第十章食品保藏中的高新技术

1、11-1畜产品加工系畜产品加工系杜鹏杜鹏食品楼食品楼413Tel: 5519045911-2脉冲电场杀菌技术脉冲电场杀菌技术2欧姆杀菌技术欧姆杀菌技术4食品高压保藏技术食品高压保藏技术3 1磁场杀菌技术磁场杀菌技术3 3食品的玻璃化保藏技术食品的玻璃化保藏技术3 511-3本章教学目标本章教学目标 了解高压、磁场、脉冲、玻璃化、生物了解高压、磁场、脉冲、玻璃化、生物 等新技术在食品保藏中的作用及其在食品等新技术在食品保藏中的作用及其在食品保藏中的应用。保藏中的应用。教学重点教学重点 高压、磁场、脉冲及玻璃化保藏食品的原高压、磁场、脉冲及玻璃化保藏食品的原理及技术要点理及技术要点11-411-5

2、高压保藏技术就是将食品物料以某种方式高压保藏技术就是将食品物料以某种方式包装后，置于高压包装后，置于高压(100600Mpa)下加压处下加压处理，高压导致食品中的微生物和酶的机能理，高压导致食品中的微生物和酶的机能丧失，从而延长食品的保藏期。丧失，从而延长食品的保藏期。1899年年Hite等以牛乳及肉类为原料进行了首等以牛乳及肉类为原料进行了首次将高压应用于食品保藏的实验。次将高压应用于食品保藏的实验。11-6pH值值温度温度微生物的生长阶段微生物的生长阶段食品成分食品成分水分活度水分活度11-71. 高压对蛋白质的影响高压对蛋白质的影响 高压使蛋白质变性，其原因是由于压力使高压使蛋白质变性，

3、其原因是由于压力使蛋白质原始结构伸展，导致蛋白质体积改变蛋白质原始结构伸展，导致蛋白质体积改变使蛋白质发生变性的压力依不同的物料而异，使蛋白质发生变性的压力依不同的物料而异，对微生物来讲，也因其特性而异，通常在对微生物来讲，也因其特性而异，通常在100600 MPa。11-82. 高压对淀粉的影响高压对淀粉的影响 高压可使淀粉改性。常温下加压到高压可使淀粉改性。常温下加压到100300 MPa，可使淀粉糊化而呈不，可使淀粉糊化而呈不透明的粘稠糊状，且吸水量也发生改透明的粘稠糊状，且吸水量也发生改变，原因是压力使淀粉的长链断裂，变，原因是压力使淀粉的长链断裂，分子结构发生改变。分子结构发生改变。

4、11-93. 高压对油脂的影响高压对油脂的影响 油脂类耐压程度低，常温下加压到油脂类耐压程度低，常温下加压到100200MPa，基本上变成固体，但，基本上变成固体，但降低压力后，固体仍能恢复到原状。降低压力后，固体仍能恢复到原状。另外，高压处理对油质的氧化有一定另外，高压处理对油质的氧化有一定的影响。的影响。11-104.高压对其它成分的的影响高压对其它成分的的影响 高压对食品中的风味物质、维生素及各高压对食品中的风味物质、维生素及各种小分子物质的天然结构几乎没有影响。种小分子物质的天然结构几乎没有影响。11-1111-1211-13高压容器高压容器加压装置加压装置辅助装置辅助装置11-14高

5、压容器与加压气缸呈上、下配置，在加高压容器与加压气缸呈上、下配置，在加压气缸向下的冲程运动中，活塞将容器内压气缸向下的冲程运动中，活塞将容器内的压力介质压的压力介质压 缩产生高压，使物料受到高缩产生高压，使物料受到高压处理；压处理；食品的高压处理要求数百兆帕的压力，故食品的高压处理要求数百兆帕的压力，故高压容高压容 器的制造是关键，它要求特殊的制器的制造是关键，它要求特殊的制造技术。通常造技术。通常 压力容器为圆筒形，材料为压力容器为圆筒形，材料为高强度不锈钢，为了高强度不锈钢，为了 达到必要的耐压强度，达到必要的耐压强度，容器的壁很厚。容器的壁很厚。11-15 不论是直接加压式还是间接加压式

