脉冲强光杀菌设备在食品工业的应用
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一、引言我国食品和包装机械工业协会作为全国性的行业组织,致力于推动食品和包装机械行业的发展,保障食品安全和质量。
本文以该协会的团体标准脉冲强光杀菌设备为主题,就其含义、应用、特点等方面展开探讨。
二、脉冲强光杀菌设备的含义脉冲强光杀菌设备是指利用脉冲光技术对食品和包装进行杀菌处理的设备。
该设备利用高能量的脉冲强光照射食品和包装表面,通过光照中的能量转化为热能,使微生物失活,达到杀菌的目的。
三、脉冲强光杀菌设备的应用1.食品行业:脉冲强光杀菌设备广泛应用于肉制品、水产品、果蔬制品等食品加工行业,可以对食品表面进行杀菌处理,延长食品的保质期,提高食品的安全性和卫生水平。
2.包装行业:脉冲强光杀菌设备也被应用于食品包装材料的杀菌处理,可以对包装袋、容器等进行杀菌消毒,保障包装材料的卫生安全,防止细菌污染。
四、脉冲强光杀菌设备的特点1.高效:脉冲强光杀菌设备采用高能量脉冲光照射,具有杀菌效果好、速度快的特点,对各类微生物具有很好的杀灭效果。
2.环保:脉冲强光杀菌设备在杀菌处理过程中不产生化学废物,对环境无污染,符合绿色环保理念。
3.安全:脉冲强光杀菌设备在使用过程中无需化学药剂,对食品和包装材料本身无任何损害,使用安全可靠。
4.易操作:脉冲强光杀菌设备采用自动化控制系统,操作简便,不需要复杂的操作技能,提高了生产效率。
五、结语脉冲强光杀菌设备作为我国食品和包装机械工业协会制定的团体标准,具有广泛的应用前景和市场需求。
随着食品安全和卫生要求的不断提高,脉冲强光杀菌设备将在食品加工和包装行业中发挥越来越重要的作用。
我们期待脉冲强光杀菌设备在未来的发展中能够取得更大的成就,为食品安全和质量保驾护航。
六、脉冲强光杀菌设备的市场前景随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,食品安全已经成为人们关注的焦点。
食品安全事关人们的健康,同时也关系到国家经济和社会稳定的发展。
在这种背景下,脉冲强光杀菌设备作为一种新型的食品杀菌处理技术,具有广阔的市场需求和发展前景。
高压脉冲电场在食品加工中的应用随着科技的不断进步,高压脉冲电场作为一种新型的食品加工技术,正在逐渐受到食品工业的和应用。
本文将探讨高压脉冲电场在食品加工中的原理、特点及其应用,以期为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
高压脉冲电场是一种通过瞬间施加高电压脉冲来处理食品的方法,其主要原理是利用强电场作用产生一系列物理和化学效应,实现对食品的加工、杀菌、处理和检测等。
高压脉冲电场的特点主要表现在以下几个方面:非热效应:高压脉冲电场在处理食品时,不会产生明显的热量,因此对食品的色、香、味等感官品质的保持具有积极作用。
高效性:高压脉冲电场能够快速地穿透食品物料,实现对食品的高效处理。
例如,在杀菌过程中,高压脉冲电场能够大幅缩短处理时间,提高生产效率。
环保性:由于高压脉冲电场在处理过程中不使用化学试剂,因此对环境无污染,具有较好的环保性。
安全性:高压脉冲电场在封闭环境中进行,能够有效避免对人体造成伤害的风险。
食品杀菌:高压脉冲电场在食品杀菌方面具有显著的效果。
通过破坏微生物的细胞膜,高压脉冲电场可以有效杀灭食品中的细菌、病毒等致病微生物,达到杀菌的目的。
同时,由于其对细胞膜的破坏作用,还能够有效抑制微生物的复活和繁殖,延长食品的保质期。
食品处理:高压脉冲电场在食品处理方面也表现出良好的应用前景。
例如,在果蔬汁加工过程中,高压脉冲电场可以显著提高榨汁效率,降低能源消耗。
在肉类加工中,高压脉冲电场能够改善肉质的嫩度、风味和营养价值。
食品检测:高压脉冲电场在食品检测方面具有一定的应用价值。
例如,通过检测食品中微生物产生的微小电流,可以快速检测出食品中的细菌总数和大肠杆菌等微生物污染情况。
高压脉冲电场还可以用于食品成分、品质和保质期等方面的检测。
