非熱力加工的特色及研究進(jìn)展(共15頁(yè))

1、 食品科學(xué)與工程(gngchng)專題課程論文 題 目非熱力加工的特色及研究進(jìn)展姓 名費(fèi)鵬學(xué) 號(hào)2013309010006專 業(yè)食品科學(xué)評(píng) 分指導(dǎo)教師謝筆鈞職 稱教授中國(guó)(zhn u)武漢二一三 年 十二(sh r) 月非熱力加工(ji gng)的特色及研究進(jìn)展摘要(zhiyo)：食品(shpn)的非熱加工技術(shù)是當(dāng)代一類嶄新的技術(shù)，它既有利于保持食品功能成分的生理活性，又有利于保持原料的色、味及營(yíng)養(yǎng)成分。本文介紹了超高壓 (ultra high Pressure, UHP) 技術(shù)、超高壓脈沖電場(chǎng) (pulse electric field, PEF)技術(shù)、脈沖強(qiáng)光(pulsed light,

2、PL) 技術(shù)、微波殺菌、紫外線殺菌、輻照殺菌、臭氧殺菌、超聲波非熱技術(shù)等技術(shù)在食品中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：非熱力；超高壓；脈沖電場(chǎng)；脈沖強(qiáng)光；紫外線Abstract: Non thermal processing for food is a kind of new developing technique which contributes to protect functional factors and keep flavor and nutritional ingredients of food. This article would introduce some non thermal pr

3、ocessing techniques, such as ultra high pressure (UHP), pulse electric field (PEF), pulsed light, (PL), microwave sterilization, ultraviolet sterilization, ozone sterilization, ultrasonic non thermal processing and their application in food field.Keywords: Non thermal; ultra high pressure; pulse ele

4、ctric field; pulsed light; ultraviolet light食物的熱加工能使蛋白質(zhì)變性，提高消化吸收率，使人們獲得更加豐富的營(yíng)養(yǎng)，并能殺死病蟲細(xì)菌，使人們少生疾病，促進(jìn)人體發(fā)育和大腦發(fā)育。但是近二十年來的研究揭示了食品熱加工中存在的嚴(yán)重缺陷1，如熱加工引起的食品污染已經(jīng)引起了科學(xué)界和公眾的雙重關(guān)注。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的安全營(yíng)養(yǎng)問題在熱加工食品中被檢測(cè)出來，并且制約了這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。2002年瑞典食品管理局 (Swedish National Food Administration，SNFA) 發(fā)現(xiàn)了某些熱加工食品中有較高含量的丙烯酰胺(Acrylamide

5、，AA)，引起了歐盟FAO/WHO，美國(guó)食品工藝師協(xié)會(huì)(IFT)，美國(guó)谷物化學(xué)協(xié)會(huì)(AACC) 等國(guó)際組織的關(guān)注2，丙烯酰胺是一種神經(jīng)毒性的小分子化合物，主要是由游離的天門冬酰胺在食品熱加工處理中通過美拉德反應(yīng)形成的，在含淀粉高且經(jīng)過油炸食品中常有很高的含量，能使動(dòng)物致畸、致癌，還可使人體神經(jīng)損壞導(dǎo)致癱瘓3，一些實(shí)驗(yàn)表明丙烯酰胺能導(dǎo)致哺乳動(dòng)物的染色體變異，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)使雄性小鼠陰囊腎上腺甲狀腺和雌性鼠乳腺子宮甲狀腺產(chǎn)生腫瘤4，因此可以表明丙烯酰胺長(zhǎng)期攝入將嚴(yán)重影響人類的健康。與丙烯酰胺相似，在很多熱處理食品特別是罐裝食品中檢測(cè)出了致癌物呋喃，呋喃主要是由食品中含有的葡萄糖、果糖、乳糖等化合物降

6、解形成的，具有高度親脂性，很容易被腸道吸收，引起腫瘤和癌變。Vranova等5在探討食品中呋喃形成時(shí)發(fā)現(xiàn)食品在加熱超過100時(shí)抗壞血酸被轉(zhuǎn)化為呋喃。除了丙烯酞胺和呋喃外，食品熱加工中產(chǎn)生的氯丙醇，氯丙二醇(3-MCPD)和1，3-二氯丙醇(1, 3-DCP)也得到了全球食品安全界的廣泛關(guān)注，Chung6等調(diào)查了香港的一些零售市場(chǎng)，其中有32%的食品中含有3-MCPD。在一些焙烤食品中，如而包、蛋糕、漢堡和蛋撻中會(huì)產(chǎn)生一定量的3-MCPD。在油炸食品中會(huì)產(chǎn)生3-MCPD和1, 3-DCP。一般而言，油炸大大提高了食品中的氯丙醇的含量，在烹飪牛肉、豬肉、魚蝦和螃蟹等高蛋白食品中易形成氯丙醇。另外(

7、ln wi)，烹飪溫度過高會(huì)使一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)遭到損失、破壞，產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì)。如食物中的水溶性蛋白白質(zhì)過度受熱會(huì)結(jié)成硬塊，肉類中的脂肪過度加熱則氧化分解，損失其所含的維生素A.D.蔬菜(shci)中的維生素C等很不穩(wěn)定，烹調(diào)熱度越高，時(shí)間越長(zhǎng)(yu chn)，損失就越大7。面對(duì)熱加工的一系列問題，非熱加工技術(shù)作為一個(gè)更安全的食品加工技術(shù)開始興起。非熱加工技術(shù)主要用于殺菌與鈍酶，包括超高壓、高壓脈沖電場(chǎng)、高壓二氧化碳、電離輻射、脈沖磁場(chǎng)等方法。與熱力殺菌相比，非熱加工對(duì)食品特別是熱敏性食品的色、香、味、功能性及營(yíng)養(yǎng)成分等具有很好的保護(hù)作用，能夠在很大程度上保證產(chǎn)品原有的新鮮度，特別是避免在加工

8、過程中生成對(duì)人體有害的物質(zhì)，并在一定程度上具有節(jié)約能源、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。目前，一些非熱加工技術(shù)如超高壓、高壓二氧化碳等在美國(guó)、日本、法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到了產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。同時(shí)，隨著研究的不斷深入，非熱加工技術(shù)的應(yīng)用范圍得到了拓寬，可用于食品功能成分的提取、食品大分子的改性等方面。1. 超高壓技術(shù)食品的超高壓處理，是指利用壓媒(通常是液體介質(zhì)，例如水)使食品在極高的壓力(例如100-1000 MPa)下產(chǎn)生酶失活、蛋白質(zhì)變性、淀粉糊化和微生物滅活等物理化學(xué)及生物效應(yīng)，從而達(dá)到滅菌和改性的物理過程。通常，將用超高壓處理的食品稱為超高壓食品。早在1899年，美國(guó)西Virginia大學(xué)化學(xué)家Berthite首

