微波技术在食品杀菌与保鲜中的应用

1、微波杀菌主要使食品中的微生物在微波热效 应和非热效应的作用下，使其内部的蛋白质和生理 活性物质发生变异或破坏，从而导致生物体生长发 育异常，直至杀灭。,微波杀菌的热效应理论,微波是一种电磁波，可产生高频电场。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 2450MHz， 相当于使水分子在 1s 内发生 180 度来回转动 2415,0c59f8ea 工业微波设备 ,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。,微波

2、杀菌的非热效应理论,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 75%85%，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。在一定微波场的作 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,0c59f8ea 工业微波设备 ,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

3、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。,1966 年， Olsen 等人揭示了微波对镰刀霉芽孢 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。,从生物物理学角度来看，组成微生物的蛋白,0c59f8ea 工业微波设备 ,质、核酸等生物大分子和作为极性分子的水在高频 率、强电场强度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电性 质变化。它们同样能将微波能转换成热能而使自身 温度升高，电性、能量的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 生物体内的共价键

4、，但对氢键、范德化力、疏水相 互作用、盐键等赖以维持核酸、蛋白质等生物大分 子高级结构的次级键具有一定的破坏作用，这些次 级键是维持核酸、蛋白质空间构象，生物膜结构的 作用力。这些次级键一旦遭到破坏，将危及生物大,0c59f8ea 工业微波设备 ,分子的空间结构，影响其正常生理功能。,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。,一是细菌的细胞壁的主要成分不是纤维素，而 是肽聚糖(N-乙酰葡萄糖胺与 N-乙酰胞壁酸通过,-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。,二是细

5、菌的细胞膜是由膦脂和蛋白质组成的,0c59f8ea 工业微波设备 ,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 Na+， 而外界环境则是高 Na+，低 K+，这种离子梯度是由 分布在细胞膜上的 Na+，K+泵逆浓度梯度主动运输 来维持的，其它的离子如 Ca2+，细胞内外也存在,着明显的离子浓度梯度差，由 Ca2+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

6、放) 或关闭与外界联系的通道，若细胞正常膜电位状态,0c59f8ea 工业微波设备 ,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。,三是细菌细胞内的酶，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 以金属离子为辅佐因子的金属酶在微波场的作用,下，金属离子所处的环境可能发生变化，影响这些 酶的活性。四是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 DNA，没有或结合极少量组蛋白，其 DNA 双螺旋结构中 A=T，CG 碱基对间的氢键易 受到微波的冲击而破坏。,0c59f8ea 工业微波设备 ,微波对食品的杀菌作用,国外

7、利用微波杀菌已应用于食品工业生产，如 日本的磨菇小包装,，荷兰和美国的熟食品蔬菜、 饮料小包装，匈牙利的方便食品，都经过微波杀菌 后在市场上流通。国内用微波对食品杀菌也有了初,步研究。有研究者对啤酒采用中高功率杀菌后，菌 落总数小于 14 个/mL，大肠菌群未检出，都符合国 标 GB4927-85(菌落总数和大肠菌群数分别小于 50 和 3 个/mL)。有人用微波照射月饼，研究对霉菌的 杀灭作用。,0c59f8ea 工业微波设备 ,结果表明，在实验条件下，经微波照射 30s， 温度仅升高 5414，根本达不到霉菌的热致死点 (一般霉菌的热致死点为 6215)但对霉菌的杀灭 率已达 70%，这说

8、明微波杀菌除热效应外，应有非 热效应存在，许多文献都支持上述观点，其他研究 者在实验中也证实了上述结论，经微波照射 2min，,对曲霉的杀灭率达 100%，对青霉的杀灭率达 99199%，同时微波具有作用时间短,，升温快和杀 菌效果好的优点。,有研究者用微波设备对鱼丸、鱼片、熏鱼、酱 油、香肠、牛肉干、火腿、及糕点等数十种物料进,0c59f8ea 工业微波设备 ,行广泛地试验，并根据食品的介电常数、含水量， 确定其杀菌时间、功率密度等工艺参数，得到了食 品物料的介电机理及在微波场中升温的理论模型， 证实了微波对食品灭菌具有一定的非热作用。,后来，其它研究者还发现，酱油经微波处理后，,可以抑制霉

9、菌的生长及杀灭肠道致病菌，但对氨基 酸态氮无破坏作用。此外，用微波对牛奶杀菌消毒 后，细菌和大肠杆菌数完全达到卫生标准要求，不 仅营养成份保持不变，而且脂肪球直径变小，提高 了产品的稳定性，有利于人体消化和吸收。,0c59f8ea 工业微波设备 ,食品包装用纸消毒的常规方法为化学或物理 方法，但会损伤纸的品质，尤其是化学方法，因其 会产生臭味而降低纸的使用价值。而紫外线杀菌， 仅能杀灭包装纸表面的大部分细菌，效果也不理 想 。 有 研 究 者 用 微 波 对 质 量 3kg 、 体 积 为 15cm25cm 的冰棍纸和 60g 糖,纸杀菌，仅用 5s 即能杀灭包括纸面表层的试验微 生物，无菌实

10、验也证明效果是好的。,最近，杨红旗等人对微波和紫外线协同杀菌作 用作了研究。研究表明，其作用明显优于单独采用 微波杀菌或紫外线杀菌的作用。,0c59f8ea 工业微波设备 ,微波对食品的保鲜作用,国外对食品使用防腐剂有严格要求，微波杀菌 的显著效果可以使食品不添加防腐剂而延长保鲜 期。例如，瑞典、德国和丹麦均使用微波对切片面 包杀菌防霉保鲜的工业化生产，其保鲜期由原来的,34d 延长到 3060d。意大利的 OMAC 的袋装生面 条微波杀菌防霉装置，每小时加工量为 500kg，能 很好地解决生面条的保鲜问题。,1988 年荷兰的三角洲每日将盒装鱼等肉食品 用微波处理后在 04下可保存 6 个星

11、期，原味,0c59f8ea 工业微波设备 ,不变,新鲜如初。,国内，研究利用微波保鲜食品也有了一定的进 展。吴晖等人研究了微波处理对豆腐保鲜期的影 响。结果表明，豆腐经微波处理 315min，在 25 下可保鲜 3d，而对照样组仅保鲜 015d 王盛良等人,将普通市售月饼用微波照射后于 28恒温箱中培 养观察其霉变情况，同时设置实验对照组。结果， 对照组第 6 天开始霉变，第 12 天全部霉变，而试 验组至第 40 天未见长霉，随后放置室温继续观察 40 天，仍完好如初。,0c59f8ea 工业微波设备 ,有研究者将保鲜难度较大水产品和牛奶进行 微波杀菌，结果表明，在包装材料和封口工艺符合 一定技术要求