6、，都不论是直接加压式还是间接加压式，都需要油压装置产生所需高压，前者还需高压需要油压装置产生所需高压，前者还需高压配管，后者需加压气缸。配管，后者需加压气缸。加压装置加压装置11-16 为了保持一定的温度，在高压容器外做为了保持一定的温度，在高压容器外做了一个夹套结构，并通以一定温度的循环了一个夹套结构，并通以一定温度的循环水，另外，压力介质也需保持一定的温度，水，另外，压力介质也需保持一定的温度，因为压力处理时，压力介质的温度也会因因为压力处理时，压力介质的温度也会因生压或减压而变化，该温度的控制对食品生压或减压而变化，该温度的控制对食品的保持是很重要的。的保持是很重要的。11-17 包括热

7、电偶测温计、压力传感包括热电偶测温计、压力传感器及记录仪，压力和温度等数据器及记录仪，压力和温度等数据可输入计算机进行自动控制。还可输入计算机进行自动控制。还可设置电视摄像系统，以便直接可设置电视摄像系统，以便直接观察加工过程中物料的组织状态观察加工过程中物料的组织状态及颜色变化情况。及颜色变化情况。 由输送带、提升机、机械手等由输送带、提升机、机械手等构成构成11-1811-1911-2011-21电脉冲是原来用于细胞生物学和生物技术电脉冲是原来用于细胞生物学和生物技术领域的电穿束和电融合；领域的电穿束和电融合；电穿刺是在电场作用下改变细胞膜的通透电穿刺是在电场作用下改变细胞膜的通透性，以进

8、行基因操作或引入外界的分子。性，以进行基因操作或引入外界的分子。而电融合是在电场下融合细胞；而电融合是在电场下融合细胞；目前，脉冲技术己从细胞生物学扩展到杀目前，脉冲技术己从细胞生物学扩展到杀灭微生物，灭微生物， 进行食品保藏。进行食品保藏。11-22所谓脉冲杀菌就是将食品物料置于脉冲电所谓脉冲杀菌就是将食品物料置于脉冲电场中加以处理，以达到杀菌目的场中加以处理，以达到杀菌目的电场对微生物产生致死作用是脉冲杀菌的电场对微生物产生致死作用是脉冲杀菌的基本原理，脉冲导致微生物的形态结构、基本原理，脉冲导致微生物的形态结构、生物化学反应以及细胞壁发生多方面的变生物化学反应以及细胞壁发生多方面的变化，

9、从而影响微生物原有的生理活动机能，化，从而影响微生物原有的生理活动机能，使其破坏或发生不可逆变化使其破坏或发生不可逆变化11-2311-24（一）脉冲对微生物的影响（一）脉冲对微生物的影响 对微生物的杀灭作用对微生物的杀灭作用 对微生物结构的影响对微生物结构的影响1. 对微生物芽孢的失活对微生物芽孢的失活11-251. 对微生物的杀灭作用对微生物的杀灭作用Sale和和Hamilton在食品模型中对微生物的脉在食品模型中对微生物的脉冲热效应进行了系统的研究。他们的对象冲热效应进行了系统的研究。他们的对象菌有大肠杆菌、溶壁微球菌、八叠球菌、菌有大肠杆菌、溶壁微球菌、八叠球菌、巨大芽抱杆菌、枯草杆菌

10、、韦氏梭菌、酿巨大芽抱杆菌、枯草杆菌、韦氏梭菌、酿酒酵母等。介质为中性的酒酵母等。介质为中性的NaCl溶液。应用溶液。应用的电场强度为的电场强度为5-25 kV/cm，短三角型脉冲，短三角型脉冲，每个脉冲持续每个脉冲持续2-20s，脉冲重复速率是，脉冲重复速率是1个个/s结果表明，酿酒酵母对脉冲最为敏感，而结果表明，酿酒酵母对脉冲最为敏感，而溶壁微球菌的抵抗力最强溶壁微球菌的抵抗力最强11-26使用使用10个个20kV/cm的脉冲处理的脉冲处理NaCl溶液中溶液中的大肠杆菌，可以取得的大肠杆菌，可以取得99. 9%的杀菌效果的杀菌效果德氏乳杆菌接种在德氏乳杆菌接种在NaH2PO4/Na2HPO

