《食品物理保鲜》PPT课件.pptVIP

第三节 食品物理保鲜,本节重点：常用的物理保鲜方法的原理和各方法的操作要点。,一、辐射处理,概念：利用射线、X射线以及电子书等电离辐射射线与物质作用产生的物理效应、化学效应和生物效应，达到杀虫灭菌、防止霉变、提高食品的卫生质量、保持营养品质及风味及延长贮藏期和货架期的目的。 辐射保藏的特点：（1）食品在受辐射过程中温度升高甚微，因此，被辐射适当处理后的食品在感官性状如色、香味和质地等方面与新鲜食品差别很小，特别适合于一些不耐热的食品和药品。（2）射线穿透力强，在不拆包装和解冻的情况下，可杀灭其深藏于谷物、果实或冻肉内部的害虫和微生物，也节省了包装材料，避免再污染。（3）射线处理过的食品不会留下任何残留物，与化学处理相比是一大特点。,一、辐射处理,（4）节省能源：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，脱水处理（干燥）700千瓦时/T，而辐射杀菌只需6.34千瓦时/T，辐射巴氏消毒0.76千瓦时/T。（5）适应范围广：能处理各种不同类型的食物品种，如从装箱的马铃薯到袋装的面粉、肉类、水果、蔬菜、谷物、水产等多种体积的食品；不同状态，固体液体。（6）加工效率高、整个工序可连续化、自动化。只要规模大，就能获得巨大的利益。谷物20万吨以上，马铃薯2.5万吨以上，洋葱5000吨。 因此，辐射保藏是一种获得经济效益和有发展前途的保藏方法，也是和平利用原子能的一个重要方面。,一、辐射处理,（一）辐射的起源与发展 1895年伦琴发现X-射线后，Mink于1896年就提出X-射线的杀菌作用。 二次大战期间，美国麻省理工学院的罗克多尔将射线处理汉堡包，揭开了辐射保藏食品研究的序幕。 50年代起北美、欧洲、日本等30多个国家先后投入大量的费用进行研究； 60年代一些第三世界国家也加入该行列，目前从事这方面研究的有50-60个国家。,一、辐射处理,国际原子能组织（IAEA）、联合国粮农组织（FAO）、世界卫生组织（WHO）等的支持和组织下，进行了种种国际协作研究。到1976年25种辐射处理食品在18个国家得到无条件批准或暂定批准，允许供作为商品供一般使用。 1980年10月27日上述组织联合举行的第四次专门委员会议作出结论：用10kGy以下平均最大剂量照射任何食品，在毒理学、营养学及微生物学上都丝毫不存在问题，而且今后无须再对经低于此剂量辐照的各种食品进行毒性实验。 1999年，以上三结构在WHO890号报告中宣布：超过10kGy高剂量辐照食品也是安全的结论。但具体实施的时候要综合考虑食品的卫生安全，结构完整性，功能特性和食用品质所确定的最高耐受剂量。,一、辐射处理,目前许多国家将辐射用于食品的加工与保藏。 前苏联、美国、加拿大、法国、日本、中国等国家均批准在一些食品中使用辐照。 日本、加拿大建立了辐射工厂用于食品保藏、有鱼虾、果蔬等。 欧洲（丹麦、保加利亚、法国等）用于抑制土豆、大蒜、洋葱发芽。 发展中国家，印度、伊朗、泰国、智利、阿根廷等用于粮食（谷物）的防霉、防虫。,一、辐射处理,我国自1958年开始，70年代的研究工作取得了一定的成效。 1984年11月国家卫生部批准7项（马铃薯、洋葱、大蒜、花生、蘑菇、香肠）辐照食品允许消费。之后又有20多种食品通过了不同级别的技术鉴定。 80年代，一些省市建立了一起容量较大的辐射应用试验基地，如北京、上海、天津、湖南、四川、广东等地。 1996年颁布了“辐照食品管理办法”，现已公布了大量的食品辐照工艺标准。,一、辐射处理,（二）辐射处理原理及生物学效应 食品辐照时，射线把能量或电荷传递给食品以及食品上的微生物和昆虫，引起的各种效应造成它们体内的酶钝化和各种损伤，进而迅速影响其整个生命过程，导致代谢、生长异常、损伤扩大直至生命死亡。