9、次發(fā)現(xiàn)450 MPa的高壓能延長(zhǎng)牛乳的保藏期；1914年美國(guó)物理學(xué)家Bridgeman提出靜水壓下卵白變硬和蛋白質(zhì)變性、凝固的報(bào)告，被認(rèn)為是超高壓食品處理技術(shù)的起源。該報(bào)告指出，白蛋白在500MPa作用下凝固，在700MPa下變成硬的凝膠狀態(tài)。由于當(dāng)時(shí)條件的限制，此后70多年來這一直未引起食品界的足夠重視。直到1987年在東京大學(xué)林力丸的倡導(dǎo)下，日本開始研究應(yīng)用超高壓殺滅食品中微生物的方法；1991年4月世界上第1個(gè)高壓食品果醬問世，引起了日本國(guó)內(nèi)的轟動(dòng)，被人們譽(yù)為21世紀(jì)食品。1.1 超高壓滅菌的基本原理 超高壓殺菌法，是先將食品原料配好以后，充填到柔軟的容器中密封，再投入到有數(shù)千靜水壓的超

10、高壓殺菌器中加壓處理的過程。 極高的靜壓會(huì)改變細(xì)胞的形態(tài)，包括細(xì)胞外形變長(zhǎng)，胞壁脫離細(xì)胞質(zhì)膜，無膜結(jié)構(gòu)細(xì)胞壁變厚。高壓對(duì)細(xì)胞膜、細(xì)胞壁都有影響。20-40MPa的壓力能使較大的細(xì)胞因受應(yīng)力作用細(xì)胞壁機(jī)械斷裂而松解；200 MPa的壓力下，細(xì)胞壁遭到破壞；300-400 MPa下，微生物的核膜和線粒體外膜受到破壞，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)胞膜功能劣化導(dǎo)致氨基酸攝取受到抑制。上述過程是一個(gè)純物理過程，幾乎完全是因?yàn)槌邏毫Φ淖饔茫矢邏簹⒕^程中，壓力問題成為一個(gè)重點(diǎn)，也成為一個(gè)難點(diǎn)。隨著壓力的增大(zn d)，微生物數(shù)量急劇下降，但對(duì)于某些食品殺菌，如果汁中易感染微生物革

11、蘭氏陽(yáng)性芽孢桿菌(gnjn)，它的芽孢和真菌(zhnjn)孢子以及某些致褐變酶的耐壓力很高，在室溫下需要1000 MPa甚至更高的壓力。但壓力過高，超高壓設(shè)備制造成本與其額定工作壓力呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系，設(shè)備器件使用壽命也會(huì)減短，故優(yōu)化殺菌條件，能降低工作壓力的超高壓協(xié)同技術(shù)是目前的一個(gè)研究重點(diǎn)。1.2 超高壓滅菌的特點(diǎn) 超高壓只能對(duì)非共價(jià)化學(xué)鍵產(chǎn)生作用，如離子鍵、氫鍵和疏水鍵，而共價(jià)鍵則不受影響。這樣，一方面可以破壞微生物的活動(dòng)，另一方面又不會(huì)對(duì)決定食品質(zhì)地或風(fēng)味的分子產(chǎn)生重大的影響。由于超高壓處理食品可以在室溫甚至低溫下進(jìn)行，是一個(gè)純物理過程，因此對(duì)食品的營(yíng)養(yǎng)成分、天然風(fēng)味以及色澤的破壞極小

12、，從而生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品9。1.3 超高壓滅菌的影響因素在超高壓殺菌過程中，由于食品成分和組織狀態(tài)十分復(fù)雜，因此要根據(jù)不同的食品對(duì)象采取不同的處理?xiàng)l件。一般情況下，影響超高壓殺菌的主要因素有：壓力大小、加壓時(shí)間、加壓溫度、pH值、水分活度、食品成分、微生物生長(zhǎng)階段和微生物種類等。 1.3.1壓力大小和加壓時(shí)間一般說來，在一定范圍內(nèi)，加壓時(shí)間越長(zhǎng)，壓力越高，滅菌效果就越好。Lucore等研究了環(huán)境條件對(duì)抑制大腸桿菌O157:H7的作用，用300，500，700MPa壓力處理，加壓時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，大腸桿菌O157:H7會(huì)被抑制5個(gè)數(shù)量級(jí)9。但是，由于每一種微生物都有自身耐受壓力的上限值，在該壓力下，增

13、加加壓的時(shí)間對(duì)微生物的失活率沒有多大影響。而只要達(dá)到或超過該壓力，增加保壓時(shí)間，微生物數(shù)量減少效果明顯，滅菌效果也有一定程度的提高。Calik等10研究了超高壓對(duì)牡蠣中副溶血弧菌(Vibrio parahaemolyticus)的作用，用平皿計(jì)數(shù)法測(cè)定了牡蠣加壓前后的副溶血弧菌數(shù)，最佳條件是500 MPa，施壓30s，此處理?xiàng)l件能將含菌量從109 cfu/ml降至10 cfu/ml。如果壓力降低，要取得同樣的效果，則加壓時(shí)間加長(zhǎng)，如將上述壓力降至350MPa，則需要14. 5 min，才能將含菌量10cfu/mL。細(xì)菌、霉菌、酵母菌在300MPa以上就可被殺滅，病毒在較低的壓力下也可失去活力。

14、對(duì)于芽孢菌，有的在1000 MPa的壓力下還可生存。而用低壓處理芽孢菌，反而會(huì)促進(jìn)芽孢發(fā)芽。1.3.2 加壓溫度由于微生物對(duì)溫度具有極強(qiáng)的敏感性，在食品處理過程中，受壓時(shí)的溫度對(duì)于殺菌效果的影響非常明顯。提高溫度，可以降低描述微生物致死反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的Arrhenius方程中致死平均活化能（酶平均鈍化能）Ea，即: lnk=lnk0-Ea/RT 其中：k反應(yīng)常數(shù)；k0初始常數(shù)；R波爾茨曼參數(shù)；T溫度；Ea酶平均鈍化能。由于溫度上升，Ea下降，從式中可以看出，Ea與反應(yīng)常數(shù)成反比關(guān)系，故不難分析，溫度上升，酶更容易鈍化。此外反應(yīng)常數(shù)k與溫度T成正比關(guān)系，也表明溫度升高將促進(jìn)酶鈍化。因此，提高溫度，可

15、以導(dǎo)致微生物細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和流動(dòng)性發(fā)生變化，生物大分子的疏水、氫鍵等相互作用減弱，磷脂的聚集狀態(tài)也發(fā)生變化，這就加速了微生物的致死速率。故在不影響產(chǎn)品品質(zhì)的溫度范圍內(nèi)( 60)，加熱或提高超高壓處理體系的溫度，能較大幅度提高殺菌效果。Kinugasa11等研究了高壓(goy)滅活茶提取物中的微生物時(shí)發(fā)現(xiàn)，耐熱芽孢桿菌芽孢在常溫下進(jìn)行(jnxng)加壓處理時(shí)，不會(huì)被滅活，但在較高的溫度下，300-700MPa壓力下會(huì)被滅活，徹底(chd)滅菌條件為700MPa，700。大多數(shù)微生物在低溫下耐壓程度降低，主要是因?yàn)閴毫κ沟玫蜏叵录?xì)胞因冰晶析出而破裂程度加劇。在低溫范圍內(nèi)高壓處理對(duì)保持食品的品質(zhì)較為有

