（农产品加工及贮藏工程专业论文）乳化蜂蜜微波杀菌工艺及其保鲜研究.pdf

乳化蜂蜜微波杀菌工艺及其保鲜研究 摘要 食品的微波杀菌技术是指将食品材料用频率为3 0 0 m h z 到3 0 g h z 的电磁波处 理，从而达到杀灭食品中腐败菌及致病菌的技术。本文研究乳化蜂蜜后期的杀菌 和保鲜，为乳化蜂蜜上市做好后期的技术准备。 本课题是对乳化蜂蜜微波杀菌工艺和保鲜进行研究，研究对象包括微生物数 量、还原糖的含量、物性状态和淀粉酶值的含量等。通过对这些指标进行分析比 较得出微波杀菌的最佳工艺条件：杀菌温度6 5 ，杀菌时间4 5 s ，杀菌功率5 5 0 w ， 样品处理量3 5 0 9 。微波杀菌效果较好，微生物大幅度降低，还原糖损失3 8 8 ， 淀粉酶值降低5 5 0 。对杀菌后的乳化蜂蜜进行贮藏保鲜研究，研究不同的贮藏 温度和时间对品质的影响；检测乳化蜂蜜的涂抹性和可塑性，以及各种指标的变 化情况来确定最适储藏温度为2 5 ，储藏时间为1 0 0 d ，物性状态与杀菌前变化不 大，还原糖损失为7 ，淀粉酶值减少了3 5 ，口感风味较好。 运用m a t l a b 软件对不同储藏温度和时间下的微生物菌落总数进行数据处 理，建立相应的g o m p e r t z 函数模型，为预测乳化蜂蜜的货架期提供一个有效的工 具，同时为保证乳化蜂蜜的安全性以及贮藏保鲜供参考。通过建模得到了显著性 较高的两个微生物生长预测模型，分别为：4 c 储藏下乳化蜂蜜中微生物的生长预 测模型：y = 1 3 1 2 8 e x p - e x p ( 1 3 7 7 1 0 ，1 1 9 6 t ) ，2 5 下微生物的生长预测模型为： y = 1 3 1 4 1 e x p - e x p ( 1 0 4 7 1 - 0 1 4 2 5 0 】。 关键词：乳化蜂蜜微波杀菌杀菌工艺 保鲜模型 s t u d yo nt h em i c r o w a v es t e r i l i z a t i o nt e c h n o l o g ya n d f r e s h - k e e p i n go f e m u l s i f i e dh o n e y a b s t r a c t s t h em i c r o w a v es t e r i l i z a t i o no ff o o dm e a n st h a td e a l i n gf o o dm a t e r i a lw i t ht h e e l e c t r o m a g n e t i cw a v eo f3 0 0 m h zt o3 0 g h zt ok i l lt h em i c r o b ei nt h ef o o d i nt h i s p a p e r ，m i c r o w a v es t e r i l i z a t i o na n df r e s h - k e e p i n gw e r es t u d i e dt om a k ep r e p a r a t i o n s f o r t h es h o p p i n go f e m u l s i f i e dh o n e y i nt h i sp a p e r , t h ep h y s i c a ta n dc h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h et e c h n o l o g yo f m i c r o w a v es t e r i l i z a t i o na n df r e s h - k e e p i n go fe m u l s i f i e dh o n e yw e r es t u d i e di n c l u d i n g t h en u m b e ro fm i c r o b e ，t h ec o n t e n to fr e d u c i n gs u g a r ，t h et e x t u r ep a r a m e t e r s ，t h e c o n t e n to fa m y l a s ea n ds oo n t 1 1 eb e s tt e c h n o l o g yi sa st h a t ：t h es t e r i l i z a t i o n t e m p e r a t u r eo f6 5 ，t h es t e r i l i z a t i o nt i m eo f4 5 s ，t h es t e r i l i z a t i o np o w e ro f5 5 0 w , t h e s t e r i l i z a t i o nd o s a g eo f3 5 0 9 t h ee f