（食品科学专业论文）液态大豆制品的微波杀菌特性及品质保持研究.pdf

上海水产大学硕士学位论文 液态大豆制品的微波杀菌特性及品质保持研究 摘要 本研究以液态大豆制品的微波加热特性为主要内容，考察了微波杀菌条件下， 不同微波功率、蛋白质浓度梯度、糖度梯度液态大豆制品的升温曲线、致死曲线 等特性的影响；同时比较了微波杀菌和传统巴氏杀菌的杀菌效果差异和对液态大 豆制品中主要营养成分的影响差异，以及在5 1 2 和1 0 ( 2 贮藏过程中两种杀菌样品 中菌落总数生长差异，得到了5 0 和1 0 1 2 贮藏条件下样品菌落总数的生长曲线； 同时本研究还对液态大豆制品中的主要腐败微生物( 大肠杆菌和屎肠球菌) 的微波杀菌效果进行了研究，得到最佳微波杀菌条件和4 贮藏条件下主要腐败菌 的生长曲线；贮藏过程中两种常见腐败菌的生长变化趋势和传统巴氏杀菌进行了 比较。 本研究得到的主要结论如下： 1 ) 在对l o m l 液态大豆制品的微波加热过程中，在达到1 0 0 之前，液态大 豆制品的温度和微波加热时问之间的关系可以用一次线性方程较好地描述； 2 ) 微波炉的额定功率7 0 0 w ，按照额定功率的2 0 、4 0 0 , 6 、6 0 0 4 、8 0 和1 0 0 的比例设定加热功率，在所设定的微波功率( 1 4 0 w 、2 8 0 w 、4 2 0 w 、5 6 0 w 和7 0 0 w ) 范围内加热过程中，加热相同时间2 0 s ，使用5 6 0 w 的微波功率杀菌的液态大豆制 品中残菌数最少； 3 ) 在液态大豆制品蛋白质浓度一定( 蛋白质浓度为3 6 2 9 l o o m l ) 的条件下， 微波加热2 0 s 时，随着总糖浓度的上升，样品中的残菌数越来越多，微波杀菌的效 果越来越差； 4 ) 对于不同蛋白质浓度的液态大豆制品，在不同的糖度梯度下，微波杀菌相 同时间，随着总糖浓度的上升，液态大豆制品中残留的菌落数越来越多，因此需 要加热更长时间才能达到杀菌的效果；但蛋白质浓度对微波杀菌效果没有明显影 响； 5 ) 与传统巴氏杀菌相比，微波杀菌能在短时间内达到较高的温度，同时液态 大豆制品中的蛋白质和总糖成分损失较小，在5 c 和1 0 ( 2 温度条件下贮藏，经微 波杀菌后样品中的菌落生长较慢，以液态大豆制品中菌落总数达到l o s c f u m l 为 限，在5 温度条件下微波杀菌样品可以贮藏2 4 天，而巴氏杀菌样品在第1 8 天已 上海水产大学硬士学位论文 经腐败变质，在i o c 贮藏条件下，微波杀菌样品可以贮藏1 8 天，而巴氏杀菌样品 在第1 5 天已变质； 6 ) 在对主要腐败菌( 大肠杆菌和屎肠球菌) 的杀菌实验中，在4 低温贮藏 条件下，微波杀菌样品和巴氏杀菌样品中大肠杆菌的生长趋势没有明显差异，而 经微波杀菌样品的屎肠球菌比经传统巴氏杀菌样品中的生长缓慢，显示在低温贮 藏过程中，微波杀菌能更好的抑制液态大豆制品中屎肠球菌的生长。 关键词：液态大豆制品，微波杀菌，巴氏杀菌，菌落总数 圭堡查主奎兰堡主堂笙墼 t h ec h a r a c t e r i s t i c so f l i q u i ds o y b e a np r o d u c ta n dq u a l i t y k e e p i n gr e s e a r c hb ym i c r o w a v es t e r i l i z a t i o n a b s t r a c t t h i sr e s e a r c ht a k e st h ec h a r a c t e r i s t i co f l i q u i ds o y b e a np r o d u c t b ym i c r o w a v eh e a t i n g a sm a i nc o n t e n t s ，a n ds e p a r a t e l yt oi n v e s t i g a t et h ee f f e c to ft h ed i f f e r e n tm i c r o w a v e p o w e r 、t h ep r o t e i nc o n c e n t r a t i o ng r a d i e n t 、s u c l o s ec o n c e n 衄d t i o ng r a d i e n tt om i c r o w a v e s t 留i l i 枷o nc h a r a c t e r i s t i ct ot h ec u l n eo fl e t h a la n dt e m p e r a t l a ei n c r e a s eo ft h el i q u i d s t a t es o y b e a np r o d u c t ；s i m u l t a n e o u s l yh a sc o m p a r e dt h ei n f l u e n c eo fr e s i d u a lt o t a l b a c t e r i ac o l o n ya n dt h em a i nn