《超高压保鲜》PPT课件.ppt

第十一章超高压食品保藏技术HighHydrostaticPressure HP Introduction ThermalprocessesaremostlyusedinfoodindustryConsumer shigherrequirementforfoodMoreconvenient fresher lessheavilyprocessed natural healthier lesspreservatives Highpressurehasthepotentialtomeetsuchrequirement 15 1Introduction PreliminaryresearchaboutHPinfoodsAcenturyagoPressuresensitivityofmicrosinmilk fruitandvegetablesConclusion shelflifecouldbeextendedbyHPEarlyapplicationencumberedbyequipment 一 超高压保藏技术的概念 食品超高压技术是指将软包装或散装的食品放入密封的 高强度的施加压力容器中以水和矿物油作为传递压力的介质 施加高静压 100 1000MPa 在常温或较低温度 低于100 下维持一定时间后达到杀菌 物料改性 产生新的组织结构 改变食品的品质和改变食品的某些物理化学反应速度的一种加工方法 二 超高压保藏技术的原理 液体 水 在超高压作用下被压缩受压食品介质成分等产生压力被压缩变性蛋白质 淀粉 酶物质结构发生变化生物物质的高分子立体结构中非共价键结合部分 氢键 离子键和疏水键等相互作用 可长期保存而不变质蛋白质呈凝固状变性 淀粉呈胶凝状糊化 酶失活 微生物死亡 新物料改性 改变物料某些理化反应速度 三 超高压技术处理食品的特点 1 营养成分受影响小2 产生新的组织结构 不会产生异味3 原料的利用率高4 技术适用范围广 具有很好的开发推广前景 1 营养成分受影响小 超高压处理的范围只对生物高分子物质立体结构中非共价键结合产生影响 因此对食品中维生素等营养成分和风味物质没有任何影响 最大限度地保持了其原有的营养成分 并容易被人体消化吸收 2 产生新的组织结构 不会产生异味 超高压处理可改变食品物质性质 改善食品高分子物质的构象 获得新型物性的食品超高压会消除传统的热加工引起共价键的形成或破坏所致的变色 发黄及加热过程出现的不愉快异味 如热臭等弊端 3 原料的利用率高 超高压处理过程是一个纯物理过程瞬间压缩 作用均匀 操作安全卫生 无工业 三废 耗能低有利于生态环境的保护和可持续发展战略的推进 超高压甜点食品 4 技术适用范围广 具有很好的开发推广前景 各种食品的杀菌植物蛋白的组织化肉类品质的改善乳产品的加工处理 淀粉的糊化动物蛋白的变性处理食品高压速冻酒类的催陈 四 超高压杀菌的原理 1 改变细胞形态 2 影响细胞生物化学反应 3 影响细胞内酶活力 4 高压对细胞膜的影响 5 高压对细胞壁的影响 极高的流体静压会影响细胞的形态细胞外形变长 胞壁脱离细胞质膜 无膜结构细胞壁变厚上述现象在一定压力下是可逆的 但当压力超过某一点时 便不可逆地使细胞的形态发生变化 1 改变细胞形态 按照化学反应的基本原理 加压有利于促进反应朝向减小体积的方向进行 推迟了增大体积的化学反应 由于许多生物化学反应都会产生体积上的改变 所以加压将对生物化学过程产生影响 2 影响细胞生物化学反应 3 影响细胞内酶活力 高压还会引起主要酶系的失活压力超过300MPa对蛋白质的变性不可逆酶的高压失活的根本机制是 