f e c to ft h em i c r o w a v es t e r i l i z a t i o ni sb e t t e ra st h e m i c r o b ei sk i l l e dm o s t l y ，t h er e d u c i n gs u g a rl o s tb y3 8 8 ，t h ea m y l a s ei sr e d u c e db y 5 5 0 i nt h er e s e a r c ho f 缸s h k e e p i n go fs t e r i l i z e de m u l s i f i e dh o n e y t h ee f f e c to f d i f f e r e n ts t o r i n gt e m p e r a t u r ea n dt i m et ot h eq u a l i t yw e r es t u d i e d a n dt h e nc o n f i r m e d t h eb e s ts t o r i n gt e m p e r a t u r ea n dt i m ea f t e rc h e c k i n gt h ec h a n g eo fc o n s i s t e n c ya n d p l a s t i c i t ya n do t h e ri n d e x n l eb e s t 丘e s h - k e e p i n gt e c h n o l o g ya r ea sf o l l o w e d ：s t o r i n g t e m p e r a t u r eo f 2 5 。ca n ds t o r i n gt i m eo fl o o d i nt h i sc o n d i t i o nt h ep h y s i c a lp r o p e r t i e s c h a n g e ds l i g h t l ya n dt h er e d u c i n gs u g a rl o s tb y7 a n dt h ec o n t e n to fa m y l a s ew a s r e d u c e db y5 5 0 a n dh a sa g o o dr a y o n t h es o t 七w a r eo fm a t l a bw a su s e dt od e a l mt h ed a t ao ft h en u m b e ro f m i c r o b ea n de s t a b l i s h e dt h ec o r r e s p o n d i n gg o m p e n zm o d e lu n d e rd i f f e r e ms t o r i n g t e m p e r a t u r ea n dt i m e t h er e s u l ta r ew i s h e dt ob eae f f e c t i v et o o lt of o r e c a s tt h es h e l f i i f eo fe m u l s i f i e dh o n e ya n dt ob eak i n do fr e f e r e n c et oe n s u r et h es e c u r i t yo f e m u l s i f i e dh o n e y t w ok i n do ff o r e c a s t i n gm o d e lw i t hah i 曲n o t a b i l i t yw e r er e c e i v e d a s f o l l o w e d ：s t o r i n g t e m p e r a t u r eo f 4 c i s y = 1 3 1 2 8 e x p e x p ( 1 3 7 7 1 0 1 1 9 6 0 】；s t o r i n g t e m p e r a t u r eo f 2 5 ci sy = 1 3 1 4 1 e x p - e x p ( 1 0 4 7 1 0 1 4 2 5 t ) k e ww o r d s ：e m u l s i f i e dh o n e y ；m i c r o w a v es t e r i l i z a t i o n ；s t e r i l i z a t i o n t e c h n o l o g y ； f r e s h k e e p i n g ；m o d e l i i 插图目录 图2 - 1 极化分子在电场中的行为8 图3 1 奶油的物性曲线1 6 图3 - 2 油包水( w 0 ) 型结构示意图1 7 图3 - 3 