u t r i t i o ni n g e 蜘i nt h el i q u i ds o y b e a np r o d u c tb y m i c r o w a v es t e r i l i z a t i o na n dt h et r a d i t i o n a lp a s t e u r i z a t i o n , a n dt h eg r o w t hd i f f e r e n c eo f t o t a lb a c t e r i ac o l o n yb e t w e e nt w ok i n do fs t e r i l i z a t i o n ss a m p l e si nt h ep r o c e s so f5 c a n dl o s t o r a g e t h e no b t a i n e dt h et o t a lb a c t e r i ac o l o n yg r o w t hc l l i v eo ft h es a m p l e u n d e r5 a n di o cs t o r a g ec o n d i t i o n ； s i m u l t a n e o u s l yt h i sp a p e r a l s oh a v er e s e 盯c ht h ee f f e c to fm i c r o w a v es t e r i l i z a t i o no f t h em a i nc , 0 1 t t l p tm i c r o o r g a n i s m ( e s c h e r i c h i ac o i la n de n t e r o c o c 嘲a sf a o z i u m ) i nl i q u i d s t a t es o y b e a np r o d u c t , o b t a i n st h eb e s tm i c r o w a v es t e r i l i z a t i o nc o n d i t i o na n dt h eg r o w t h c u l - c eo f t h em a i nc o r r u p tb a c t e r i au n d e rt h ec o n d i t i o no f 4 s t o r a g e ；a n dc o m p a r et h e g r o w t hd m g e t e n d e n c i e so f t w ok i n d so f c o m m o nc o r r u p tb a c t e r i ai nt h ep r o c c s so f 4 s t o r a g ew i t ht h et r a d i t i o np a s t e u r i z a t i o n 1 1 1 cm a i nc o n c l u s i o n so f t h i sr e s e a r c h 辨弱f o l l o w s ： 1 ) ht ot h ep r o c e s so f m i c r o w a v eh e a t i n gi nt h e l o m ll i q u i ds o y b e a np r o d u c t , b e f o r e t h et e m p e r a t u r er e a c ht o1 0 0 ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h et e m p e r a t u r eo fl i q u i d s t a t es o y b e a np r o d u c ta n dt h et i m eo fm i c r o w a v eh c a t i n gc 硒b ea l l o w e dt o 璐ea l i n e re q u a t i o nt od e s c r i b ew e l l ； 2 ) t h e r a t e dp o w e ro fm i c r o w a v eo v g ! ni s7 0 0 w ，p r o p o r t i o nt h em i c r o w a v ep o w e r a c c o r d i n gt ot h er a t e dp o w e r2 0 ，4 0 ，6 0 ，8 0 a n d1 0 0 , i nt h em i c r o w a v e p o w e rw h i c he s t a b l i s h e s ( 1 4 0 w ，2 8 0 w ，4 2 0 w 5 6 0 wa n d7 0 0 w ) i nt h es c o p e m 占堡查主盔堂堡主堂垡墼 i n t c e m a lh e a t i n gp r o e c a , s , h e a t sl l pt h es a m et