改变分子内部结构 活性部位上构象发生变化通过影响微生物体内的酶 进而会对微生物基因机制产生影响由酶参与的DNA复制和转录步骤中断 4 高压对细胞膜的影响 在高压下 细胞膜磷脂分子的横切面减小 细胞膜双层结构的体积随之降低 细胞膜的通透性将被改变 5 高压对细胞壁的影响 20 40MPa的压力能使较大细胞的细胞壁因受应力机械断裂而松解200MPa的压力下细胞壁遭到破坏真核微生物一般比原核微生物对压力较为敏感 五 影响超高压杀菌的主要因素 1 压力大小和受压时间在一定范围内 压力越高 灭菌效果越好 在相同压力下 灭菌时间延长 灭菌效果也有一定程度的提高 2 施压方式 超高压灭菌方式连续式 半连续式 间歇式阶段性压力变化处理杀菌 持续静压处理对于易受芽孢菌污染的食物用超高压多次重复短时处理 杀灭芽孢效果好 3 微生物的种类 不同生长期的微生物对高压的反应不同处于指数生长期的微生物比处于静止生长期的微生物对压力反应更敏感革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌对压力更具抗性孢子对压力的抵抗力则更强 革兰氏阳性菌中的芽孢杆菌属 Bacillus 和梭状芽孢杆菌属 Clostridum 的芽孢最为耐压芽孢壳的结构极其致密 使得芽孢类细菌具备了抵抗高压的能力杀灭芽孢需更高的压力并结合其它处理方式 细菌芽孢的耐压性 一般认为 对于低酸性食品 压力应超过800MPa 否则超高压处理必须与热处理结合才能有效地杀灭细菌芽孢芽孢的耐压性和耐热性之间没有任何确定的关系 对芽孢的灭菌可以采用两次超高静压处理法 第一次采用较低的压力处理促使芽孢发芽或者活化芽孢 第二次处理以较高的压力使得营养体细胞和发芽的芽孢失活 超高压保鲜的牡蛎 酵母和霉菌的耐压性 霉菌的所有营养体细胞只需在相对低温和低压下处理几分钟后就可灭活而子囊孢子则需要更高的压力 病毒和寄生虫的耐压性 为杀灭有害细菌而选择的压力条件 如400MPa 基本上能满足灭活大多数人类病毒的要求寄生虫的耐压性比细菌差 4 温度 由于微生物对温度有敏感性 在低温或高温下 高压对微生物的影响加剧因此 在低温或高温下对食品进行高压处理具有较常温下处理更好的杀菌效果 大多数微生物在低温下耐压程度降低的原因 压力使得低温下细胞因冰晶析出而破裂程度加剧 蛋白质在低温下高压敏感性提高 致使此条件下蛋白质更易变性 菌体细胞膜的结构也更易损伤除芽孢菌和金黄色葡萄球菌外 大多数的微生物在 20 以下的高压杀菌效果 20 低温下高压处理对保持食品品质 尤其是减少热敏性成分的破坏较为有利 在不同温度 压力组合下酵母菌死亡速率的等高线 适当提高温度对高压杀菌有促进作用针对芽孢菌的高耐压性结合温度处理则是一种十分有效的杀菌手段 5 pH pH是影响微生物在受压条件下生长的主要因素之一在受压条件下 培养基的pH有可能发生变化 细菌的最适pH范围也变得较为狭窄酸性条件下微生物的耐压性较差 6 水分活度 Aw 水分活度 Aw 对灭菌效果影响也很大 低Aw产生细胞收缩和对生长的抑制作用 从而使更多的细胞在压力中存活下来控制Aw无疑对高压杀菌 尤其是固态和半固态食品的保藏加工有重要意义 超高压加工的八宝饭 7 食品本身的组成和添加物 营养丰富环境中微生物的耐压性较强蛋白质 碳水化合物 脂类和盐分对微生物具有缓冲保护作用这些营养物质加速了微生物的繁殖和自我修复功能食品基质含有的添加剂组分对超高压灭菌影响很大添加脂肪酸酯 蔗糖酯或乙醇等添加剂 将提高加压杀菌的效果 六 超高压对食品中酶的影响 酶受到高压作用后 维持其空间结构的盐键 氢键 疏水键等遭到破坏 从而使肽键分子伸展成不规则的线形多肽 