第六章 食品殺菌新技術(shù)

1、第六章第六章 食品殺菌新技術(shù)食品殺菌新技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 超高溫殺菌技術(shù)超高溫殺菌技術(shù)第二節(jié)第二節(jié) 歐姆殺菌技術(shù)歐姆殺菌技術(shù)第三節(jié)第三節(jié) 高壓殺菌技術(shù)高壓殺菌技術(shù)第四節(jié)第四節(jié) 輻射保鮮技術(shù)輻射保鮮技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 超高溫殺菌技術(shù)超高溫殺菌技術(shù)一、超高溫殺菌原理一、超高溫殺菌原理二、超高溫殺菌的裝置系統(tǒng)二、超高溫殺菌的裝置系統(tǒng)三、超高溫殺菌系統(tǒng)的加熱設(shè)備三、超高溫殺菌系統(tǒng)的加熱設(shè)備 超 高 溫 瞬 時 殺 菌超 高 溫 瞬 時 殺 菌 ( U l t r a H i g h Temperature Short Time，簡稱，簡稱UHTST)是利用熱交換器或直接蒸汽，使食品在是利用熱交換器或直接蒸

2、汽，使食品在130150溫度下，保持溫度下，保持28s后迅速冷后迅速冷卻，產(chǎn)品達(dá)到商業(yè)無菌要求的過程。卻，產(chǎn)品達(dá)到商業(yè)無菌要求的過程。 一、超高溫殺菌原理一、超高溫殺菌原理1 1、微生物的耐熱性、微生物的耐熱性比較耐熱程度：比較耐熱程度：產(chǎn)芽孢菌產(chǎn)芽孢菌 非芽孢菌；芽孢非芽孢菌；芽孢 營養(yǎng)細(xì)營養(yǎng)細(xì)胞；嗜熱菌芽孢胞；嗜熱菌芽孢 厭氧菌芽孢厭氧菌芽孢 需氧菌芽孢。需氧菌芽孢。影響微生物耐熱性的因素影響微生物耐熱性的因素（1）微生物致死速率曲線）微生物致死速率曲線 在一定的環(huán)境條件和一定溫度下，微生物隨在一定的環(huán)境條件和一定溫度下，微生物隨時間而死亡時的時間而死亡時的活菌殘存數(shù)是按指數(shù)遞減或按對活菌

3、殘存數(shù)是按指數(shù)遞減或按對數(shù)周期下降的數(shù)周期下降的。以單位物料內(nèi)殘存的活細(xì)胞或芽以單位物料內(nèi)殘存的活細(xì)胞或芽孢數(shù)的對數(shù)值為縱坐標(biāo)，以熱處理時間為橫坐標(biāo)孢數(shù)的對數(shù)值為縱坐標(biāo)，以熱處理時間為橫坐標(biāo)作圖作圖，所得的曲線即為微生物致死速率曲線。，所得的曲線即為微生物致死速率曲線。（2）D值值 指細(xì)菌的殘存活菌數(shù)下降指細(xì)菌的殘存活菌數(shù)下降1個對數(shù)周期所需個對數(shù)周期所需的時間。在數(shù)值上等于致死速率曲線斜率絕對值的時間。在數(shù)值上等于致死速率曲線斜率絕對值的倒數(shù)的倒數(shù) 。2 2、微生物的致死速率與、微生物的致死速率與D D值值圖圖6-1 微生物致死速率曲線微生物致死速率曲線（1）微生物的熱力致死時間微生物的熱力

4、致死時間(Thermal Death Time, TDT) 就是熱力致死溫度保持不變條件下，完全殺滅就是熱力致死溫度保持不變條件下，完全殺滅某菌種的細(xì)胞或芽孢所必需的最短熱處理時間。某菌種的細(xì)胞或芽孢所必需的最短熱處理時間。（2）熱力致死時間曲線）熱力致死時間曲線 以以熱處理溫度為橫坐標(biāo)，熱致死時間熱處理溫度為橫坐標(biāo)，熱致死時間(TDT)的對的對數(shù)值為縱坐標(biāo)數(shù)值為縱坐標(biāo)，就可以在半對數(shù)坐標(biāo)圖上得到一條，就可以在半對數(shù)坐標(biāo)圖上得到一條形為直線的熱力致死時間曲線。形為直線的熱力致死時間曲線。3 3、微生物的熱力致死時間與、微生物的熱力致死時間與Z Z值值（3）Z值值 熱致死時間縮短一個對數(shù)周期所要

5、求的熱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)。在數(shù)值上等于熱力致死處理溫度升高的度數(shù)。在數(shù)值上等于熱力致死時間曲線的斜率絕對值的倒數(shù)。時間曲線的斜率絕對值的倒數(shù)。（4）F值值 某種細(xì)菌在某種細(xì)菌在121時的時的TDT值稱為該細(xì)菌的值稱為該細(xì)菌的F值，單位為值，單位為min。圖圖6-2 熱力致死時間曲線熱力致死時間曲線（1）熱力遞減致死時間）熱力遞減致死時間(Thermal Reduction Time，TRT) 是在任何特定熱力致死條件下將細(xì)菌或芽孢數(shù)是在任何特定熱力致死條件下將細(xì)菌或芽孢數(shù)減少到某一程度如減少到某一程度如10-n時所需要的熱處理時間時所需要的熱處理時間(min

6、)。n值稱為遞減指數(shù)值稱為遞減指數(shù)(Reduction Exponent)。 （2）TRT值與值與n值的選取值相聯(lián)系，故常將值的選取值相聯(lián)系，故常將n值標(biāo)在右值標(biāo)在右下角，寫成下角，寫成TRTn。 某一熱力致死溫度條件下原菌數(shù)減少到百萬分某一熱力致死溫度條件下原菌數(shù)減少到百萬分之一之一(即即1/106)需要需要10min，那么它的，那么它的TRT610min 4 4、生物的熱力遞減致死時間、生物的熱力遞減致死時間討討 論論uD D值反映微生物的抗熱能力；值反映微生物的抗熱能力；uD D值的大小取決于直線的斜率，與原始菌數(shù)值的大小取決于直線的斜率，與原始菌數(shù)無關(guān)；無關(guān)；uD D值與加熱溫度、菌種

7、及環(huán)境的性質(zhì)有關(guān)；值與加熱溫度、菌種及環(huán)境的性質(zhì)有關(guān)；uD D值的計算：值的計算：NNDlglg0Z值性質(zhì)值性質(zhì)Z值表示微生物值表示微生物耐熱性耐熱性的強(qiáng)弱的強(qiáng)弱；不同的微生物有不同的不同的微生物有不同的Z值，同一種微生物只值，同一種微生物只有在相同的環(huán)境條件下才有相同的有在相同的環(huán)境條件下才有相同的Z值。值。u當(dāng)當(dāng)Z值相同時值相同時，F(xiàn)值越大者耐熱性越強(qiáng)。值越大者耐熱性越強(qiáng)。uF值表示殺菌強(qiáng)度，隨微生物和食品的種類不同而值表示殺菌強(qiáng)度，隨微生物和食品的種類不同而異，一般必須通過試驗測定。異，一般必須通過試驗測定。對于低酸性食品，一般取對于低酸性食品，一般取 t0=121， Z=10對于對于

8、酸性食品，酸性食品， 一般取一般取 t0=100， Z=8關(guān)于關(guān)于TDT值與值與TRT值的討論值的討論uTDT值值只能在和試驗時的原始菌相一致時才適只能在和試驗時的原始菌相一致時才適用；用； uTRT值值可作為確定殺菌工藝條件的依據(jù)可作為確定殺菌工藝條件的依據(jù)；TRTnTRTnnDnD當(dāng)當(dāng)nn時，時，TRTnTDTTRTnTDTuTRT值值解決了殺菌終點問題。解決了殺菌終點問題。例：例：12D 12D 最低肉毒桿菌致死溫時；最低肉毒桿菌致死溫時；對對P.A.3679P.A.3679的殺菌強(qiáng)度要求達(dá)到的殺菌強(qiáng)度要求達(dá)到5D5D。5 5、UHTUHT殺菌效果殺菌效果u檢驗檢驗UHT殺菌效果（殺菌效

