第六章 食品殺菌新技術

第六章食品殺菌新技術第一節(jié)超高溫殺菌技術第二節(jié)歐姆殺菌技術第三節(jié)高壓殺菌技術第四節(jié)輻射保鮮技術第一節(jié)超高溫殺菌技術一、超高溫殺菌原理二、超高溫殺菌的裝置系統(tǒng)三、超高溫殺菌系統(tǒng)的加熱設備

超高溫瞬時殺菌(UltraHighTemperatureShortTime，簡稱UHTST)是利用熱交換器或直接蒸汽，使食品在130～150℃溫度下，保持2～8s后迅速冷卻，產(chǎn)品達到商業(yè)無菌要求的過程。

一、超高溫殺菌原理1、微生物的耐熱性比較耐熱程度：產(chǎn)芽孢菌非芽孢菌；芽孢營養(yǎng)細胞；嗜熱菌芽孢厭氧菌芽孢需氧菌芽孢。影響微生物耐熱性的因素a.微生物本身的特性污染的種類、污染的數(shù)量、生理狀態(tài)與所處的環(huán)境。b.食品成分酸度、水分活度、脂肪、鹽、糖、蛋白質、植物殺菌素。c.熱處理條件溫度、時間（1）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。以單位物料內殘存的活細胞或芽孢數(shù)的對數(shù)值為縱坐標，以熱處理時間為橫坐標作圖，所得的曲線即為微生物致死速率曲線。（2）D值

指細菌的殘存活菌數(shù)下降1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倒數(shù)。2、微生物的致死速率與D值圖6-1微生物致死速率曲線（1）微生物的熱力致死時間(ThermalDeathTime,TDT)

就是熱力致死溫度保持不變條件下，完全殺滅某菌種的細胞或芽孢所必需的最短熱處理時間。（2）熱力致死時間曲線

以熱處理溫度為橫坐標，熱致死時間(TDT)的對數(shù)值為縱坐標，就可以在半對數(shù)坐標圖上得到一條形為直線的熱力致死時間曲線。3、微生物的熱力致死時間與Z值（3）Z值

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)值上等于熱力致死時間曲線的斜率絕對值的倒數(shù)。（4）F值

某種細菌在121℃時的TDT值稱為該細菌的F值，單位為min。圖6-2熱力致死時間曲線（1）熱力遞減致死時間(ThermalReduction

Time，TRT)

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(min)。n值稱為遞減指數(shù)(ReductionExponent)。（2）TRT值與n值的選取值相聯(lián)系，故常將n值標在右下角，寫成TRTn。某一熱力致死溫度條件下原菌數(shù)減少到百萬分之一(即1/106)需要10min，那么它的TRT6＝10min4、生物的熱力遞減致死時間討論D值反映微生物的抗熱能力；D值的大小取決于直線的斜率，與原始菌數(shù)無關；D值與加熱溫度、菌種及環(huán)境的性質有關；D值的計算：Z值性質Z值表示微生物耐熱性的強弱；不同的微生物有不同的Z值，同一種微生物只有在相同的環(huán)境條件下才有相同的Z值。當Z值相同時，F(xiàn)值越大者耐熱性越強。F值表示殺菌強度，隨微生物和食品的種類不同而異，一般必須通過試驗測定。對于低酸性食品，一般取

t0=121℃，Z=10℃對于酸性食品，一般取

t0=100℃，Z=8℃關于TDT值與TRT值的討論TDT值只能在和試驗時的原始菌相一致時才適用；TRT值可作為確定殺菌工藝條件的依據(jù)；TRTn→＝nD當n→∞時，TRTn→TDTTRT值解決了殺菌終點問題。例：12D