16、利，特別是在減少熱敏性成分破壞的方面。因此，在低溫范圍內(nèi)用高壓處理食品引起了人們特別的關(guān)注。高橋觀二郎等11對(duì)包括芽孢菌等常見致病菌在內(nèi)的16種微生物的低溫高壓殺菌研究顯示，除了芽孢菌和金黃色葡萄球菌外，大多數(shù)微生物在-20條件下的高壓殺菌效果較20條件下的好。1.3.3 pH不同微生物對(duì)pH值的要求不一樣，不同的微生物也各自有最適宜的pH值。每種微生物在其最適生長(zhǎng)的pH值范圍內(nèi)時(shí)酶活性最高，如果其他條件適合，微生物的生長(zhǎng)速率也最高。因此，pH值是影響微生物在受壓條件下生存的因素之一。一般的微生物都適合在弱酸性至中性條件下生長(zhǎng)。隨著環(huán)境pH值的不斷變化，微生物生長(zhǎng)受阻。當(dāng)超過最適pH值的最高或

17、最低值時(shí)，微生物的耐壓性降低，將引起微生物的死亡，有利于超高壓對(duì)微生物的滅活。正是由于酸性環(huán)境不利于多數(shù)微生物的生長(zhǎng)，高濃度的氫離子會(huì)引起菌體表面蛋白質(zhì)和核酸水解，并破壞酶類活性，所以第一代的高壓食品大都以酸度較大的果醬、果汁為主。有報(bào)道12顯示，壓力會(huì)改變介質(zhì)的pH值，且逐漸減小微生物生長(zhǎng)的pH值范圍，如在68 MPa下，中性磷酸鹽緩沖液的pH值將降低0.4個(gè)單位。在利用超高壓技術(shù)加工食品時(shí)，應(yīng)考慮壓力與pH值對(duì)微生物的影響關(guān)系。1.3.4 水分活度不同類群微生物生長(zhǎng)繁殖的最低水分活度范圍不同，大多數(shù)細(xì)菌0.99-0.94，大多數(shù)霉菌為0.94-0.80，大多數(shù)耐鹽細(xì)菌為0.85，耐干燥霉菌

18、和耐高滲透壓酵母為0.65-0.60。在水分活度低于0.60時(shí)，絕大多數(shù)微生物就無法生長(zhǎng)13。水分活度(Aw)對(duì)高壓殺菌效果影響也很大。Rodriguez通過研究證明了水分活度對(duì)殺菌效果有顯著的影響作用，其影響作用因壓力大小而異，當(dāng)壓力為414MPa時(shí)，水分活度從0.99降至0.91，殺菌作用減弱14。低水分活度產(chǎn)生細(xì)胞收縮和對(duì)生長(zhǎng)的抑制作用，從而使更多的細(xì)胞在壓力中存活下來15。微生物的耐壓程度與含有的Aw大小有密切的關(guān)系，當(dāng)用超高壓殺菌技術(shù)處理固體與半固體食品時(shí)，考慮Aw的大小十分關(guān)鍵。1.3.5 食品組分 各種食品的物理、化學(xué)性質(zhì)不同，使用的壓力要求也不一樣。在高壓下，食品的化學(xué)成分對(duì)殺

19、菌效果有顯著的影響。蛋白質(zhì)、碳水化合物以及脂類對(duì)微生物具有保護(hù)作用。Takahashi研究了低溫下共存物對(duì)超高壓殺菌效果的影響，選用的物質(zhì)有氯化鈉，蛋清等，在不同的壓力和溫度下處理，均證明這些物質(zhì)的存在可以提高微生物的存活率。一般而言，食品中鹽和蛋白質(zhì)的濃度越高，營(yíng)養(yǎng)成分越豐富，食品中的微生物在高壓下的耐壓性就越強(qiáng)。食品基質(zhì)中含有的添加劑組分對(duì)超高壓殺菌結(jié)果影響也很大。這些添加劑不是保護(hù)微生物的存在的，如Ni乳酸鏈球菌肽具有破壞革蘭氏陽(yáng)性菌的專一性，是天然的抗菌防腐劑，對(duì)人體無害。在利用超高壓對(duì)食品進(jìn)行殺菌處理時(shí)，適當(dāng)?shù)目紤]使用天然抑菌劑，可以降低處理壓力，提高效率。另外，添加脂肪酸醋、蔗糖醋

20、或者乙醇等添加劑，也將提高加壓殺菌的效果。1.3.6 施壓方式(fngsh)在超高壓殺菌處理中，由于(yuy)不同微生物的耐壓特性各異，特別是產(chǎn)芽抱革蘭氏陽(yáng)性菌的芽孢特別耐壓，而延長(zhǎng)保壓時(shí)間對(duì)微生物的致死率影響不大，但是間歇式重復(fù)加壓的超高壓處理效果明顯。脈沖加壓可以使被處理微生物的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、代謝酶和核酸(h sun)的損傷累積?？焖俚纳龎汉徒祲簻p小上述物質(zhì)對(duì)環(huán)境條件的響應(yīng)能力，從而降低適應(yīng)性，微生物薄弱位點(diǎn)的損傷加劇。研究認(rèn)為12，對(duì)于耐壓性極高的芽抱，第1次加壓會(huì)引起芽孢菌發(fā)芽，第2次加壓則使這些發(fā)芽而成的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞被殺死。因而，對(duì)易受芽孢菌污染的食物用超高壓多次重復(fù)短時(shí)處理，殺滅芽孢

21、效果好。Hayakawa等研究了嗜熱脂肪芽孢桿菌（Bacillus stearothermophilus)的失活情況，通過研究得出重復(fù)的壓力處理比較有效，600MPa的壓力、70條件下處理5 min，如此重復(fù)6次，可使含嗜熱脂肪芽孢桿菌量為106/g的樣品全部滅菌12。另外，低壓處理對(duì)芽孢有活化作用，促使芽孢發(fā)芽，從而使其喪失耐壓性，重復(fù)壓力處理具有明顯殺滅孢子的作用。1.3.7 微生物種類 由于不同微生物的耐壓性有差別，一般來說，各種微生物的耐壓性強(qiáng)弱依次為革蘭氏陽(yáng)性菌、革蘭氏陰性菌、真菌，而耐高溫的微生物耐高壓的能力也較強(qiáng)，各種食品微生物的耐壓性一般較差。但革蘭氏陽(yáng)性菌屬和梭狀芽孢桿菌屬的

22、芽孢最耐壓，可高達(dá)1000MPa11。微生物在不同的生長(zhǎng)時(shí)期，對(duì)高壓的耐受情況也不一樣。對(duì)同種微生物而言，處于對(duì)數(shù)指數(shù)期的微生物比處于靜止生長(zhǎng)期的微生物對(duì)壓力更為敏感。由于芽孢耐壓性強(qiáng)，殺死芽孢則需要更高的壓力或結(jié)合其他處理方式。1.4 超高壓設(shè)備 作為超高壓技術(shù)關(guān)鍵的超高壓容器，其價(jià)格是此技術(shù)在食品工業(yè)能否應(yīng)用的關(guān)鍵問題。首先，制造技術(shù)要求嚴(yán)、材料性能要求高，從而使成本很高。據(jù)了解，國(guó)內(nèi)只有為數(shù)不多的廠家能整體鍛造超高壓容器，制作容器的材料只有少數(shù)軍工企業(yè)才能提供。其次，比CIP設(shè)備更高的承壓要求容器更加龐大，價(jià)格進(jìn)一步增加。超高壓殺菌裝置的特點(diǎn)是，承受很高的操作壓力（150-1000MPa