11、4的缓的缓冲溶液中，使用冲溶液中，使用30kV/cm, 24处理处理3.6s，可以取得减少可以取得减少6个数量级的杀菌效果。个数量级的杀菌效果。 接种在接种在SMUF培养基上的大肠杆菌经培养基上的大肠杆菌经30kw/cm, 24 , 20个脉冲处理，可以减少个脉冲处理，可以减少2. 8个数量级。个数量级。11-272. 对微生物结构的影响对微生物结构的影响 引起双层脂膜、细胞膜的破裂。引起双层脂膜、细胞膜的破裂。 包括包括:双电性破裂、临界跨膜电位和细胞膜双电性破裂、临界跨膜电位和细胞膜的压缩、细胞膜粘弹性变化、细胞膜蛋白和的压缩、细胞膜粘弹性变化、细胞膜蛋白和类脂的流体镶嵌排列、膜的结构欠缺

12、、胶体类脂的流体镶嵌排列、膜的结构欠缺、胶体的渗透膨胀等。的渗透膨胀等。11-283. 对微生物芽孢的失活对微生物芽孢的失活 脉冲可以杀死微生物的营养细胞，但是脉冲可以杀死微生物的营养细胞，但是芽孢对脉冲的耐受力强。但芽孢萌发后对芽孢对脉冲的耐受力强。但芽孢萌发后对脉冲比较敏感，可使芽孢失活。脉冲比较敏感，可使芽孢失活。Simpson报报道脉冲与溶菌酶相结合使枯草杆菌的芽孢道脉冲与溶菌酶相结合使枯草杆菌的芽孢减少了减少了5个数量级。个数量级。11-29（二）脉冲对酶促反应的影响（二）脉冲对酶促反应的影响酯酶和淀粉酶的活性不受酯酶和淀粉酶的活性不受30 kV/cm脉冲的抑制；脉冲的抑制；脉冲可使

13、大肠杆菌失去合成脉冲可使大肠杆菌失去合成-半乳糖苷酶的能力，半乳糖苷酶的能力， 但是酶活性未受到影响。但是酶活性未受到影响。98个频率个频率2Hz. 14kV/cm的脉冲处理可使荧光假单胞的脉冲处理可使荧光假单胞菌产生的蛋白酶水解酪蛋白和乳清蛋白该酶活性降菌产生的蛋白酶水解酪蛋白和乳清蛋白该酶活性降低低60%。10低温下，低温下，50个个30 kV/cm脉冲处理可钝化胞浆酶；脉冲处理可钝化胞浆酶；在在70个个18.8 kV/cm脉冲的处理下，原料乳和脱脂乳脉冲的处理下，原料乳和脱脂乳的碱性磷酸酶活性分别减少了的碱性磷酸酶活性分别减少了60%和和65%。11-301.电场强度电场强度 当电场强度

14、超过临界强度，微生物的致死当电场强度超过临界强度，微生物的致死率明显提高。致死率随电场强度的提高、时率明显提高。致死率随电场强度的提高、时间的延长而增加。间的延长而增加。11-31 微生物的存活率和电场强度的关系可用下式微生物的存活率和电场强度的关系可用下式来表示来表示:S:存活率；存活率；tc:临界电场强度下的处理时间；临界电场强度下的处理时间；t:处理时间；处理时间；E:电场强度电场强度Ec:临界电场强度；临界电场强度；k:回归系数回归系数kEEcctt/ )()/(S11-322. 作用时间作用时间 作用时间是脉冲数目和脉冲持续时间的乘作用时间是脉冲数目和脉冲持续时间的乘积。增加作用时间