食品中的鲜活食品存在着生命活动，采后的代谢处在缓慢的阶段，辐射所产生的影响进一步延缓了它们的后熟作用，使食品更加适于贮藏。 1、辐射的物理学原理 辐射指能量传递的一种方式，在电磁波谱中，根据能量相应的大小，可使电磁波分成无线电波、微波、红外、可见光、紫外线，和射线。 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。通常按辐射的频率来划分。,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,一、辐射处理,非电离辐射：低频辐射线 1015，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1015，频率较高，能量大，有激发和电离两种作用： （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，这与低频辐射不同，不是加热，故又称为冷杀菌。 （2）1018Hz，如X-，-射线，能量很大，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。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。,一、辐射处理,辐射或照射的计量单位：辐照或辐射量、物质吸收量以及他们的速率。 放射性活度：是度量放射性强弱的物理量。处于某一特定能态的放射性核在单位时间内的衰变数。单位是贝可勒尔，符号为Bq。1 Bq=1s-1 照射量：度量射线在空气中电离能力的物理量。 吸收剂量和吸收剂量率 吸收剂量：吸收剂量是指在辐射源的辐射场内单位质量被辐射物质吸收的辐射能量。简称剂量。单位是戈瑞，符号Gy。 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。单位是：Gy/s。,一、辐射处理,2、辐射的化学效应 是指被辐射物质中的分子所发生的化学变化。 电离辐射使物质产生化学变化的问题至今仍不是很清楚。 由电离辐射使食品产生多种离子、粒子及质子的基本过程有： 直接 初级辐射即物质接受辐射能后，形成离子、激发态分子或分子碎片与辐射程度有关。 间接 次级辐射初级辐射的产物相互作用生成与原物质不同的化合物与温度等其他条件有关。 食品经辐射后，会产生自由基如有机过氧化物，从而影响产品质量。,一、辐射处理,食品及其他生物有机体的主要化学成分在辐射下的变化。 （1）水 水是微生物、昆虫的重要成分，食品中也含有水分。 水分子对辐射很敏感，当它接受了射线的能量后，水分子首先被激活，然后由激活了的水分子和食品中的其他成分发生反应。 食品中其他成分通过水的辐解而受间接影响可能大于辐射的直接影响。 水接受辐射后的最后产物是氢和过氧化氢，形成的机制很复杂。现已知的中间产物主要有三种：水合电子（eaq），氢氧基（OH），氢基（H）。,一、辐射处理,（2）氨基酸与蛋白质 有机化合物因辐射而分解的产物也很复杂，取决于原物质的化学性质和辐射条件，有的从高分子- 低分子，有的反而从低分子-高分子。 射线照射到食品蛋白质分子，很容易使它的二硫键、氢键、盐键、醚键断裂，破坏蛋白质分子的三级、二级结构，改变物理化学性质，从而影响其风味及感官变化。 肉照射后易产生挥发性物质，影响风味，而低温使生成的挥发性成分降低， 故为了使辐照杀菌的肉不产生异味，最好在冻结温度下照射。一般在-40或更低。,一、辐射处理,射线照射，引起氨基酸、蛋白质分子的化学变化有： （1）脱氨 ：如甘氨酸 e-+NH3+CH2COOH-NH3+CH2COO- （2）放出CO2 : a. 脱氨的脱羧反应 b. 