23、），循環(huán)載荷次數(shù)多（連續(xù)工作，通常為215次/h）。因此，超高壓設(shè)備應(yīng)從以下幾方而進(jìn)行優(yōu)化:材料：超高壓容器及其密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須正確合理地選用材料，保證其足夠的力學(xué)強(qiáng)度，高的斷裂韌性，低的回火脆性和時(shí)效脆性，一定的抗應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞性能。所以大力開發(fā)新的高強(qiáng)度材料和制造工藝，也是減小容器質(zhì)量、降低容器費(fèi)用的又一個(gè)措施。特殊設(shè)計(jì)：鑒于食品加工工業(yè)中的特殊要求，即要有一定的處理能力和較短的單位生產(chǎn)時(shí)間，有效保證產(chǎn)品的高質(zhì)量要求，故而要設(shè)法縮短生產(chǎn)附加時(shí)間(如密封裝置的開啟時(shí)間)，把裝置設(shè)計(jì)成便于快裝快卸操作的輕便形式。輕型化結(jié)構(gòu)(jigu)高壓筒體制造困難且價(jià)格昂貴，探求其合理的輕型化結(jié)構(gòu)也有

24、著很重要的經(jīng)濟(jì)意義。2. 高壓(goy)脈沖電場(chǎng)技術(shù)(jsh) 高壓脈沖電場(chǎng)（Pulsed Electric Field，簡(jiǎn)稱PEF）處理是對(duì)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2080KV/cm）進(jìn)行處理的過程。與傳統(tǒng)的食品熱加工方式相比，PEF具有處理溫度低、時(shí)間短、能耗低、污染小、能更好的保持食品品質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)特性等優(yōu)點(diǎn)，工業(yè)化前景十分看好2。2.1 PEF的產(chǎn)生及影響因素2.1.1 PEF的產(chǎn)生高壓脈沖電場(chǎng)的獲得有兩種方法：一種是利用特定的高頻高壓變壓器來得到持續(xù)的高壓脈沖電場(chǎng)，用這種原理制作大型設(shè)備有很多困難。另一種是利用LC振蕩電路的原理來形成高壓脈沖電場(chǎng)，利用自動(dòng)控制裝置

25、對(duì)LC振蕩電路進(jìn)行連續(xù)的充電與放電，可在幾十毫秒內(nèi)完成殺菌處理，所以應(yīng)用較多。殺菌用高壓脈沖電場(chǎng)的強(qiáng)度一般為15-100kV/cm，脈沖頻率為1-100kHz，放電頻率為1-20Hz。2.2 PEF技術(shù)在殺菌和滅酶方面的應(yīng)用2.2.1 PEF殺菌作用機(jī)理 目前，對(duì)PEF殺菌的許多研究表明，細(xì)胞膜不可逆破損是使細(xì)胞失活的直接原因。關(guān)于細(xì)胞膜破損的機(jī)制有很多理論假說，包括膜的介電擊穿理論、電穿孔理論、電機(jī)械壓縮及不穩(wěn)定理論、滲透不平衡理論、粘彈性模型、親脂親水性孔轉(zhuǎn)化理論、構(gòu)形轉(zhuǎn)化理論等18。眾假說各有特點(diǎn)并都有一定的研究結(jié)果支持，其中，介電擊穿、電穿孔理論是得到普遍認(rèn)同的提法，在具體機(jī)理上與其他

26、假說也有很大共通性。1）介電擊穿理論：介電擊穿理論認(rèn)為，細(xì)胞膜是一個(gè)電容器，細(xì)胞膜的雙層結(jié)構(gòu)可看作一種電介質(zhì)材料，其電介質(zhì)常數(shù)(K)很小(一般只有2，而水為80)，自山電荷可聚積在膜兩側(cè)表面，但不能達(dá)到很高濃度。電場(chǎng)作用時(shí)，將導(dǎo)致跨膜電勢(shì)的提高。由于膜的兩表面釋放的電荷是相反的，會(huì)產(chǎn)生電荷的相互吸引作用，這種相互吸引會(huì)使膜厚度減小，即膜兩面上的電荷間距離也變小，相應(yīng)的電荷吸引作用隨之變大。隨著膜的壓縮程度提高，膜會(huì)產(chǎn)生反方向的彈性或黏彈性回復(fù)力，當(dāng)導(dǎo)致膜厚度降低的電壓縮力的增大強(qiáng)于彈性回復(fù)力時(shí)，膜上會(huì)產(chǎn)生破損，這是一種內(nèi)陷的破損作用19。2）電穿孔理論：電穿孔是指細(xì)胞在PEF作用下，細(xì)胞膜上會(huì)

27、出現(xiàn)小孔，其結(jié)果將導(dǎo)致細(xì)胞膜正常的選擇性透過屏障出現(xiàn)部分或完全地被破壞。細(xì)胞膜山磷脂雙分子層及蛋白質(zhì)組成，存在蛋白質(zhì)通道、孔、泵送結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)通道的開關(guān)決定于跨膜電勢(shì)20, 21。蛋白質(zhì)通道的開口電壓為50 mV左右，小于磷脂雙分子層的介電強(qiáng)度。在PEF作用下，在跨膜電勢(shì)達(dá)到磷脂雙分子層擊穿電壓(150 mV-500 mV)前，許多電壓敏感的蛋白質(zhì)通道將會(huì)打開。而蛋白質(zhì)通道一旦打開，將會(huì)經(jīng)受比設(shè)定值大得多的電流，其結(jié)果是由于焦耳熱作用或功能團(tuán)的電改性，蛋白質(zhì)通道形成了不可逆的破壞。磷脂雙分子層山于磷脂分子的帶電性及雙分子層對(duì)離子的可穿透性，對(duì)電場(chǎng)作用敏感。電荷使得磷脂分子在高強(qiáng)度電場(chǎng)作用下重新

28、定向，產(chǎn)生了親水性的孔，破壞了雙分子層抗離子的屏障。親水性孔可以通過電流，從而產(chǎn)生焦耳熱使磷脂雙分子層發(fā)生相轉(zhuǎn)變20-22。由此，細(xì)胞膜上的電穿孔在蛋白質(zhì)通道和磷脂雙分子層中都出現(xiàn)了。孔在形成后，其尺寸隨電場(chǎng)強(qiáng)度、處理時(shí)間的增大而擴(kuò)大。2.2.2 PEF殺菌系統(tǒng)(xtng)裝置1）高壓脈沖(michng)發(fā)生器：高壓脈沖發(fā)生器主要包括高壓直流電源和高壓脈沖波形兩大部分。高壓直流電源的作用就是將電網(wǎng)輸入的220 V的交流電源通過逆變壓器變成幾十千伏(qin f)的交流電，然后經(jīng)過整流變成高壓直流電23。一般來說，PFF殺菌系統(tǒng)的高壓脈沖波形可以使用方波、指數(shù)衰減波、鐘形波等幾種形式，目前常用的是

