课件：食品杀菌新技术.ppt

食品杀菌新技术,杀菌技术可分为：加热杀菌技术、化学药剂杀菌技术、辐射杀菌技术、过滤除菌法以及加热与其他手段相结合的杀菌技术等。,本章主要学习现代食品工程中应用的各种新杀(除)菌方法的原理、特点及涉及到的杀菌设备。,第一节 超高温杀菌技术,常见的物理灭菌包括热灭菌和冷灭菌。,热灭菌是食品工业常用的方法，包括：巴氏灭菌法、高温短时灭菌法和超高温瞬时灭菌法（UHT）。,习惯上，把加热温度为135-150，加热时间为2-8s，加热后产品达到商业无菌要求的杀菌过程称为UHT灭菌。,商业无菌：通常是将食品加热到较高的温度并维持一定的时间以达到杀死所有致病菌、腐败菌和绝大部分微生物，钝化酶，使杀菌后的食品达到较长的贮期。,一、超高温杀菌原理,细胞内蛋白质凝固变性的难易程度直接关系到微生物的耐热性。,微生物的热致死率是加热温度和受热时间的函数。在温度有效范围内，热处理温度每升高10，细菌孢子的被破坏速度提高11-30倍。,（一）微生物的耐热性,影响微生物耐热性的因素：,（1）pH和缓冲介质：过酸和过碱均使微生物耐热性下降。,（2）离子环境：低浓度食盐对芽孢耐热性有一定的增强作用，随着浓度提高到8%以上会使芽孢耐热性减弱。,（3）水分活性：芽孢对干热（氧化）的抵抗能力比湿热（蛋白质变性）的强。,（二）热力致死速率曲线与D值,以纵坐标为单位物料内部随时间残存的细菌活细胞数或芽孢数的对数值，以横坐标为热处理时间，可得到一直线热力致死速率曲线或活菌残存数曲线。,D值：在一定的处理环境中和在一定的热力致死温度条件下某细菌群中每杀死90%原有残存活菌数时所需要的时间。,图中表明，直线通过一个对数循环时所需要的时间（分钟）就是D值。也是直线斜率的倒数。,D值大小和细菌耐热性的强度成正比。,例1： 100热处理时，原始菌数为1104，热处理3分钟后残存的活菌数是1101，求该菌D值。 即D 100 =1.00,（3）热力致死时间曲线（TDT曲线）与Z值,热力致死时间：热力温度保持恒定不变，将处于一定条件下的食品物料中某一菌种的细胞或芽孢全部杀死所必需的最短热处理时间。,以热处理温度为横坐标，以热处理时间的对数值为纵坐标，就得到一条直线，即热力致死时间曲线（TDT）。,Z值：热力致死时间缩短一个对数周期所要求的热处理温度升高的温度数。,设A、A为热致死时间相差1个对数周期的两个点，其对应的热致死时间的对数值分别为： lgTDTA=lgl02，lgTDTA=lgl0，相应的热力致死温度分别为TA、TA，则直线斜率为：,通常用121作为标准温度，该温度下的热力致死时间用符号F来表示，并称为F值，单位为min。,F值：在121温度条件下杀死一定浓度的细菌所需要的时间。,菌种在任何杀菌温度T下的TDT值可按下式表示：,（四）热力指数递减时间（TRT）,TRT：在任何特定热力致死温度条件下将细菌或芽孢数减少到某一程度如10-n（即原来活菌数的1/10n）时所需要的热处理时间（分钟）。,TRTn=nD即曲线通过n个对数循环时所需要的热处理时间。,例：121温度杀菌时TRT12=12D，即经12D分钟杀菌后罐内致死率芽孢数将降低到10-12。,二、超高温杀菌的基本方法,基本方法：间接式(间壁式)加热法和直接混合式加热法。,间接式加热法：热量经固体换热壁传递给待加热杀菌的物料。 直接式加热法：包括注入式和喷射式。,三、UHT杀菌装置,（一）直接式加热装置,1、喷射式加热器,原乳由输送泵1抽出，经第一预热器2进入第二预热器3，再由乳泵4抽出，经气控阀5送到蒸汽喷射杀菌器6，瞬间加热到150，进入真空罐9。 无菌乳泵11送至无菌均质机12，冷却器13中进一步冷却，送往无菌包装机，或送入无菌贮罐。,2、注入式加热器,将牛乳或其他物料注入到过热蒸汽加热器中，由蒸汽瞬间加热到杀菌温度而完成杀菌过程。, 蒸汽加热器4底部的热牛乳强制喷入闪蒸罐5，最后由无菌泵6将灭菌乳由闪蒸罐底部抽出，经冷却器7后进入包装或储藏。, 原乳用高压泵1输送到第一预热器2，在此与来自闪蒸罐5的蒸汽进行热交换预热升温，然后经第二预热器3加热到75。