不脱氨的脱羧反应 （3）含硫氨基酸的氧化（巯基） e-+NH3+CH2CH(CH2SH)COO-H2S+ NH2CH(CH2)COO- （4）交联 蛋白质 凝聚(该蛋白质分子通过硫氢基的氧化生成分子内或分子间的二硫键，或由酪氨酸和苯丙氨酸的苯环偶合而发生交联)。 （5） 降解蛋白质发生裂解，产生较小的碎片。 （6）辐射降解与交联同时发生，若降解小而交联大，则交联会掩盖降解，故降解不易观察到。,一、辐射处理,（3） 酶 酶是机体组织的重要成分，因酶的主要组成是蛋白质，故它对辐射的反应与蛋白质相似，如变性作用等。 纯酶稀溶液对辐射敏感，若增加其浓度也必须增加辐射剂量才能产生同样的钝化效果。 若在食品体系中，酶很容易受到保护，同时也受外界条件变化（温度、 pH、含氧量）的影响。如提高温度会增加酶对辐射的敏感度，在有氧状态下干燥胰蛋白酶极易钝化。 此外，有时酶由于蛋白质分子降解，使酶活性中心暴露出来，反而致使酶反应更有利。因此对分解酶类活性的食品，在辐射前应先通过加热灭酶。 酶会因有巯基（-SH）的存在而增加其对辐射的敏感性。,一、辐射处理,（4）糖类 一般来说相当稳定，只有大剂量照射下才引起氧化和分解。在食品辐射保藏的剂量下，所引起的物质性质变化极小。辐照对单独存在时的糖类的影响如下： 单糖只有在C4上发生氧化产生糖酮酸。 低分子糖类：旋光度降低、褐变、还原性和吸收光谱变化、产生H2、CO、CO2、CH4等气体。 多糖类：熔点降低、旋光度降低、褐变、结构和吸收光谱变化。 如直链淀粉黏度下降（淀粉降解）；果胶：植物组织受损（解聚）；经辐照后结构发生变化，对酶的敏感性也随之发生变化，并引起-1，4-糖苷键偶发性断裂及生成H2、CO、CO2气体。,一、辐射处理,（）脂类 一般来说，饱和脂肪是稳定的，不饱和脂肪容易发生氧化。辐射脂类的主要作用是在脂肪酸长链中-C-C-键外断裂。 辐射对脂类所产生的影响可分为三个方面：理化性质的变化；受辐射感应而发生自动氧化；发生非自动氧化性的辐射分解。 脂肪酸酯和某些天然油脂在受50kGy以下剂量照射，品质变化极少；但其他成为异臭发生源。如肉类风味变化，牛奶产生蜡烛味，鱼类产生异臭。 辐照可促使脂类的自动氧化，有氧存在，其促进作用更明显，从而促进游离基的生成，使氢过氧化物和抗氧化物质分解反应加快，生成醛、醛酯、含氧酸、乙醇、酮等。,一、辐射处理,饱和脂类在无氧状态下辐照时会发生非自动氧化性分解反应，产生H2、CO、CO2、碳氢化合物、醛和高分子化合物。不饱和脂肪酸也会产生类似的物质，其生成的碳氢化合物为链烯烃、二烯烃、二烯烃和二聚物形成的酸。 磷脂类的辐射分解物也是碳氢化合物类、醛类和酯类。 对含有脂肪的食品辐照时也鉴定出了过氧化物、酯类、酸类、和碳氢化合物等，这与天然脂肪和典型脂肪的情况相同。但是应注意的是，与刚照射后相比，这种影响多出现于贮藏期中。,一、辐射处理,（）维生素 维生素是食品中重要的微量营养物质。维生素对辐照食品的敏感性在评价辐照食品的营养价值上是一个很重要的指标。 水溶性维生素中以VC的辐射敏感性最强，其他水溶性如VB1，VB2，泛酸，VB6，叶酸也较敏感，VB5（烟酸）对辐射很不敏感，较稳定。 脂溶性维生素对辐射均很敏感，尤其是VE,VK更敏感。,一、辐射处理,、辐射作用的生物学过程 生物体从吸收能量到最终表现生物学效应，共可分为四个阶段：物理阶段、物理化学阶段、生物化学阶段和生物学阶段。 、辐射的生物学效应 生物学效应指辐射对生物体如微生物、昆虫、寄生虫、植物等的影响。这种影响是由于生物体内的化学变化造成的。 已证实辐射不会产生特殊毒素，但在辐射后某些机体组织中有时发现带有毒性的不正常代谢产物。 辐射对活体组织的损伤主要是有关其代谢反应，视其机体组织受辐射损伤后的恢复能力而异，这还取决于所使用的辐射总剂量的大小。,一、辐射处理,(1)抑制发芽和果实后熟 电离辐射抑制植物器官发芽的原因是由于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。 