29、指數(shù)脈沖，它由電阻一電容組成的電路產(chǎn)生，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，價(jià)格比較便宜，適宜于工業(yè)化應(yīng)用24。2）處理室：處理室是PFF殺菌系統(tǒng)的重要組成部分，它最基木的功能就是放置待處理的物料和安放電極。一個(gè)PFF處理室一般有2個(gè)電極，以及裝載電極的絕緣材料構(gòu)成。根據(jù)物料是否流動(dòng)，處理室分為靜態(tài)式和連續(xù)式;根據(jù)電極形式分為平板式、同軸式和共場(chǎng)式3種。處理室設(shè)計(jì)遵循的總體原則，大致可以歸納為：電場(chǎng)分布均勻；不易放電且適用于各種食品物料；腔體直徑的大小應(yīng)盡量滿足物料處理量的要求而不能造成負(fù)載過小。同時(shí)在設(shè)計(jì)處理室時(shí)還應(yīng)考慮如何使樣品更容易注入處理室和減小處理室的復(fù)雜性25。2.2.3 影響PEF殺菌作用的關(guān)鍵因素

30、影響PEF殺菌效果的關(guān)鍵因素可分為處理參數(shù)、被處理介質(zhì)條件、微生物性質(zhì)3大類。1）處理參數(shù)的影響：對(duì)PEF殺菌技術(shù)而言，高的殺菌效果和盡量低的溫升是最理想的。選擇短脈沖、雙極性、方形波的電脈沖條件，會(huì)獲得較好的殺菌效果。電場(chǎng)強(qiáng)度和處理時(shí)間是PEF殺菌技術(shù)的重要影響因素，提高電場(chǎng)強(qiáng)度和延長(zhǎng)總處理時(shí)間會(huì)提高殺菌效果，但這樣的處理同時(shí)也會(huì)帶來處理介質(zhì)升溫較大的問題。因此，適當(dāng)選擇處理參數(shù)和良好的處理裝置設(shè)計(jì)對(duì)PEF殺菌處理是十分重要的。2）被處理介質(zhì)條件的影響：被處理介質(zhì)的狀態(tài)對(duì)PEF的處理效果影響很大。目前.利用PEF殺菌技術(shù)來處理的介質(zhì)除水外。最多的是液態(tài)食品，如，牛奶、脫脂奶、酸奶、橙汁、蘋果

31、汁、果酒、液態(tài)全蛋、豆湯等，這類液態(tài)食品的理化性質(zhì)，特別是電導(dǎo)率、pH值、離子強(qiáng)度、溫度、Aw等都與殺菌效率有關(guān)。低電導(dǎo)率的液態(tài)食品需要的功率低，引起升溫也小，因而，用PEF處理比較有效。3）微生物特性的影響：目前，在對(duì)PEF殺菌技術(shù)的研究中，所涉及的微生物種類很多，主要有:大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、產(chǎn)氣腸桿菌、植物乳酸菌、枯草芽孢桿菌、微球菌、沙門氏菌、假單孢菌、李斯特菌、酵母、耶爾森氏小腸結(jié)腸炎菌等等。有關(guān)研究結(jié)果表明，微生物種類、生長(zhǎng)階段、大小、形狀等都對(duì)PEF殺菌效率有影響?？偟膩碚f，處于指數(shù)生長(zhǎng)階段的微生物對(duì)PEF的作用最敏感；革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌比陰性細(xì)菌對(duì)PEF更有耐受性；細(xì)菌比酵母更

32、有耐受性。微生物在處理介質(zhì)中的存在狀態(tài)也影響殺菌效果，附著的細(xì)菌比游離的細(xì)胞有更大的失活率。芽孢比營(yíng)養(yǎng)體在PEF作用下具有更強(qiáng)的耐受力。2.3 PEF在食品(shpn)預(yù)處理中的應(yīng)用2.3.1對(duì)食品干燥(gnzo)的影響果蔬(u sh)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。王維琴等26研究了高壓脈沖電場(chǎng)預(yù)處理對(duì)甘薯干燥的影響。經(jīng)PEF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(chǎng)強(qiáng)和脈沖數(shù)目小成正比關(guān)系。在高壓脈沖電場(chǎng)處理中，電場(chǎng)強(qiáng)度和脈沖數(shù)對(duì)干燥速率都有影響，其影響規(guī)律是：電場(chǎng)強(qiáng)度為2kV/cm，脈沖數(shù)為7

33、0個(gè)和脈沖數(shù)為50個(gè)而電場(chǎng)強(qiáng)度為1kV/cm時(shí)，有較高的熱風(fēng)干燥速率和較低的含水率。2.3.1 對(duì)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(huì)發(fā)生各種物理、化學(xué)變化，影響食品的品質(zhì)。利用PEF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(qiáng)度的高壓靜電場(chǎng)對(duì)微生物具有抑制和滅殺的作用，有利于食品品質(zhì)的保護(hù)。方勝等研究發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)脈沖頻率對(duì)解凍時(shí)間縮短百分率影響小顯著，電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)冰解凍時(shí)間縮短百分率的影響比較明顯。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度為5kV/cm時(shí)，解凍時(shí)間僅僅縮短1.3%而當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度增大到22kV/cm時(shí)，解凍時(shí)間縮短7

34、.4%。此外對(duì)凍豆腐、凍肉等冰凍食品都有明顯解凍作用27。2.3.3 對(duì)酒的快速陳化的影響殷涌光等28利用高電壓脈沖電場(chǎng)對(duì)白酒進(jìn)行催陳研究。結(jié)果表明，高電壓脈沖電場(chǎng)可以使白酒快速催陳，操作簡(jiǎn)便，速度快；高電壓脈沖電場(chǎng)催陳的最佳參數(shù)為脈沖數(shù)50個(gè)，場(chǎng)強(qiáng)E=25kV/cm，助劑濃度1.0 X 10-6mol/L。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 PEF技術(shù)在天然產(chǎn)物成分提取方面的應(yīng)用 天然產(chǎn)物為動(dòng)物、植物、昆蟲、海洋生物及微生物主代謝和次生代謝的化學(xué)物質(zhì)。山于天然產(chǎn)物小穩(wěn)定，許多具有生理活性的化介物一旦離開機(jī)體，很容

35、易變性、破壞，在生產(chǎn)過程中要小心地保護(hù)這些化介物的生理活性，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(jìn)行。高壓脈沖電場(chǎng)可在瞬間使被處理細(xì)胞的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜電位混亂，改變其通透性甚至可擊穿細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，使其發(fā)生小可逆破壞，造成細(xì)胞新陳代謝紊亂、細(xì)胞中生長(zhǎng)的必須組分流出，成為一門新興的提取技術(shù)。3. 脈沖強(qiáng)光技術(shù)(pulsed light, PL)脈沖強(qiáng)光殺菌是采用脈沖的強(qiáng)烈白光閃照方法進(jìn)行滅菌的技術(shù)，其最基本的結(jié)構(gòu)是動(dòng)力單元和惰性氣體燈單元。通過由動(dòng)力單元向惰性氣體燈單元提供高電壓高電流脈沖，以使惰性氣體燈發(fā)出與太陽(yáng)光譜相反、但強(qiáng)度更強(qiáng)的紫外線至紅外線區(qū)