——最低肉毒桿菌致死溫時；對P.A.3679的殺菌強度要求達到5D。5、UHT殺菌效果檢驗UHT殺菌效果（SterizingEffect,SE）可用某類微生物的芽孢作為試驗對象。SE=log[原始芽孢數(shù)/最終芽孢數(shù)]對PA3679芽孢，3.4s，總孢子數(shù)減少12個對數(shù)周期；4s，總孢子數(shù)減少14個對數(shù)周期。135℃,4s，SE大于6-9。表6-1不同溫度下的同一原始菌數(shù)的UHT殺菌效果表6-2同一溫度(135℃)不同原始菌數(shù)下的殺菌效果表6-3嗜熱脂肪芽孢桿菌的殺菌效果由以上三表可看出，原料乳在135℃或更高溫度進行4秒鐘的熱處理，就能滿足滿足滅菌乳商業(yè)標準(含菌不超過1‰)的要求。因此，采用UHT瞬時殺菌技術可以得到滿意的殺菌效果。6、UHT殺菌的品質保證UHT瞬時殺菌技術可最大程度保持食品的風味及品質。原因在于：微生物對高溫的敏感程度遠遠大于食品成分的物理化學變化對高溫的敏感程度。圖6-4牛乳滅菌及褐變的時間-溫度曲線1.變褐的最低時間-溫度條件2.滅菌的最低時間-溫度條件若選擇滅菌條件為110～120℃，15～20min；則兩線之間間距甚近，說明生產(chǎn)工藝條件要有十分嚴格的措施來維持，這在實際上很難辦到。而選擇UHT滅菌條件137～145℃，2～5s時，兩線之間間距較遠，說明產(chǎn)生褐變及其他缺陷的危險性較小，生產(chǎn)工藝條件較易控制。按照處理過程不同分類UHT瞬時殺菌直接混合式加熱法間接式加熱法噴射式注射式二、超高溫殺菌的裝置系統(tǒng)二、超高溫殺菌的裝置系統(tǒng)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質，熱量經(jīng)固體換熱壁傳給待加熱殺菌物料。由于加熱介質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味，故廣泛用于果汁、牛乳等。特點：相對成本較低，生產(chǎn)易于控制，但傳熱效率較低。直接混合式加熱：采用高純凈的蒸汽直接與待殺菌物料混合接觸，進行熱交換，使物料瞬間被加熱到135-160℃。直接混合式加熱法可按兩種方式進行。一是注射式，即將高壓蒸汽注射到待殺菌物料中；另一種是噴射式，即將待殺菌物料噴射到蒸汽中。在噴射式中，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，因此對蒸汽的純凈度要求甚高。特點：加熱速度快，熱處理時間短，食品顏色、風味及營養(yǎng)成分的損失少。二、超高溫殺菌的裝置系統(tǒng)1、直接混合式加熱的超高溫瞬時殺菌裝置系統(tǒng)2、間接加熱的超高溫瞬時殺菌裝置系統(tǒng)被處理物料的性質不同，UHT殺菌的工藝流程也不同。關鍵步驟相同：物料由泵送至預熱器預熱；然后進入直接蒸汽噴射殺菌器；殺菌后物料經(jīng)閃蒸去除部分水分和降低溫度后進入下道工序。1、直接混合式加熱的UHT瞬時殺菌裝置系統(tǒng)圖6-6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約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中用來預熱原料乳。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11送至無菌均質機12。經(jīng)過均質的滅菌牛乳在滅菌乳冷卻器13中進一步冷卻之后，直接送往無菌罐裝機，或送入無菌貯罐。圖6-7直接熱處理法UHT工藝流程示意圖1.平衡罐2.泵3.預熱器4.加熱器5.高壓泵6.直接噴射殺菌器7.分流閥8.膨脹罐9.真空泵10.無菌泵11.無菌均質機12.冷卻器13.膨脹罐14.泵15.冷卻器圖6-8過熱（注入式UHT殺菌）裝置流程圖1.增壓泵2.平衡槽3.無菌片式交流換熱器4.定時泵5.片式預熱器6.注入式加熱器7.保溫管8.注入式加熱器反壓閥9.無菌閃蒸罐10.片式蒸汽冷凝器11.無菌泵12.無菌均質機13.水進口14.牛乳進口15.旁通管16.流量控制閥17.熱水18.到平衡槽過量滅菌牛乳19.到平衡槽回流管20.產(chǎn)品無菌包裝機21.熱水溫控熱敏元件22.冷凝水23.真空度調節(jié)管24.排出口25.真空冷凝液泵26.注入器反壓閥的控制氣27.水汽出口28.往灌裝器29.無菌壓力表30.裝量反壓閥31.制品循環(huán)32.止逆閥33.蒸汽進口34.切換開關1＃35.就地清洗消毒36.裝置反壓閥的控制氣37.切換開關2＃(手動-自動)38.控制儀表屏39.安全加熱范圍傳感敏感元件40.注入器溫控熱敏元件41.注入器氣動閥的控制氣42.進口43.出口