, 牛乳进入蒸汽加热器4，加热到杀菌温度,（二）间接式加热装置,间接式超高温杀菌设备根据热交换器型式分为薄板式、套管式和刮板式三种。,1.薄板超高温杀菌设备,原乳从平衡槽1用泵抽送至薄板热交换器2预热，送入贮槽3保持8min。送入均质机4，进入薄板热交换器5、6与高温蒸汽热交换。,灭菌乳流经转向阀7，流入热交换器9热交换至100，再进入热交换器2与原乳交换热量，经热交换器10，冷却到20（或4）左右，送入无菌包装机包装。,2.管式杀菌设备,管式杀菌设备通常由供液泵、预热器、管式加热杀菌器和回流管道等构成。,套管式超高温杀菌设备的加热器是，利用内外管间环形间隙进行热交换。,物料由供料泵1进入双套盘管2的外层通道，与内层通道已杀菌的高温物料热交换而预热，进入加热灭菌室3，然后进入双套盘管内层通道被进料冷却到出料温度。,可通过截止阀11接通热源（蒸汽）或冷源（冰盐水等）进入附加的加长型双套盘管，使内层物料进一步升温或降温。,常见的UHT 产品,新鲜及再制液体奶 浓缩乳 奶油 风味乳饮料 发酵乳制品 冰淇淋混合料 蛋白饮料,第二节 欧姆杀菌,一、定义 欧姆加热(ohm-heating)，亦称电阻加热，是电流在一对电极之间流过连续流动的食品，食品内部产生热量，达到灭菌的目的。,二、原理 欧姆杀菌是利用食品本身所具有的电不良传导性所产生的电阻来加热食品，使食品不分液体、固体均可受热一致，并可获得比常规方法更快的颗粒加热速率。,绝缘体不能直接使用欧姆加热法，如油脂、乙醇、糖浆以及非金属的固体物质。,二、欧姆加热杀菌优点,1、液体和其中的固体几乎同时加热。,2、能加热连续流动的产品，流动过程中形成均匀的温度场。,3、可处理高黏度物料。,4、能量转化率高。,5、易于实现自动控制，可以立即启动和停止。,三、欧姆加热技术的影响因素,1、电导率 固液体间的电导率差异以及非导电性物质的存在会影响欧姆加热的效果。,2、温度 物料加热温度越高，电导率也越高。,3、固体的大小、形状、密度和含量。,颗粒直径小于25 mm。,加热物料密度最好均匀。,颗粒物料含量在20%-70%之间，具有多样的几何形状。,4、液体的黏度,5、热容 热容越大受热越快。,6、物料的质量流量 加热功率一定，物料的升温与质量流量成反比。,7、前处理 预热(煮)、酶处理、化学处理等。,四、欧姆杀菌装置,欧姆杀菌装置系统主要由泵、柱式欧姆加热器、保温管、控制仪表等组成。,欧姆加热无菌加工一般步骤：,(1)设备消毒：欧姆加热器、保温管和冷却器用温和盐溶液循环消毒。,(2)杀菌操作：整个设备灭菌后，食品由容积泵引入系统。产品加热到指定温度后进入绝缘的保温管，冷却后进入无菌包装。,第三节 高压杀菌技术,一、定义 高压杀菌技术是将密封于容器中的食品置于水或其它液体作为传压介质的无菌压力系统中，经100Mpa以上超高压处理一段时间，以达到杀菌、灭酶和改善食品的功能性质等作用。,二、高压杀菌的原理 高压导致微生物的形态结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁膜发生多方面的变化，从而影响微生物原有的生理活动机能，甚至使原有功能破坏或发生不可逆变化。,1、超高压对细胞形态的影响：使细胞形态会发生改变。,2、超高压对细胞膜壁的影响：细胞膜通透性发生变化。,3、超高压对微生物体内酶的影响：改变分子内部结构，活性部位上构象发生变化。,（1）多酚氧化酶：加压到400MPa以上，很快失活。,（2）脂酶：700MPa、45处理10min可完全钝化脂酶。,三、高压杀菌对食品成分的影响,1、水的特性变化：200MPa以下时，随着压力增大，水的冻结点降低； 200MPa以上，随着压力增大，冻结点升高。,2、对蛋白质的影响 对三四级结构影响很大，导致蛋白质变性（凝固或凝胶）。 通过压力形成的凝胶比热凝胶能保持其天然的颜色和香味。,3、对碳水化合物的影响：使淀粉改性。,4、对脂肪的影响 常温下加压100-200MPa，变成固体，解压后恢复到原状。,6、对色素的影响 超高压处理能较大限度地保留食品中的功能色素成分。,5、对维生素的影响 对添加含有大量维生素的液态功能食品，具有较好的保护作用。