杀菌温度与还原糖的关系2 0 图3 4 不同杀菌温度下的物性曲线2 1 图3 5 微波杀菌温度对物性的影响2 2 图3 - 6 微波杀菌温度对淀粉酶值的影响2 3 图3 7 微波杀菌时间与还原糖的关系2 4 图3 - 8 不同杀菌时间下的物性曲线2 5 图3 - 9 微波杀菌时间对物性的影响2 5 图3 1 0 微波杀菌时间与淀粉酶值的关系2 6 图3 11 微波杀菌功率对还原糖的影响2 8 图3 1 2 不同微波杀菌功率下的物性曲线一2 9 图3 1 3 微波杀菌功率对物性的影响3 0 图3 1 4 微波杀菌功率与淀粉酶值的关系3 1 图3 1 5 样品处理量对还原糖的影响3 2 图3 1 6 不同样品处理量与物性的关系3 3 图3 。1 7 样品处理量对还原糖的影响3 4 图3 1 8 正交试验的物性曲线3 5 图3 1 9 正交试验的物性参数3 6 图4 1 储藏时间与还原糖的关系4 1 图4 2 储藏时间与淀粉酶值4 1 图4 - 3 不同贮藏温度与杀菌后的物性曲线4 2 图4 - 4 物性参数对比曲线4 3 图4 5 不同温度下实验数据和拟合数据4 4 v l 表格清单 表3 - i 滴定所耗溶液量1 4 表3 - 2 蜂蜜淀粉酶值1 5 表3 3 奶油的部分物性参数1 7 表3 - 4 乳化蜂蜜综合评分标准1 7 表3 - 5 淀粉酶值和还原糖的评分标准1 9 表3 - 6 微波杀菌温度对乳化蜂蜜中微生物的影响1 9 表3 - 7 微波杀菌温度对乳化蜂蜜中还原糖的影响1 9 表3 - 8 不同杀菌温度下的物性参数2 l 表3 - 9 不同杀菌温度下稳定性的检测结果2 1 表3 1 0 不同杀菌温度下的各指标评分结果2 2 表3 - 1 1 微波杀菌温度对乳化蜂蜜中淀粉酶值的影响2 2 表3 - 1 2 微波杀菌时间对乳化蜂蜜中微生物的影响2 4 表3 一1 3 微波杀菌时间对乳化蜂蜜中还原糖的影响一2 4 表3 1 4 不同杀菌时间各指标评分结果一2 6 表3 一1 5 加热时的温度、时间对淀粉酶值的影响2 7 表3 - 1 6 微波杀菌功率对乳化蜂蜜中微生物的影响。2 7 表3 一1 7 微波杀菌功率对乳化蜂蜜中还原糖的影响2 8 表3 一1 8 不同杀菌功率下各指标的参数2 9 表3 1 9 不同杀菌功率下各浮层的质量2 9 表3 - 2 0 不同杀菌功率各指标评分结果一3 0 表3 - 2 1 样品处理量对乳化蜂蜜中微生物的影响3 1 表3 2 2 样品处理量对乳化蜂蜜中还原糖的影响，3 2 表3 - 2 3 不同样品处理量下各指标的参数一3 3 表3 - 2 4 不同样品处理量浮层的质量一3 3 表3 2 5 不同样品处理量各指标评分结果3 4 表3 2 6 样品处理量对乳化蜂蜜中淀粉酶值的影响3 4 表3 - 2 8 正交试验的物性参数3 5 表3 2 8l 9 ( 3 4 ) 正交试验结果表。3 6 表3 2 9 各指标对比表3 7 表4 - i 不同储藏温度下的微生物4 0 表4 - 2 物性参数表4 3 表4 3 方差分析表4 5 v n 独创性声明 本人声明所里交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果t 也不包含为获得金胆王些盍堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名 丁一签字嘞乒舻6 月q 日 f 垆 卅叼 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金胆王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金胆 王些盔堂可以将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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：葡莺存 签字日期0 b0 年5 月4 日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 导师签名 签字日期：砷 电话： 邮编： 致谢 本论文是在我的导师周先汉副教授的悉，i i , 指导下完成的，从论文的选题、试 验方案的制定到论文的成稿，都得到了导师的大力帮助和鼓励；整个研究生学习 阶段，导师更是在生活上给予了无微不至的关怀。在此向周老师表示深深的敬意 和衷心的感谢! 在三年的学习生活中，陈从贵老师、王武老师、方红美老师、马道荣老师等 给了我许多指导和关怀，韩志萍、侯双菊、鲁坚、阮少钧、叶剑芝、蒋凯亚、刘 娴等同学在试验实施的过程中给予了热情帮助，借此机会，向他们表示最诚挚的 谢意! 