利用增壓泵1把待處理的原乳或其他乳制品從平衡槽2輸送到片式換熱器3，并加熱到大約60℃。接著，由定時泵4抽出，送入片式預熱器5，溫度升高到大約77℃。在此溫度下，制品進入注入式加熱器5，并由輸入加熱器的蒸汽加熱到147℃或更高溫度。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，裝上控制蒸汽的傳感器，另一傳感器則裝在保溫管7中部。牛乳經(jīng)保溫管和注入式加熱器反壓閥8后，進入無菌閃蒸罐9，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。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10，除掉所含的牧草和飼料等異味、過量的蒸汽和不凝性氣體。聚集在閃蒸飽底部的滅菌制品，由無菌泵11送入無菌均質機12。進入均質機時，其溫度已經(jīng)再次降到適合均質作業(yè)的溫度(77℃)。均質后的滅菌制品進一步在無菌換熱器3中冷卻到21℃。最后通過轉向閥V5，進入無菌包裝機或其他下道工序。如果需要，也可輸送到無菌貯槽中。轉向閥的傳感器安裝在閃蒸罐進口的保溫管中。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溫度以下時，則轉向閥將制品返回到平衡槽中重新處理。在沒有使用無菌貯槽時，過量的滅菌制品也經(jīng)由閥門V7返回到平衡槽。圖6-9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、管式和旋轉刮板式。2、間接加熱的UHT瞬時殺菌裝置系統(tǒng)圖6-10間接式UHT熱處理法流程簡圖1.平衡罐2.泵3，6.管式交互換熱加熱器4.脫氣機5.均質機7.高壓管式加熱器8.冷卻器如圖平衡罐l中的牛乳經(jīng)泵2送至預熱器3預熱以后進行脫氣4和均質5，再經(jīng)預熱器6進一步預熱后進入管式UHT殺菌器7。加熱器3，6為交互換熱式，以便回收利用余熱。殺菌后的牛乳在預熱器3，6中與冷的原乳進行熱交換，原乳被預熱，而滅菌乳被預冷，最后經(jīng)冷卻器8最終冷卻，送往下道工序(無菌充填機等)。圖6-11無菌熱處理（套管式UHT殺菌）裝置流程1,16.貯料筒2.泵3.均質機4.循環(huán)消毒器5,7.互換式加熱器6,12.均質閥8.UHT加熱器9.恒溫管10,11.互換式冷卻器13.水冷卻器14.冷水冷卻器15.換熱器17.貯槽三、超高溫殺菌系統(tǒng)的加熱設備1、板式換熱器2、環(huán)形套管式換熱器3、旋轉刮板式UHT加熱殺菌設備4、直接加熱式UHT殺菌設備板式換熱器是UHT過程中最常用的一種換熱設備。與管殼式熱交換器相比，特點為：1、板式換熱器熱損失小價格低廉有泄漏單位長度的壓力損失大傳熱系數(shù)高結構緊湊容易增減傳熱面積容易清洗干凈傳熱板式板式換熱器的主要工作件，一般采用不銹鋼沖壓制成。其主要結構為螺旋狀的同心套管。與管殼式熱交換器相比，特點為：2、環(huán)形套管式換熱器當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。沒有應力造成的破壞漏失。緊湊，安裝容易。用機械方法清洗困難。當用不銹鋼管作傳熱管時，如果傳熱管長度大于某一限度，為了保持殼側流均勻，必須加隔板，從而使殼側流體壓力損失增大。較適合于黏度大或流動慢，或者在加熱器表面易形成焦化膜的殺菌物料。刮片的設計非常重要。3、旋轉刮板式UHT加熱殺菌設備4、直接加熱式UHT殺菌設備主要由物料泵、蒸汽噴嘴（或物料噴嘴）、真空罐及各種控制儀表構成。最關鍵的是加熱介質與物料相混合的裝置。在殺菌條件相同的情況下，超高溫瞬時殺菌與低溫長時間殺菌相比，不僅細菌致死時間顯著縮短，而且食品成分的保存率也顯著提高。目前這種殺菌技術已廣泛應用于牛乳、果汁飲料、豆乳茶、酒等產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中。超高溫瞬時殺菌技術在食品工業(yè)中的應用第二節(jié)歐姆殺菌技術一、歐姆殺菌原理二、歐姆殺菌裝置三、歐姆殺菌技術在食品工業(yè)中的應用歐姆殺菌亦稱“通電殺菌”，它利用電極將電流通過物體，由于阻抗損失、介質損耗等的存在，最終使電能轉化為熱能，使物體內部產(chǎn)生熱量而達到殺菌目的，多用于含有顆粒的液體食品的殺菌。歐姆加熱使顆粒的加熱速率與液體的加熱速率相接近，甚至更快（1-2℃/s）。因而可縮短加工時間，得到高品質產(chǎn)品。早在19世紀初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。20世紀初，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。90年代，英國的APVBaker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。由于歐姆加熱技術具有物料升溫快、加熱均勻、無污染、易操作、熱能利用率高、加工食品質量好等優(yōu)點，近年來逐漸引起國內外食品科學工作者的關注。一、歐姆殺菌原理通電殺菌的機理據(jù)初步探討有兩方面的原因：一方面由于通電加熱致使溫度升高而滅菌；另一方面是因為在通電的兩電極間的菌體細胞由于受到所加電場的作用導致菌體細胞膜的破壞而滅菌。歐姆加熱原理（一）歐姆加熱的影響因素