9、果（Sterizing Effect, SE）可用某類微生物的可用某類微生物的芽孢芽孢作為試驗對象。作為試驗對象。uSE=log原始芽孢數(shù)原始芽孢數(shù)/最終芽孢數(shù)最終芽孢數(shù)u對對PA3679芽孢，芽孢，3.4s，總孢子數(shù)減少，總孢子數(shù)減少12個個對數(shù)周期；對數(shù)周期；4s，總孢子數(shù)減少，總孢子數(shù)減少14個對數(shù)周個對數(shù)周期。期。u135,4s，SE大于大于6-9。表表6-1 不同溫度下的同一原始菌數(shù)的不同溫度下的同一原始菌數(shù)的UHT殺菌效果殺菌效果表表6-2 同一溫度同一溫度(135)不同原始菌數(shù)下的殺菌效果不同原始菌數(shù)下的殺菌效果表表6-3 嗜熱脂肪芽孢桿菌的殺菌效果嗜熱脂肪芽孢桿菌的殺菌效果 由

10、以上三表可看出，原料乳在由以上三表可看出，原料乳在135或或更高溫度進(jìn)行更高溫度進(jìn)行4秒鐘的熱處理，就能滿足滿秒鐘的熱處理，就能滿足滿足滅菌乳商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)足滅菌乳商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(含菌不超過含菌不超過1)的要求。的要求。因此，采用因此，采用UHT瞬時殺菌技術(shù)可以得到滿意瞬時殺菌技術(shù)可以得到滿意的殺菌效果。的殺菌效果。 6 6、UHTUHT殺菌的品質(zhì)保證殺菌的品質(zhì)保證uUHT瞬時殺菌技術(shù)可最大程度保持食品的瞬時殺菌技術(shù)可最大程度保持食品的風(fēng)味及品質(zhì)。風(fēng)味及品質(zhì)。u原因在于原因在于：微生物對高溫的敏感程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)：微生物對高溫的敏感程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于食品成分的物理化學(xué)變化對高溫的敏大于食品成分的物理化學(xué)變化對高溫的敏感

11、程度。感程度。圖圖6-4 牛乳滅菌及褐變的時間牛乳滅菌及褐變的時間-溫度曲線溫度曲線1.變褐的最低時間變褐的最低時間-溫度條件溫度條件 2.滅菌的最低時間滅菌的最低時間-溫度條件溫度條件若選擇滅菌條件為若選擇滅菌條件為110120，1520min；則兩線之間間；則兩線之間間距甚近，說明生產(chǎn)工藝距甚近，說明生產(chǎn)工藝條件要有十分嚴(yán)格的措條件要有十分嚴(yán)格的措施來維持，這在實際上施來維持，這在實際上很難辦到。而選擇很難辦到。而選擇UHT滅菌條件滅菌條件137145，25s時，兩線時，兩線之間間距較遠(yuǎn)，說明產(chǎn)之間間距較遠(yuǎn)，說明產(chǎn)生褐變及其他缺陷的危生褐變及其他缺陷的危險性較小，生產(chǎn)工藝條險性較小，生產(chǎn)工

12、藝條件較易控制。件較易控制。按照處理過程不同分類按照處理過程不同分類UHT瞬時殺菌瞬時殺菌直接混合式加熱法直接混合式加熱法間接式加熱法間接式加熱法噴射式噴射式 注射式注射式 二、超高溫殺菌的裝置系統(tǒng)二、超高溫殺菌的裝置系統(tǒng)二、超高溫殺菌的裝置系統(tǒng)二、超高溫殺菌的裝置系統(tǒng)間接式加熱法和直接混合式加熱法間接式加熱法和直接混合式加熱法間接式加熱：采用高壓蒸汽或高壓水為加熱介間接式加熱：采用高壓蒸汽或高壓水為加熱介質(zhì)，熱量經(jīng)固體換熱壁傳給待加熱殺菌物料。質(zhì)，熱量經(jīng)固體換熱壁傳給待加熱殺菌物料。由于加熱介質(zhì)不直接與食品相接觸，所以可較由于加熱介質(zhì)不直接與食品相接觸，所以可較好地保持食品物料的原有風(fēng)味，故

13、廣泛用于果好地保持食品物料的原有風(fēng)味，故廣泛用于果汁、牛乳等。汁、牛乳等。特點：相對成本較低，生產(chǎn)易于控制，但傳熱特點：相對成本較低，生產(chǎn)易于控制，但傳熱效率較低。效率較低。直接混合式加熱：直接混合式加熱：采用高純凈的蒸汽直接與待采用高純凈的蒸汽直接與待殺菌物料混合接觸，進(jìn)行熱交換，使物料瞬間殺菌物料混合接觸，進(jìn)行熱交換，使物料瞬間被加熱到被加熱到135-160135-160。直接混合式加熱法直接混合式加熱法可按兩種方式進(jìn)行。一是可按兩種方式進(jìn)行。一是注射式注射式，即將高壓蒸汽注射到待殺菌物料中；另一種是即將高壓蒸汽注射到待殺菌物料中；另一種是噴射噴射式式，即將待殺菌物料噴射到蒸汽中。，即將待

14、殺菌物料噴射到蒸汽中。在噴射式中在噴射式中，物料通常向下流動，而蒸汽向上運動。，物料通常向下流動，而蒸汽向上運動。由于加熱蒸汽直接與食品相接觸，因此對蒸汽的純由于加熱蒸汽直接與食品相接觸，因此對蒸汽的純凈度要求甚高。凈度要求甚高。特點：特點：加熱速度快，熱處理時間短，食品顏色、加熱速度快，熱處理時間短，食品顏色、風(fēng)味及營養(yǎng)成分的損失少。風(fēng)味及營養(yǎng)成分的損失少。二、超高溫殺菌的裝置系統(tǒng)二、超高溫殺菌的裝置系統(tǒng)1 1、直接混合式加熱的超高溫瞬時殺菌裝、直接混合式加熱的超高溫瞬時殺菌裝置系統(tǒng)置系統(tǒng)2 2、間接加熱的超高溫瞬時殺菌裝置系統(tǒng)、間接加熱的超高溫瞬時殺菌裝置系統(tǒng)被處理物料的性質(zhì)不同，被處理物

15、料的性質(zhì)不同，UHTUHT殺菌的工藝殺菌的工藝流程也不同。流程也不同。關(guān)鍵步驟關(guān)鍵步驟相同：相同：物料由泵送至預(yù)熱器預(yù)熱；物料由泵送至預(yù)熱器預(yù)熱；然后進(jìn)入直接蒸汽噴射殺菌器；然后進(jìn)入直接蒸汽噴射殺菌器；殺菌后物料經(jīng)閃蒸去除部分水分和降低殺菌后物料經(jīng)閃蒸去除部分水分和降低溫度后進(jìn)入下道工序。溫度后進(jìn)入下道工序。1 1、直接混合式加熱的、直接混合式加熱的UHTUHT瞬時殺菌裝置系統(tǒng)瞬時殺菌裝置系統(tǒng)圖6-6u原料乳由輸送泵原料乳由輸送泵1送經(jīng)第一預(yù)熱器送經(jīng)第一預(yù)熱器2進(jìn)入第二預(yù)熱器進(jìn)入第二預(yù)熱器3，牛乳升，牛乳升溫至溫至7580。u然后在壓力下由泵然后在壓力下由泵4抽送，經(jīng)調(diào)節(jié)閥抽送，經(jīng)調(diào)節(jié)閥5送到

16、直接蒸汽噴射殺菌送到直接蒸汽噴射殺菌器器6。在該處，向牛乳噴入壓力為。在該處，向牛乳噴入壓力為1MPa的蒸汽，牛乳瞬間升的蒸汽，牛乳瞬間升溫至溫至150。u在保溫管中保持這一溫度約在保溫管中保持這一溫度約2、4s時間，然后進(jìn)入真空膨脹罐時間，然后進(jìn)入真空膨脹罐9中閃蒸，使牛乳溫度急劇冷卻到中閃蒸，使牛乳溫度急劇冷卻到77左右。左右。u熱的蒸汽由水冷凝器熱的蒸汽由水冷凝器18冷凝，真空泵冷凝，真空泵21使真空罐始終保持一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，同時帶走可能存在于牛同閃