最后，我要特别感谢我的家人，他们给了我莫大的支持和鼓励! i i i 作者：蒲传奋 2 0 0 6 年5 月2 5 日 第一章绪论 1 1 乳化蜂蜜的概念 1 1 1 概念 蜂蜜的乳化就是采用先进的食品乳化技术对蜂蜜进行深加工，改变其流变学 特性，将其加工成流动性变小，粘度降低而涂抹性提高的半固体吐 l ，2 乳化蜂蜜中的营养成分 1 2 1 糖类 乳化蜂蜜中的糖分主要是葡萄糖和果糖，此外还含有一定量的麦芽糖、松三 糖、棉籽糖等多种糖。赋予乳化蜂蜜的甜味、吸湿性、触变性( 在剧烈搅拌下粘 滞性降低，静止后又恢复原状) 等特性的果糖和葡萄糖是花蜜中的蔗糖通过蔗糖 转化酶的作用产生的。 1 2 2 酸类 乳化蜂蜜中含有多种酸，有机酸主要有葡萄糖酸、柠檬酸、乳酸、醋酸、丁 酸、甲酸和苹果酸等；无机酸主要有磷酸、盐酸等。正常蜂蜜的酸度在3 以下， 最高不超过4 f 2 l ，酸的存在对调整乳化蜂蜜的风味和口感起着重要作用。由于受甜 味的影响，乳化蜂蜜酸味感较淡。 1 2 3 酶类 乳化蜂蜜中所含酶的量比原料蜂蜜中的酶含量要少，可能是因为在蜂蜜的乳 化过程中添加的乳化刘、稳定剂( 果胶和琼脂) 产生了影响。主要有两方面原因： 一、乳化剂产生了包裹作用，把具有生理活性的酶包裹了起来，所以在检测中不 能直接测出，有一部分损失了：二、果胶具有一定的酸性，酶的生理活性在酸性 的环境中会受到影响，所以酶也会减少。 1 2 4 其他成分 据推算，每1 0 0 克乳化蜂蜜中，含有0 2 克1 克的氨基酸，3 0 0 8 4 0 微克的 b 族维生素，乙酰胆碱大约为1 2 0 0 1 5 0 0 微克。此乡 乳化蜂蜜中还含有与人类血 清中几乎相等的一些矿物质，如铁、钾、钠等。乳化蜂蜜中还含有少量的蛋白质、 腊类、戊聚糖类及无机物质。 1 3 乳化蜂蜜的物理特性 1 3 1 粘性 原料蜂蜜中虽然含有大量的果糖、麦芽糖、糊精和胶状物质。但蜂蜜在乳化 的过程中加入了乳化剂和稳定剂，所以乳化蜂蜜的粘性和蜂蜜相比要低的多。并 且降低粘性也是乳化的目的之一。 1 3 _ 2 吸湿性 乳化蜂蜜在空气潮湿时能吸收空气中的水分，吸收能力随乳化蜂蜜中蜂蜜的 含量、空气湿度的增加而增加。乳化蜂蜜含水量增加到一定的比例时，酵母菌便 会生长繁殖将糖分分解成酒精和二氧化碳，使乳化蜂蜜发酵，而致酸败。 1 3 3 热敏性 乳化蜂蜜中加入的果胶和琼脂都是热敏性物质，而原料蜂蜜也是热敏性较高 的物质。这直接导致了乳化蜂蜜的热敏性比原料蜂蜜还要高。经过预实验可知乳 化蜂蜜的熔点在5 5 左右。 1 3 , 4 易发酵 蜂蜜中一般含有一定量的耐糖酵母，酵母菌在高糖浓度的环境下，其活动受 到抑制 在i o 。c 以下其生长也受阻。在l o 以上尤其是在1 8 2 5 的温度下繁 殖加快。在温度适宜，当含水量超过2 1 时酵母菌便会生长繁殖，将糖分分解， 使蜂蜜发酵，丽酸败 3 1 。 1 4 乳化蜂蜜的加工工艺和其中的微生物 1 4 1 乳化蜂蜜加工工艺 半成品蜂蜜圃压委委亘亘蔓i ：! 】_ 厦噩噩童i i i 圈- 一匿；i i i 园一 i 囤 i 大豆油一圈囱囱 + i 乳化剂 稳定利 乳化蜂蜜一压函蕊习 1 4 2 杀菌前乳化蜂蜜试样中的微生物 蜂蜜中的微生物主要来自于两方面：一是来自于蜂蜜，大致包括花粉、蜜蜂 的消化道、灰尘、空气、土壤和花。二是乳化加工过程中的二次污染。 乳化蜂蜜中的微生物主要有酵母、霉菌、芽孢杆菌以及其他一些微生物。在 含水量超过2 1 时酵母菌便会生长繁殖，将糖分分解成酒精和二氧化碳。酵母菌 在1 0 以上繁殖加快，将蜂蜜加热6 5 时，保持半个小时，即可杀死酵母菌，防 止蜂蜜发酵酸败瞄j 。这些微生物的存在严重影响了乳化蜂蜜的品质和安全。通过 预实验可知没有杀菌的乳化蜂蜜在4 下存放一周开始发酵并有霉菌长出。可见 杀菌是很必要的，也是很重要的。 1 5 目前国内外微波杀菌研究的状况 微波是指波长在 m m l m 之闻的电磁波。食品的微波杀菌技术是指将食晶 材料用频率为3 0 0 m h z 到3 0 g h z 的电磁波处理，从雨达到杀灭食品中腐败菌及致 病菌的技术。我国食品工业中最常用的微波频率为9 1 5 m h z 和2 4 5 0 m h z 。微波杀 菌技术在食品工业中的应用作为一个新的技术领域正日益受到重视。微波对食品 中的致病菌微生物杀灭作用的研究主要集中在两方面：一是利用微波杀菌技术处 理不同的食品材料，对其杀菌效果与传统的加热杀菌效果相比，具有加热时间短、 速度快、热均匀，对食品的营养成分和风味物质破坏小或损失少等优点。另一方 面主要集中于微波对某一特定菌的作用机理的研究。已见报道的研究对象菌有腊 状芽孢杆菌( b a c i l l u sc e r e u s ) 、空肠弯曲杆菌( c a m p y l o b a c t e ri e j u n i ) 、大肠杆菌 ( e s c h e r i c h i ac o l i ) 、肠球菌( e n t e r o c o c c u $ ) 、金黄色葡萄球菌( s t a p h y o c o c c u s a u r e l l s ) 、沙门氏菌( s a l m o n e l l a ) 以及粪链球菌( s t r e p t o c o c c u sf a e c a l i s ) 等嘲。