冷杀菌技术在果汁饮料生产中的应用研究.pdf

苣 题 论 述_ 冷杀菌技术在果汁饮料 生产 中的应用研究 焦宇知 ( 江苏食品职业技术学院，淮安 2 2 3 0 0 1 ) 摘要：食品冷杀菌技术是一类不用热能杀死微生物，不影响食品营养、质构、色泽和风味的新兴杀菌 技术。阐述了其中的超高压杀菌、辐照杀菌和高强脉冲电场杀菌的基本原理和优点，讨论 了其在果汁 生产中的应用，并举例说明了冷杀菌技术存在的不足。 关键词 ：冷杀菌 ；超 高压杀菌；辐照杀菌 ；高强脉冲 电场杀菌 中图分类号：T S 2 7 文献标识码：B 文章编号：1 1 3 0 5 9 9 8 9 ( 2 0 0 6 ) 0 9 0 0 0 8 - 0 3 C o l d s t e r i li z a t io n a n d it s a p p l ic a t i o n s i n j u i c e p r o c e s s i n g J I A0 Yl 卜z l I i ( J ia n g s u F o o d C o lle g e ， H u a i a n 2 2 3 0 0 1 ) Ab s t r a c t ：F o o d c old s t e ri l iz a t i o n i s a k i n d o f n e w a n d d e v elo p i n g t e c h n o lo g y ， wh i c h k i l ls mi c r o o r g a n i s m wi t h ou t h e a t i n g a n d d o e s n o t a ff ect t h e n u t r i e n t ， t e x t u r e ， c o lo r a n d f l a v o r o f f o o d S o me o f f o o d c o l d s t e r i li z a t i o n j u s t a s u l t r a h i g h p r e s s u r e s t e r i li z a t i o n ， i r r a d i a t i o n s t e r i l i z a t io n ， h i g h -i n t e n s it y p u l s ed e l ec t r i c f i e l d s t e r i l i z a t io n a r e d e s c r i b e d i n t h e p a p e r a b o u t t h e i r p r i n c i p le s a n d a d v a n t a g e s a s we l l a s t h e i r a p p l i c a t io n s i n j u ic e p r o c e s s i n g Th e d i s a dv a n t a g e s o f c o l d s t e r i l iz a t i o n a r e a l s o i I l u s t r a t e d i n t h e p a p e r Ke y w o r d s ： c o ld s t e ri l iz a t i o n ； u lt r a - h i g h - p r e s s u r e s t e r i l i z a t io n ；i r r a d i a t i o n s t e r i l i z a t i o n ； h i g h - I n t e n s i ty p u l s e d e l e c t ri c f ield s t e r i l i z a t ion 果汁的变质一般是由微生物的代谢活动所引起 ， 因此杀菌是果汁饮料生产中的关键技术之一。食品 工业 中采用的杀菌方法主要有加热杀菌和冷杀菌两 大类 目前 ，工业生产中对食品的杀菌处理普遍采 用比较成熟的加热方法( 如巴氏杀菌) 。