17、蒸的蒸汽一起從真空罐中排出，同時帶走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(jìn)入管式熱交換的第一預(yù)熱器進(jìn)入管式熱交換的第一預(yù)熱器2中用來預(yù)熱原料乳。中用來預(yù)熱原料乳。u經(jīng)殺菌處理的牛乳收在膨脹罐底部，并保持一定的液位。接經(jīng)殺菌處理的牛乳收在膨脹罐底部，并保持一定的液位。接著，牛乳用無菌乳泵著，牛乳用無菌乳泵11送至無菌均質(zhì)機(jī)送至無菌均質(zhì)機(jī)12。經(jīng)過均質(zhì)的滅菌。經(jīng)過均質(zhì)的滅菌牛乳在滅菌乳冷卻器牛乳在滅菌乳冷卻器13中進(jìn)一步冷卻之后，直接送往無菌罐中進(jìn)一步冷卻之后，直接送往無菌罐裝機(jī)，或送入無菌貯罐。裝機(jī)，或送入無菌貯罐。

18、圖圖6-7 直接直接熱處理法熱處理法UHT工藝流工藝流程示意圖程示意圖1.平衡罐平衡罐 2.泵泵 3.預(yù)熱器預(yù)熱器 4.加熱器加熱器 5.高壓泵高壓泵 6.直直接噴射殺菌接噴射殺菌器器 7.分流閥分流閥 8.膨脹罐膨脹罐 9.真空泵真空泵 10.無菌泵無菌泵 11.無菌均質(zhì)無菌均質(zhì)機(jī)機(jī) 12.冷卻冷卻器器 13.膨脹膨脹罐罐 14.泵泵 15.冷卻器冷卻器圖圖6-8 過熱（注入式過熱（注入式UHT殺菌）裝置流程圖殺菌）裝置流程圖1.增壓泵增壓泵 2.平衡槽平衡槽 3.無菌片式交流換熱器無菌片式交流換熱器 4.定時泵定時泵 5.片式預(yù)熱器片式預(yù)熱器 6.注入式加熱器注入式加熱器7.保溫管保溫管

19、8.注入式加熱器反壓閥注入式加熱器反壓閥 9.無菌閃蒸罐無菌閃蒸罐 10.片式蒸汽冷凝器片式蒸汽冷凝器 11.無菌泵無菌泵12.無菌均質(zhì)機(jī)無菌均質(zhì)機(jī) 13.水進(jìn)口水進(jìn)口 14.牛乳進(jìn)口牛乳進(jìn)口 15.旁通管旁通管 16.流量控制閥流量控制閥 17.熱水熱水18.到平衡槽過量滅菌牛乳到平衡槽過量滅菌牛乳 19.到平衡槽回流管到平衡槽回流管 20.產(chǎn)品無菌包裝機(jī)產(chǎn)品無菌包裝機(jī) 21.熱水溫控?zé)崦粼崴疁乜責(zé)崦粼?2.冷凝水冷凝水 23.真空度調(diào)真空度調(diào)節(jié)管節(jié)管 24.排出口排出口 25.真空冷凝液泵真空冷凝液泵 26.注入器反壓閥的控制氣注入器反壓閥的控制氣 27.水汽出口水汽出口 28.往灌

20、裝器往灌裝器 29.無菌壓力表無菌壓力表 30.裝量反壓裝量反壓閥閥 31.制品循環(huán)制品循環(huán)32.止逆閥止逆閥 33.蒸汽進(jìn)口蒸汽進(jìn)口 34.切換開關(guān)切換開關(guān)1 35.就地清洗消毒就地清洗消毒 36.裝置反壓閥的控制氣裝置反壓閥的控制氣 37.切換開關(guān)切換開關(guān)2(手動手動-自動自動) 38.控制儀表屏控制儀表屏 39.安全加熱范圍傳感敏感元件安全加熱范圍傳感敏感元件 40.注入器溫控?zé)崦粼⑷肫鳒乜責(zé)崦粼?41.注入器氣動閥的控制氣注入器氣動閥的控制氣 42.進(jìn)口進(jìn)口 43.出口出口u 利用增壓泵利用增壓泵1把待處理的原乳或其他乳制品從平衡槽把待處理的原乳或其他乳制品從平衡槽2輸送到片式換

21、熱器輸送到片式換熱器3，并加熱到大約并加熱到大約60。u接著，由定時泵接著，由定時泵4抽出，送入片式預(yù)熱器抽出，送入片式預(yù)熱器5，溫度升高到大約，溫度升高到大約77。在此溫。在此溫度下，制品進(jìn)入注入式加熱器度下，制品進(jìn)入注入式加熱器5，并由輸入加熱器的蒸汽加熱到，并由輸入加熱器的蒸汽加熱到147或更或更高溫度。一般保持這一溫度和壓力高溫度。一般保持這一溫度和壓力4s。通常在接近加熱器底部的地方，裝。通常在接近加熱器底部的地方，裝上控制蒸汽的傳感器，另一傳感器則裝在保溫管上控制蒸汽的傳感器，另一傳感器則裝在保溫管7中部。中部。u牛乳經(jīng)保溫管和注入式加熱器反壓閥牛乳經(jīng)保溫管和注入式加熱器反壓閥8后

22、，進(jìn)入無菌閃蒸罐后，進(jìn)入無菌閃蒸罐9，在特定的真，在特定的真空度下，蒸掉加熱時注入的全部蒸汽，從而保持加熱前后含水量不變?？斩认?，蒸掉加熱時注入的全部蒸汽，從而保持加熱前后含水量不變。u同時用真空冷凝液泵同時用真空冷凝液泵25使牛乳或其他制品通過片式蒸汽冷凝器使牛乳或其他制品通過片式蒸汽冷凝器10，除掉所，除掉所含的牧草和飼料等異味、過量的蒸汽和不凝性氣體。含的牧草和飼料等異味、過量的蒸汽和不凝性氣體。u聚集在閃蒸飽底部的滅菌制品，由無菌泵聚集在閃蒸飽底部的滅菌制品，由無菌泵11送入無菌均質(zhì)機(jī)送入無菌均質(zhì)機(jī)12。進(jìn)入均質(zhì)。進(jìn)入均質(zhì)機(jī)時，其溫度已經(jīng)再次降到適合均質(zhì)作業(yè)的溫度機(jī)時，其溫度已經(jīng)再次降

23、到適合均質(zhì)作業(yè)的溫度(77)。u均質(zhì)后的滅菌制品進(jìn)一步在無菌換熱器均質(zhì)后的滅菌制品進(jìn)一步在無菌換熱器3中冷卻到中冷卻到21。最后通過轉(zhuǎn)向閥。最后通過轉(zhuǎn)向閥V5，進(jìn)入無菌包裝機(jī)或其他下道工序。進(jìn)入無菌包裝機(jī)或其他下道工序。u如果需要，也可輸送到無菌貯槽中。轉(zhuǎn)向閥的傳感器安裝在閃蒸罐進(jìn)口的如果需要，也可輸送到無菌貯槽中。轉(zhuǎn)向閥的傳感器安裝在閃蒸罐進(jìn)口的保溫管中。如果因為某種原因，在此管路上的制品溫度低于或降低到殺菌保溫管中。如果因為某種原因，在此管路上的制品溫度低于或降低到殺菌溫度以下時，則轉(zhuǎn)向閥將制品返回到平衡槽中重新處理。在沒有使用無菌溫度以下時，則轉(zhuǎn)向閥將制品返回到平衡槽中重新處理。在沒有使