15、意味着增加脉冲数目或增积。增加作用时间意味着增加脉冲数目或增加脉冲持续时间，而增加脉冲持续时间将使加脉冲持续时间，而增加脉冲持续时间将使处理系统的温度大幅度上升，因此脉冲的持处理系统的温度大幅度上升，因此脉冲的持续时间只可以增加到能够使系统接收的定值。续时间只可以增加到能够使系统接收的定值。11-333. 脉冲的形状脉冲的形状 脉冲的形状包括指数形波和矩形波。脉冲的形状包括指数形波和矩形波。杀菌的效果是矩形波杀菌的效果是矩形波指数形波例如当电场指数形波例如当电场强度为强度为12 kV/cm，脉冲数目不大于，脉冲数目不大于20，矩，矩形脉冲杀菌比指数形高形脉冲杀菌比指数形高60%。11-344.

16、 脉冲的极性脉冲的极性 脉冲有单极性和双极性两种。双极性脉冲有单极性和双极性两种。双极性脉冲的致死作用大于单极性脉冲。单极性脉冲的致死作用大于单极性脉冲。单极性脉冲只有一个指数脉冲的波形，而双极性脉冲只有一个指数脉冲的波形，而双极性脉冲包括一个正极性和一个负极性指数波脉冲包括一个正极性和一个负极性指数波形。双极性脉冲还能造成电荷的反转，造形。双极性脉冲还能造成电荷的反转，造成细胞膜的破裂等。成细胞膜的破裂等。11-355. 微生物的生长期微生物的生长期 对数期的细胞比平缓期的细胞对电场对数期的细胞比平缓期的细胞对电场更具敏感性。更具敏感性。6. 介质的温度介质的温度 脉冲的杀菌作用随介质的温度

17、上升而增脉冲的杀菌作用随介质的温度上升而增加。应用矩形波脉冲加。应用矩形波脉冲7，60个或个或33，10个可达到一样的杀菌效果。个可达到一样的杀菌效果。11-36 脉冲处理装置主要有电源、电容器、脉冲处理装置主要有电源、电容器、开关、处理室、电压和电流及温度控制仪开关、处理室、电压和电流及温度控制仪表、无菌包装设备等。电源用于电容器的表、无菌包装设备等。电源用于电容器的充电，开关用于向放置在处理室的食品放充电，开关用于向放置在处理室的食品放电。处理室内有脉冲容器、加压装置及辅电。处理室内有脉冲容器、加压装置及辅助装置等。处理后的食品经无菌包装设备助装置等。处理后的食品经无菌包装设备包装。由于脉

18、冲处理时可能产生热量，加包装。由于脉冲处理时可能产生热量，加工系统还包括冷却处理室的设备。工系统还包括冷却处理室的设备。11-3711-3811-3911-40 磁场影响微生物迁移的方向，干扰微磁场影响微生物迁移的方向，干扰微生物的生长和再生，增加生物的生长和再生，增加DNA的合成，改的合成，改变生物分子和生物膜的取向，改变细胞膜变生物分子和生物膜的取向，改变细胞膜上的离子移动，影响微生物的再生速率等。上的离子移动，影响微生物的再生速率等。11-4111-42电流通入线圈产生磁场，杀灭微生物的磁电流通入线圈产生磁场，杀灭微生物的磁通密度为通密度为5-50T(特斯拉特斯拉)。磁场可由。磁场可由超

19、导超导线圈线圈产生直流电的线圈产生直流电的线圈电容器充电的电容器充电的线圈线圈磁体产生磁体产生 磁场分为静止磁场和振荡磁场。静止磁场磁场分为静止磁场和振荡磁场。静止磁场的方不随时间发生变化，磁场各方向的强的方不随时间发生变化，磁场各方向的强度相同。振荡磁场以脉冲的形式作用，每度相同。振荡磁场以脉冲的形式作用，每个脉冲均改变方向，磁场强度随时间衰减个脉冲均改变方向，磁场强度随时间衰减11-4311-441.对微生物的影响对微生物的影响 对微生物原生质在细胞内的流动产生影对微生物原生质在细胞内的流动产生影响响0.5T的静止磁场对酵母细胞没有影响，的静止磁场对酵母细胞没有影响，但振荡磁场产生杀灭细胞