微 波杀菌费用相对较低，因而这项杀菌技术在食品工业中具有广阔的应用前景。 1 5 1 目前国外的研究情况 对于微波杀菌技术的研究，国外己有相当长的历史。早在4 0 年代，f l e m i n g ， n y r o p 及b r o w n 等人研究证实微波对微生物具有致死作用。1 9 6 0 年d e s s e l 等人把 几种对象菌接种到食品中，然后用2 4 5 0 m h z 的微波进行处理，并将处理结果与 传统的加热杀菌方法进行了比较，结果证明，要达到相同的杀菌效果，微波加热 所需时间仅为传统加热的1 9 - 1 2 。在六、七十年代，研究者开始考虑蒋微波应用 于实际生产中，相继以鲜奶、啤酒、饼干、面包、碎牛肉等作为研究对象，探讨 微波的杀菌机理及效果h j 。八十年代，研究者对微波处理参数进行了较具体的探 讨。到了九十年代，工艺参数的优化己成为研究的热门课题。p a t e r s o n 等【6 】对微波 技术是否既能杀灭真空包装牛肉中的微生物，又能保持鲜肉所具有的表观特征进 行实验探讨，研究发现，控制终温5 0 可取得令人满意的效果。i m s u nw o o 等 利用微波处理大肠杆菌和枯草杆菌，发现随着升温过程细胞释放d n a 和蛋白质， 活菌数随着d n a 和蛋白质释放数量的增加而减少，但是细胞的密度无明显变化 ”j 。但g o k s o y 瞪j 对鸡胸肉进行微波杀菌的试验表明，在不影响产品的感官品质的 情况下，微波处理没有明显的杀菌效果。日本清酒中乳酸菌杀灭试验结果表明， 若乳酸菌浓度处于1 0 2 个m l ，则经1 5 k j s 功率的微波辐照，温度达6 3 6 5 ， 多次加热、冷却，微波杀菌时间约1 s 或在螺旋波导管内杀菌3 6 s ，即能将其中的 乳酸菌全部杀死【9 】。s a l e i o 利用微波对奶油和橘子汁加热，在1 2 0 c 下保持9 s 后， 其样品经9 位专家品尝，结果分不出处理样品和原样的差别。l a u 1 ”等用9 1 5 m h z 的微波将装在玻璃瓶中的1 8 k g 盐渍芦笋加热到8 8 。c 用光纤温度传感器进行温 度测量，结果表明芦笋内温度分布均匀，同时相对于水浴加热至少能缩短一半以 上的时间，并且相对于热处理芦笋来说品质明显提高。微波加热的速度是传统加 热方式的3 5 倍，因此可以在保证杀菌效果的同时有效降低产品的质量消耗，尤 其在固体和半固体食品中应用微波杀菌的效果可与高温瞬时杀菌技术相媲美【1 “。 1 。5 2 目前国内的研究情况 国内的科技工作者从七十年代展开了对关微波杀菌技术的理论与实践研究。 1 9 7 5 年，扬州第一食品厂采用微波于燥灭菌法生产乳儿糕，证实用这种方法生产 时间可以缩短至3 5 m i n ，而且干燥、灭菌和杀虫同时进行，产品的产量和质量 都有很大的提耐”】。后来的研究发现，酱油经微波处理后，可以抑制霉菌的生长， 杀灭其中的肠道致病菌，且对氨基酸无破坏分解作用【1 4 】。周永昌等【1 5 】用微波处理 板鸭制品，常温下可以延长其货架期至3 个月。钱建亚等f l6 j 将微波用于啤酒的杀 菌。吴晖【17 】研究了微波处理对豆腐保鲜期的影响，结果证明，豆腐经微波处理 3 m i n ，在室温下可保鲜3 天。对照组只能保鲜半天。王盛良等【l8 】证明了微波处理 对防止月饼霉变具有良好的效果。刘力等【l 聊将微波处理应用于分割鸡肉的保鲜， 常温下可以保持一级鲜度达1 3 天。江连洲【2 0 】将微波用于豆制品的保鲜都取得了 良好的效果。近年来，国内将微波技术应用于肉类食品杀菌已有不少报道。洪伯 铿等1 2 i j 将微波杀菌技术应用于红肠的保鲜，常温条件下可以延长货架期至两个 月，且对产品的感官性状和营养成分无明显的影响。张坤生【2 2 】报道，微波处理可 以明显延长中式肉制品的货架期。徐幸莲f 2 3 】将微波处理与保鲜剂结合应用于盐水 鸭的保鲜，常温下可以延长货架期达2 0 天以上。而吴锦铸等1 2 4 l 将微波技术应用 于鲜猪肉的保鲜，控制终温4 3 1 2 并没有达到理想的效果，温度超过4 3 将失去鲜 肉的感官特性，作者认为微波杀菌不存在非热效应。傅大放【2 5 】等对生物固体的微 波杀菌及机理的研究指出，微波通过抑制或破坏细胞内乳酸脱氢酶、辅酶与细胞 色素氧化酶等与生物氧化、呼吸代谢及能量产生有关的酶的活性，导致细菌死亡。 1 6 微波杀菌研究中存在的主要问题 微波杀菌在国外研究的很多，但在食品中的应用事例不多，美国f d a 仍未 允许微波杀菌工序在美国的合法应用脚l 。 虽然在国内微波杀菌研究的也很多，但产业化的不多，大多数是利用它的加 热功能，而杀菌只是加热的附带，国内科研工作者认为微波杀菌是安全性的。