36、域光進(jìn)行殺菌29。脈沖光使用高強(qiáng)度白光的極短脈沖，殺死食品表面的微生物。該高強(qiáng)度的白光類似陽(yáng)光，但僅以幾分之一秒鐘的速度反射出來，比陽(yáng)光更強(qiáng)，能迅速殺死細(xì)菌。脈沖強(qiáng)光能有效殺滅暴露在食品和包裝材料表而或水中的細(xì)菌、霉菌、抱子、病毒、原生質(zhì)、休眠抱子等各類微生物以及食品中的內(nèi)源酶，是一種無汞、低熱、無副產(chǎn)物的新型殺菌技術(shù)。脈沖強(qiáng)光殺菌技術(shù)是近年出現(xiàn)的對(duì)食品表面、包裝材料及器械進(jìn)行快速滅菌的一種非熱物理殺菌新技術(shù)，它利用惰性氣體燈發(fā)出與太陽(yáng)光譜相近、波譜范圍由紫外線至紅外線區(qū)域(qy)的強(qiáng)烈脈沖閃光來殺滅固體表面、氣體和透明液體中的微生物。3.1 PL的殺菌(sh jn)機(jī)理脈沖強(qiáng)光殺菌是利用脈沖

37、的強(qiáng)烈白光閃照方法進(jìn)行滅菌的技術(shù)。脈沖強(qiáng)光殺菌的原理是：將可見光、紅外線和紫外線協(xié)同作用于微生物，通過閃照時(shí)瞬時(shí)的、高強(qiáng)度的脈沖光能量對(duì)微生物細(xì)胞壁蛋白質(zhì)和核酸活性結(jié)構(gòu)的作用，使細(xì)胞變性、失去生物活性，抑制其生長(zhǎng)繁殖，從而達(dá)到(d do)殺菌目的。其殺菌作用主要?dú)w因于光熱、光化學(xué)效應(yīng)，大多數(shù)研究認(rèn)為其殺菌作用主要依賴于光化學(xué)效應(yīng)。脈沖強(qiáng)光包括25%的紫外光譜，這些紫外光對(duì)殺菌具有非常重要的作用。有試驗(yàn)研究表明，如果將脈沖強(qiáng)光通過一個(gè)可以去除波長(zhǎng)320 nm以下紫外光區(qū)的濾光器，過濾后的脈沖強(qiáng)光將失去殺菌作用。微生物經(jīng)脈沖強(qiáng)光照射后，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)發(fā)生變化而失活。Wang等29認(rèn)為微生物經(jīng)過PL處理

38、后，DNA吸收紫外光產(chǎn)生的光化學(xué)反應(yīng)是微生物失活的主要原因。在樣品溫度不變的條件下，Rowan等30研究PL殺菌效果，認(rèn)為PL的殺菌作用歸因于短波長(zhǎng)紫外光的光化學(xué)作用。紫外殺菌能破壞細(xì)菌的嘧啶二聚體結(jié)構(gòu)(其中主要是胸腺嘧啶)，結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的二聚體能抑制新的DNA鏈形成，從而使微生物失活；此外，紫外光處理主要可導(dǎo)致細(xì)菌芽孢形成“芽孢光照產(chǎn)物”，DNA的單鏈、雙鏈、環(huán)丁烷嘧啶二聚體破壞。目前，大多學(xué)者認(rèn)為PL殺菌是一個(gè)多靶處理過程，DNA變性是導(dǎo)致微生物死亡的主要原因，同時(shí)還伴隨著細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)的破壞。3.2 脈沖強(qiáng)光殺菌效果 與傳統(tǒng)的殺菌方法相比，脈沖強(qiáng)光殺菌技術(shù)具有殺菌處理時(shí)間短(

39、一般處理時(shí)間是幾秒到幾十秒)、殘留少、對(duì)環(huán)境污染小、不與物料和器械直接接觸、操作容易控制等特點(diǎn)。針對(duì)食品中的化學(xué)成分(包括營(yíng)養(yǎng)成分)及微生物菌群變化進(jìn)行的大量試驗(yàn)，證明脈沖強(qiáng)光處理食品具有安全可靠性。3.2.1脈沖強(qiáng)光可有效減少食品表而的微生物數(shù)量。 脈沖強(qiáng)光具有極高的峰值能量，就像是閃電，把相同的能量以高峰值的形式瞬間釋放，穿透食品的包裝，徹底破壞微生物DNA。Joseph等研究結(jié)果表明，脈沖強(qiáng)光能殺死大多數(shù)的微生物，比傳統(tǒng)的紫外燈效率高，可用于延長(zhǎng)以透明物料包裝的食品及新鮮食品的貨架期，具有很好的發(fā)展前景。3.2.2脈沖強(qiáng)光能使食品中的酶鈍化 研究表明，脈沖強(qiáng)光閃照40次后，淀粉酶活力降7

40、0%、蛋白酶活力下降90%。Dunn等用3J/cm2的脈沖強(qiáng)光對(duì)鮮馬鈴薯切片進(jìn)行2-5次處理后，避免了馬鈴薯片表而發(fā)生褐變.而對(duì)照組褐變嚴(yán)重。這表了馬鈴薯片表而發(fā)生褐變，而對(duì)照組褐變嚴(yán)重，這表明脈沖強(qiáng)光可以抑制多酚氧化酶(PPO)活性，避免果蔬褐變。3.2.3脈沖強(qiáng)光對(duì)食品中營(yíng)養(yǎng)成分的影響很小 脈沖強(qiáng)光低溫特性有助于保持被處理食品的風(fēng)味，且脈沖強(qiáng)光只作用于食品的表而，從而對(duì)食品的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分影響很小。經(jīng)脈沖光處理的食品與未處理的相比，其中的化學(xué)成分和營(yíng)養(yǎng)特性沒有顯著變化。有研究表明，脈沖強(qiáng)光對(duì)油脂，L-酪氨酸、葡萄糖、淀粉及VC均不造成明顯的破壞。4. 低溫(dwn)等離子體(dnglzt)

41、殺菌技術(shù)(jsh)等離子體是由部分電子被剝奪后的原子，以及原子被電離后，產(chǎn)生的負(fù)電子組成的離子化氣體狀物質(zhì)(主要由電子、正負(fù)離子、基態(tài)原子、激發(fā)態(tài)原子、活性自由基、射線鄂組成，其中正負(fù)電荷總數(shù)相等，呈電中性，因而稱為等離子體。它是除去固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。按照帶電粒子溫度的相對(duì)高低，實(shí)驗(yàn)室等離子體可分為高溫等離子體和低溫等離子體。低溫等離子體的基本特點(diǎn)是系統(tǒng)主要由帶電粒子支配，受外部電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)的影響，存在多種基元過程及等離子體與固體表而的相互作用，具有獨(dú)特的光、熱、電等物理性質(zhì)，可產(chǎn)生多種物理、化學(xué)過程?，F(xiàn)有的幾種低溫等離子體包括：電暈放電等離子體(CDP)、介質(zhì)阻擋放