24、用無菌貯槽時，過量的滅菌制品也經(jīng)由閥門貯槽時，過量的滅菌制品也經(jīng)由閥門V7返回到平衡槽。返回到平衡槽。圖6-9通過間壁式換熱器來實現(xiàn)的。通過間壁式換熱器來實現(xiàn)的。常用的間壁式換熱器有板式、管式和旋轉(zhuǎn)刮板常用的間壁式換熱器有板式、管式和旋轉(zhuǎn)刮板式。式。2 2、間接加熱的、間接加熱的UHTUHT瞬時殺菌裝置系統(tǒng)瞬時殺菌裝置系統(tǒng)圖圖6-10 間接式間接式UHT熱處理法流程簡圖熱處理法流程簡圖1.平衡罐平衡罐 2.泵泵 3，6.管式交互換熱加熱器管式交互換熱加熱器 4.脫氣機(jī)脫氣機(jī)5.均質(zhì)機(jī)均質(zhì)機(jī) 7.高壓管式加熱器高壓管式加熱器 8.冷卻器冷卻器如圖平衡罐如圖平衡罐l中的牛乳經(jīng)中的牛乳經(jīng)泵泵2送至預(yù)

25、熱器送至預(yù)熱器3預(yù)熱以預(yù)熱以后進(jìn)行脫氣后進(jìn)行脫氣4和均質(zhì)和均質(zhì)5，再經(jīng)預(yù)熱器再經(jīng)預(yù)熱器6進(jìn)一步預(yù)進(jìn)一步預(yù)熱后進(jìn)入管式熱后進(jìn)入管式UHT殺菌殺菌器器7。加熱器。加熱器3，6為交為交互換熱式，以便回收利互換熱式，以便回收利用余熱。殺菌后的牛乳用余熱。殺菌后的牛乳在預(yù)熱器在預(yù)熱器3，6中與冷的中與冷的原乳進(jìn)行熱交換，原乳原乳進(jìn)行熱交換，原乳被預(yù)熱，而滅菌乳被預(yù)被預(yù)熱，而滅菌乳被預(yù)冷，最后經(jīng)冷卻器冷，最后經(jīng)冷卻器8最最終冷卻，送往下道工序終冷卻，送往下道工序(無菌充填機(jī)等無菌充填機(jī)等)。圖圖6-11 無菌熱處理（套管式無菌熱處理（套管式UHT殺菌）裝置流程殺菌）裝置流程1,16.貯料筒貯料筒 2.泵泵

26、 3.均質(zhì)機(jī)均質(zhì)機(jī) 4.循環(huán)消毒器循環(huán)消毒器 5,7.互換式加熱器互換式加熱器 6,12.均質(zhì)閥均質(zhì)閥 8.UHT加熱器加熱器 9.恒溫管恒溫管 10,11.互換式冷卻器互換式冷卻器 13.水冷卻器水冷卻器 14.冷水冷卻器冷水冷卻器 15.換熱器換熱器 17.貯槽貯槽三、超高溫殺菌系統(tǒng)的加熱設(shè)備三、超高溫殺菌系統(tǒng)的加熱設(shè)備1 1、板式換熱器、板式換熱器2 2、環(huán)形套管式換熱器、環(huán)形套管式換熱器3 3、旋轉(zhuǎn)刮板式、旋轉(zhuǎn)刮板式UHTUHT加熱殺菌設(shè)備加熱殺菌設(shè)備4 4、直接加熱式、直接加熱式UHTUHT殺菌設(shè)備殺菌設(shè)備 板式換熱器是板式換熱器是UHTUHT過程中最常用的一種換熱設(shè)備。過程中最常用

27、的一種換熱設(shè)備。 與管殼式熱交換器相比，與管殼式熱交換器相比，特點為：特點為：1 1、板式換熱器、板式換熱器熱損失小熱損失小價格低廉價格低廉有泄漏有泄漏單位長度的壓力損失大單位長度的壓力損失大傳熱系數(shù)高傳熱系數(shù)高結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊容易增減傳熱面積容易增減傳熱面積容易清洗干凈容易清洗干凈 傳熱板式板式換熱器的主要工作件，一般采用不銹傳熱板式板式換熱器的主要工作件，一般采用不銹鋼沖壓制成。鋼沖壓制成。 其主要結(jié)構(gòu)為螺旋狀的同心套管。與管殼式熱其主要結(jié)構(gòu)為螺旋狀的同心套管。與管殼式熱交換器相比，交換器相比，特點為：特點為：2 2、環(huán)形套管式換熱器、環(huán)形套管式換熱器當(dāng)流量小或者所需傳熱面積小的情況下適用

28、。當(dāng)流量小或者所需傳熱面積小的情況下適用?？捎糜谳^高黏度流體的熱交換?？捎糜谳^高黏度流體的熱交換。沒有應(yīng)力造成的破壞漏失。沒有應(yīng)力造成的破壞漏失。緊湊，安裝容易。緊湊，安裝容易。用機(jī)械方法清洗困難。用機(jī)械方法清洗困難。當(dāng)用不銹鋼管作傳熱管時，如果傳熱管長度大于某當(dāng)用不銹鋼管作傳熱管時，如果傳熱管長度大于某一限度，為了保持殼側(cè)流均勻，必須加隔板，從而一限度，為了保持殼側(cè)流均勻，必須加隔板，從而使殼側(cè)流體壓力損失增大。使殼側(cè)流體壓力損失增大。 較適合于黏度大或流動慢，或者在加熱器表面較適合于黏度大或流動慢，或者在加熱器表面易形成焦化膜的殺菌物料。刮片的設(shè)計非常重易形成焦化膜的殺菌物料。刮片的設(shè)計非

29、常重要。要。3 3、旋轉(zhuǎn)刮板式、旋轉(zhuǎn)刮板式UHTUHT加熱殺菌設(shè)備加熱殺菌設(shè)備4 4、直接加熱式、直接加熱式UHTUHT殺菌設(shè)備殺菌設(shè)備 主要由物料泵、蒸汽噴嘴（或物料噴嘴）、真主要由物料泵、蒸汽噴嘴（或物料噴嘴）、真空罐及各種控制儀表構(gòu)成。空罐及各種控制儀表構(gòu)成。 最關(guān)鍵的是加熱介質(zhì)與物料相混合的裝置。最關(guān)鍵的是加熱介質(zhì)與物料相混合的裝置。 在殺菌條件相同的情況下，在殺菌條件相同的情況下，超高溫瞬時殺菌超高溫瞬時殺菌與與低溫長時間低溫長時間殺菌相殺菌相比，不僅細(xì)菌致死時間顯著縮短，而且食品成分的保存比，不僅細(xì)菌致死時間顯著縮短，而且食品成分的保存率也顯著提高。目前這種殺菌技術(shù)已廣泛應(yīng)用于率也

30、顯著提高。目前這種殺菌技術(shù)已廣泛應(yīng)用于牛乳牛乳、果汁飲果汁飲料料、豆乳茶豆乳茶、酒酒等產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中。等產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中。 超高溫瞬時殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用超高溫瞬時殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用第二節(jié)第二節(jié) 歐姆殺菌技術(shù)歐姆殺菌技術(shù)一、歐姆殺菌原理一、歐姆殺菌原理二、歐姆殺菌裝置二、歐姆殺菌裝置三、歐姆殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用三、歐姆殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用歐姆殺菌亦稱歐姆殺菌亦稱“通電殺菌通電殺菌”，它利用電極將電，它利用電極將電流通過物體，由于阻抗損失、介質(zhì)損耗等的流通過物體，由于阻抗損失、介質(zhì)損耗等的存在，最終使存在，最終使電能轉(zhuǎn)化為熱能電能轉(zhuǎn)化為熱能，使物體內(nèi)部，使物體內(nèi)部產(chǎn)生