传统的热杀菌 法虽然能保证食品在微生物方面的安全 ，但会破坏 食品中敏感的营养成分( 如V c ) ，改变果汁的色泽，导 致风味劣变 、产生热臭和其他一些难 以控制的不期 望变化( 如美拉德褐变) ，从而造成产品的质量下降。 冷杀菌是指不用热能来杀死微生物 ，因此又称为非 加热杀菌 冷杀菌技术不仅能保证食 品在微生物方 收稿 日期 ：2 0 0 6 一 O l l 6 作者简介 ：焦宇知 ( 1 9 7 9 一 ) ，男，安徽桐城人 ，硕 士，讲师。 面的安全 而且能较好地保持果汁的固有营养成分、 质构 、色泽和新鲜程度 ，符合消费者对果汁的营养 和原汁原味的要求。 目前先进的冷杀菌技术包括超高压杀菌 、辐照 杀菌、超高压脉冲电场杀菌 、磁力杀菌、二氧化钛强 催化 杀菌 、紫外线杀菌 、臭 氧杀菌 、抗生 酶杀菌等 。 本文综述了超高压杀菌 、辐照杀菌和高压脉冲电场 杀菌的原理、研究进展及其在果汁生产中的应用。 1 冷杀菌的原理及其在果汁生产中的应用 1 1 超高压杀菌 维普资讯 1 1 1 基本原理超高压杀菌法，即将物料以某种方 式包装完好后，放入液体介质( 通常是食用油、甘油、 油与水的乳液) 中 ，在1 0 0 I O 0 0 M P a 压力下作用一段 时间后 ，使之达到灭菌要求。在这种强压下，能杀 死果汁中几乎所有的细菌、霉菌和酵母菌。高压灭 菌的杀菌效果见表1 。 表 1 高压处理对病原微生物的杀灭效果 微 生物 名 称 壹 竺 竺 一 结 果 微 生 物 名 称 _莳 面 结 果 压力( MP a 1 时间( m i n )温度( ) 超高压灭菌技术可分为超高压静态灭菌与超高 压动态灭菌两类。前者是指将食品置于超高压处理 室 中，以水或其他液体为加压介质 ，当升压结束后 ， 在设定的最高点处静态保持一定的时间，使维持微 生物生命活动的蛋白质等高分子物质变性失活 ，从 而起到灭菌的目的。但是由于超高压容器造价昂贵， 此种灭菌技术只能适合小批量固体或液体食品饮料 生产。而后者是指直接将食品加压到预定的压力点 ， 然后通过瞬态卸压或梯度减压等连续性作业方式 ， 使加压渗透到微生物体内的水或其他物质膨化 ，致 使菌体破碎 从而达到快速、高效的灭菌效果。该灭 菌技术只适合液体食品而且容易实现产业化【 1 。 1 1 2 优点 1 1 2 1 超高压可以保留食品原有风味和营养。原因 是 ：蛋 白质在强热作用下分子激烈运动导致共价结 合的破坏或新结合的生成 ，破坏了蛋 白质的一级结 构，而超高压仅引发氢键之类弱结合的变化，使分子 空间结构变化，蛋白质的一级结构没有破坏。超高压 杀菌技术有可能成为2 1 世纪最有前途的杀菌方法 。 1 1 2 2 超高压技术 由于采用液态介质进行处理 ，因 此易实现杀菌的均匀 、瞬时、高效。超高压杀菌和热 杀菌的比较见表2 。 表2 超 高压杀菌与加热杀菌比较日 比较项 目 超高压杀茵 加热杀菌 传 递 速 度 均匀程度 温度 风 味 维生素 氨基酸 果糖、葡萄糖 工 艺流 程 瞬间传递 速度快 慢 均 匀杀茵 除通电加热外，灭茵不均匀 常 温 7 5 1 0 0 不 变 改 变 不破坏 有不同程度的损失 无影响 有影响 无影响 有影响 简单 复杂 专 题 论 述 1 1 - 3 在果汁生产中的应用超高压杀菌技术最适合 于果汁饮料 、浓缩果汁和果酱等液体的杀菌。超高 压处理后 的果汁的颜色 、风味和营养成分与处理前 相 比基本 上无差别 。 日本 的Me i d i Y a 公司于 1 9 9 0 年 4 月生产出第一个高压食品果酱，之后又有果味 酸奶和果冻等面市。P o k k a 和Wa k a y a m a 公司用半连续 高压杀菌方法处理橙汁。明治屋食品公 司将草莓 、 猕猴桃 、苹果酱 软包装 后 ，在 室温 下以4 0 0 6 0 0 MP a 的压力处理1 0 3 0 m i n ，不仅达到了杀菌的目的，而 且促进了果实、砂糖 、果胶的胶凝过程和糖液向果 肉的渗透 ，保持了果实原有的色泽、风味、具有新鲜 水果的口感 ，V 的保留量也大大提高。