42、電等離子體(DBDP)、常壓等離子體射流(APPJ)、微波等離子體、滑動(dòng)弧等離子體，以及以介質(zhì)阻擋放電（DBD)為基礎(chǔ)的高阻抗阻擋放電等離子體(RBDP)和瀑式介質(zhì)阻擋放電等離子體(CDBDP)等。4.1 低溫等離子體殺菌機(jī)理采用等離子體殺菌是一種光譜滅菌新技術(shù)，它可殺死多種類型的微生物，且殺菌效果明顯。雖然大量實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)了等離子體對(duì)細(xì)菌、芽孢、真菌、病毒等微生物具有強(qiáng)大的殺滅作用，但其殺菌機(jī)制還不十分明確，各種觀點(diǎn)還不統(tǒng)一。目前仍停留在只是以等離子體場(chǎng)中活性物種混存下的表觀反應(yīng)結(jié)果為依據(jù)作出的推測(cè)，尚未能建立起具有普遍說服力的滅菌機(jī)理。一般認(rèn)為，等離子體的殺菌機(jī)制與其含有帶電粒子(電子、離

43、子)、活性物質(zhì)(分子、激發(fā)態(tài)原子、亞穩(wěn)態(tài)原子、自由驀以及紫外線和其它射線有關(guān)。Mendis31研究組指出，帶電粒子可能在細(xì)胞外膜表面積累，產(chǎn)生超過細(xì)胞膜自身張力的靜電力，從而引起細(xì)胞破裂，并預(yù)言革蘭氏陰性菌發(fā)生這種破裂的可能性較大。4.1.1帶電粒子帶電粒子轟擊微生物，可直接破壞其蛋白質(zhì)、核酸等大分子物質(zhì)，使微生物死亡。Mendis等31認(rèn)為，帶電粒子在殺菌過程中起著重要作用，它可能積累在細(xì)胞外膜表面，從而產(chǎn)生超過細(xì)胞膜自身張力的靜電力，引起細(xì)胞破裂，達(dá)到滅活作用。4.1.2 活性物質(zhì)活性物質(zhì)(如活性氧、自由基團(tuán)等)與微生物中的蛋白質(zhì)和核酸反應(yīng)，擾亂微生物的正常功能。如Laroussi等32認(rèn)

44、為，可能是活性粒子穿透外膜屏障，直接與孢內(nèi)生命物質(zhì)作用導(dǎo)致細(xì)胞死亡。吳旭琴等33通過大腸桿菌細(xì)胞壁及外膜的破裂證明，活性自由基在常壓低溫等離子體(CAPPJ)引起微生物細(xì)胞破裂機(jī)制中發(fā)揮主要作用。4.1.3紫外輻射在等離子體產(chǎn)生的過程中，由于輝光放電，可放出大量紫外線。紫外線可通過干擾細(xì)胞DNA中胸腺嘧啶的形成來抑制細(xì)菌的再繁殖，也可以破壞蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)，使蛋白質(zhì)失去生物學(xué)活性。但是，紫外線只有在波長(zhǎng)小于280 nm且劑量足夠大時(shí)才能殺死細(xì)菌。Laroussi32認(rèn)為，等離子體殺菌過程中，有電磁輻射、粒子輻射和紫外輻射3種，其中紫外線在波長(zhǎng)230-240 nm的殺菌效果最好。綜上所述，等離

45、子體滅菌(mi jn)是在微生物外層壁發(fā)生的物理濺射、活性物質(zhì)的化學(xué)降解以及紫外線的協(xié)同作用過程，各類等離子體在滅菌中的規(guī)律和作用尚未完全探明。5. 其他(qt)5.1 紫外線殺菌(sh jn)技術(shù) 紫外線是德國(guó)物理學(xué)家Rittle在1802年發(fā)現(xiàn)的，但其應(yīng)用一直未能得到開發(fā)，直到木世紀(jì)60年代到70年代才開始對(duì)它進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)研究。目前研究應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，其中在食品殺菌中得到廣泛應(yīng)用，且效果良好。 紫外線按其波長(zhǎng)不同可分為3段:長(zhǎng)波段(320-400nm)，中波(275-320nm)，短波段(180-275nm)，處于24002800人區(qū)段的紫外線殺菌力較強(qiáng)，而最強(qiáng)的波長(zhǎng)為250-265nm

46、，多以253nm作為紫外線殺菌的波長(zhǎng)。 當(dāng)微生物被紫外線照射時(shí)，其細(xì)胞的部分氨基酸和核酸吸收紫外線，產(chǎn)生光化學(xué)作用，引起細(xì)胞內(nèi)成分，特別是核酸、原漿蛋白、酉旨的化學(xué)變化，使細(xì)胞質(zhì)變性，從而導(dǎo)致微生物的死亡。紫外線進(jìn)行直線傳播，其強(qiáng)度與距離平方成比例地減弱，并可被不同的表面反射，穿透力弱，廣泛用于空氣、水及食品表面、食品包裝材料、食品加工車間、設(shè)備、器具、工作臺(tái)的滅菌處理。5.2 輻照殺菌 放射線同位素放出的射線通常有、三種射線，用于食品內(nèi)部殺菌的只有射線。射線是一種波長(zhǎng)極短的電磁波，對(duì)物體有較強(qiáng)的穿透力，微生物的細(xì)胞質(zhì)在一定強(qiáng)度射線輻照下，沒有一種結(jié)構(gòu)不受影響，因而產(chǎn)生變異或死亡。微生物代謝的

47、核酸代謝環(huán)節(jié)能被射線抑制，蛋白質(zhì)因照射作用而發(fā)生變性，其繁殖機(jī)能受到最大的損害。采用輻照，不但殺菌范圍廣，而且對(duì)細(xì)菌的破壞力也很強(qiáng)，只有極少量的病菌在輻照后能夠存活下來，但其數(shù)量己不足以對(duì)人體構(gòu)成危害。食品經(jīng)過輻照后至少可以使99. 9%種常見的以食物為載體的病菌失去活性。由于輻射技術(shù)殺菌效果顯著，美國(guó)許多醫(yī)院對(duì)抵抗力差的病人的食物進(jìn)行了輻射處理。5.3 微波殺菌 微波是指頻率從300MHz-300GMHz的電磁波。當(dāng)它在介質(zhì)內(nèi)部起作用時(shí)，水、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等極性分子受到交變電場(chǎng)的作用而劇烈振蕩，引起強(qiáng)烈的摩擦而產(chǎn)生熱，這就是微波的介電感應(yīng)加熱效應(yīng)。 微波殺菌不僅具有熱效應(yīng)，還具有非

48、熱力生物效應(yīng)。新的研究認(rèn)為，微波能破壞微生物的機(jī)體，使活體組織變性，最終導(dǎo)致微生物死亡。微波對(duì)微生物的熱效應(yīng)是使蛋白質(zhì)變性，使微生物失去營(yíng)養(yǎng)、繁殖和生存的條件而死亡；非熱效應(yīng)是微波電場(chǎng)改變細(xì)胞膜的斷面的電位分布，影響細(xì)胞周圍電子和離子濃度，從而改變細(xì)胞膜的通透性，微生物從此營(yíng)養(yǎng)不良，不能正常新陳代謝，微生物結(jié)構(gòu)功能紊亂，生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制而死亡。利用微波殺菌，容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，不影響食物原有的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分，并由于其穿透性好的特點(diǎn)，可進(jìn)行包裝后殺菌。目前，己被應(yīng)用于食品工業(yè)中比較先進(jìn)的微波處理系統(tǒng)主要是由微波發(fā)生器、波導(dǎo)管連接器及處理室等部分構(gòu)成，它能夠以食品內(nèi)極微小的溫度差異，對(duì)連續(xù)流動(dòng)的食品