31、熱量而達(dá)到殺菌目的，產(chǎn)生熱量而達(dá)到殺菌目的，多用于含有顆粒多用于含有顆粒的液體食品的殺菌的液體食品的殺菌。歐姆加熱使顆粒的加熱速率與液體的加熱速率歐姆加熱使顆粒的加熱速率與液體的加熱速率相接近，甚至更快（相接近，甚至更快（1-2/s）。因而可縮短）。因而可縮短加工時間，得到高品質(zhì)產(chǎn)品。加工時間，得到高品質(zhì)產(chǎn)品。早在早在19世紀(jì)初世紀(jì)初就提出了歐姆加熱的概念，并逐漸有就提出了歐姆加熱的概念，并逐漸有了利用電能加熱物料的專利加工技術(shù)。了利用電能加熱物料的專利加工技術(shù)。20世紀(jì)初世紀(jì)初，美國生產(chǎn)出用于牛奶消毒的歐姆加熱裝，美國生產(chǎn)出用于牛奶消毒的歐姆加熱裝置，但是由于沒有合適的惰性電極材料而失敗。置

32、，但是由于沒有合適的惰性電極材料而失敗。90年代年代，英國的，英國的APV Baker公司開發(fā)了商用的歐姆公司開發(fā)了商用的歐姆加熱裝置，英國、法國、日本和美國均開始使用。加熱裝置，英國、法國、日本和美國均開始使用。由于歐姆加熱技術(shù)具有由于歐姆加熱技術(shù)具有物料升溫快、加熱均勻、無物料升溫快、加熱均勻、無污染、易操作、熱能利用率高、加工食品質(zhì)量好污染、易操作、熱能利用率高、加工食品質(zhì)量好等等優(yōu)點，近年來逐漸引起國內(nèi)外食品科學(xué)工作者的關(guān)優(yōu)點，近年來逐漸引起國內(nèi)外食品科學(xué)工作者的關(guān)注。注。 一、歐姆殺菌原理一、歐姆殺菌原理 通電殺菌的機(jī)理據(jù)初步探討有兩方面的原通電殺菌的機(jī)理據(jù)初步探討有兩方面的原因：因

33、：u一方面由于通電加熱致使溫度升高而滅菌；一方面由于通電加熱致使溫度升高而滅菌；u另一方面是因為在通電的兩電極間的菌體另一方面是因為在通電的兩電極間的菌體細(xì)胞由于受到所加電場的作用導(dǎo)致菌體細(xì)細(xì)胞由于受到所加電場的作用導(dǎo)致菌體細(xì)胞膜的破壞而滅菌。胞膜的破壞而滅菌。歐歐 姆姆 加加 熱熱 原原 理理（一）歐姆加熱的影響因素（一）歐姆加熱的影響因素 根據(jù)根據(jù)Joule定律，在被加熱食品內(nèi)部的任定律，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：一點，通入電流所產(chǎn)生的熱量為：式中式中 Q某點處的單位加熱功率，某點處的單位加熱功率，(W/m3)； K某點處的電導(dǎo)率，某點處的電導(dǎo)率，S/m。S為電導(dǎo)單

34、位西門為電導(dǎo)單位西門 子，它等于電阻子，它等于電阻的倒數(shù)；的倒數(shù)； gradV任一點處的電位梯度，任一點處的電位梯度，V/m； 符號算子。符號算子。1 1、電導(dǎo)率是影響歐姆加熱的主要因素、電導(dǎo)率是影響歐姆加熱的主要因素 影響電導(dǎo)率的因素：頻率、食品物料電導(dǎo)率影響電導(dǎo)率的因素：頻率、食品物料電導(dǎo)率的各向異性、溫度、顆粒的形狀、顆粒與所加電的各向異性、溫度、顆粒的形狀、顆粒與所加電場的排列取向等。場的排列取向等。2 2、流體流型對歐姆加熱的影響、流體流型對歐姆加熱的影響 層流流動下歐姆加熱所產(chǎn)生的物料溫度標(biāo)度層流流動下歐姆加熱所產(chǎn)生的物料溫度標(biāo)度將導(dǎo)致與常規(guī)加熱法設(shè)計中類似的問題，即管中將導(dǎo)致與常

35、規(guī)加熱法設(shè)計中類似的問題，即管中心加熱不足，而管壁處加熱過度。所以應(yīng)在設(shè)計心加熱不足，而管壁處加熱過度。所以應(yīng)在設(shè)計上避免這種穩(wěn)定的層流流動，在操作上力求破壞上避免這種穩(wěn)定的層流流動，在操作上力求破壞加熱器內(nèi)速度分布的形成。加熱器內(nèi)速度分布的形成。3 3、操作因素對歐姆加熱的影響、操作因素對歐姆加熱的影響 1 1、歐姆殺菌裝置系統(tǒng)組成、歐姆殺菌裝置系統(tǒng)組成 泵、柱式歐姆加熱器、保溫管、控制儀表等。由泵、柱式歐姆加熱器、保溫管、控制儀表等。由加熱、保加熱、保溫溫和和冷卻冷卻三部分組成。三部分組成。2 2、工藝流程、工藝流程待殺菌的食品原料待殺菌的食品原料物料泵物料泵歐姆加熱器歐姆加熱器保溫管保溫

36、管冷卻冷卻管（管式換熱器）管（管式換熱器）無菌充填或無菌貯罐無菌充填或無菌貯罐具有一定粘度的、含顆粒的食品經(jīng)泵進(jìn)入到歐姆加熱器中，具有一定粘度的、含顆粒的食品經(jīng)泵進(jìn)入到歐姆加熱器中，以垂直于電場的方向流過歐姆加熱柱，物料在以垂直于電場的方向流過歐姆加熱柱，物料在2min內(nèi)被加內(nèi)被加熱到需要的溫度，在該溫度保溫?zé)岬叫枰臏囟?，在該溫度保?090s，達(dá)到要求的滅菌，達(dá)到要求的滅菌強(qiáng)度，然后快速冷卻、無菌包裝。強(qiáng)度，然后快速冷卻、無菌包裝。3 3、歐姆殺菌技術(shù)操作（無菌技術(shù)）、歐姆殺菌技術(shù)操作（無菌技術(shù)）二、歐姆殺菌裝置二、歐姆殺菌裝置歐歐 姆姆 加加 熱熱 流流 程程物料罐物料罐控制板控制板產(chǎn)品

37、回收產(chǎn)品回收反壓閥反壓閥無菌冷卻器無菌冷卻器產(chǎn)品出口產(chǎn)品出口物料泵物料泵反壓泵反壓泵刮板式冷卻器刮板式冷卻器保溫管保溫管歐姆歐姆加熱器加熱器 APV Baker is a world leader in the supply of the machines and complete process systems to make the worlds favourite food products APV的歐姆加熱器示意圖的歐姆加熱器示意圖三、歐姆殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用三、歐姆殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用 與傳統(tǒng)罐裝食品的殺菌相比，歐姆殺菌可使產(chǎn)品品與傳統(tǒng)罐裝食品的殺菌相比，歐姆殺菌可使產(chǎn)品

38、品質(zhì)在微生物安全性，蒸煮效果及營養(yǎng)、維生素保持方面質(zhì)在微生物安全性，蒸煮效果及營養(yǎng)、維生素保持方面得到改善。得到改善。主要優(yōu)點主要優(yōu)點：對營養(yǎng)物如維生素等的破壞較小，可生產(chǎn)新鮮、美味的對營養(yǎng)物如維生素等的破壞較小，可生產(chǎn)新鮮、美味的大顆粒產(chǎn)品；大顆粒產(chǎn)品；能加熱連續(xù)流動的產(chǎn)品而不需要任何熱交換表面；能加熱連續(xù)流動的產(chǎn)品而不需要任何熱交換表面；可加工對剪切敏感的產(chǎn)品；可加工對剪切敏感的產(chǎn)品；熱量可在產(chǎn)品固體中產(chǎn)生而不需要借助其液體的傳導(dǎo)或熱量可在產(chǎn)品固體中產(chǎn)生而不需要借助其液體的傳導(dǎo)或?qū)α?；對流；系統(tǒng)操作平穩(wěn)，維護(hù)費用低，過程易于控制，可立即啟系統(tǒng)操作平穩(wěn)，維護(hù)費用低，過程易于控制，可立即啟動和

