脉冲电磁场杀菌在食品加工中的应用

[精品]脉冲电磁场杀菌在食品加工中的应用食品加工的目的是保存食品,杀死微生物、钝化酶类,提高消化率,保持及改善感官特性等,使之符合国家的卫生标准。工业化的食品加工技术自诞生以来,一直以热加工为主,加热处理在杀菌、钝酶的同时,也使一些热敏性的营养素和风味物质受到破坏。随着人们对食品的新鲜、营养、安全等品质的要求越来越高,传统的食品热加工方法已经不能完全满足人们对食品高品质的要求。因此,提高加工食品的品质,有效防止食品加工过程中颜色变化(色变)、香气破坏(香变)、味道改变(味变)、营养损失(养变)、形态或质构改变(形变),满足消费者对高品质食品日益增长的消费需求,是食品科学和食品加工技术的重要研究内容

。近年来,非热加工技术成为食品科学与工程技术领域的研究热点。目前非热加工技术主要有超高压技术、高压脉冲电场技术、振荡磁场技术、紫外线辐照技术、生物防腐剂杀菌技术等。其中,高压脉冲电场技术因安全无害,具有传递均匀、处理时间短、能耗低等特点,能有效保持食品的新鲜度和营养成分,具有广阔的应用前景高压脉冲电场简介高压脉冲电场(pulsedelectricfield,简称PEF)处理是对两电极间的流态物料反复施加高电压的短脉冲(典型为20～80kV/cm)进行处理的过程

。它的主要用途是作为一种非热处理的食品保藏方法,是处于研究阶段的一种新型非热力杀菌技术。脉冲电场技术与热力杀菌相比具有显著优点:处理温度低,可以在常温下或更低的温度下进行杀菌;杀菌时间非常短,不足1s,通常是几十微秒便可以完成;节省能源,不需要加热,不会污染环境;对产品的色、香、味和营养成分没有破坏,能保持产品的新鲜度。

高压脉冲电场系统主要由高压脉冲供应装置和食品处理室两部分构成,其脉冲有指数衰减波、方波、振荡波和双极性波等形式,处理室有平行盘式、线圈绕柱式、柱―柱式、柱―盘式、同心轴式等。高压脉冲电源与食品处理室相连,用所期望的频率、电压峰值,产生连续不断的高压脉冲,选择适合的电参数,以使每单位食品体积受到足够数目的高压脉冲电场的作用,从而使食品中的微生物、酶和营养成分也同样受到高压脉冲电场作用,发生杀菌、钝酶、组织结构等变化。高压脉冲电场处理的作用机理还不明确,现有多种假说,如细胞膜穿孔效应、电磁机制模型、粘弹极性形成模型、电解产物效应、臭氧效应等,其中研究最多的是细胞膜穿孔效应[7-9]。无论是动物、植物还是微生物的细胞,当外加电场作用时,诱导产生横跨膜电位。本来是绝缘的生物膜由于电场影响导致形成了微孔,而使得通透性发生了变化,当整个膜电位达到极限值(约为1V)时,膜破裂,使膜结构变成无序状态,形成细孔,渗透能力增强。当外加的电场对薄膜所产生的电位差大于薄膜本身的自然电位差时,其电位差达到临界点,此时薄膜就会产生小孔,当小孔数量多以及孔径增大时,细胞就会破裂。当产生小孔时,细胞膜的可渗透性加大。因此,细胞的可渗透性可以依据外加电场强度的加强而增加。渗透的可逆和不可逆则取决于应用的电场强度、脉冲宽度和脉冲数。2

高压脉冲电场技术在食品加工中的应用2.1

高压脉冲电场技术在食品杀菌方面的应用高压脉冲电场技术已被公认为国际上研究最热门、最先进的灭菌技术之一。与传统热杀菌、化学药剂杀菌以及辐射杀菌方法相比,高压脉冲电场杀菌技术有处理时间短、能耗低、食品物理化学性质改变小、营养风味变化不大等优点,非常适合热敏性高的食品杀菌。2.1.1

杀菌机理对于高压脉冲电场的杀菌机理,大多数研究者倾向于认同高压脉冲电场是通过破坏细胞膜实现的。细胞膜是细胞与外界环境的天然屏障,并控制细胞的代谢功能。在外加电场作用下,细胞膜被破坏,胞内物质流失,进而导致细胞死亡。2.1.2