20、的作用磁场抑制但振荡磁场产生杀灭细胞的作用磁场抑制细胞分裂。细胞分裂。11-452. 对酶的影响对酶的影响 静电磁场对核糖核酸酶的催化作用没有影静电磁场对核糖核酸酶的催化作用没有影响响2 , 20T的磁场中梭基歧化酶的活性下的磁场中梭基歧化酶的活性下降。而有的试验表明此酶的活性赠加降。而有的试验表明此酶的活性赠加目前，磁场对酶的作用还不能得到确定的结目前，磁场对酶的作用还不能得到确定的结论论11-46食品营养成分和品质的改变量小食品营养成分和品质的改变量小降低能源消耗降低能源消耗使用塑料包装食品，避免加工后的污染使用塑料包装食品，避免加工后的污染11-4711-4811-49一种新型的热杀菌方

21、法，它利用电流通过一种新型的热杀菌方法，它利用电流通过食品产生热量来达到杀菌的目的。对于带食品产生热量来达到杀菌的目的。对于带颗粒的食品，采用欧姆加热，则使颗粒的颗粒的食品，采用欧姆加热，则使颗粒的加热速率接近液体的加热速率，获得比常加热速率接近液体的加热速率，获得比常规方法更快的加热速率，约规方法更快的加热速率，约120C/s,因而可缩短加热时间，得到高品质产品。因而可缩短加热时间，得到高品质产品。11-50欧姆杀菌系统由泵、柱式欧姆杀菌器、欧姆杀菌系统由泵、柱式欧姆杀菌器、保温管和控制仪表组成。重要的部分是柱式保温管和控制仪表组成。重要的部分是柱式欧姆杀菌器，由四个以上电极室组成，包括欧姆

22、杀菌器，由四个以上电极室组成，包括不锈钢外壳、绝缘腔、绝缘衬里和电极等。不锈钢外壳、绝缘腔、绝缘衬里和电极等。11-5111-5211-53 在欧姆加热管内连续流动加热的条件下，物料的温在欧姆加热管内连续流动加热的条件下，物料的温升升T决定于电场强度、电极间距决定于电场强度、电极间距L、物料流率、物料流率V等因素等因素V两电极间的电位差两电极间的电位差 vAT加热管的截面积加热管的截面积 m2物料的电导率物料的电导率 S/mCp物料比热容物料比热容 J /(kg .)pLMCATVT211-5411-5511-5611-57易于实行自动控制，且可立即启动和停止易于实行自动控制，且可立即启动和停

23、止回维护费用低，操作费用也有节约的潜力回维护费用低，操作费用也有节约的潜力不需要传热面不需要传热面可处理对剪切敏感的食品可处理对剪切敏感的食品系统操作连续平稳系统操作连续平稳可处理高薪度物料可处理高薪度物料可处理含大颗粒固体的产品，颗粒含量可可处理含大颗粒固体的产品，颗粒含量可达达50%70%，而常规杀菌的固液比仅为，而常规杀菌的固液比仅为30% 40%11-5811-5911-60 欧姆杀菌后的肉欧姆杀菌后的肉 组织状态和颜色与蒸汽蒸煮相似组织状态和颜色与蒸汽蒸煮相似 保水性好于蒸煮保水性好于蒸煮 卤汁中离子强度影响结构卤汁中离子强度影响结构 微观状态差异很大微观状态差异很大 受压值（硬度）