i m e2 0 s ，i nw h i c ht h el i q u i ds o y b e a n p r o d u c tu s e s5 6 0 wm i c r o w a v ep o w e rs t e r i l i z e st h er e n m a n tt l a c t e l j l ln u m b e ri st h e l e a s t ； 3 ) u n d e rt h ec o n d i t i o no fc e r t a i np r o t e i ne o n e e n l r a t i o n ( p r o t e i nc o n e e n l r a t i o ni s 3 6 2 9 1 0 0 m l ) i nt h el i q u i ds o y b e a np r o d u c t , t h em i c r o w a v eh e a t i n gt i m er e a c ht o 2 0 s , a l o n gw i t ht h es u c i o f l ec o n c e n t r a t i o nr i s e ，i nt h es a m p l er e m n a n tb a c t e r i a n u m b e rb e c o m en l o l ea n dm o l e ，t h em i c r o w a v es t e r i l i z a t i o ne f f e c tb e c o m ew o r s e a n dw o r s e ； 4 ) r e g a r d i n gt h el i q u i ds o y b e a np r o d u c tw i t hd i f f e r e n tp r o t e i ne o n e e n l a a t i o n , u n d e ra d i f f e a f e n ts u c i o s t ：c o n c e n t r a t i o ng r a d i e n t , a l o n gw i t ht h e $ 1 1 c t o 鸵e o n e e n l r a t i o nr i s e , t h em i c r o w a v es t e r i l i z a t i o ne f f e c tb e c o m ew o r s ea n dw o r s e ，t h e r e f o r en e e d st oh e a t u pal o n g e rt i m et ob ea b l et oa c h i e v et h es t e r i l i z a t i o nt h ee f f e c t ；b u tp r o t e i n c o n e e n l a a t i o nh a v en o to b v i o u si n f l u e n c et om i c r o w a v es t e r i l i z a t i o ne f f e c t ； 5 )c o m p a r e sw i t ht h et r a d i t i o n a lp a s t e u f i 2 a t i o n , i nt h es h o r tt i m et h em i c r o w a v e s t e r i l i z a t i o n 锄a c h i e v ea h i g ht e m p e r a t u r e ，s i m u l t a n e o u s l yp r o t e i na n dt h es u c r o s e i n g r e d i e n tl o s es l i g h t l yi nt h el i q u i ds o y l , 锄p r o d u c t , w h e ns t o r e sa t5 a n d1 01 2 t e m p e r a t u r ec o n d i t i o n s , t h et o t a lb a c t e r i a i n t h es a m p l ea t b e rt h em i c r o w a v e s t e r i l i z a t i o ng r o w ss l o w l y , w h e nt h et o t a lb a c t e r i ai nt h el i q u i ds o y b e a np r o d u c t r e a c h e d1 0 e f u m l , t h em i c r o w a v es t e r i l i z a t i o ns a m p l em a ys t o r e2 4d a yu n d e r5 t e m p e r a t u r ec o n d i t i o n s ，b u tp d s 衄l l j z