39、中止；動和中止；加工和包裝費用有節(jié)約潛力，包裝的選擇范圍較寬。加工和包裝費用有節(jié)約潛力，包裝的選擇范圍較寬。 目前，歐姆加熱技術(shù)在美國正廣泛應(yīng)用于低酸目前，歐姆加熱技術(shù)在美國正廣泛應(yīng)用于低酸性或高酸性食品的加工，在日本用于生產(chǎn)酸牛奶的性或高酸性食品的加工，在日本用于生產(chǎn)酸牛奶的草莓、魚糜制品及豆腐的加工等，在國內(nèi)主要用于草莓、魚糜制品及豆腐的加工等，在國內(nèi)主要用于肉的解凍和牛奶、豆?jié){的加熱殺菌。從目前國外的肉的解凍和牛奶、豆?jié){的加熱殺菌。從目前國外的研究和使用情況來看，歐姆加熱最具有潛力的應(yīng)用研究和使用情況來看，歐姆加熱最具有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域是領(lǐng)域是含顆粒流體食品的無菌加工含顆粒流體食品的無菌加

40、工。除此之外，用。除此之外，用于對大塊固體食品的加熱與解凍也具有很大的研究于對大塊固體食品的加熱與解凍也具有很大的研究發(fā)展空間。發(fā)展空間。 歐姆加熱技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用歐姆加熱技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用第三節(jié)第三節(jié) 高壓殺菌技術(shù)高壓殺菌技術(shù)一、高壓殺菌原理一、高壓殺菌原理二、高壓殺菌裝置二、高壓殺菌裝置三、高壓殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用三、高壓殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用 高壓殺菌：高壓殺菌：是指將食品物料包裝以后，置于是指將食品物料包裝以后，置于高壓高壓（200MPa200MPa以上，以上，20002000多個大氣壓）多個大氣壓）裝置中加裝置中加壓，使微生物因細(xì)胞壁和膜被破壞、微生物的生壓，使微

41、生物因細(xì)胞壁和膜被破壞、微生物的生理機(jī)能喪失而致死，從而達(dá)到食品滅菌的一種殺理機(jī)能喪失而致死，從而達(dá)到食品滅菌的一種殺菌技術(shù)。菌技術(shù)。 高壓殺菌技術(shù)也是近年來出現(xiàn)的新型殺菌技高壓殺菌技術(shù)也是近年來出現(xiàn)的新型殺菌技術(shù)，需要有特殊的加壓設(shè)備和耐高壓容器及輔助術(shù)，需要有特殊的加壓設(shè)備和耐高壓容器及輔助設(shè)備，目前尚處于試驗研究與開發(fā)階段，但其在設(shè)備，目前尚處于試驗研究與開發(fā)階段，但其在食品工業(yè)中的應(yīng)用前景是可喜的。食品工業(yè)中的應(yīng)用前景是可喜的。早在早在19 世紀(jì)末期世紀(jì)末期就證明了牛奶、果蔬（包括香蕉、就證明了牛奶、果蔬（包括香蕉、梨、桃子、李子、大豆、西紅柿、豌豆等）和其他食梨、桃子、李子、大豆、西

42、紅柿、豌豆等）和其他食品和飲料中的微生物對壓力敏感，并證明高壓處理能品和飲料中的微生物對壓力敏感，并證明高壓處理能延長食品的貨價期。延長食品的貨價期。1914 年年，美國物理學(xué)家，美國物理學(xué)家Briagmum P.W.提出了靜水提出了靜水壓（壓（500MPa）下蛋白質(zhì)凝固，）下蛋白質(zhì)凝固，700MPa 形成凝膠的形成凝膠的報告超高壓技術(shù)作為能確保高質(zhì)量食品生產(chǎn)的非熱保報告超高壓技術(shù)作為能確保高質(zhì)量食品生產(chǎn)的非熱保藏技術(shù)已被關(guān)注研究了很多年，但由于超高壓技術(shù)上藏技術(shù)已被關(guān)注研究了很多年，但由于超高壓技術(shù)上的難題，這一研究成果并沒有被實際應(yīng)用。的難題，這一研究成果并沒有被實際應(yīng)用。直到直到1986

43、年年，日本京都大學(xué)林立九教授提出超高壓，日本京都大學(xué)林立九教授提出超高壓在食品工業(yè)上的應(yīng)用，并使超高壓技術(shù)成為一種可行在食品工業(yè)上的應(yīng)用，并使超高壓技術(shù)成為一種可行的商業(yè)加工手段，這一技術(shù)才引起世界各國的關(guān)注。的商業(yè)加工手段，這一技術(shù)才引起世界各國的關(guān)注。 高壓技術(shù)在我國還處于起步、理論研究階段，高壓技術(shù)在我國還處于起步、理論研究階段，國內(nèi)超高壓殺菌技術(shù)的研究報道僅局限在國內(nèi)超高壓殺菌技術(shù)的研究報道僅局限在果汁及果果汁及果汁飲料的滅酶及殺菌汁飲料的滅酶及殺菌中，還未投入實際生產(chǎn)應(yīng)用之中，還未投入實際生產(chǎn)應(yīng)用之中，目前尚無高壓食品商品問世。因此，加快開展中，目前尚無高壓食品商品問世。因此，加快開

44、展超高壓食品研究，特別是加強(qiáng)超高壓加工調(diào)味品、超高壓食品研究，特別是加強(qiáng)超高壓加工調(diào)味品、中藥材、保健食品以及其他價值高但對熱較敏感的中藥材、保健食品以及其他價值高但對熱較敏感的食品或藥品的研究，對我國參與國際競爭有著極為食品或藥品的研究，對我國參與國際競爭有著極為重要的意義。重要的意義。 超高壓技術(shù)加工的食品與傳統(tǒng)加熱處理的食品超高壓技術(shù)加工的食品與傳統(tǒng)加熱處理的食品相比，具有其獨特的相比，具有其獨特的優(yōu)點優(yōu)點：(1)營養(yǎng)成分高；營養(yǎng)成分高；(2)產(chǎn)生新的組織結(jié)構(gòu)，不會產(chǎn)生異味；產(chǎn)生新的組織結(jié)構(gòu)，不會產(chǎn)生異味；(3)無無“回生回生”現(xiàn)象；現(xiàn)象；(4)原料利用率高；原料利用率高；(5)適用范圍

45、廣，開發(fā)前景好。適用范圍廣，開發(fā)前景好。 一、高壓技術(shù)原理一、高壓技術(shù)原理 液體液體( (水水) )在超高壓作用下被壓縮，而受壓食品介在超高壓作用下被壓縮，而受壓食品介質(zhì)中的蛋白質(zhì)、淀粉、酶等生物高分子物料會產(chǎn)生壓質(zhì)中的蛋白質(zhì)、淀粉、酶等生物高分子物料會產(chǎn)生壓力變性，即生物高分子物質(zhì)立體結(jié)構(gòu)中的非共價鍵結(jié)力變性，即生物高分子物質(zhì)立體結(jié)構(gòu)中的非共價鍵結(jié)合部分合部分( (氫鍵、離子鍵和疏水鍵等相互作用氫鍵、離子鍵和疏水鍵等相互作用) )發(fā)生變化，發(fā)生變化，其結(jié)果是食品中的蛋白質(zhì)呈凝固狀變性、淀粉呈膠凝其結(jié)果是食品中的蛋白質(zhì)呈凝固狀變性、淀粉呈膠凝狀糊化、酶失活、微生物死亡，或使之產(chǎn)生一些新物狀糊化

46、、酶失活、微生物死亡，或使之產(chǎn)生一些新物料改性和改變物料某些理化反應(yīng)速度，故可長期保存料改性和改變物料某些理化反應(yīng)速度，故可長期保存食品而不變質(zhì)。這就是食品而不變質(zhì)。這就是超高壓技術(shù)的基本原理超高壓技術(shù)的基本原理。 （1 1）改變細(xì)胞形態(tài)）改變細(xì)胞形態(tài) 極高的流體靜壓會影響細(xì)胞的形態(tài)，包括極高的流體靜壓會影響細(xì)胞的形態(tài)，包括細(xì)胞細(xì)胞外形變長，胞壁脫離細(xì)胞質(zhì)膜，無膜結(jié)構(gòu)細(xì)胞壁變外形變長，胞壁脫離細(xì)胞質(zhì)膜，無膜結(jié)構(gòu)細(xì)胞壁變厚等。厚等。上述現(xiàn)象在一定壓力下是可逆的，但當(dāng)壓力上述現(xiàn)象在一定壓力下是可逆的，但當(dāng)壓力超過某一點時，便不可逆地使細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生變化。超過某一點時，便不可逆地使細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生變化