24、相同受压值（硬度）相同11-61中国菜中国菜意式面点意式面点 用于焙烤制品和乳制品用于焙烤制品和乳制品的果料的果料11-6211-63人们将融化后在冷却过程中不发生结晶的人们将融化后在冷却过程中不发生结晶的无机物质称为玻璃，后来逐渐扩展到将其无机物质称为玻璃，后来逐渐扩展到将其他非晶态均称为他非晶态均称为 食品在玻璃态下，造成食品品质变化的一食品在玻璃态下，造成食品品质变化的一切受扩散控制的反应速率均十分缓慢，甚切受扩散控制的反应速率均十分缓慢，甚至不发生反应。至不发生反应。玻璃化保藏，可以最大限度地保存其原有玻璃化保藏，可以最大限度地保存其原有的色、香、味、形以及营养成分。的色、香、味、形以

25、及营养成分。F在此状态下，分了热运动能量很低，只有较小在此状态下，分了热运动能量很低，只有较小的运动单元，如侧基、支链和链节能够运动，的运动单元，如侧基、支链和链节能够运动，而分了链和链段均处于被冻结状态。而分了链和链段均处于被冻结状态。11-64 发生玻璃化转变时的温度称为发生玻璃化转变时的温度称为玻璃化转玻璃化转变温度变温度(glass transition temperature; Tg) ，它，它是控制食品质量和稳定性的关键。是控制食品质量和稳定性的关键。低于低于Tg时所处的状态称为时所处的状态称为玻璃态玻璃态，将基质在高于将基质在高于Tg时所处的状态称为时所处的状态称为橡胶态橡胶态F

26、奶粉、麦芽糊精、淀粉等的奶粉、麦芽糊精、淀粉等的Tg值很高；值很高；F水分较高的食品如草莓、苹果、冰淇淋、速冻食品等水分较高的食品如草莓、苹果、冰淇淋、速冻食品等的的Tg值一般都较低。值一般都较低。11-65根据食品含水量，玻璃根据食品含水量，玻璃化转变温度有化转变温度有2种定义：种定义：F对于低水分食品（对于低水分食品（w0，定义为，定义为Tg;F对于高水分食品（对于高水分食品（w20 %），一般不能实现完全），一般不能实现完全玻璃化，此时，玻璃化转玻璃化，此时，玻璃化转变温度指的是最大冻结浓变温度指的是最大冻结浓缩溶液发生玻璃化转变时缩溶液发生玻璃化转变时的温度，定义为的温度，定义为Tg。

27、11-66 一种多组分溶液一种多组分溶液(流动态流动态)若在若在Tg条件下蒸条件下蒸发除水，其浓度就会逐渐增加，经发除水，其浓度就会逐渐增加，经“浆态浆态”、“橡皮态橡皮态”，进而成为一种，进而成为一种“固化了的固化了的”液液体体(“solidified” liquids)，俗称玻璃，此过程则，俗称玻璃，此过程则称之为称之为玻璃化作用玻璃化作用(vitrification).F包糖果的糯米纸；包糖果的糯米纸；F粥油粥油大米中某些物质的玻璃态大米中某些物质的玻璃态 11-67 可在常温长期储运而无需作冷藏和解冻操作可在常温长期储运而无需作冷藏和解冻操作; ; 可把某多步反应试剂混合玻璃化，形成一

28、步反应可把某多步反应试剂混合玻璃化，形成一步反应试剂而简化步骤试剂而简化步骤; ; 用时只需加水复溶，用后即弃用时只需加水复溶，用后即弃; ; 可分拆高价大包装活性试剂为众多低价小包装可分拆高价大包装活性试剂为众多低价小包装; ; 玻璃化可增加溶解度，免去搅拌促溶而省时。玻璃化可增加溶解度，免去搅拌促溶而省时。 玻璃态产品活性高度稳定玻璃态产品活性高度稳定( (如如:Taq:Taq酶存放酶存放4545达达2020天活力不变天活力不变) )11-68玻璃化仪玻璃化仪差式扫描量热仪差式扫描量热仪（DSC）11-691. 淀粉的玻璃化相变的研究淀粉的玻璃化相变的研究 采用采用DSC技术对淀粉玻璃化相变的研究已成为技术对淀粉玻璃化相变的研究已成为一个热点，这对于谷物品质以及贮藏性的研究有一个热点，这对于谷物品质以及贮藏性的研究有重要意义。重要意义。Tg值随小