日本小川浩史 等将 柑桔 类 果 汁( p H 2 5 3 7 ) 经 6 0 0 M P a、低 温 加 热 ( 4 7 5 7 c 【 = ) 、5 l O m i n H 压灭菌 ，结果表明：细菌、酵 母菌和霉菌可以被完全杀死 ，超高压杀菌后的果汁 其风味、化学组成成分均没有发现变化 。据最新的 相关研究表明 ，将高压技术和其他技术相结合， 能更有效地杀灭果汁中的微生物 ，破坏酶，从而延 长货架寿命。C o r w i n 等人口 把 2 m m o l L 的c O 入橙汁， 用5 0 0 MP a 的压力处理 果胶甲酯酶的活性比单独用 5 0 0 M P a 压力的能更进一步钝化 在5 0 0 8 0 0 MP a 下 ， C O ： 同样能显著地降低多酚氧化酶的活性。P a r k 等人4 1 进一步利用高压C O 和高压技术相结合的方法处理胡 萝 t- 汁 结果表明4 9 M P a C O 和3 0 0 MP a 高静水压结 合处理可使需氧菌完全失活 多酚氧化酶、脂肪氧 化酶、果胶甲酯酶残留活性大幅度降低。 1 2 辐照杀菌 1 2 1 基本原理辐照杀菌是利用一定剂量的波长极 短的电离射线( 如 y 射线、x 射线电子射线) 对食品进行 杀菌。电子射线主要由电子加速器获得，x 射线可由x 射线发生器获得 ， 射线可由放射性同位素获得。常 用的放射线 同位素有6 0 C o 和 C s 。 y 射线 的穿透力很 强 适合于完整食品及各种包装食品的内部杀菌处 理 ，电子射线的穿透力较弱 一般用于小包装食品 或冷冻食品的杀菌。其杀菌的基本原理是 ：射线在 照射过程中会产生直接化学效应和间接化学效应 。 直接化学效应使得细胞间质受到高能射线照射后发 生电离作用和化学作用 ，从而形成离子 、激发态或 分子碎片。间接效应使得水分子产生电离后再与胞 内其它物质作用 ，从而生成与原始物质不同的化合 物。这两种作用结合起来能阻断胞 内一切活动 ，从 而导致微生物的死亡 。辐照杀菌应选择适当的照射 剂量及 温度范 围( 辐射杀 菌的常用剂 量范 围为 1 5 0 0 Ma r d 、温度范围是一 3 0 2 5 c 【 = ) ，以保证辐照食品 的安全 维普资讯 专 题 论 述 1 2 2 优点 与加热杀菌相比，辐照杀菌具有许多优 点：f 1 ) 辐照杀菌过程中，食品温度几乎维持不变 ，这 样能保证食品原有的色香味和感官特性 ，且射线处 理食品不会留下任何残留物 ；( 2 ) y 射线的穿透力强 ， 可以在不拆包装和不解冻的情况下 ，对食品进行杀 菌 这样可以避免食品的二次污染 ；( 3 ) 杀菌效率高， 应用范围广能节省时间和能源，降低成本。 1 2 - 3 在果汁生产中的应用P r o c t o c o 等人研究了电 离辐射对果汁中v c 浓度的影响 ，结果表明其V c 损失 微乎其微。B r e g v a d z e 等人研究发现0 5 k G y 的剂量照射 可以使苹果汁灭菌 ，并保持果汁原有的特殊风味和 气味。F e t t e r 等人研究发现5 K G y 剂量的辐照对葡萄汁 的风味没有影响。K i s s 的研究表明1 3 k g y 剂量 的辐照 处理不会影响苹果汁浓缩物的风味及香气成分 ，并 且确保室温下可至少保藏 1 0 个月。K a n p o r t 等人1 9 8 1 年发现采用0 4 k G y 的剂量辐照可以杀死苹果汁和梨汁 中的鲁氏酵母6 1 。 1 3 高压脉冲电场杀菌 1 - 3 1 基本原理脉冲电场( P E F ) 杀菌是利用强电场 脉冲的介电阻断原理对食品微生物产生抑制作用。 脉冲电场杀菌的机理至今尚未弄清 ，但一般认为脉 冲电场杀菌原理为 ：微生物细胞膜 内外本来存在一 定的电位差 当有 电场存在时可加大膜的电位差 ， 提高细胞膜的通透性 。当电场强度增大到一个临界 值时细胞膜的通透性剧增，膜上将出现许多小孔 使膜的强度降低。同时，由于所加电场是脉冲电场 。 在极短的时间内电压剧烈波动 可在膜上产生振荡 效应。微生物细胞膜上孔的出现 、加大及振动效应 的共同作用可使微生物细胞发生崩溃。 