根據(jù)Joule定律，在被加熱食品內部的任一點，通入電流所產(chǎn)生的熱量為：式中Q——某點處的單位加熱功率，(W/m3)；K——某點處的電導率，S/m。S為電導單位西門子，它等于電阻Ω的倒數(shù)；gradV——任一點處的電位梯度，V/m；Δ——符號算子。1、電導率是影響歐姆加熱的主要因素

影響電導率的因素：頻率、食品物料電導率的各向異性、溫度、顆粒的形狀、顆粒與所加電場的排列取向等。2、流體流型對歐姆加熱的影響

層流流動下歐姆加熱所產(chǎn)生的物料溫度標度將導致與常規(guī)加熱法設計中類似的問題，即管中心加熱不足，而管壁處加熱過度。所以應在設計上避免這種穩(wěn)定的層流流動，在操作上力求破壞加熱器內速度分布的形成。3、操作因素對歐姆加熱的影響1、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。由加熱、保溫和冷卻三部分組成。2、工藝流程待殺菌的食品原料→物料泵→歐姆加熱器→保溫管→冷卻管（管式換熱器）→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2min內被加熱到需要的溫度，在該溫度保溫30～90s，達到要求的滅菌強度，然后快速冷卻、無菌包裝。3、歐姆殺菌技術操作（無菌技術）二、歐姆殺菌裝置歐姆加熱流程物料罐控制板產(chǎn)品回收反壓閥無菌冷卻器產(chǎn)品出口物料泵反壓泵刮板式冷卻器保溫管歐姆加熱器

APVBakerisaworldleaderinthesupplyofthemachinesandcompleteprocesssystemstomaketheworld'sfavouritefoodproductsAPV的歐姆加熱器示意圖三、歐姆殺菌技術在食品工業(yè)中的應用與傳統(tǒng)罐裝食品的殺菌相比，歐姆殺菌可使產(chǎn)品品質在微生物安全性，蒸煮效果及營養(yǎng)、維生素保持方面得到改善。主要優(yōu)點：①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；②能加熱連續(xù)流動的產(chǎn)品而不需要任何熱交換表面；③可加工對剪切敏感的產(chǎn)品；④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或對流；⑤系統(tǒng)操作平穩(wěn)，維護費用低，過程易于控制，可立即啟動和中止；⑥加工和包裝費用有節(jié)約潛力，包裝的選擇范圍較寬。目前，歐姆加熱技術在美國正廣泛應用于低酸性或高酸性食品的加工，在日本用于生產(chǎn)酸牛奶的草莓、魚糜制品及豆腐的加工等，在國內主要用于肉的解凍和牛奶、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用領域是含顆粒流體食品的無菌加工。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發(fā)展空間。歐姆加熱技術在食品工業(yè)中的應用第三節(jié)高壓殺菌技術一、高壓殺菌原理二、高壓殺菌裝置三、高壓殺菌技術在食品工業(yè)中的應用高壓殺菌：是指將食品物料包裝以后，置于高壓（200MPa以上，2000多個大氣壓）裝置中加壓，使微生物因細胞壁和膜被破壞、微生物的生理機能喪失而致死，從而達到食品滅菌的一種殺菌技術。高壓殺菌技術也是近年來出現(xiàn)的新型殺菌技術，需要有特殊的加壓設備和耐高壓容器及輔助設備，目前尚處于試驗研究與開發(fā)階段，但其在食品工業(yè)中的應用前景是可喜的。早在19世紀末期就證明了牛奶、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。1914年，美國物理學家BriagmumP.W.提出了靜水壓（500MPa）下蛋白質凝固，700MPa形成凝膠的報告超高壓技術作為能確保高質量食品生產(chǎn)的非熱保藏技術已被關注研究了很多年，但由于超高壓技術上的難題，這一研究成果并沒有被實際應用。直到1986年，日本京都大學林立九教授提出超高壓在食品工業(yè)上的應用，并使超高壓技術成為一種可行的商業(yè)加工手段，這一技術才引起世界各國的關注。

高壓技術在我國還處于起步、理論研究階段，國內超高壓殺菌技術的研究報道僅局限在果汁及果汁飲料的滅酶及殺菌中，還未投入實際生產(chǎn)應用之中，目前尚無高壓食品商品問世。因此，加快開展超高壓食品研究，特別是加強超高壓加工調味品、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重要的意義。超高壓技術加工的食品與傳統(tǒng)加熱處理的食品相比，具有其獨特的優(yōu)點：(1)營養(yǎng)成分高；(2)產(chǎn)生新的組織結構，不會產(chǎn)生異味；(3)無“回生”現(xiàn)象；(4)原料利用率高；(5)適用范圍廣，開發(fā)前景好。一、高壓技術原理