杀菌效果高压脉冲电场杀菌技术特别适合于热敏性很高或有特殊要求的食品杀菌,目前在果蔬汁、牛奶等液体食品杀菌中应用较多,其中在果蔬汁的加工中已显示出特有的优越性,有望取代或补充热杀菌技术。国内外研究者使用高压脉冲电场对培养液中的酵母、格兰氏阴性菌、格兰氏阳性菌、细菌孢子以及苹果汁、橙汁、桃汁、香蕉汁、菠萝汁、牛奶、蛋清液等进行了大量研究,并取得了较好的结果.结果表明,处理时间不超过1s时,该处理对食品的感官品质不造成影响,其货架期一般可延长4～6周,并较好的保持食品原来的色香味及营养成分。

2.2

高压脉冲电场技术在食品预处理中的应用2.2.1

对食品干燥的影响果蔬的传统干燥方法影响其物理和化学状态,导致缩水、颜色改变,还影响果蔬的质地和口感。王维琴[17]等研究了经高压脉冲电场技术预处理的甘薯样品在渗透脱水后的质量都有一定增加,渗透脱水固形物增加率与PEF处理参数中的场强和脉冲数目不成正比关系。2.2.2

对食品解冻的影响冷冻食品在使用之前大都需要经过解冻过程。而在食品的冻结解冻过程中必然会发生各种物理、化学变化,影响食品的品质。利用高压脉冲电场技术解冻食品,解冻速度快,解冻后食品温度分布均匀,汁液流失少,能有效地防止食品的油脂酸化,而且一定强度的高压静电场对微生物具有抑制和灭杀的作用,有利于食品品质的保护。方胜[18]等研究发现电场强度对冰解冻时间缩短百分率的影响比较明显。2.2.3

对酒的快速陈化的影响殷涌光[19]等利用高电压脉冲电场对白酒进行催陈研究。结果表明,高电压脉冲电场可以使白酒快速催陈,操作简便,速度快。处理后的酒样总酸、总酯和总醛等有所增加,总醇含量有所下降,酒体透明,陈香明显,辛辣味减少,柔和绵软,有余香。2.3

高压脉冲电场在天然产物提取中的应用由于天然产物不稳定,许多具有生理活性的化合物一旦离开机体,很容易变性、破坏,在生产过程中要小心地保护这些化合物的生理活性,因此,生产这类具有生理活性的物质常选择温和的条件,并尽可能在较低温度和洁净环境下进行。高压脉冲电场可在瞬间使被处理细胞的细胞壁和细胞膜电位混乱,改变其通透性,甚至可击穿细胞壁和细胞膜,使其发生不可逆破坏,造成细胞新陈代谢紊乱、细胞中生长的必须组分流出,成为一门新兴的提取技术。韩玉珠[20]等研究用高压脉冲电场提取中国林蛙多糖,并与碱提取法、酶提取法以及复合酶提取法进行了比较。结果显示高压脉冲电场提取的林蛙多糖提取率和总糖含量均高于其他三种方法。王春利[21]等应用高压脉冲电场技术成功从奶牛脾脏中提取非特异性转移因子,结果表明提取率是常规方法的2倍,复合酶法的1.47倍。2.4

高压脉冲电场技术在食品增鲜方面的应用

鲜肉在经过高压电场作用后,其鲜嫩度增加。实验表明新鲜猪肉经高压电场处理后,其浸出汁中总氨基酸含量明显增加。这一结论可应用到其它食品工业中,如酱油等高蛋白含量液态食品久存后会发生沉淀现象,这些沉淀主要是蛋白质。若将这些蛋白质沉淀前体物在沉淀前置于与本实验类似的高压电场装置中处理,可以使其沉淀前体物降解,从而避免沉淀产生,提高产品质量[22]。3

高压脉冲电场技术在食品加工方面的应用展望3.1

实现工业化应用有待解决的问题高压脉冲电场技术的独特优势使得研究和推广的该技术具有重要意义。但要实现产业化,仍存在一些问题需要解决:高压脉冲电场杀菌目前虽在液体食品方面取得较大成功,但在固体和半固体食品的处理效果上还不理想,有待于进一步研究。高压脉冲电场的关键部件和装置需要合理设计,拓宽应用范围。要得到大范围的推广和应用,还需要进一步降低技术成本。若使高压脉冲电场技术能够和其他工艺相结合,需要较准确地制定技术参数的组合。3.2

工业化前景高压脉冲电场杀菌由于其非热加工特性,温升小、能耗低、操作费用低,并能满足某些食品的热敏性需要,因此工业化的前景十分看好。据国外资料报道,高压脉冲电场用于液态食品杀菌的操作