另 外，微波杀菌的工艺参数还有待深入研究，而且杀菌效果也是说法各异，微波杀 菌的作用机理也尚未有共同的认识。 1 7 本论文立题的意义和主要研究内容 1 7 1 立题意义 我国养蜂数量及蜂产品产量和出口量均居世界第一位，在我国的国民经济中 占有重要地位。但统计数据显示，我国蜂蜜出口主要靠低廉的价格赢得市场，而 且外销也时有受阻。国内消费主要是原蜜或者作为辅料添加在食品中，销量也不 大。在这种外销不旺，内需不足的情况下急需要找到一条途径来改变这种情况。 本课题是主要是解决乳化蜂蜜后期的杀菌和保鲜研究工作，选择适合乳化蜂蜜的 杀菌方法，研究杀菌后的保鲜情况，为乳化蜂蜜成功上市做好准备。 1 7 2 主要研究内容 1 对乳化蜂蜜微波杀菌工艺可行性进行研究，研究不同的杀菌条件对乳化 蜂蜜品质的影响，在单因素的基础上建立正交试验：对乳化蜂蜜杀菌前后的理化 特性进行研究，包括微生物数量、还原糖的含量、物性曲线和淀粉酶值的含量等， 通过对这些指标进行分析比较来得出微波杀菌的最佳工艺条件。 2 对杀菌后的乳化蜂蜜进行贮藏保鲜研究，研究不同的贮藏温度和时间对 品质的影响；检测乳化蜂蜜的涂抹性和可塑性，以及各种指标的变化情况来确定 最适贮藏温度和时间。 3 。运用m a t l a b 软件对不同储藏温度和时间下的微生物菌落总数进行数 据处理，建立相应的g o m p e r t z 函数模型，为预测乳化蜂蜜的货架期提供一个有效 的工具，同时为保证乳化蜂蜜的安全性以及贮藏保鲜供参考。 第二章乳化蜂蜜微波杀菌的理论基础 微波杀菌技术的研究早在6 0 年代就开始了，但是对杀菌的基础理论研究不够 深入，杀菌设备的质量以及生产工艺都不能满足需求，尤其是无法解决微波加热 不均匀的问题，使微波杀菌技术不能够应用于生产当中。到了8 0 年代，杀菌技术 设备不断成熟，工艺不断改进优化，使得这些问题相继得以解决，微波杀菌技术 又重新成为人们关注的焦点。但是，直到现在微波杀菌技术在食品工业生产中应 用的仍不广泛，主要是因为技术政策、经济和商业三个方面的因素。 本文是在了解食品微波杀菌技术的基础上，对乳化蜂蜜微波杀菌以及杀菌工 艺的可行性进行了探讨。同时，对微波的杀菌效果及其在食品保鲜中的应用作了 深入研究。 2 1 微波加热特性及杀菌梳理 2 1 1 微波加热特性 2 1 1 1 加热的选择性 微波可以加热食品中的水、蛋白质、脂肪和碳水化合物等中的极性成分，微 波是一种能量，只有当与物质接触时，才能发生能量转换，不同的物质产生的热 效应不同。在微波场中，各电介质吸收微波而产生的热能可用下式表示 2 7 】 p 。= o 5 5 61 f e 2 ”10 1 2 式中，p v 为单位时间内、单位体积电介质吸收微波所产生的热能：f 是微波 频率；e 为电场强度；”为电介质的损耗因数( 介电损失) 。 由于各物质的损耗因数的差异，使微波具有选择性加热的特点，即不同的物 质，在同样磁场中加热时，所吸收的热量是不同的。对于食品来说，含水量对微 波加热的效果影响很大。因为水的介电常数大，而蛋白质、碳水化合物等的介电 常数相对较小，即后者对微波的吸收能力比水小得多。水分含量低的食品热容小， 更容易受热均匀。由于热扩散速度决定于热传递速度，食品中的水分和温度对热 传递的速度也有影响。乳化蜂蜜中含有大量的水分并且是均匀的半固体，所以在 加热时不会出现局部受热不均的情况。 2 1 1 2 加热的即时性 用微波加热介质物料时，加热非常迅速。只要有微波辐射，物料即刻得到加 热。反之，物料就得不到微波能量而立即停止加热，它能使物料在瞬间得到或失 去热量来源，表现出对物料加热的无惰性。根据德拜理论t 2 8 1 ，极性分子在极化弛 豫过程中的弛豫时间t 与外加交变电磁场极性改变的角频率国有关，在微波段时 6 有m 。= 1 的结果。我国工业微波炉加热设备常用的微波工作频率为9 1 5 m h z 和 2 4 5 0 m h z ，根据计算，其f 约为1 0 4 1 一1 0 。o s 数量级。因此，微波能在物料内转 化为热能的过程具有即时特征。微波加热的即时性对工业化生产有很大的蓝处， 可以立即停止加热节约能源。由于乳化蜂蜜具有热敏性加热停止的越快对品质越 有利。 2 1 1 3 微波加热的整体性 微波是一种穿透力强的电磁波，它能穿透物体的内部，向被加热材料内部辐 射微波电磁场，推动其极化水分子的剧烈运动，使分子相互碰撞、摩擦而生热。 因此其加热过程在整个物体内同时进行，升温迅速且温度均匀，温度梯度小，是 一种“体热源”，大大缩短了常规加热中热传导的时间。除了特别大的物体外， 般可以做到表里一起均匀加热。这符合工业连续化生产和自动化控制的要求。由 于加热的选择性，物料本身要均匀，否则会出现局部加热不均现象。乳化蜂蜜具 有热敏性，局部受热会严重破坏其品质。 2 1 i 4 穿透性 因为微波比其他用于辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等波长更长， 因此具有更好的穿透性。