a t i o nt h es a m p l ea l r e a d yc o r r u p td e t e r i o r a t e di n l $ t hd a y s ，u n d e rt h ec o n d i t i o ni n1 0 s t o r a g e ，t h em i c r o w a v es t e r i l i z a t i o ns a m p l e w a sa l l o w e dt os t o r e1 8d a y , b u tt h es a m p l ew h i c hp s s t c u l i z a t i o nd e t e r i o r a t e di n 1 5 t hd a r s ； 6 ) i nt h es t e r i l i z a t i o ne x p e r i m e n to ft h em a i nc o r r u p tb a c t e r i a ( e s e l a e r i e h i ae o l ia n d e n t e r o e o e e u sf a e e i u m ) ，i nt h e41 2t e m p e r a t u r es t o r a g ec o n d i t i o n , t h eg r o w t h t e n d e n c yo fe s e h e r i e h i ae o l ii nm i c r o w a v es t e r i l i z a t i o ns a m p l ea n dp l l s t e l l l j z a t i o n s a m p l ea n o to b v i o u sd i f f e r e n t l y , b u tc o m p a r e dt op a s s e st h r o u g hi nt h et r a d i t i o n a l p a s t e u r i z a t i o ns a m p l e ，e n t e r o e o e e u sf a e e i u mi nt h es a m p l ew h i e l ap a s s e st h r o u g hi n t h em i c r o w a v es t e r i l i z a t i o ng r o ws l o w l y ，t h er e s u l td e m o n s t r a t e dt h a ts t o i c si nt h e p r o c e s so fl o wt e m p e r a t u r e t h ee n t c r o e o c c i l sf a e e i u mg r o w t h 咖i nt h eb e t t e r s u p p r e s s i o nb ym i c r o w a v es t e r i l i z a t i o no f l i q u i ds o y b e a np r o d u a i v 上海水产大学硕士学位论文 k e yw o r d s ：l i q u i ds t a t es o y b e a np r o d a o t ， - v - 上海水产大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我 对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名- 蜘璋 日期：) 坼二月f 工日 上海水产大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海水产大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密日 学位论文作者签名岛舞指导教师签名细蔬曩 日期：如帚6 月，垌同期：二哆年6 月夕日 上海水产大学硕士学位论文 1 1 课题背景 第一章本研究的既往研究 1 1 1 液态食品概况 食品就其形态来看，可分为固体食品、粉状食品、液态食品等。我国的液态 食品产量很大，且每年增长迅速，我国液态食品1 9 8 5 年产量为1 0 0 万吨，1 9 9 1 年上 升到3 3 0 万吨，到了1 9 9 8 年已突破1 2 0 0 万吨【l 】，而到y 2 0 0 3 年更是达到了2 9 0 0 万吨 以上；1 9 8 5 年到2 0 0 3 年我国液态食品的产量上升了2 8 0 0 ，液态食品的年产量都 以每年2 5 以上的速度递增，同时液态食品的产值在食品工业总产值中的比重也呈 逐年上升趋势，由1 9 9 7 年的3 5 1 上升到2 0 0 3 年的3 8 3 4 。 从市场角度来看，液态食品主要包括以下几个分支：a ：瓶装水；b ：碳酸饮 料；c ：果汁类；d ：茶及咖啡饮料；e ：以增强机能为目标的运动饮料；f ：动物 性奶类，如牛奶等；g ：植物性蛋白饮料，包括豆奶，花生奶，核桃奶，杏仁奶等； h ：谷物类液态食品。