使其活性部位不复存在 导致了酶的失活在100 200MPa的压力下酶的失活是可逆的 压力达到350MPa以上时 会使酶产生永久性的不可逆失活 超高压对酶的作用效果可分为两方面一方面较低的压力能激活一些酶利用高压处理可使果蔬中一些酶被激活或失活 对于食品的色泽 香味及品质都有很大的提高另一方面非常高的压力可导致酶失活 Relativeactivityofenzymealkalinephosphataseinrawmilkafter20minofpressuretreatment Activationofpolyphenoloxidase PPO fromBartlettpearsbyhighpressure 在不同高压条件下过氧化物酶的活力变化 压力在350MPa以下的范围内 随着压力的提高 酶活性逐渐下降 到350MPa时酶活力最低 但压力高于350MPa时 酶活力又有所回升 六 超高压对食品成分与品质的影响 超高压对蛋白质的影响 盐键及至少部分疏水键的破坏 氢键在某种程度上得到加强 共价键的可压缩性较小 对压力的变化不敏感 对四级结构的影响 适当的压力 150MPa 能促进低聚蛋白质结构的解离 接着可能就是亚单位的聚合或沉淀 150 200MPa 对三级结构的影响 在200MPa以上的压力作用下发生显著的变化 对二级结构的影响 在很高压力下 700MPa 发生变化 导致非可逆变性 超高压 700MPa 对蛋白质一级结构无影响有利于二级结构的稳定但会破坏其三级结构和四级结构超高压迫使蛋白质的原始结构伸展 分子从有序而紧密的构造转变为无序而松散的构造 或发生变形 活性中心受到破坏 失去生物活性 高压破坏蛋白质胶体溶液 使蛋白质凝集 形成凝胶蛋白质经过超高压处理 不论在色泽 光泽 风味 透明度上都取得了良好特性 同时在硬度 弹性上也具有很好的特性 利用压力对蛋白质的影响作用可应用于食品加工处理和保藏的范围 通过解链和聚合 低温凝胶化 肌肉蛋白质在低盐或无盐时形成凝胶 乳化食品中流变性变化 对质地和结构的重组 通过解链 离解或蛋白质水解提高肉的嫩度 通过解链 即蛋白质酶抑制剂 漂烫蔬菜 钝化毒物和酶 通过解链增加蛋白质食品对蛋白酶的敏感度 提高可消化性和降低过敏性 通过解链增加蛋白质结合特种配基的能力 增加分子表面疏水特性 能够结合风味物质 色素 维生素 无机化合物和盐等 超高压对淀粉的影响 在常温下把淀粉加压到400 600MPa 并保持一定的作用时间后 淀粉颗粒将会 溶胀分裂 晶体结构遭到某种程度的破坏 内部有序态分子间的氢键断裂 分散成无序的状态 即淀粉糊化为 淀粉高压处理可提高淀粉对淀粉酶的敏感性 从而提高淀粉的消化率超高压可以提高各种淀粉的胶凝温度 与热处理的差别 高压使淀粉粒膨胀却不破裂 超高压所致完全糊化的淀粉无老化现象 而超高压所致的未完全糊化的淀粉有老化现象 低于700MPa的压力时淀粉不会产生类似热加工的变色 超高压可改善陈米的品质 陈米在20 吸水润湿后在50 300MPa处理10min再按常规煮制成饭其硬度下降 黏度上升 平衡值提高到新米范围同时光泽和香气也得到改良还可缩短煮制时间 超高压对脂类的影响 高压对脂类的影响是可逆的室温下 呈液态的脂肪在高压 100 200MPa 基本可固化 发生相变结晶 促使更稠 更稳定的脂类晶体形成不过解压后仍会复原 只是对油脂的氧化有一定的影响LimittheHPapplicationsinmeatandfishproducts 超高压对维生素的影响 一般情况下 还原型维生素C含量经高压处理后出现了下降和上升两种情况Fe3 对于维生素C的降解起着重要作用 