研究发现59Gy以上的辐射的将使马铃薯和洋葱的核酸合成显著减弱，并改变其组成，引起分解。土豆、洋葱辐射可抑制发芽，0.04-0.08kGy，常温下贮存达到一年。 水果在后熟之前其呼吸率降至极小值，当后熟开始时呼吸作用大幅度的增长，并达到顶峰，然后进入水果的老化期，在老化期呼吸率又降低。如果在水果后熟之前呼吸率最小时用辐射处理，此时辐射能抑制其后熟期，主要是能改变植物体内乙烯的生长率（乙烯有催熟作用）从而推迟水果后熟。番茄、青椒、黄瓜、洋梨等。,一、辐射处理,（2）导致微生物和昆虫的死亡 昆虫的细胞对辐照相当敏感，采用辐照杀灭昆虫非常有效，尤其是幼虫。 对微生物也有杀伤作用，具体的杀伤能力取决于微生物对辐射的敏感性。 为了表示某种微生物对辐射的敏感性，就通常以每杀死90%微生物所需用的戈瑞数来表示，即残存微生物数下降到原数的10%时所需用戈瑞的剂量，并用D10值来表示。,一、辐射处理,人们通过大量的实验发现，微生物（细菌）残存数与辐射剂量存在如下关系: logN/N0 =-D/D10 N0:初始微生物数 N:使用D剂量后残留的微生物数 D:初始剂量 D10:微生物残留数减到原数的10%时的剂量 不同的微生物对辐照的敏感性不同 一般来说，10 G-G+酵母菌霉菌 (敏感) 注意：辐射并不能使微生物毒素除去，如黄曲霉素对射线相当稳定，300kGy大剂量毒素无变化，可能毒素较稳定。,一、辐射处理,（三）影响辐射贮藏效果的因素 1、放射线的种类 -射线：相对质量较大，电离能力很强，穿透能力很小；一张纸就能阻挡它的通过。 -射线：为氢核质量的几千分之一，带电量为-射线的一半，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：电离能力小，穿透力很高,一、辐射处理,2、照射剂量和剂量率 照射剂量的大小与贮藏效果有关。 吸收剂量速率与照射距离和辐射强度有关。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。 物料不同，吸收剂量速率也是不一样的。 3、食品本身的性质 病菌污染程度、寄生虫的多少、生长发育阶段、成熟度、呼吸代谢强度等。,一、辐射处理,4、辅助措施的增效作用 增加辐照杀菌效果的常见因素 降低辐照杀菌效果的常见因素 5、环境因素的影响 O2效应 温度效应 水分效应,二、电场处理,1、概念 2、原理 3、电场处理的作用形式,三、减压贮藏,1、减压贮藏概念:减压贮藏(hypobaric storage)又叫低压换气贮藏、低压贮藏，它是将果品放在一个密闭容器内，用真空泵抽气降低压力的一种贮藏方法，是蔬菜水果以及其他许多食品保藏的又一个技术创新，是气调冷藏的进一步发展。 2、减压贮藏的原理:降低气压，空气的各种气体组分的分压都相应降低,减压处理能促进植物起到类似气调的作用；另外，促进组织内气体成分向外扩散 ，减少了不良气体的影响，减压贮藏不仅可以降低呼吸作用，延缓完熟，还有保持绿色、防止组织软化、减轻冷害和一些贮藏生理病害的效应。,三、减压贮藏,特点：减压保鲜技术通过降低贮藏环境的气体分压，形成低O2环境，抑制了果蔬的呼吸；同时促进了果蔬组织内挥发性有害气体向外扩散，从而减少了由这些物质引起的衰老和生理病害，也从根本上消除CO2中毒的可能性；此外，减压技术还可抑制微生物的生长发育和孢子的形成，减轻某些微生物侵染； 其贮藏环境较好，无其他污染。 减压贮藏兼有冷藏和气调贮藏的优点，还可实现快速均匀降氧、清除有害气体成分、稳定贮藏温度，被称为保鲜史上的第三次革命，将在易腐难贮果蔬保鲜方面发挥巨大作用。,三、减压贮藏,3、减压贮藏库的组成 一个完整的减压贮藏系统包括四个方面的主要内容：降温、减压、增湿和通风。 具体组成：贮藏库体、冷却装置、加湿装置、真空泵和