国内饮料市场上四大品类的市场份额大致为碳酸饮料占3 0 ， 瓶装饮用水占3 0 ，茶饮料占1 5 ，果汁饮料约占1 5 。尽管碳酸饮料庞大的基数 使其仍然占据市场上霸主的地位，但已经受到来自各方的威胁，增长速度正在逐 年放缓，市场份额也将逐步萎缩。其中茶饮料和果汁饮料的上升最快，2 0 0 5 到2 0 0 6 年一年茶饮料在全国市场的增长幅度达到了3 0 。果汁的增长速度也达到了2 0 ： 世界果蔬汁饮料销售量从1 9 9 0 年的1 2 0 0 万吨上升到1 9 9 5 年的6 0 0 0 万吨。5 年内增长 了4 倍，成为世界各类饮料中增长最快的品种。目前纯天然、健康、营养丰富、口 味纯正为代表的纯果汁及混合果汁逐渐成为果蔬饮料消费市场的主流。 1 2 液态食品的一般加工过程及其杀菌过程对液态食品理化性质的影响 由于绝大部分液态食品都是加工制成品或半成品，如果汁、牛奶、液态调味 品等。而液态食品的一般加工过程都是原料经压榨、发酵等处理后，再经过杀菌， 包装到成品。其中杀菌是一个必不可少的关键环节之一。 由于液态食品中某些微生物和酶的存在，导致液态食品的腐败变质，每年在 液态食品加工的过程中由此造成很大损失，因此对液态食品进行杀菌的过程至关 上海水产大学硕士学位论文 重要，但杀菌工序具有多样性的结果，在杀死微生物的同时，对食品的理化性质 也有很大影响，它可以造成淀粉a 化，蛋白质的变性，脂肪的酸败，维生素的破 坏，褐交以及食品结构的变化等等，因此，杀菌的目的就是杀死微生物同时尽量 不破坏液态食品本身的营养价值，尽量较小淀粉的q 化，蛋白质的变性，脂肪的 酸败，维生素的破坏以及食品结构的交化，同时根据消费者的需要控制褐变的程 度，达到食品加工的目的【2 】。 1 2 液态食品对象的选择 1 2 1 选择液态大豆制品的必要性 由于液态食品在我国食品工业中占有举足轻重的地位，其经济效益有越来越 高的趋势，从国内情况来看，我国居民的膳食结构中优质蛋白质明显低于世界平均 水平，优化膳食结构，提高优质蛋白质摄入比重，应当是2 1 世纪饮食营养生活中的 主要问题，我国膳食结构调整不可能按西方国家的主要靠增加动物蛋白的模式进 行，增加豆类特别是大豆的供应量解决蛋白质摄入量不足的闯题将是必然的选择； 同时，大豆作为食品中植物蛋白含量最为丰富的营养食品，其作用越来越受到全 国人民的重视，大豆产业在我国也开始蓬勃发展起来。而在中国的饮食习惯中， 液态大豆制品作为一种含植物蛋白丰富的健康早餐受到老百姓的广泛欢迎；因此 本文将液态大豆制品作为一种代表性的液态食品进行研究。 国际上对大豆的评价越来越高，大豆制品除能补充膳食中的优质蛋白外，它还 富含能降低血脂等作用的物质。目前，我国年人均占有大豆不到l o k g ，据营养问题 专家估计，如果要使我国人均每日热量和蛋白质摄入量达到中国营养学会推荐的 标准，人均年豆类消费量应达到1 8 k g 。 1 2 2 大豆制品的主要营养成分 两千多年来，豆浆已普及到我国所有的城市和乡镇，成为最大众化的食品。 豆浆营养丰富，除含有优质的蛋白质和多种氨基酸外，还含有脂肪、无机盐、亚油 酸、维生素e 和卵磷脂等多种有效生理活性成分( 如表1 1 ) 。1 9 9 8 年，国家正式实 施“国家大豆行动计划”，积极推动大豆产业发展。可见，研究大豆营养成分的 功能，并进行有效合理的开发，具有重要意义i j j 上海水产大学硬士学位论文 表2 1 大豆化学成分( 每1 g 舍量) t a b 2 1m ei n g r e d i e n to f s o y b e a n ( m g 1 0 0 9 ) 无规盐 维生素 分类水蛋脂碳水灰 钙礴铁钠钾 胡萝硫胺核蚤面i ( 产分白 腑化合分 ( 即) ( 哗) ( 略) ( 嵋) ( 嵋) h 囊素素 ( 犯) 地) 质物 ( m g ) ( 孵)( 聪) 中国 1 2 j 3 2 81 9 53 0 8 屯41 7 o4 6 0 8 91 01 81 5 oo 8 4 0 3 02 2 美置 1 1 73 3 o2 l f 7 2 8 84 82 3 04 8 0& 61 o 1 ，88 0毡鹅o 3 02 1 日本 1 2 53 5 31 9 o2 8 25 o2 4 0 2 8 09 41 oi 91 2 oo 8 3 0 3 02 2 注：摘自日本食品标准成分表 豆浆是中国人传统早餐的主角，老少皆宜，豆浆是大豆经浸泡、磨细、过滤等 如工而成，它不仅具备了大豆营养的许多优点，而且在某些方面还优于大豆。豆浆 中含有大量蛋白，这是一种优质植物蛋白，含有多种必需氨基酸，尤其是赖氨酸含 量较多，可以补充大米和面粉中赖氨酸的不足。豆浆中脂肪含量也较高，且含较丰 富的必需脂肪酸。有助于促进人体生长发育和保护心血管的功能。另外，豆浆还含 有相当量的钙、铁、b 族维生素和v e 。豆浆的营养价值越来越被世界各国人民所接 受，欧洲称它为“植物奶”，美国豆浆的零售额已经超过了3 亿美元( 4 l 。 液态大豆制品具有较高的营养价值，其主要营养成分与人乳、牛乳相比较见 下表： l l 2 - 2 豆乳，母乳和牛乳营养成分比较嘲 t a b 。