47、。 1、高壓對細(xì)胞的影響、高壓對細(xì)胞的影響（2 2）影響細(xì)胞生物化學(xué)反應(yīng)）影響細(xì)胞生物化學(xué)反應(yīng)u按照化學(xué)反應(yīng)的基本原理，按照化學(xué)反應(yīng)的基本原理，加壓有利于促進(jìn)反應(yīng)加壓有利于促進(jìn)反應(yīng)朝向減小體積的方向進(jìn)行朝向減小體積的方向進(jìn)行，推遲了增大體積的化學(xué)，推遲了增大體積的化學(xué)反應(yīng)，由于許多生物化學(xué)反應(yīng)都會產(chǎn)生體積上的改反應(yīng)，由于許多生物化學(xué)反應(yīng)都會產(chǎn)生體積上的改變，所以加壓將對生物化學(xué)過程產(chǎn)生影響；變，所以加壓將對生物化學(xué)過程產(chǎn)生影響；u加壓阻礙放熱反應(yīng)的進(jìn)行加壓阻礙放熱反應(yīng)的進(jìn)行；u凡是對保持生物聚合物天然狀態(tài)有利的化學(xué)鍵都凡是對保持生物聚合物天然狀態(tài)有利的化學(xué)鍵都會受壓力的影響。會受壓力的影響。

48、（3 3）影響微生物基因機(jī)制）影響微生物基因機(jī)制u核酸比蛋白質(zhì)更耐受流體靜壓力，原因在于核酸比蛋白質(zhì)更耐受流體靜壓力，原因在于DNA螺螺旋結(jié)構(gòu)大部分來自氫鍵，而壓力上升必然有利于氫鍵旋結(jié)構(gòu)大部分來自氫鍵，而壓力上升必然有利于氫鍵形成是所固有的容積變小作用。盡管形成是所固有的容積變小作用。盡管DNA在壓力下具在壓力下具有穩(wěn)定性，但由酶參與的有穩(wěn)定性，但由酶參與的DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄步驟卻因壓復(fù)制和轉(zhuǎn)錄步驟卻因壓力而中斷；力而中斷；u高壓使得多核蛋白體系統(tǒng)受到影響，可抑制部分誘高壓使得多核蛋白體系統(tǒng)受到影響，可抑制部分誘導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯；導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯；u高壓主要通過作用核蛋白體亞單元而影響蛋白質(zhì)的高壓

49、主要通過作用核蛋白體亞單元而影響蛋白質(zhì)的合成。合成。（4 4）高壓對細(xì)胞壁的影響）高壓對細(xì)胞壁的影響u細(xì)胞膜的主要成分是磷脂和蛋白質(zhì)，其結(jié)構(gòu)靠氫鍵和疏水細(xì)胞膜的主要成分是磷脂和蛋白質(zhì)，其結(jié)構(gòu)靠氫鍵和疏水鍵來保持。鍵來保持。u在壓力作用下，細(xì)胞膜的雙層結(jié)構(gòu)的容積隨著每一磷脂分在壓力作用下，細(xì)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。子橫切面積的縮小而收縮。u加壓的細(xì)胞膜常常表現(xiàn)出通透性的變化，壓力引起的細(xì)胞加壓的細(xì)胞膜常常表現(xiàn)出通透性的變化，壓力引起的細(xì)胞膜功能劣化將導(dǎo)致氨基酸攝取受抑制，原因可能是蛋白質(zhì)在膜功能劣化將導(dǎo)致氨基酸攝取受抑制，原因可能是蛋白質(zhì)在膜內(nèi)發(fā)生變性。膜內(nèi)發(fā)生

50、變性。u20-40MPa的壓力能使較大的細(xì)胞因受應(yīng)力的細(xì)胞壁的機(jī)的壓力能使較大的細(xì)胞因受應(yīng)力的細(xì)胞壁的機(jī)械斷裂而松懈。械斷裂而松懈。 （1）pH pH是影響微生物在受壓條件下生長的主要因素是影響微生物在受壓條件下生長的主要因素之一。之一。 在受壓條件下，培養(yǎng)基的在受壓條件下，培養(yǎng)基的pH有可能發(fā)生變化，有可能發(fā)生變化，細(xì)菌的最適細(xì)菌的最適pH范圍也變得較為狹窄。范圍也變得較為狹窄。 酸性條件下微生物的耐壓性較差。酸性條件下微生物的耐壓性較差。 對酵母菌類而言，采用超高壓處理時對酵母菌類而言，采用超高壓處理時pH值并不值并不是重要的因素。是重要的因素。2、影響超高壓殺菌的主要因素、影響超高壓殺菌

51、的主要因素（2）溫度）溫度 由于微生物對溫度有敏感性，在低溫或高溫下，由于微生物對溫度有敏感性，在低溫或高溫下，高壓對微生物的影響加劇，因此，高壓對微生物的影響加劇，因此，在低溫或高溫下在低溫或高溫下對食品進(jìn)行高壓處理具有較常溫下處理更好的殺菌對食品進(jìn)行高壓處理具有較常溫下處理更好的殺菌效果。效果。 大多數(shù)微生物在低溫下耐壓程度降低的原因：大多數(shù)微生物在低溫下耐壓程度降低的原因： 壓力使得低溫下細(xì)胞因冰晶析出而破裂程度壓力使得低溫下細(xì)胞因冰晶析出而破裂程度加劇加劇 ； 蛋白質(zhì)在低溫下高壓敏感性提高，致使此條蛋白質(zhì)在低溫下高壓敏感性提高，致使此條件下蛋白質(zhì)更易變性，菌體細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)也更易損件下蛋

52、白質(zhì)更易變性，菌體細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)也更易損傷。傷。 低溫下高壓處理對保持食品品質(zhì)，尤其是減少低溫下高壓處理對保持食品品質(zhì)，尤其是減少熱敏性成分的破壞較為有利。熱敏性成分的破壞較為有利。在不同溫度在不同溫度壓力組合下酵母菌死亡速率的等高線壓力組合下酵母菌死亡速率的等高線 研究發(fā)現(xiàn)，除芽孢菌和金黃色葡萄球菌外，大多研究發(fā)現(xiàn)，除芽孢菌和金黃色葡萄球菌外，大多數(shù)的微生物在數(shù)的微生物在 -20以下的高壓殺菌效果較以下的高壓殺菌效果較20時時好。好。 適當(dāng)提高溫度對高壓殺菌有促進(jìn)作用適當(dāng)提高溫度對高壓殺菌有促進(jìn)作用 針對針對芽孢菌芽孢菌的高耐壓性，就現(xiàn)階段研究來看，的高耐壓性，就現(xiàn)階段研究來看，結(jié)合溫度處理則

53、是一種十分有效的殺菌手段。結(jié)合溫度處理則是一種十分有效的殺菌手段。 （3）微生物生長階段）微生物生長階段 不同生長期的微生物對高壓的反應(yīng)不同；不同生長期的微生物對高壓的反應(yīng)不同； 處于指數(shù)生長期的微生物比處于靜止生長處于指數(shù)生長期的微生物比處于靜止生長期的微生物對壓力反應(yīng)更敏感；期的微生物對壓力反應(yīng)更敏感； 革蘭氏陽性菌比革蘭氏陰性菌對壓力更具革蘭氏陽性菌比革蘭氏陰性菌對壓力更具抗性；抗性； 孢子對壓力的抵抗力則更強(qiáng)；孢子對壓力的抵抗力則更強(qiáng)； 革蘭氏陽性菌中的芽孢桿菌屬（革蘭氏陽性菌中的芽孢桿菌屬（Bacillus）和梭）和梭狀芽孢桿菌屬（狀芽孢桿菌屬（Clostridum）的芽孢最為耐壓；