液體(水)在超高壓作用下被壓縮，而受壓食品介質中的蛋白質、淀粉、酶等生物高分子物料會產(chǎn)生壓力變性，即生物高分子物質立體結構中的非共價鍵結合部分(氫鍵、離子鍵和疏水鍵等相互作用)發(fā)生變化，其結果是食品中的蛋白質呈凝固狀變性、淀粉呈膠凝狀糊化、酶失活、微生物死亡，或使之產(chǎn)生一些新物料改性和改變物料某些理化反應速度，故可長期保存食品而不變質。這就是超高壓技術的基本原理。（1）改變細胞形態(tài)極高的流體靜壓會影響細胞的形態(tài)，包括細胞外形變長，胞壁脫離細胞質膜，無膜結構細胞壁變厚等。上述現(xiàn)象在一定壓力下是可逆的，但當壓力超過某一點時，便不可逆地使細胞的形態(tài)發(fā)生變化。1、高壓對細胞的影響（2）影響細胞生物化學反應按照化學反應的基本原理，加壓有利于促進反應朝向減小體積的方向進行，推遲了增大體積的化學反應，由于許多生物化學反應都會產(chǎn)生體積上的改變，所以加壓將對生物化學過程產(chǎn)生影響；加壓阻礙放熱反應的進行；凡是對保持生物聚合物天然狀態(tài)有利的化學鍵都會受壓力的影響。

（3）影響微生物基因機制核酸比蛋白質更耐受流體靜壓力，原因在于DNA螺旋結構大部分來自氫鍵，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DNA在壓力下具有穩(wěn)定性，但由酶參與的DNA復制和轉錄步驟卻因壓力而中斷；高壓使得多核蛋白體系統(tǒng)受到影響，可抑制部分誘導、轉錄和轉譯；高壓主要通過作用核蛋白體亞單元而影響蛋白質的合成。（4）高壓對細胞壁的影響細胞膜的主要成分是磷脂和蛋白質，其結構靠氫鍵和疏水鍵來保持。在壓力作用下，細胞膜的雙層結構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，壓力引起的細胞膜功能劣化將導致氨基酸攝取受抑制，原因可能是蛋白質在膜內發(fā)生變性。20-40MPa的壓力能使較大的細胞因受應力的細胞壁的機械斷裂而松懈。

（1）pHpH是影響微生物在受壓條件下生長的主要因素之一。在受壓條件下，培養(yǎng)基的pH有可能發(fā)生變化，細菌的最適pH范圍也變得較為狹窄。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pH值并不是重要的因素。2、影響超高壓殺菌的主要因素（2）溫度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，在低溫或高溫下對食品進行高壓處理具有較常溫下處理更好的殺菌效果。

大多數(shù)微生物在低溫下耐壓程度降低的原因：①壓力使得低溫下細胞因冰晶析出而破裂程度加劇；②蛋白質在低溫下高壓敏感性提高，致使此條件下蛋白質更易變性，菌體細胞膜的結構也更易損傷。低溫下高壓處理對保持食品品質，尤其是減少熱敏性成分的破壞較為有利。在不同溫度—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，大多數(shù)的微生物在-20℃以下的高壓殺菌效果較20℃時好。

適當提高溫度對高壓殺菌有促進作用針對芽孢菌的高耐壓性，就現(xiàn)階段研究來看，結合溫度處理則是一種十分有效的殺菌手段。（3）微生物生長階段不同生長期的微生物對高壓的反應不同；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更敏感；革蘭氏陽性菌比革蘭氏陰性菌對壓力更具抗性；

孢子對壓力的抵抗力則更強；革蘭氏陽性菌中的芽孢桿菌屬（Bacillus）和梭狀芽孢桿菌屬（Clostridum）的芽孢最為耐壓；芽孢殼的結構極其致密，使得芽孢類細菌具備了抵抗高壓的能力，殺滅芽孢需更高的壓力并結合其它處理方式。（4）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，蛋白質、碳水化合物、脂類和鹽分對微生物具有緩沖保護作用，而且這些營養(yǎng)物質加速了微生物的繁殖和自我修復功能。食品基質含有的添加劑組分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，將提高加壓殺菌的效果。（5）壓力大小和受壓時間在一定范圍內，壓力越高，滅菌效果越好。在相同壓力下，滅菌時間延長，滅菌效果也有一定程度的提高。（6）施壓方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短時處理，殺滅芽孢效果好。（7）水分活度（Aw）