2 - 2t h ec o m p a r i s o no f s o y b e a nm i l k 、h u m a nm i 珏( a n dm h k 近年来，人们发现大豆除具有丰富的油脂、蛋白质等营养素之外，还含有许 多鲜为人知的具有特殊生物学作用的活性物质，如大豆中富含油脂、不饱和脂肪 酸、大豆蛋白、大豆卵磷脂、大豆异黄酮、大豆皂甙、大豆低聚糖、大豆膳食纤 上海水产大学硕士学位论文 维以及植物甾醇、蛋白黑素、大豆多肤等多种功能性成分。 众所周知，大豆食品虽然蛋白质含量丰富，但易于被人体消化吸收的主要是 水溶性蛋白；其中的多不饱和脂肪酸亚油酸、亚麻酸均为人体的必需脂肪酸，有 阻止胆固醇在血液中沉积、防止动脉粥样硬化的作用。 1 3 液态食品常见杀菌方式及存在的问题 食品杀菌加工技术的关键是食品的杀菌，杀菌的目的是在保证食品安全的前 提下，即杀死微生物或控制微生物生长的前提下，尽可能的保留食品中原有的营 养成分和质地风味。 目前，液态食品已由单一的碳酸饮料发展到乳制品、植物蛋白、果蔬汁等资 源型系列产品和功能型及保健型系列产品，而液态食品的杀菌方式也由传统热杀 菌向多样化发展，新的杀菌方式不断在液态食品的杀菌中应用。 目前国内外液态食品主要的杀菌方式有加热杀菌和非加热杀菌。加热杀菌包 括传统的巴氏杀菌、高温瞬时杀菌等，非加热杀菌包括通电杀菌、超高压杀菌、 高压脉冲电场杀菌，微波杀菌等新型杀菌方式，其中巴氏杀菌和高温瞬时杀菌较 为普遍。 1 3 1 巴氏杀菌和高温瞬时杀菌 传统巴氏杀菌多采用6 0 c 1 0 0 c ，迅速热灌装或冷却后无菌包装来完成的； 高温杀菌是温度超过l o o 的杀菌方式，传统热杀菌是目前应用最为普遍的杀菌方 式，广泛应用于各种液态食品的杀菌当中； 3 2 通电杀菌 当在物料的两端施加电场时，物料中有电流通过，物料表现出电阻特性，使 其自身产生热量，都是将电能转化成热能，不需要物体表面和内部存在的温度差 作为传热的推动力，而是在物料的整个体积内自身产生热量，故称为体积加热法， 即内部加热法。目前，通电加热主要用于酱油等液态食品的杀菌过程中1 6 】。 3 ，3 高压脉冲电场( p e f ) 杀菌 高压脉冲电场口e f ) 技术是近年来研究较多的一种非热杀菌技术，其杀菌原理 食品中微生物的细胞膜在强电场作用下产生穿孔或破裂，膜内物质外流，膜外物 质渗入，从而导致微生物失活。目前国内外主要研究了p e f 杀菌、灭酶效果，如 p e f 对葡萄汁、橙汁、苹果汁、牛奶、绿茶中微生物的杀灭效果：p e f 处理对桔汁、 上海水产大学硕士学位论文 苹果汁、苹果酒理化性质的影响【刀。 1 3 4 超高压杀菌 超高压杀菌法，即将物料以某种方式包装完好后，放入液态介质( 通常是食用 油，甘油。油与水的乳液) 中使用超高压作用一段时间后，使之达到杀菌要求，饮 料、果酱、沙拉调料等食品杀菌。 1 3 5 传统杀菌方式存在的主要问题 对于液态食品的传统杀菌中巴氏杀菌的杀菌时间较长，产品营养成分损失较 大，造成产品品质和感观指标的下降，影响产品的商品价值；同时，巴氏杀菌传 热阻力大，热损失较大，传热也较不均匀。高温瞬时杀菌对控制系统和容器要求 很高，需要庞大设备、厂房，投资较大。而其他杀菌方式在不同液态食品中也有 一定的应用，但都并不广泛。 因此，本研究利用微波技术来对液态食品进行杀菌实验，以期达到理想的杀菌 效果。 1 4 微波杀菌的原理和特点 微波杀菌是利用微波加热产生的热效应和非热效应进行杀菌的过程，目前应 用在牛奶、酱油的杀菌，灭酶；中药的干燥等方面。 1 4 1 微波加热的原理及特点 微波作为一种新的杀菌方式近些年开始在液态食品的杀菌中应用，微波加热 技术是利用电磁波把能量传播到被加热物体内部，加热达到生产所需求的一种新 技术。工业中常用的微波频率有9 1 5 m i - i z 和2 4 5 0 m i - i z 。由于具有高频特性，其频率 为3 0 0 3 0 0 0 0 0 m i - l z ，它以每秒数十亿次的惊人速度进行周期变化，物料中的极性 分子在电场中会发生偏转，当电场方向发生变化时，极性分子会随着发生偏转， 致使分子间频繁碰撞而产生了大量的热量，以热的形式在物料内表现出来，从而 导致物料在短时间内温度迅速升高、加热或熟化 8 1 。 同时微波加热还具有如下特点： 1 ) 加热速度快：因为微波可以透入食品物料内部，干燥速度快，烦躁时间短， 仅需传统巴氏加热方法的1 1 0 1 1 0 0 的时间； 2 ) 短时杀菌，保持营养：微波加热杀菌是通过热效应和非热效应( 生物效应) 共同作用杀菌，因而与常规热力杀菌比较，具有低温、短时杀菌的特点。所以不 仅安全、而且能保持食品营养成分不被流失和破坏，有利于保持产品的原有品质， 上海水产大学硕士学位论文 色、香、味、营养素损失较少，对维生素c 、氨基酸的保持极为有利。 3 ) 节能高效，易于控制：微波对不同物质有不同的作用，微波只能被加热物体 吸收，以热效率高；同时，工作场所的环境也不会因此升高，环境条件明显改善。 所以节能、省电，一般可节省3 0 5 0 1 9 1 。 4 ) 安全无害：由于微波能是控制在金属制成的加热室内和波导管中工作，所以 微波泄露被有效地抑制。