表示微波穿透深度性的指标为半衰深度，它表示入射电 场强度衰减至一半时的深度。衰减深度可用下式表示 2 7 1 ： d = 3 3 1 1 07 f x t a n s x e ， 式中。t a n 8 为被加热物体的导电率，为被加热物体的介电常数，d 是衰减 深度。 可见半衰深度也是，和t a n 8 的函数，因此也受材料性质、温度及状态的影响。 乳化蜂蜜是半固体，微波的强穿透性可以解决容器底部受热不均的缺点。 由于微波加热具有以上独特的特性，因此应用在食品工业中显示出很好的优 越性，如省时、快速、加热效率高、加热过程具有自动平衡性能、加热均匀、高 度保存食品营养成分和风味及无污染等优点。 2 。1 2 热效应理论 热效应是指生物体吸收微波的能量后，体温升高，从而发生各种生物功能变 化，目前这方面的研究工作及其应用已基本完善j 。微波作用于食品时，食品表 面和中心同时吸收微波能，温度升高。食品中的微生物细胞在微波场的作用下， 其分子也被极化并作高频振荡，产生热效应，温度升高。温度的快速升高使其蛋 白质结构发生变化，从而失去生物活性，导致微生物死亡或因受到严重干扰而无 法繁殖，微波是一种电磁波，可产生高频电场3 0 1 。当微波进入介质内部时，介质 内部的极性分子，如水、蛋白质及核酸等随着电磁场的频率不断改变极性方向， 使分子来回剧烈转动，相互摩擦产生热。由于电磁场频率很高，如常用的微波炉 频率为2 4 5 0 m h z ，相当于使水分子在1 s 内发生1 8 0 度来回转动几十亿次，导致 介质温度急剧升高，微生物体内的蛋白质、核酸等极性分子变性，从而达到杀菌 效果。图2 1 为极化分子在电场中的行为。 吲 ； h f f ? ! 酬 f 图2 - 1 极化分子在电场中的行为 f i g 2 - 1t h eb e h a v i o l l ro f p o l a r i z e dm o l e c d e si nm ee t e c 嫡cf i e l d 2 1 3 非热效应理论 非热效应，又称生物效应，是在电磁波的作用下，生物体内不产生明显的升 温，却可以产生强烈的生物响应，使生物体内发生各种生理、生化和功能的变化 【2 5 1 。微波的作用会使微生物在其生命化学过程中所产生的大量电子、离子和其他 带电粒子的生物性排列组合状态和运动规律发生改变，也就是使微生物的生理活 性物质发生变化。同时，电场也会使细胞膜附近电荷分布改变，导致膜功能障碍， 使细胞的正常代谢功能受到干扰破坏，使微生物细胞的生长受到抑制，甚至停止 生长或死亡。微波还能使微生物细胞赖以生存的水分活度降低，破坏微生物的生 存环境。另外，微波还可以导致细胞d n a 和r n a 分子结构中的氢键松弛、断裂 和重新组合，诱发基因突变，染色体畸变，从而中断了细胞的正常繁殖能力 3 0 - 3 2 1 。 王盛良p 3 j 等进行的微波月饼防霉试验研究结果表明，微波照射3 0 s ，温度升 为5 4 4 ，可杀死7 8 8 8 的黄曲霉菌和6 4 7 7 的圆弧青菌，微波照射1 2 0 s ，可 杀死1 0 0 的黄曲霉菌和9 9 9 9 的圆弧青菌，也证实了微波杀菌非热效应的存在。 细菌、酵母菌等微生物都是由水、蛋白质、碳水化合物、脂肪和无机物等复杂化 合物构成的一种凝聚态物质。其中水是生物细胞的主要成分，含量为7 5 8 5 ， 细菌的各种生理活动都有水参加，如细胞的生长繁殖过程，对各种营养物质的吸 收，细胞质的扩散、渗透及吸附等。在一定微波能的作用下，食品中的菌体也会 因自身水分的极化而同时吸收微波能升温。由于它们是凝聚态介质，分子间的强 作用力加强了微波能的能量转化，从而使体内蛋白质、核酸等物质同时受到无极 性热运动和极性转变两方面的作用，使其空间结构变化或破坏而导致变性。蛋白 质变性后，其溶解度、粘度、膨胀性、渗透性及稳定性都会发生明显变化，从而 使细胞失去生物活性。 1 9 6 6 年o l s e n 等人揭示了微波对镰刀芽孢的非热效应，提出了微波杀菌的非 热效应理论。此后，许多研究人员展开类似研究，出现了不同的解释模型f 2 7 1 。 从生物物理学角度来看，组成微生物的蛋白质、核酸等生物大分子和作为极 性分子的水在高频率、强电场的微波场中将被极化，并随着微波场极性的迅速改 变而引起蛋白质等极性分子集团电性质变化。它们同样将微波能转换成热能而使 自身温度升高，电性、能量变化将引起蛋白质等生物大分子变性。 从能量角度考虑，尽管微波量子能量不能破坏生物内的共价键，但对氢键、 范德华力、疏水相互作用、离子键等赖以维持核酸、蛋白质等生物大分子高级结 构的键具有一定的破坏作用，这些次级键是维持核酸、蛋白质空闯构象，生物膜 结构的作用力。这些次级键遭到破坏，将危及生物大分子的空间结构，影响其正 常的生理功能。 从细胞生物学角度分析，微波对微生物( 以细菌为例) 也具有生物学效应。 