,四、影响高压杀菌的因素,1、压力：压力越高杀菌效果越好。,2、温度：同样的压力下，杀死同等数量的细菌，温度越高所需杀菌时间越短。,3、pH值：PH的略微改变会使所需压力或杀菌时间大幅度减少，,5、食品成分对超高压杀菌的影响 食品中富含营养成分或高糖高盐时，超高压杀菌就变得困难。,4、微生物 革兰阴性菌比革兰阳性菌和芽孢对高压敏感； 杆菌比球菌敏感； 处于对数生长期的微生物比稳定期的微生物对高压有较高的敏感性； 处于最适生长温度条件下的微生物比处于高于或低于最适温度下的微生物对高压的抗性强。,五、高压处理在食品中的应用,1、超高压处理在肉制品中的应用 经高压处理后的肉制品在嫩度、风味、色泽等方面均得到改善，同时也增加了保藏性。,2、超高压处理在水产品中的应用 高压处理可保持水产品原有的新鲜风味。,3、超高压处理在果酱中的应用 简化生产工艺，提高产品品质。,4、超高压处理在其他方面的应用 提高腌菜的保存期又保持了原有的生鲜特色。,第四节 辐射保鲜技术,伦琴在1895年宣布发现X射线，第二年就提出了X射线的杀菌作用。,1930年乌斯特(Wast)证实“所有食品包装在密封金属罐中，再用强力伦琴射线照射可杀灭所有细菌”。,二次大战期间，美国麻省理工学院的罗克多尔用射线处理汉堡包，揭开了辐射保藏食品研究的序幕。,1970年联合国粮农组织(FAO)国际原子能机构(IAEA)世界卫生组织(WHO)的专家在日内瓦会议上确立食品辐照领域的国际计划(简称IFIP),食品辐照：是一种物理加工过程，而不是化学添加剂；只要证明辐照食品安全无毒害以后，与其营养构成类似的食品，也可以可靠地推断它是安全的。,我国自1958年开始食品辐照的研究工作。,1984年，国家卫生部颁布批准马铃薯、洋葱、大蒜、大米、蘑菇、花生仁、香肠辐照食品的卫生标准。,1997年批准了豆类、谷类及其制品、干果果脯类、熟畜禽肉类、冷冻包装畜禽肉类、香辛料类、新鲜水果蔬菜类辐照卫生标准。,是以辐射加工技术为基础，运用X射线、射线或高速电子束等电离辐射产生的高能射线对食品进行加工处理，达到杀虫、杀菌、抑制微生物生理过程、提高食品卫生质量、保持营养品质及风味、延长货架期的目的。,辐射食品标志,食品辐射保鲜技术,一、现有保藏技术的优缺点,食品冷冻保藏： 优点：能够较好保持新鲜食品原有的风味和营养价值； 缺点：能耗大，需建立冷藏链。,食品罐藏： 优点：绝大部分杀灭微生物，可以长期保藏； 缺点：热对风味组织结构和色泽有影响。,食品干藏： 优点：简便宜行，重量减轻或体积变小，食品增香变脆； 缺点：自然脱水后的食品难复水，易变色。,化学保藏： 优点：操作简便易行。 缺点：化学物质残留。,二、辐射保藏的优越性,1、感官性状差别很小，适合于一些不耐热的食品和药品。,2、穿透力强，在不拆包和解冻的情况下，杀灭害虫、微生物。,3、不会留下残留物。,4、节省能源。,5、适应范围广。,6、加工效率高、整个工序可连续化、自动化。,据76年国际原子能机构（IAEA）通报的估计，食品采用冷藏需消耗能量为90千瓦时/T，巴氏消毒230千瓦时/T，热力杀菌300千瓦时/T，而辐射杀菌只需6.34千瓦时/T。,三、电离辐射原理,（一）辐射类型,通常根据辐射的作用形式可将辐射分为电离辐射和非电离辐射两种类型。,非电离辐射：低频辐射线1015Hz，波长较长（频率较低），能量小，如微波、红外线的能量仅能使物质分子产生转动或振动而产生热，则起到加热杀菌作用，是非电离辐射。,电离辐射：高频辐射线1015Hz，频率较高，能量大，有激发和电离两种作用。,（2）1018Hz，如X-射线，-射线，在使物质的原子受到激发的同时，还能引起原子的电离（使电子从各个原子中弹出而本身原子变成带相反电荷的离子），因而可起到杀菌作用。,（1）在1015-1018Hz，如紫外线的能量，仅能使被照射物质的原子受到激发（激发为使电子从低能态到高能态），亦可起到杀菌的作用。,电离辐射：能使受辐射物质的原子发生电离作用的辐射称为电离辐射，相应的射线称为电离辐射线。