没有放射线危害及有害气体排放，不产生余热和粉尘污 染，既不污染食物，也不污染环境【i o l 。 同时微波加热食品也有两个最大的不足：首先，微波不能在食品表面产生人 们所希望的发色，因为受热材料的表面温度很低，不足以在表面产生褐变反应； 其次是因为微波加热所需要的时间极短，1 2 m i n 的时间误差就可能导致意想不到 的后果，使食品加工过度。 综上所述，微波加热技术的采用具有快速、保持营养与风味、高效、有利于 提高产品质量、延长货架期等优点。因此，利用微波对物料加热应充分利用徽波 加热的优点，克服微波加热的不足，从而实现微波在食品工业中的最大化应用成 为微波杀菌的新课题。 1 4 2 微波杀菌的机理 微波杀菌是利用电磁场的热效应和非热生物效应共同作用的结果。 微波对细菌的热效应是指微波能在微生物体内转化热能，使其本身温度升高， 从而使其体内蛋白质变性凝固，使细菌失去营养和生存条件，最终丧失繁殖的功 能而死亡。 微波对细菌的非热生物效应是指微波电场可改变细胞膜断面的电位分布，影 响细胞膜周围电子和离子浓度，从而改变细胞膜的通透性能，使细菌由此丧失营 养，结构功能变得紊乱，无法进行正常的新陈代谢，生长发育受到抑制而死亡。 此外，决定细菌正常生长和稳定遗传繁殖的核酸( r n a ) 和脱氧核糖核酸( d n a ) ， 是由若干氢键紧密连接而成的卷曲形大分子，足够强的微波可以导致氢键松驰、 断裂和重组，从而诱发遗传基因突变或染色体畸变，甚至断裂，从而使其丧失繁 殖功能，达到杀虫、杀菌、保鲜的效果i l l l 。 1 4 3 与传统杀菌方法相比，微波杀菌的优势 微波杀菌近年来也开始应用于液态食品的杀菌当中，杀菌原理是利用微波辐 射的熟效应和非热效应产生的协同增效作用。热效应是利用高温破坏蛋白质的结 构，导致其变性。非热效应则是利用微波破坏微生物的机体，使活体组织变性， 最终导致微生物死亡。但微波杀菌非热效应的机理还不是很清楚。微波杀菌和传 统的加热杀菌相比，具有以下优势： 上海水产大学硕士学位论文 1 ) 微波加热速率快，效率高，能达到8 0 的利用率； 2 ) 微波加热是内外同时加热，与传统加热相比，微波加热是内外同时升温，而不 是通过热量传递的方式： 3 ) 微波加热具有可选择性：物料中某些成分容易吸收微波，有些成分不容易吸收 微波，这种特性有利于产品质量的提高； 4 ) 微波加热易于控制：微波加热的惯性比较小，容易控制物料的立即发热和升温， 有利于大规模、自动化生产设备的配套应用【1 2 1 。 在相同温度下，杀死微生物的时间比传统的加热杀菌短，在相同的处理时间 内，采用比通常的加热杀菌低的温度条件下，能达到相同的效果，此外，对于包 装密封好的食品，可以按原形状直接进行加热杀菌【l ，】。 1 5 微波杀菌的历史以及在国内外的应用情况 1 5 1 微波技术在食品工业中的应用 微波技术在食品工业中的应用始于2 0 世纪4 0 年代中期。在这以前，阿培尔发 明了罐藏食品，法拉第于1 8 3 2 年假定了电磁场的存在：1 8 7 3 年巴斯德发现葡萄酒的 腐败是由于微生物的作用。随后，j a m e sc l e r km e x u e l 以法拉第的电磁场假说为研 究对象：从理论上预测到了微波的存在和特性。后来h e i n r i c h , h e r t z , j a c q u e ，a r s e n e d 发现微波的惟一效应是“热效应”。实质上，微波技术是在二次世界大战后才得 到认识的，美国雷声公司在雷达实验中偶然发现袋里的糖果因泄漏的微波作用而 发热融化，提出把当时主要用在军事上的微波技术应用于物体的加热。2 0 世纪4 0 年代，f l e m i n g , n y r o p , b r o w n 等人己研究证实高频电磁波对微生物具有致死作用。 随着微波磁控、波导元件的发展，人们对微波高频特性的生物学效应越来越重视。 随后，1 9 5 0 年出现第1 个微波食品，1 9 5 2 年出现第1 台微波炉，1 9 5 5 年商业性微波 炉首次上市。微波不同于x 、丫射线，是一种非电离辐射，它的出现给食品工业 带来巨大的冲击，在食品的于制、烫漂、杀菌、解冻、油炸和焙烤等方面得到广 泛地应用1 1 4 1 5 , 1 6 7 1 。 1 5 2 微波在液态食品杀菌中的应用 国内外关于液态食品的微波杀菌主要集中在微波对一些主要微生物的影响， 以及探讨非热效应的原理。