、细菌的细胞壁的主要成分是纤维素，而且是肽聚糖( n 乙酰葡萄糖胺与 n 乙胞壁酸通过0 【1 ，4 糖苷键连接而成) 。特别是革兰氏阴性菌细菌壁内蛋白质含 量较高，在微波场中，细胞壁发生机械性损伤，使细胞质外漏影响其正常生理活 动。 二、细菌的细胞膜是由磷脂和蛋白质组成的具有选择性的半透性膜，它是细 菌细胞与外界环境进行物质、能量、信息交换的场所。细菌细胞内外存在着离子 浓度梯度差，如细胞内是高k + 、低n a + ，而外界环境则是高n a + ，低k + ，这种离 子梯度是由分布在细胞膜上的n a + ，k + 泵逆浓度梯度主动运输来维持的，其它的 离子如ca _ “，细胞内外也存在着明显的离子浓度梯度差，由c a 2 + 泵来维持。这些 生物离子泵在高频率的微波场中，将不能正常发挥其生理功能。按照细胞离子通 道学说，细胞与外界联系进行一系列复杂的生理过程是依靠细胞膜内外电位差控 制的，即膜电位的改变能激活( 开放) 或关闭与外界联系的通道，若细胞正常膜电 位状态遭到破坏，必然会影响其正常生理活动，以致危及细菌的存活。 三、细菌细胞内的酶在高频率、强电场强度的微波场中，其功能可能紊乱或 失活，特别是那些以金属离子为辅助因子的酶在微波场的作用下，金属离子所处 的环境可能发生变化，影响这些酶的活性。 四、细胞内没有核膜和细胞核，只有拟核区。在拟核区内，其遗传物质的载 体染色体是裸露的环状d n a ，没有或结合极少量组蛋白，其d n a 双螺旋结 构中a = t ，c = g 碱基对间的氢键易受到微波的冲击而破坏。 9 2 2 微波杀菌方法与传统杀菌方法的对比 杀菌方法很多例如：巴氏杀菌、紫外杀菌、u h t 、高压杀菌、化学方法杀菌 等。传统的热杀菌法虽然能保证食品在微生物方面的安全，但热能会破坏对热敏 感的营养成分，影响食品的质构、色泽和风味。微波杀菌是微波加热技术功能的 延伸，表现为微波与生物体及其组成的基本单元细胞之间相互作用后，生物 体的细胞生理活动变化和反应。由于乳化蜂蜜是半固体，且具有热敏性，所以能 够使用的杀菌方法不多。较好的有巴氏杀菌、紫外杀菌、微波杀菌。比较它们优 劣，选出较佳杀菌方法。 2 2 1 微波杀菌与巴氏杀菌的对比 巴氏杀菌是应用最普遍也是工艺最简单的杀菌方法，它又叫巴斯德杀菌法， 其主要机理就是利用加热使蛋白质变性，从而导致微生物失去活性。一般做法都 是把待杀菌对象加热到6 5 c 以上【3 4 j 。微波杀菌与食品行业的巴氏加热杀菌法比 较，实验数据表明微波杀菌有以下显著特点： ( 1 同样杀菌温度下，所需杀菌时间短；在相同杀菌条件下，菌致死的温度 较低。 ( 2 ) 能同时对被杀菌物料表里实施整体杀菌。极大地缩短杀菌周期，并保证 杀菌的一致性。 2 2 2 微波杀菌与紫外杀菌的对比 紫外线杀菌主要是因为其辐射能可以破坏有机物的分子结构。微生物受紫外 线照射时最容易受影响的是其体内的蛋白质和核酸。紫外线的穿透能力也比较弱， 国内外紫外线杀菌的场合主要有食品厂用水的杀菌、液状食品杀菌、固体表面杀 菌、食品包装材料杀菌及食品加工车间、设备器具、工作台的表面杀菌。但在这 些场合，对霉菌的杀菌效果较差，常需配合酒精消毒来加强杀菌效果，乳化蜂蜜 中含有一定量的霉菌，杀灭霉菌也是杀菌的一个重要目的。但由于紫外照射会破 坏有机物分子结构，所以会给某些食品的加工带来不利的影响，特别是含脂肪和 蛋白质丰富的食品经紫外线照射会促使脂肪氧化、产生异臭，蛋白质变性，食品 变色等。此外，食品中所含的有益成分如维生素、叶绿素等易受紫外线照射而分 解，因此紫外线照射杀菌的应用受到一定程度的限传, l t 3 5 1 。所以微波杀菌与紫外线 杀菌相比也是有明显优势的。 2 3 微波杀菌适用于乳化蜂蜜的产业化要求 传统的杀菌，其缺点是需要庞大的锅炉和复杂的管道系统，而且耗费能源、 劳动强度大，还会污染环境，在常规加热中，设备预热、辐射热损失和高温介质 1 0 热损失在总的能耗中占据较大的比例，雨微波进行加热时，材料能吸收微波，并 转化为热能，而设备壳体金属材料是微波反射型材料，它只能反射而不能吸收微 波( 或极少吸收微波) 。所以，组成微波加热设备的热损失仅占总能耗的极少部分。 再加上微波加热是内部“体热源”，它并不需要高温介质来传热，因此绝大部分微 波能量被介质物料吸收并转化为升温所需要的热量，形成了微波能量利用高效率 的特性。与常规电加热方式相比，它一般可以节电3 0 - - - - 5 0 p 6 j ，微波加热安全、 卫生、无污染，具有很强的杀菌能力，微波加热所用能源为电能，对环境没有污 染。用微波辐射生物体时，除了产生微波热效应外，微波还能使生物体的生物活 性得到抑制或激励，即微波的非热效应或生物效应。在相同温度条件下，微波对 细菌的致死率远高于常规加热。除此之外，微波加热还具有加热质量高、营养破 坏少、加热设备紧凑、节省空间等优点。 第三章乳化蜂蜜微波杀菌工艺研究 乳化蜂蜜质地柔滑口感细腻有光泽，又有很好的涂抹性和可塑性，本章主要 是研究乳化蜂蜜微波杀菌