,频率,波长, =C, =C/,低频辐射区 1015Hz,高频辐射线 1015Hz,E 能量,无线电波,微波,红外,可见,紫外,X射线和射线,105Hz 1010 1015 1018 1020,3km 3cm 3m 3nm 0.3nm,410-10 ev 410-5 410-3 4 4102 4k ev 4M ev,（二）电磁辐射线,-射线：相对质量较大，电离能力很强，穿透能力很小； -射线：电离能力比-射线小，穿透能力比-射线大； -射线：电离能力比、小，但穿透能力比、大； X-射线：部分波长与射线重合，部分波长大于射线。电离能力小，穿透力很高。,用于食品保藏的辐射源有放射性同位素、电子加速器和X射线发生器。,（三）辐射源,1、放射性同位素,在食品辐射时供电离辐射用的放射线主要为-和-射线，经常采用人工制备的放射性同位素60Co和137Cs,60Co经-衰变后放出两个能量不同的-光子最后变为60Ni；137Cs经-衰变后放出-光子最后变为137Ba,制备方法：将自然界中存在的稳定同位素59Co金属制成棒形、长方形、薄片形、颗粒形、圆筒形或所需要的形状，置于反应堆活性区，经中子一定时间照射，少量59Co原子吸收一个中子后即生成60Co辐射源。,2、电子加速器,电子加速器是利用电磁场作用，使电子获得较高能量，将电能转变成辐射能，产生高能电子射线或X射线的装置。,（四）辐照剂量,辐照剂量：指被照射物质吸收辐射能量程度的一些物理量。常用照射量、物料吸收剂量和吸收剂量速率来表示。,1.照射剂量 是指X射线或射线在单位质量空气中产生的全部次级电子被完全阻留在空气中时所产生的同一符号离子的总电荷量，表示x射线或射线在空气中电离能力的大小。 法定单位为库仑/千克（C/kg），以前曾用伦琴（R）， 1R=2.5810-4C/kg。,3.吸收剂量速率 单位质量的被照射物质在单位时间中所吸收的能量称为吸收剂量速率，单位为Gy/s。,距离越近，吸收剂量速率越大，距离相同，辐射强度越大，则吸收剂量越大。,2.吸收剂量 是电离辐射授予被辐射物质单位质量的平均能量，即被辐射物质吸收的辐射能量，法定单位为J/kg，也称Gy。,（1）直接作用：细胞内DNA受损致使细胞死亡，细胞内膜受损，酶功能紊乱，干扰微生物代谢，使新陈代谢中断，从而使微生物死亡。,四、食品辐射的生物学效应,（2）间接效应：来自被激活的水分子或电离所得的游离基与微生物内的生理活性物质相互作用，而使细胞生理机能受到影响。,1.对微生物的作用,2.对酵母与霉菌的作用 酵母与霉菌对辐照的敏感性与非芽孢细菌相当，用2kGy左右的辐射剂量即可抑制其繁殖。,3.对病毒的作用 进入细胞后能改变细胞的代谢机能，产生新的病毒成分，通常使用高达30kGy的剂量才能抑制。,4.对昆虫的作用 辐射对昆虫总的损伤作用是致死，“击倒”（貌似死亡，随后恢复），寿命缩短，推迟换羽，不育，减少卵的孵化，延迟发育，减少进食量和抑制呼吸。,蛾、螨、甲虫不育0.1-0.5KGy，致死30-50KGy。,5.对寄生虫的作用 猪肉中旋毛虫：不育剂量0.12kGy，死亡7.5kGy； 牛肉中绦虫：致死剂量3.0-5.0KGy,6.对植物的作用,（1）抑制发芽：植物分生组织被破坏，核酸和植物激素代谢受到干扰，以及核蛋白发生变性。,（2）调节呼吸和后熟：能改变植物体内乙烯的生成率从而推迟水果后熟。,五、辐射杀菌类型,根据食品处理后所要求达到的保藏期，辐射杀菌常有三种方式：辐射完全杀菌、辐射针对性杀菌、辐射耐贮杀菌。,1.辐射完全杀菌 足以使微生物的数量减少到零或有限个数，目前的方法检测不出腐败微生物，一般使用高剂量10-50kGy。,2.辐射针对性杀菌 足以降低某些有生命力的特定非芽孢致病菌的数量。辐射剂量：5kGy-10kGy,3.辐射耐贮杀菌 足以降低腐败菌数量，延缓微生物大量增殖，提高耐贮期。辐射剂量：1-10kGy。,六、辐射食品的安全卫生,我国在辐照食品的安全性方面做了大量研究，包括： 1.有无残留放射性和产生放射性； 2.辐射食品的营养卫生； 3.有无病原微生物的危害； 4.辐射食品有无毒性； 5.有无致畸、致癌和致突变效应等。,（一）会不会沾染放射性物质,食品是在放射源前通过而不直接接触放射源，仅仅受到射线的照射，而不会沾染上放射性物质，