i s i e r r a 等人研究了微波和传统巴氏对牛奶的加热实验， 得出微波加热可以在更短的时间里达到需要的温度，同时可以更好地保存牛奶中 的维生素b l 等营养成分【1 8 1 ；p r a k a s h 等人以乳清蛋白胨作为基质，嗜热脂肪芽孢杆 上海水产大学硕士学位论文 菌作为对象菌进行研究，以测定食品内部化学示踪物质生成量来了解微波处理过 程中食品的温升情况，并建立示踪物质生成与微生物破坏情况关系的数学模型【9 1 ； d i m a r t i n ，i m a r g a r i t c s c u 等人以埃希氏菌属大肠杆菌、膜间葡萄状球菌、假单胞 菌为研究对象，通过电子束和微波对其杀菌，得到电子吸收、微波照射时间与残 菌数的关系曲线1 2 0 l ；s h j c h a k a v i t 等将酵母菌和乳酸菌接种到苹果汁中，利用 2 4 5 0 m h z ，7 0 0 w 的微波连续照射，温度为5 5 时，酵母菌微波杀菌的d 值为2 1 ， 而热力杀菌的d 值为2 5 ，乳酸菌的d 值的变化也类似，该结果也表明，微波能强化 对微生物的破坏作用；d r e y f i m 、c h i p l e y 研究了传统加热与微波加热对金黄色葡萄 球菌细胞内酵素活性的影响，结果两种加热方法对酵素活性的影响并不一致，所 以微波对金黄色葡萄球菌的影响并非仅有热效应1 2 l 】；瑞典用2 4 5 0 m h z 、8 0 k w 的微 波面包杀菌机，用于每小时加t 1 9 9 3 k g 面包片的生产线上。经微波处理后，面包 片的温度由2 0 上升到8 0 ，时间仅需l 2 m i n ，处理后的面包片的保存期由原来 的3 4 d 延长到3 0 6 0 d 1 2 2 1 ；d e s m l 等在食品中接种细菌，然后用2 4 5 0 m h z 微波杀菌， 结果表明微波杀菌所需的时间仅为传统加热方法的1 9 1 1 2 ；d l s e n 的研究证实微 波辐射能在比传统加热方法低的温度下杀灭物料中的微生物，为生物效应的存在 提供了有力论据田j 。从9 0 年代以后，微波工艺参数优化成为研究热门课题。瑞典、 德国、丹麦、意大利、美国、日本等国已在食品加工中使用了微波杀菌技术。 国内也对液态食品的微波杀菌做了一些研究，周传云、胡建伟等微波辐射对 饼干、奶粉、墨鱼、果汁、葡萄酒、鲜牛奶、酱油和水等食品进行杀菌处理，效 果明显，且液态食品优于固体食品。同时比较了不同的微波辐射能量级、处理时 闻、被辐照的深度、辐照面积等因素对杀菌效果的影响，以及微波辐射对不同菌 类杀菌率的差异网；方兴用黄酒、酱油等进行的微波杀菌实验证实了微波杀菌具 有较好的杀菌效果，其杀菌成本明显低于常规杀菌1 2 5 1 。微波杀菌保持了液态食品 中的大部分水分，因此能很好的保留液态食品中的原有维生素和其他营养成分， 从而能很好的维持原有的营养与风味 2 6 2 7 , 2 8 2 9 1 。 随着微波杀菌技术的不断发展，微波杀菌将在食品工业中得到更广泛的应用， 满足人们饮食生活多样化、现代化的需求。 1 6 本研究的内容及方法 本研究以自制液态大豆制品为对象，主要研究的内容包括： 1 ) 对于本文设定的5 0 m l 烧杯中放置1 0 m l 液态大豆制品样品，研究微波加 热的时间与液态大豆制品的温度和残存菌落总数之间的关系，得到液态大 上海水产大学硕士学位论文 豆制品微波杀菌的温度上升曲线和微生物致死曲线； 2 ) 研究微波杀菌和巴氏杀菌对食品液态大豆制品中菌落总数的影响，对比使 液态大豆制品中菌落总数下降至o l o c 矗l ，m l 时，微波杀菌和巴氏杀菌各 自的杀菌温度和时间； 3 ) 对液态大豆制品进行微波杀菌和巴氏杀菌试验，在菌落总数杀灭到相同水 平( 0 l o c f u m l ) 时，比较两种杀菌方式对主要营养成分影响的异同； 4 ) 通过微波杀菌和巴氏杀菌，使液态大豆制品中菌落总数达到相同水平后， 在5 和1 0 温度下贮藏，比较贮藏过程中菌落总数的生长变化差异； 5 ) 将本研究的最大微波功率7 0 0 w 按比例分成5 个不同的功率( 1 4 0 w 、2 8 0 w 、 4 2 0 w 、5 6 0 w 和7 0 0 w ) ，研究5 种微波功率对液态大豆制品的升温曲线和 致死曲线的影响； 6 ) 在液态大豆制品蛋白质浓度一定的条件下，研究糖度梯度对微波升温和微 生物致死的影响； 7 ) 研究液态大豆制品浓度对微波升温和微生物致死的影响； 1 7 本论文的构成 本论文由以下五章构成： 第一章介绍本研究的背景、目的意义以及相关既往研究； 第二章对液态大豆制品的微波杀菌进行实验研究，考察微波特性对杀菌效果 的影响； 第三章以液态大豆制品为研究对象，比较微波杀菌和巴氏杀菌对样品中营养 成分的影响，以及在低温贮藏过程中，经两种不同方式杀菌的样品中菌落总数的 变化情况： 第四章选择液态大豆制品中两种主要腐败微生物为研究对象，通过微波杀菌 和巴氏杀菌使样品中菌落总数下降至同一水平，然后在4 1 2 低温条件下贮藏，比较 两种杀菌方式样品中的菌落生长曲线差异； 第五章总结本研究主要结论，对今后该领域相关研究进行展望。 上海水产大学硕士学位论文 2 1 引言 第二章液态大豆制品微波杀菌特性的研究 微波作为一种新的杀菌方式，可以在较短的时间内达到较好的杀菌效果，因 此本研究以液态大豆制品为研究素材，考察微波作为液态大豆制品的一种新的杀 菌方式的主要特性，主要研究了微波加热过程中液态大豆制品的温度上升趋势， 液态大豆制品中的菌落总数随着温度的升高的变化趋势，在不同蛋白质浓度、糖 度梯度下，微波对液态大豆制品的杀菌效果差异。 微波加热技术在食品加工中主要用于食物的加热、干燥、灭酶、杀菌等，吸 收微波的各个分子能按微波的频率高速运动、相互碰撞，彼此摩擦而产生热量， 并能破坏微生物的生理结构，从而达到食物的加热、干燥、杀菌、灭酶等目的【3 0 引3 2 】。但微波加热方式的不