高压脉冲电场作为一种新型的食品加工技术,具有广泛的应用前景。
通过深入研究和探索,相信未来高压脉冲电场在食品加工中的应用将会越来越广泛,为食品工业的发展和人类健康做出更大的贡献。
高压脉冲灭菌技术在食品加工中的应用一、引言随着人们健康意识的提高和食品安全问题的日益凸显,高压脉冲灭菌技术作为一种新型的食品杀菌技术逐渐走进人们的生活并备受关注。
高压脉冲灭菌技术具有能有效杀灭微生物、能保持食品营养成分、能延长食品保质期等优点,在食品行业中拥有广泛应用前景。
二、高压脉冲灭菌技术原理及特点高压脉冲灭菌技术是一种采用高压脉冲电场对食品中微生物进行灭活的技术。
简单说,就是将食品置于高压脉冲电场下,瞬间爆发的电场将菌体内的细胞壁和细胞膜破坏,从而达到灭菌的目的。
高压脉冲灭菌技术具有以下特点:1.温和:高压脉冲灭菌技术在杀菌过程中不需要加热,避免了热敏性营养成分的流失,并且能够达到确保食品品质的目的;2.高效:高压脉冲灭菌技术能够在短时间内有效杀灭细菌,使产品的微生物负荷迅速降低;3.无污染:高压脉冲灭菌技术无需添加任何化学品,不会留下任何污染物;4.环保:高压脉冲灭菌技术不会对环境产生污染。
三、高压脉冲灭菌技术在食品加工中的应用1.果蔬汁果蔬汁是一种营养丰富的饮品,但其生产过程中往往会受到微生物的污染。
高压脉冲灭菌技术可以杀灭果蔬汁中的各种微生物,避免其在生产和储存过程中出现异味和受冷冻、加热、臭氧等方式杀灭细菌带来的可能负面影响。
同时,高压脉冲灭菌技术不会对果蔬汁的品质造成影响。
2.肉制品肉制品是一种易于受到微生物污染的食品。
在生产过程中,不仅要从原料入手,保证生产环节的卫生,还要采用合适的灭菌方法对其进行处理。
高压脉冲灭菌技术对肉制品质保、安全等问题都提供了具有实际意义的方案,在保护食品品质,营养成分的有效保留、同时提高肉制品的保质期等方面也有不俗的表现。
3.腌制食品由于腌制加工的原因,许多腌制类食品在生产和储存过程中都会存在微生物繁殖的问题。
高压脉冲灭菌技术作为一种高效、无化学残留、不影响产品品质的处理技术,已经被广泛应用在酱类调料、零食等腌制食品的处理上。
四、高压脉冲灭菌技术存在的问题及展望高压脉冲灭菌技术是一种非加热杀菌技术,能够保留食品中的营养成分,同时能够有效杀灭微生物,给食品加工行业提供了更多的选择。
脉冲强光技术在食品加工中的应用韩艳秋;胡梦坤;崔超;李长义【摘要】脉冲强光是一种新型非热力杀菌技术。
介绍食品加工生产中常用的杀菌方法及其存在的主要问题,阐述脉冲强光杀菌技术的原理、特点及在食品加工中的应用,展望该技术在食品加工及保鲜中的应用前景。
%Pulsed light is a new type of non thermal sterilization technology. This article deals with sterilization methods used in food processing and the main existent problem. The author expounds on the principle, characteristics of the sterilization technology of pulsed light and its applications in food processing, as well as the application prospect of this technology in food processing and preservation.【期刊名称】《农业科技与装备》【年(卷),期】2013(000)008【总页数】2页(P62-63)【关键词】食品加工;脉冲强光;杀菌;食品保鲜【作者】韩艳秋;胡梦坤;崔超;李长义【作者单位】辽宁省农业科学院食品与加工研究所,沈阳,110161;沈阳产品质量监督检验研究院食品安全所,沈阳,110136;本溪县农业技术推广中心,辽宁本溪,117100;本溪县农业技术推广中心,辽宁本溪,117100【正文语种】中文【中图分类】TS205目前,在食品加工中较成熟的杀菌技术有热杀菌、辐照杀菌、紫外线杀菌、臭氧杀菌等,但它们都有不尽人意的地方。
