎng)液中的酵母、格蘭氏陰性菌、格蘭氏陽性菌、細菌孢子以及蘋果汁、橙汁、桃汁、香蕉汁、菠蘿汁、牛奶、蛋清液等進行了大量研究,并取得了較好的結(jié)果.結(jié)果表明,處理時間不超過1s時,該處理對食品的感官品質(zhì)不造成影響,其貨架期一般可延長4～6周,并較好的保持食品原來的色香味及營養(yǎng)成分。

2.2

高壓脈沖電場技術(shù)在食品預(yù)處理中的應(yīng)用2.2.1

對食品干燥的影響果蔬的傳統(tǒng)干燥方法影響其物理和化學(xué)狀態(tài),導(dǎo)致縮水、顏色改變,還影響果蔬的質(zhì)地和口感。王維琴[17]等研究了經(jīng)高壓脈沖電場技術(shù)預(yù)處理的甘薯樣品在滲透脫水后的質(zhì)量都有一定增加,滲透脫水固形物增加率與PEF處理參數(shù)中的場強和脈沖數(shù)目不成正比關(guān)系。2.2.2

對食品解凍的影響冷凍食品在使用之前大都需要經(jīng)過解凍過程。而在食品的凍結(jié)解凍過程中必然會發(fā)生各種物理、化學(xué)變化,影響食品的品質(zhì)。利用高壓脈沖電場技術(shù)解凍食品,解凍速度快,解凍后食品溫度分布均勻,汁液流失少,能有效地防止食品的油脂酸化,而且一定強度的高壓靜電場對微生物具有抑制和滅殺的作用,有利于食品品質(zhì)的保護。方勝[18]等研究發(fā)現(xiàn)電場強度對冰解凍時間縮短百分率的影響比較明顯。2.2.3

對酒的快速陳化的影響殷涌光[19]等利用高電壓脈沖電場對白酒進行催陳研究。結(jié)果表明,高電壓脈沖電場可以使白酒快速催陳,操作簡便,速度快。處理后的酒樣總酸、總酯和總?cè)┑扔兴黾?總醇含量有所下降,酒體透明,陳香明顯,辛辣味減少,柔和綿軟,有余香。2.3

高壓脈沖電場在天然產(chǎn)物提取中的應(yīng)用由于天然產(chǎn)物不穩(wěn)定,許多具有生理活性的化合物一旦離開機體,很容易變性、破壞,在生產(chǎn)過程中要小心地保護這些化合物的生理活性,因此,生產(chǎn)這類具有生理活性的物質(zhì)常選擇溫和的條件,并盡可能在較低溫度和潔凈環(huán)境下進行。高壓脈沖電場可在瞬間使被處理細胞的細胞壁和細胞膜電位混亂,改變其通透性,甚至可擊穿細胞壁和細胞膜,使其發(fā)生不可逆破壞,造成細胞新陳代謝紊亂、細胞中生長的必須組分流出,成為一門新興的提取技術(shù)。韓玉珠[20]等研究用高壓脈沖電場提取中國林蛙多糖,并與堿提取法、酶提取法以及復(fù)合酶提取法進行了比較。結(jié)果顯示高壓脈沖電場提取的林蛙多糖提取率和總糖含量均高于其他三種方法。王春利[21]等應(yīng)用高壓脈沖電場技術(shù)成功從奶牛脾臟中提取非特異性轉(zhuǎn)移因子,結(jié)果表明提取率是常規(guī)方法的2倍,復(fù)合酶法的1.47倍。2.4

高壓脈沖電場技術(shù)在食品增鮮方面的應(yīng)用

鮮肉在經(jīng)過高壓電場作用后,其鮮嫩度增加。實驗表明新鮮豬肉經(jīng)高壓電場處理后,其浸出汁中總氨基酸含量明顯增加。這一結(jié)論可應(yīng)用到其它食品工業(yè)中,如醬油等高蛋白含量液態(tài)食品久存后會發(fā)生沉淀現(xiàn)象,這些沉淀主要是蛋白質(zhì)。若將這些蛋白質(zhì)沉淀前體物在沉淀前置于與本實驗類似的高壓電場裝置中處理,可以使其沉淀前體物降解,從而避免沉淀產(chǎn)生,提高產(chǎn)品質(zhì)量[22]。3

高壓脈沖電場技術(shù)在食品加工方面的應(yīng)用展望3.1

實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用有待解決的問題高壓脈沖電場技術(shù)的獨特優(yōu)勢使得研究和推廣的該技術(shù)具有重要意義。但要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,仍存在一些問題需要解決:高壓脈沖電場殺菌目前雖在液體食品方面取得較大成功,但在固體和半固體食品的處理效果上還不理想,有待于進一步研究。高壓脈沖電場的關(guān)鍵部件和裝置需要合理設(shè)計,拓寬應(yīng)用范圍。要得到大范圍的推廣和應(yīng)用,還需要進一步降低技術(shù)成本。若使高壓脈沖電場技術(shù)能夠和其他工藝相結(jié)合,需要較準確地制定技術(shù)參數(shù)的組合。3.2

工業(yè)化前景高壓脈沖電場殺菌由于其非熱加工特性,溫升小、能耗低、操作費用低,并能滿足某些食品的熱敏性需要,因此工業(yè)化的前景十分看好。據(jù)國外資料報道,高壓脈沖電場用于液態(tài)食品殺菌的操作