54、）的芽孢最為耐壓； 芽孢殼的結(jié)構(gòu)極其致密，使得芽孢類細(xì)菌具備了芽孢殼的結(jié)構(gòu)極其致密，使得芽孢類細(xì)菌具備了抵抗高壓的能力，殺滅芽孢需更高的壓力并結(jié)合其抵抗高壓的能力，殺滅芽孢需更高的壓力并結(jié)合其它處理方式。它處理方式。（4） 食品本身的組成和添加物食品本身的組成和添加物 營養(yǎng)豐富環(huán)境中微生物的耐壓性較強(qiáng)，營養(yǎng)豐富環(huán)境中微生物的耐壓性較強(qiáng)，蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類和鹽分對微生物具有緩沖保護(hù)作碳水化合物、脂類和鹽分對微生物具有緩沖保護(hù)作用，而且這些營養(yǎng)物質(zhì)加速了微生物的繁殖和自我用，而且這些營養(yǎng)物質(zhì)加速了微生物的繁殖和自我修復(fù)功能。修復(fù)功能。 食品基質(zhì)含有的食品基質(zhì)含有的添加劑組分添加劑組分

55、對超高壓滅菌影響對超高壓滅菌影響很大，如添加脂肪酸酯、蔗糖酯或乙醇等添加劑，很大，如添加脂肪酸酯、蔗糖酯或乙醇等添加劑，將提高加壓殺菌的效果。將提高加壓殺菌的效果。（5）壓力大小和受壓時間）壓力大小和受壓時間 在一定范圍內(nèi)，壓力越高，滅菌效果越好。在一定范圍內(nèi)，壓力越高，滅菌效果越好。在相同壓力下，滅菌時間延長，滅菌效果也在相同壓力下，滅菌時間延長，滅菌效果也有一定程度的提高。有一定程度的提高。（6） 施壓方式施壓方式 超高壓滅菌方式有連續(xù)式、半連續(xù)式、間歇式。超高壓滅菌方式有連續(xù)式、半連續(xù)式、間歇式。研究報道，同持續(xù)靜壓處理相比，階段性壓力變化研究報道，同持續(xù)靜壓處理相比，階段性壓力變化處理

56、殺菌效果較好。處理殺菌效果較好。 對于易受芽孢菌污染的食物用超高壓多次重復(fù)對于易受芽孢菌污染的食物用超高壓多次重復(fù)短時處理，殺滅芽孢效果好。短時處理，殺滅芽孢效果好。 （7）水分活度（）水分活度（Aw） 水分活度（水分活度（Aw）對滅菌效果影響也很大。低）對滅菌效果影響也很大。低Aw產(chǎn)生細(xì)胞收縮和對生長的抑制作用，從而使更多產(chǎn)生細(xì)胞收縮和對生長的抑制作用，從而使更多的細(xì)胞在壓力中存活下來的細(xì)胞在壓力中存活下來 。 控制控制Aw無疑對高壓殺菌，尤其是固態(tài)和半固態(tài)無疑對高壓殺菌，尤其是固態(tài)和半固態(tài)食品的保藏加工有重要意義。食品的保藏加工有重要意義。 1、高壓裝置加壓方式：、高壓裝置加壓方式： （1

57、 1）直接加壓方式）直接加壓方式 在直接加壓方式中，高壓容器和加壓裝置分離，在直接加壓方式中，高壓容器和加壓裝置分離，用增壓機(jī)生產(chǎn)高壓介質(zhì)，并通過高壓配管將高壓介用增壓機(jī)生產(chǎn)高壓介質(zhì)，并通過高壓配管將高壓介質(zhì)送至高壓容器。超高壓介質(zhì)一般為水。質(zhì)送至高壓容器。超高壓介質(zhì)一般為水。二、高壓殺菌裝置二、高壓殺菌裝置 （2 2）間接加壓方式）間接加壓方式 高壓容器與加壓氣缸配合工高壓容器與加壓氣缸配合工作。在加壓氣缸向上的運動沖程中，活塞將容器中作。在加壓氣缸向上的運動沖程中，活塞將容器中的介質(zhì)壓縮產(chǎn)生超高壓，使物料受到超高壓處理。的介質(zhì)壓縮產(chǎn)生超高壓，使物料受到超高壓處理。在向下的運動沖程中，減壓卸

58、料。在向下的運動沖程中，減壓卸料。直接加壓方式與間接加壓方式比較直接加壓方式與間接加壓方式比較: : 直接加壓方式裝備結(jié)構(gòu)緊湊，密封部位直接加壓方式裝備結(jié)構(gòu)緊湊，密封部位固定、無損耗，高壓容器容量大，適宜于固定、無損耗，高壓容器容量大，適宜于生產(chǎn)用，但需經(jīng)常保養(yǎng)維護(hù)。生產(chǎn)用，但需經(jīng)常保養(yǎng)維護(hù)。 間接加壓方式裝備結(jié)構(gòu)龐大，密封部位間接加壓方式裝備結(jié)構(gòu)龐大，密封部位滑動、易磨損，高壓容器容量小，但保養(yǎng)滑動、易磨損，高壓容器容量小，但保養(yǎng)性能好，可用于實驗室研究。性能好，可用于實驗室研究。2、高壓容器、高壓容器 高壓容器通常為圓筒形，為了增加筒體的承載高壓容器通常為圓筒形，為了增加筒體的承載能力，除

59、適當(dāng)增加筒壁厚度外，還可采用自增強(qiáng)的能力，除適當(dāng)增加筒壁厚度外，還可采用自增強(qiáng)的方法。通過對圓筒施加內(nèi)壓使內(nèi)壁屈服，從而使內(nèi)方法。通過對圓筒施加內(nèi)壓使內(nèi)壁屈服，從而使內(nèi)壁在卸壓后產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。壁在卸壓后產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。 強(qiáng)化的筒體結(jié)構(gòu)主要有兩種形式強(qiáng)化的筒體結(jié)構(gòu)主要有兩種形式夾套式夾套式 即多層簡單筒體通過熱套加工工藝復(fù)合，形成即多層簡單筒體通過熱套加工工藝復(fù)合，形成多層壁結(jié)構(gòu)。多層壁結(jié)構(gòu)。 操作壓力在操作壓力在400 MPa以上的壓力容器可由兩個以上的壓力容器可由兩個或兩個以上的高強(qiáng)度不銹鋼同心圓筒組成。或兩個以上的高強(qiáng)度不銹鋼同心圓筒組成。繞絲式繞絲式 在簡單筒體上纏繞數(shù)層鋼絲或鋼帶。在簡單筒體

60、上纏繞數(shù)層鋼絲或鋼帶。 繞絲式結(jié)構(gòu)繞絲式結(jié)構(gòu)不能承受軸向力，因此需由框架承不能承受軸向力，因此需由框架承擔(dān)，端蓋及密封結(jié)構(gòu)設(shè)計相對容易，也可改善筒體擔(dān)，端蓋及密封結(jié)構(gòu)設(shè)計相對容易，也可改善筒體的應(yīng)力狀態(tài)。的應(yīng)力狀態(tài)。 多層壁式結(jié)構(gòu)多層壁式結(jié)構(gòu)的軸向力由上端蓋承受，因此設(shè)的軸向力由上端蓋承受，因此設(shè)計時強(qiáng)度分析很重要。但該設(shè)計省略了笨重的框架，計時強(qiáng)度分析很重要。但該設(shè)計省略了笨重的框架，結(jié)構(gòu)輕巧，成本降低。結(jié)構(gòu)輕巧，成本降低。 3、輔助設(shè)施、輔助設(shè)施 輔助設(shè)施包括加熱或冷卻系統(tǒng)、監(jiān)測和控制系輔助設(shè)施包括加熱或冷卻系統(tǒng)、監(jiān)測和控制系統(tǒng)及物料的輸入輸出裝置等。統(tǒng)及物料的輸入輸出裝置等。 采用高溫或