水分活度（Aw）對滅菌效果影響也很大。低Aw產(chǎn)生細胞收縮和對生長的抑制作用，從而使更多的細胞在壓力中存活下來?？刂艫w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。1、高壓裝置加壓方式：

（1）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，用增壓機生產(chǎn)高壓介質，并通過高壓配管將高壓介質送至高壓容器。超高壓介質一般為水。二、高壓殺菌裝置（2）間接加壓方式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，活塞將容器中的介質壓縮產(chǎn)生超高壓，使物料受到超高壓處理。在向下的運動沖程中，減壓卸料。直接加壓方式與間接加壓方式比較:直接加壓方式裝備結構緊湊，密封部位固定、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。間接加壓方式裝備結構龐大，密封部位滑動、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。2、高壓容器

高壓容器通常為圓筒形，為了增加筒體的承載能力，除適當增加筒壁厚度外，還可采用自增強的方法。通過對圓筒施加內壓使內壁屈服，從而使內壁在卸壓后產(chǎn)生預應力。強化的筒體結構主要有兩種形式①夾套式即多層簡單筒體通過熱套加工工藝復合，形成多層壁結構。操作壓力在400MPa以上的壓力容器可由兩個或兩個以上的高強度不銹鋼同心圓筒組成。②繞絲式在簡單筒體上纏繞數(shù)層鋼絲或鋼帶。

繞絲式結構不能承受軸向力，因此需由框架承擔，端蓋及密封結構設計相對容易，也可改善筒體的應力狀態(tài)。

多層壁式結構的軸向力由上端蓋承受，因此設計時強度分析很重要。但該設計省略了笨重的框架，結構輕巧，成本降低。3、輔助設施

輔助設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。采用高溫或低溫與壓力共同作用的方式來提高加壓殺菌。為了保持一定溫度，在高壓容器外可附夾套結構，并通以一定溫度的循環(huán)介質。另外，壓力介質也需保持一定溫度。

測量儀器一般包括熱電偶測溫計、壓力傳感器及記錄儀，壓力和溫度等數(shù)據(jù)可輸入計算機進行自動控制。還可設置電視攝像系統(tǒng)，以便直接觀察加工過程中物料的組織狀態(tài)及顏色變化情況。

物料的輸入輸出裝置由輸送帶、提升機和機械手等構成。4、高壓殺菌操作（按處理過程和操作方式）（1）間歇式超高壓設備大多數(shù)的高壓設備為間歇式，可處理液態(tài)、固態(tài)和不同大小形狀的物料。間歇式高壓處理先將經(jīng)過包裝的物料裝進容器內，然后將該容器放入超高壓容器中，關閉容器。在高壓處理之前應排除容器內的空氣。升壓到操作壓力，恒壓一定時間。卸壓和取出物料高壓處理包裝好的食品時，殘留的空氣一般不會影響微生物的殺菌動力學和殺菌效果，但殘留空氣會增加升壓時間。半連續(xù)式高壓設備用于處理液態(tài)物料（果汁）

物料首先通過低壓食品泵泵入超高壓容器內，高壓泵將高壓飲用水注入超高壓容器內，推動自由活塞對物料進行加壓。卸壓時打開出料閥，用低壓泵通過飲用水推動活塞將物料排出超高壓容器。出料管道和后續(xù)的容器必須經(jīng)過殺菌并處于無菌狀態(tài)，以保持超高壓處理后的殺菌效果。處理后的物料應采用無菌包裝。（2）連續(xù)式高壓設備上述半連續(xù)式高壓處理設備已可以對液體食品實現(xiàn)連續(xù)化作業(yè)。真正的連續(xù)化處理設備需要解決物料的連續(xù)加壓、保壓和卸壓過程，至今還沒有用于生產(chǎn)的連續(xù)式高壓處理設備問世。三、高壓殺菌技術在食品工業(yè)上的應用1、高壓對食品營養(yǎng)成分的影響2、高壓處理在肉制品加工中的應用3、高壓處理在水產(chǎn)品中的應用4、高壓處理在果醬加工中的應用5、高壓處理在其他方面的應用1、高壓對食品營養(yǎng)成分的影響（1）高壓對蛋白質的影響

壓力導致：①鹽鍵及至少部分疏水鍵的破壞②氫鍵在某種程度上得到加強③共價鍵的可壓縮性較小，對壓力的變化不敏感高壓（＜700MPa）對蛋白質一級結構無影響，有利于二級結構的穩(wěn)定，但會破壞其三級結構和四級結構高壓迫使蛋白質的原始結構伸展，分子從有序而緊密的構造轉變?yōu)闊o序而松散的構造，或發(fā)生變形，活性中心受到破壞，失去生物活性