1 3 - 2 优点超高压脉冲电场杀菌具有处理时间短 、 能耗低、传递快速、均匀等优点 ，杀菌后能保持果汁 原有的 口味和质地 ，因而可广泛地用于食品杀菌。 脉冲电场能有效地杀灭与食品腐败有关的几十种细 菌特别是果汁饮料中的黑曲霉 、酵母菌。 1 3 - 3 在果汁生产中的应用Q i n tT J等人研究了脉冲电 场技术对果汁产品的品质影响 结果表明 ，经脉冲 电场处理的浓缩苹果汁在2 2 2 5 C 贮藏有4 周的货价 寿命。为了提高脉冲电场的杀菌效果 ，有人指出，将 高压脉冲与中等程度的热处理相结合或与溶菌酶、 乳链球菌素等天然抗微生物制剂相结合处理苹果汁， 能有效地减少果汁中的大肠杆菌。据此，H o d g i n s ts l等 人用低能脉冲电场结合天然抗微生物制剂的方法处 理苹果汁 ，结果表明 ：用8 0 k V c m的电场 ，脉冲2 0 次 ，p H为3 5 ，温度4 4 ，添加1 0 0 m g m L ff k 链球菌 素能减少 微生物 1 0 6 c f u m L ，9 7 5 的V c 保 留了下 来 ，果胶 甲酯酶的活性降低9 2 1 ，橙汁的货架寿 命得到延长，香味物质在脉冲前后无显著差别 ，处 理后的苹果汁比处理前 口味更好。由此可见，脉冲 电场技术在生产高质量 、货架稳定的果汁方面很有 潜 力 。 2 冷杀菌技术存在 的不足和解决方法 虽然冷杀菌具有传统热杀菌所不可比拟的优点， 但是也存在一些不足。比如说超高压技术在实际生 产中可能存在以下问题。 2 1 包装材料的要求 加热法杀菌可以使用金属 、玻璃及塑料做包装 材料 但超高压处理食品需使用塑料等软包装 ，因 而包装材料的使用受到限制 ，在超高压处理技术中， 对包装材料不要求耐热性，但气密性要好 。因此对 超高压设备和工艺的改进势在必行。 2 2 微生物及酶的残存 超高压技术尽管对微生物有杀灭作用 ，使酶失 活 ，但对p H 值高的果汁来说 ，芽孢菌的残存一直是 一 个问题 ，为提高产品的货架期，就必须利用某些 方法控制酶和微生物。据此 需要进一步对超高压 灭菌的机理进行深入 的研究 9 1 。 3 总结与展 望 冷杀菌技术不仅能保证食品在微生物方面的安 全 ，而且能较好地保持果汁的固有营养成分 、质构、 色泽和新鲜程度。虽然在技术上还存在一定的不足 但是随着冷杀菌机理的深入探讨和技术的逐步完善 冷杀菌技术会局部取代现有的食品热杀菌技术 人 们将享受到更安全 、更新鲜的高品质果汁饮料。 参考文献 ： 1 鲍志英， 德力格 尔桑 食品加工 中超高压灭 菌的机理 J 、 农 产品加工， 2 0 0 3 ， ( 1 1 ) ： 1 4 1 5 2 孙关琴， 彭超 英， 郝 惠英 冷杀菌技 术及 其在果 汁生产 中 的应用f J 】 饮料工业， 2 0 0 3 ， 6 ( 1 ) ： 6 9 3 C o r w i n H ， S h e l l h a m me r T H C o m b i n e d c a r b o n d i o x i d e a n d h i g h p r e s s u r e i n a c t i v a t i o n o f p e c t i n me t h y l e s t e r a s e p o l y p h e n d o x i d a s e ，L a c t o b a c i l l u s p l a n t a r u m a n d E s - c h e r i c h i a c o i l J J o f F o o d S c i ,2 0 0 2 ， 6 7 ) ：6 9 7 - 7 0 1 4 P a r k S J ， e t a 1 E ff e c t s o f a c o m b i n e d p r o c e s s o f h i g h p r e s - s u r e c a r b o n d i o x i d e a n d h i s h h y d r o s t a t i c p r e s s