在高压下会更加明显Cu2 的存在 在高压下会激活铜酶 铜酶是维生素C降解的重要酶类之一 在高压作用下 氧化型维生素C可能会转变成还原型维生素C总体来看 无论上升还是下降 其幅度都很小 可以认为高压处理对维生素C的影响很小 对风味物质 色素等的影响 食品中的风味物质 维生素 色素及各种小分子物质结合状态为共价键的形式故而高压处理过程对其几乎没有任何影响食品的黏度 均匀性及结构等特性对高压较为敏感 但这些变化往往是有益的 2 超高压对具体食品品质的影响 1 果蔬原料高压处理后 果蔬风味 色泽与营养均保持较好 脐橙 葡萄柚榨汁后其果汁经高压处理能有效地抑制苦味的产生对加热后会失去特有色泽 芳香或产生褐变的果汁最好也采用高压杀菌技术超高压可对胡萝卜和大蒜品质进行保持和改善 2 动物性原料 高压处理用于肉的品质改善肉类等经高压处理能杀灭肉类细菌 不损坏维生素等营养成分及原风味 改善肉组织 高压嫩化机理机械力作用使肌肉肌纤维内肌动蛋白和肌球蛋白的结合解离 肌纤维蛋白崩解和解离成小片段 造成肌肉剪切力下降压力处理使肌肉中内源蛋白酶 钙激活酶的活性增加 加速肌肉蛋白水解 加快肌肉成熟所致 改善鱼制品品质采用超高压技术生产鱼糕 在杀菌后其口感 风味都比较理想 3 淀粉质原料的品质改良通过高压处理 可使陈米的品质改良 还可缩短煮制时间 4 控制食品中酶反应和灭酶高压除了使酶失活外 还可以使某些在常压下受到抑制的酶激活 提高一些酶的活性高压也可以加快某些在常压下反应缓慢甚至不进行的反应 现在较为成功的是果汁和生酒在保藏期控制因酶而发生的混浊和品质恶化 七 超高压保藏技术1 食品超高压的杀菌工艺 1 一般的超高压杀菌工艺固态食品 将固态食品装在耐压 无毒 柔韧并能传递压力的软包装内 并进行真空密封包装 然后置于超高压容器中进行加压处理超高压固态食品的关键处理工艺是 升压 保压 卸压这种方式通常为不连续式 液态食品 果汁 奶和饮料等液态食品 可以直接以加工物料取代水等传压介质 压媒 实现进料卸料的连续化生产 但是必须附带设备预杀菌工艺液态食品超高压处理的核心工艺 升压 动态保压 卸压液态超高压食品的保压阶段极短实验室小规模高压处理一般可将果汁 果酱 脱气 密封包装后放于高压缸内 用油作介质进行实验 2 分段循环间歇式超高压处理工艺在低酸性食物中使用这种工艺可取得很好的杀菌效果对于易受芽孢菌污染的食物 采用超高压多次重复短时处理 芽孢死灭效果明显 3 脉冲超高压处理工艺脉冲超高压或者震动超高压处理比相当的间歇式处理或者等时的连续式压力处理更为有效压力脉冲的形式对于杀菌效果十分关键 4 超高压处理与其他杀菌技术的结合超高压处理可以和其他杀菌方式诸如热杀菌 辐射 超声波 抑菌剂等联合使用而取得好的协同效果 5 超高压杀菌工艺的关键控制因素 影响加工工艺的关键因素关键因素有微生物类型 菌龄 食品组分 pH和水分活度 温度 压力大小等 超高压处理效果的指示菌 2 高压速冻和不冻冷藏利用高压冰点下降和压力瞬间传递的原理完成食品物料的快速冷冻高压冻结时一般先将欲冻结的食品加压 达到一定的压力后再降温实际处理过程中也可先将传压介质降低到所需的低温 然后放入欲冻结的食品 迅速加压 1 高压空气冻结在自然对流条件下 用高压空气冷冻食品可有效地提高冻结速度 缩短冷冻时间加压冷冻可减少冷冻过程中食品的干耗量50 以上 2 压力移动冻结把高水分食品物料加压到200MPa 同时冷却到 20 高水分食品物料中的水分在此温度下未发生冻结后迅速消除压力降至常压 此时0 成为冰点 而物料的温度远在冻结点温度以下 20 的水呈极不稳定的过冷状态 进而水分瞬间在物料原来位置