高壓對酶的作用效果可分為兩方面：一方面較低的壓力能激活一些酶；另一方面非常高的壓力可導致酶失活。利用高壓處理可使果蔬中一些酶被激活或失活，對于食品的色澤、香味及品質都有很大的提高。（2）高壓對淀粉及糖類的影響高壓可使淀粉改性。在常溫下把淀粉加壓到400~600MPa，可使淀粉糊化而呈不透明的黏稠糊狀物，切吸水量發(fā)生改變。原因是壓力使淀粉分子的長鏈斷裂，分子結構發(fā)生改變。高壓處理可提高淀粉對淀粉酶的敏感性，從而提高淀粉的消化率。對蜂蜜進行高壓殺菌長鏈，結果發(fā)現(xiàn)，微生物致死，但對糖類幾乎沒有影響。（3）高壓對油脂的影響高壓對脂類的影響是可逆的。室溫下，呈液態(tài)的脂肪在高壓下（100~200MPa）基本可固化，發(fā)生相變結晶，促使更稠、更穩(wěn)定的脂類晶體形成；不過解壓后仍會復原，只是對油脂的氧化有一定的影響。（4）高壓對食品中其他成分的影響食品中的風味物質、維生素、色素及各種小分子物質結合狀態(tài)為共價鍵的形式，故而高壓處理過程對其幾乎沒有任何影響。食品的黏度、均勻性及結構等特性對高壓較為敏感，但這些變化往往是有益的。2、高壓處理在肉制品加工中的應用與常規(guī)方法相比，采用高壓技術對肉類進行加工處理，在肉制品的柔嫩度、風味、色澤、成熟度及保藏性等方面都得到不同程度的改善。例如，常溫下質粗價廉牛肉經(jīng)250Mpa高壓處理，牛肉制品明顯得到嫩化；300MPa壓力處理雞肉和魚肉10分鐘，能得到類似于輕微烹飪的組織狀態(tài)。高壓處理水產(chǎn)品可最大限度地保持水產(chǎn)品的新鮮風味，增大魚肉制品的凝膠性。例如，在600MPa壓力下處理水產(chǎn)品（如甲殼類水產(chǎn)品），其中的酶完全失活，細菌數(shù)量大大減少，色澤外紅內白，仍保持原有的生鮮味。