u r e o n t h e q u a l i t y o f c a r r o t j u i c e O J o f F o o d S c i ， 2 0 0 2 ， 6 7 ( 5 ) ： 1 8 2 7 1 8 34 5 Mc k e n n a D R ， N a n k e K E ， O l s o n D G T h e e f f e c t s o f i r r a d i a t i o n， hiIg h h yd r o s t a t i c p r e s s u r e a n d t e mp e r a t u r e du ring p r e s s uriz a t i on on t he c ha r a c t e ris t i c s o f c o ok e d- r e he a t e d s a l mo n a n d c a t fi s h f i l l e t s J J o f F o o d S c i ， 2 0 0 3 ， 6 8 ( 1 ) ： 3 6 8 维普资讯 专 题 论 述 抗突变活性乳酸菌对膳食 中诱变剂 去 除作 用研 究进展 苏伟 ，陈钢 ( 1 江西科技师范学院生命科学学院，南昌 3 3 0 0 1 3 ； 2 南昌大学教育部食品科学重点实验室，南昌 3 3 0 0 4 7 ) 摘要：乳酸菌具有抗肿瘤与抗突变活性。综述了具有抗突变活性的乳酸茵对膳食中真菌毒素、杂环胺 等诱 变剂的去除作 用。 关键词 ：乳酸茵 ；诱 变剂 ；抗 突变 中图分 类号 ：T S 2 0 2 - 3 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 5 9 9 8 9 ( 2 0 0 6 ) 0 9 一 O O l 1 - 0 3 St u d y o n r e mo v i n g d i e t a r y mu t a g e n b y a n t i mu t a g e n ic Ia c t i c a c i d b a c t e r i a S U W e i ， CHEN Ga n g ( 1 J i a n g x i Sc i e n c e a n d Te c h n o l o g y No r ma l Un i v e r s i t y， Na n c h a n g 3 3 0 0 1 3； 2 T h e K e y L a b o r a t o r y o f F o o d S c i e n c e o f MOE N a n c h a n g U n i v e r s i t y ， N a n c h a n g 3 3 0 0 4 7 ) Ab s t r a c t ：L a c t i c a c id b a c t e r ia h a v e b e e n r e p o r t e d t o h a v e a n t i mu t a g e n ic a n d a n t i c a r c i n O g e n i c p r o p ert i e s i n v i v o a n d i n v it r o Sp e c i f ic s t r a i n s o f la c t i c a c i d b a c t e r i a p o s s e s s i n g a n t i mu t a g e n i c p r o p e rt i e s a r e s u g g e s t e d t o r e mo v e mu t a g en i c c o n t a mi n a n t s o f f o o d s s u c h a s my c o t o x i n a n d h e t e r o c y c l i c a min e Ke y wo r d s ：la c t i c a c i d b a c t e r i a