49、進(jìn)行快速(kui s)的殺菌處理。當(dāng)然，目前的微波保鮮技術(shù)也還存在一些不足，例如它對(duì)某些(mu xi)肉食品保鮮效果不明顯，對(duì)某些食品的營(yíng)養(yǎng)成分也有一些影響。5.4 臭氧(chuyng)殺菌 臭氧氧化力極強(qiáng)，僅次于氟，能迅速分解有害物質(zhì)，殺菌能力是氯的600-3000倍，其分解后迅速地還原成氧氣。臭氧技術(shù)在美國(guó)、日本和歐洲的發(fā)達(dá)國(guó)家中早就得到了廣泛應(yīng)用，是殺菌消毒、污水處、水質(zhì)凈化、食品儲(chǔ)存、醫(yī)療消毒等方面的首選技術(shù)。試驗(yàn)證明，臭氧水是一種廣譜殺菌劑。它能在短時(shí)間內(nèi)有效地殺滅大腸桿菌、蠟桿菌、痢疾桿菌、傷寒桿菌、流腦雙球菌等一般病菌以及流感病毒、肝炎病毒等多種微生物?？蓺⑺篮脱趸~、肉、瓜果蔬

50、菜、食品表面能產(chǎn)生異變的各種微生物和果蔬脫離母體后繼續(xù)進(jìn)行生命活動(dòng)的微生物，延長(zhǎng)保鮮期。利用臭氧水洗滌蔬菜瓜果，可以有效清除其表面的殘留農(nóng)藥、細(xì)菌、微生物及有機(jī)物，解決農(nóng)藥給人們帶來的隱患。同時(shí)避免了用洗潔凈洗滌瓜果蔬菜帶來的二次污染，能徹底殺滅水中的細(xì)菌，消除有機(jī)物，凈化飲水，除去水中及被清洗物的異味、臭味。5.5 高壓二氧化碳?xì)⒕?二氧化碳是一種天然抗微生物劑，單獨(dú)作用能抑制微生物生長(zhǎng)，但不能殺死微生物，與壓力結(jié)合則能達(dá)到有效的殺菌。而對(duì)于微生物，高濃度的二氧化碳和低pH能抑制微生物生長(zhǎng)，同時(shí)高壓作用下二氧化碳擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞，當(dāng)卸壓時(shí)，二氧化碳迅速由液體變?yōu)闅怏w，導(dǎo)致微生物細(xì)胞膜反壓破裂

51、，從而殺死微生物。5.6 超聲非熱加工技術(shù)5.6.1超聲提取加工技術(shù) 超聲波對(duì)各種成分的提取分離的強(qiáng)化作用主要源于空化作用和機(jī)械效應(yīng)，超聲空化現(xiàn)象中微小氣泡的爆裂會(huì)產(chǎn)生極大的壓力，使植物細(xì)胞壁及整個(gè)生物體的破裂在瞬問完成，大大縮短了破碎時(shí)問，同時(shí)超聲波產(chǎn)生的振動(dòng)作用加強(qiáng)了胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴(kuò)散和溶解，可顯著提高提取效率。與常規(guī)提取方法相比，超聲波提取技術(shù)具有提取效率高、提取時(shí)問短、能耗低以及產(chǎn)品收率高等優(yōu)點(diǎn)。5.6.2超聲波乳化和均質(zhì)乳化是一種液體以極微小液滴均勻地分散在互不相溶的另一種液體中，形成乳濁液的過程。超聲乳化是利用超聲的空化作用和機(jī)械效應(yīng)，剪切大分子或液體中的分散相，使其均質(zhì)達(dá)到乳化

52、的效果；此外，超聲波的作用還能夠使一些不溶于水的物質(zhì)活性增加，從而在水中分散均勻或溶解，在幾乎不使用穩(wěn)定劑的情況下保持乳濁體系的穩(wěn)定。與其他方法相比，超聲乳化具有許多優(yōu)點(diǎn)。液滴系數(shù)小。所形成的乳液平均液滴尺寸為0.2 m-2.0 m液滴尺寸分布范圍為0.1 um-10.0m 濃度高。所形成的乳液更加穩(wěn)定，純?nèi)橐簼舛瓤沙^30%，外加乳化劑可高達(dá)70%；乳狀液類型可控。在超聲作用卜O/W(水包油和W/O(油包水型乳液都可制備；生產(chǎn)乳液所需功率小。新鮮牛奶中含有大量粒度大小不等的脂肪球，其上浮會(huì)在牛奶表面形成奶油層，使牛奶產(chǎn)生分層現(xiàn)象。牛奶的均質(zhì)處理就是要擊碎牛奶中的脂肪球，使脂肪球的大小顯著降低

53、，由2.79m-3.08 m降至0.57m-0.95m，使上浮力減小甚至消失，從而防止牛奶的分層，達(dá)到使牛奶均一化的效果。5.6.3 超聲波結(jié)晶(jijng) 超聲波能夠強(qiáng)化晶體生長(zhǎng)，加速結(jié)晶過程。與其他刺激結(jié)晶法和投晶種法相比，超聲結(jié)晶所要求的過飽合度較低，晶體生長(zhǎng)速度快，所得晶體均勻、完整，成品晶體尺寸分布范圍(fnwi)小。在制藥行業(yè)中為了得到細(xì)小而且均勻的顆粒，己將超聲用于生產(chǎn)口服液或注射液。超聲強(qiáng)化結(jié)晶也是改變?cè)S多食品特性的有效工具，如膳食脂肪、巧克力、冰激凌的特性修飾等。此外，超聲結(jié)晶技術(shù)還可以用于控制速凍食品冰晶的形成。超聲波可以加快熱量傳導(dǎo)，使食品冰凍速度加快，并有效防止由于冰

54、晶生長(zhǎng)而造成的細(xì)胞組織破裂，避免解凍后的組織結(jié)構(gòu)軟化和細(xì)胞液外流。超聲波還能防止在結(jié)晶過程中晶體在管路上過度沉積，是一種最佳的綠色防垢技術(shù)。6. 結(jié)語(jiy)近十幾年來，非熱力加工新技術(shù)發(fā)展迅速，其既能達(dá)到食品安全質(zhì)量要求，又能保持食品的自然風(fēng)味和感官特性，符合人們對(duì)食品“自然、營(yíng)養(yǎng)、安全、方便”的追求。在世界范圍內(nèi)掀起了研究和開發(fā)的熱潮，取得了一些技術(shù)參數(shù)和成果，但一些殺菌技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究和理論體系尚不完善，要推向市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)還面臨不少問題，還需廣大研究人員的不懈努力與奮斗。參考文獻(xiàn)1 Ames JM. Dietary Maillard Reaction Products: Im

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