3、高壓處理在水產(chǎn)品中的應用在果醬加工中采用高壓殺菌，不僅可殺滅其中的微生物，而且還可使果肉糜粒成醬，簡化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質量。這方面最成功的例子是日本明治屋食品公司，室溫下加壓400～600MPa、10分鐘加工草莓醬、獼猴桃醬和蘋果醬，所得制品保持了新鮮水果的色、香、味，已有小批量產(chǎn)品上市。4、高壓處理在果醬加工中的應用5、高壓處理在其他方面的應用第四節(jié)輻射保鮮技術一、電離輻射原理二、電離輻射的生物學效應三、輻射殺菌的目的和分類四、電離輻射裝置系統(tǒng)五、輻射技術在食品保鮮中的應用輻射保鮮技術是利用電離射線能處理所產(chǎn)生的生物和生理效應，使食品的保藏期得以延長的一種食品保藏技術。利用射線照射食品（包括原材料），延遲新鮮食物某些生理過程（發(fā)芽和成熟）的發(fā)展，或對食品進行殺蟲、消毒、殺菌、防霉、抑制發(fā)芽等作用，達到延長保藏時間，穩(wěn)定、提高食品質量目的的操作過程。自19世紀末(1895年）倫琴發(fā)現(xiàn)X-射線后，Mink(1896)就提出了X-射線的殺菌作用。但直到第二次世界大戰(zhàn)以后，射線輻射保藏食品的研究和應用才有了實質性的開始。此后30年，研究不斷擴大深入，它尤其在許多發(fā)展中國家受到很大的重視。在一些國際組織如聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）、國際原子能機構（IAEA）、世界衛(wèi)生組織（WHO）等的支持和組織下，到1976年，有25種輻射處理的食品在18個國家得到無條件批準或暫定批準，允許作為商品供一般食用。這些批準的食品包括馬鈴薯、洋蔥、大蒜、蘑菇、蘆筍、草莓及其他動植物食品和調料等。1976年日內瓦FAO-IAEA-WHO專家委員會宣布：經(jīng)適宜劑量輻照的馬鈴薯、小麥、雞肉、番木瓜和草毒，對人體是無條件安全的，會上還暫定批準了輻照稻米、洋蔥和魚可作為商品供一般食用。優(yōu)點：（1）產(chǎn)生的熱量極少，可以忽略不計，可保持食品原有的特性。在冷凍狀態(tài)下也能進行輻射處理。（2）食品進行輻照處理時，對包裝無嚴格要求。（3）操作適應范圍廣。（4）射線處理過的食品不會留下任何殘留物。（5）節(jié)約能源。（6）輻射裝置加工效率高。國內外食品輻照的進展輻射在食品上的利用，有關其有效性、安全性和經(jīng)濟性等方面的研究，以美國為主已取得了進展。作為用放射線照射食品的開端，在用低劑量照射抑制馬鈴薯發(fā)芽方面，前蘇聯(lián)(1958）、加拿大（1960）、美國（1964)已獲得了法律認可；在防治小麥及面粉中的害蟲方面，前蘇聯(lián)（1959）、美國（1963）也獲得了法律認可。在日本，從20世紀50年代后期就開始對農(nóng)副產(chǎn)品、水產(chǎn)品、釀造食品和肉類等進行輻射研究。用輻射抑制馬鈴薯發(fā)芽作為一項研究成果獲得了法律認可。國際上，以聯(lián)合國原子能機構為中心，并以聯(lián)合國糧農(nóng)組織和衛(wèi)生組織協(xié)作的形式在食品輻射領域推動著國際性的合作，該聯(lián)合國委員會從全世界的角度對輻照食品的衛(wèi)生安全性研究進行了統(tǒng)籌協(xié)調。1980年10月27日舉行的第四屆專門委員會會議作出的結論是：“用10kGy以下的平均最大劑量照射任何食品，在毒理學、營養(yǎng)學及微生物學上都絲毫不存在問題，而且今后無須再對經(jīng)低于此劑量輻照的各種食品進行毒性試驗。”此結論推動了世界各國對輻照食品研究的熱潮。我國第一所核應用技術研究所于1962年在成都建成，開始了食品輻射研究工作。有許多利用小型60Co或電子輻射源進行食品輻照研究的研究所遍及全國，據(jù)統(tǒng)計有200多個單位從事過或正在進行著食品輻射的研究和生產(chǎn)工作。1984年11月，經(jīng)國家衛(wèi)生部的批準有7項輻照食品（馬鈴薯、洋蔥、大蒜、花生、谷物、蘑菇、香腸）允許食用消費，繼批準馬鈴薯等7項輻照食品的衛(wèi)生標準之后，又有蔬菜、水果、糧食、酒類等20多種食品通過了不同級別的技術鑒定。我國在輻照食品衛(wèi)生安全性方面的研究工作在世界上處于領先地位。我國對37種輻照食品在理化分析、毒理學試驗及動物試驗的基礎上進行的人體試食試驗，得出的結論結束了由印度學者引起的世界上長達10多年的多倍體之爭?？傊?，我國輻照食品研究工作在下列方面有商業(yè)化、實用化的廣闊前景。一、電離輻射原理1、電離輻射與射線的概念2、輻照劑量3、射線對材料的穿透特性電離輻射：也稱輻射，是輻射源放出射線，釋放能量，能使受輻射物質的原子發(fā)生電離作用的一種物理過程。電離射線有不同的種類：α、β（β+及β-）、γ射線及X射線。射線都具有不同程度的穿透物質的能力，并能夠使受到作用的物質產(chǎn)生各種基本的物理效應。1、電離輻射與射線的概念

γ頻率

λ波長λγ=Cγ=C/λ低頻輻射區(qū)γ<1015Hz高頻輻射線γ>1018HzE能量無線電波微波紅外可見紫外X射線和γ射線105Hz1010101510181020

3km3cm3μm3nm0.3nm4×10-10ev4×10-54×10-34

4×1024k4Mα射線：高速運動的氦核穿透能力極弱，電離能力很強β射線：高速運動的電子束穿透力較強，電離能力較弱γ射線：波長非常短的電磁波穿透力強，電離能力弱X射線：波長100-150nm的電磁波，通過高速電子在真空管內轟擊重金屬靶標產(chǎn)生的。穿透力較UV強，但效率低放射線能量電子伏特eV輻照量描述電磁輻射在空氣中的電離能力。SI單位：庫侖?kg

–1、倫琴（R

)吸收劑量表示單位質量被輻照物質吸收的輻射能量。SI單位：戈瑞（Gy

)、拉德（rad

)2、輻照劑量了解射線的穿透性，對輻射防護，確定輻射處理時受輻射物料的厚度、包裝體的尺寸，提高受照射物內部吸收劑量的均勻性十分重要。

3、射線對材料的穿透特性γ射線穿過受照射材料時輻射強度按指數(shù)規(guī)律下降。γ射線的穿透性與射線的能量成正比，射線能量越大，射線的穿透性也越大。用劑量降低厚度表征射線穿透能力。Dmax：最大吸收劑量；Dmin：最小吸收