传统的热杀菌方式可使食品中腐败菌细胞内的蛋白质凝固变性,导致细菌失活;农产品或食品发生物理或化学性质变化,造成色、香、味、组织结构的改变及营养价值的降低。
492023.5经济产业增收增产的发展目标。
重点扶持一批有规模和实力的林下经济龙头企业,带动林下经济产业实现现代化发展。
充分发挥种植养殖大户和龙头企业的资金、技术和管理优势,建立示范基地,为林农选定适宜的林下经济种植模式,确保林农增收,实现区域化的产业脱贫。
6.2 加强基础设施建设林下经济产业对森林资源十分依赖,经营地基本都位于偏僻、交通闭塞的林区山区,基础设施薄弱是限制林下经济发展的重要因素。
因此,相关部门应加大当地的基础设施建设投入专项资金,用于道路交通、水电和通讯配套设施的建设,这不仅有利于当地的林下经济产业的发展,对当地的教育、医疗等方面也发挥着重要作用。
通过不断改善林下经济发展的配套基础设施与环境,将会为当地林下经济产业提供更加便捷的发展条件。
6.3 不断完善管理机制 林下经济产业要想取得长远的发展,对林下经济产业的科学管理和监督十分重要。
因此,要不断完善和健全林下经济的管理机制。
在禁摘期进行封山等措施,防止乱采乱摘行为的发生。
严厉打击私自采摘、搜猎等不法行为,促使林下经营工作有序开展。
只有不断加强林下环境保护工作,落实好领导责任制,才能实现林下经济产业的科学可持续发展。
6.4 加强技术培训由于基层技术人员、林场工作人员和林农的专业基础知识及实践操作经验十分匮乏,定期对以上人员进行技术培训显得尤为重要。
在培训授课过程中,要注重对于一些实际问题和关键技术的重点指导。
采取现场教学方式解决生产中的技术难题。
通过开展相应的技术培训与科技示范,提高解决实际问题的能力,提高工作水平和生产效率。
7 结语国家政策的支持与落实是发展林下经济产业的重要保障。
同时,通过林业信息系统的监测和运行,实现科学化、现代化的林下经济发展模式,为林下经济的高效发展提供强大的技术支持。
我国林下经济的发展取得了显著的成效,拓宽了农民增收渠道,也极大地促进了经济社会的发展。
作者简介:李强(1978-),男,高级工程师。
研究方向:森林经营。
脉冲强光杀菌设备在食品工业中的应用主要内容➢引言➢技术概述➢原理特性➢杀菌机理➢设备应用➢前景展望➢参考文献引言非热杀菌是现代一类崭新的技术,杀菌条件易于控制,外界环境影响较小,杀菌过程中食品的温度并不升高或升高很低,既有利于保持食品功能成分的生理活性,又有利于保持其色、香、味及营养成分不受损害。
非热杀菌方法种类较多,包括:辐照杀菌、微波杀菌、紫外线杀菌、超高压杀菌、远红外照射杀菌、脉冲电场杀菌、脉冲强光杀菌、脉冲X射线杀菌等。
在众多的杀菌技术中,脉冲强光杀菌技术是非热杀菌技术中一项很有潜力但仍需要逐步完善的杀菌技术。
技术概述脉冲强光杀菌技术是对食品表面、包装材料及器械进行快速灭菌的一种非热物理杀菌新技术,它利用惰性气体灯发出与太阳光谱相近、波谱范围由紫外线至红外线区域的强烈脉冲闪光来杀灭固体表面、气体和透明液体中的微生物。
目前,脉冲强光主要用在固体食品和包装材料表面的杀菌消毒以及透明水的处理方面,对于非透明液体食品杀菌的研究也处于初步试验阶段。
原理特性首先将来自高压直流电源(交流电转化而得)的电能贮存在高能量密度的电容中,然后以短时间高强度的脉冲强光形式将电能释放出去。
控制电路中强电流发生的频率,就可以控制脉冲强光的频率。
采用强光闪照的方法进行杀菌。
惰性气体灯能发出由紫外线至近红外线区域的光线,即放出只持续数百微秒的脉冲强光,其光谱与太阳光光谱比较相似,但比太阳光强几千倍至数万倍。
其中脉冲强光光源尤为重要,多用充气闪光灯(一般为惰性气体灯,可以是氨气灯和氢气灯等)。
这个光源是目前除了激光以外亮度最高的人造光源。
杀菌机理脉冲强光对微生物(M)的杀灭是光热和光化学效应共同作用的结果,最受影响的是M体内的蛋白质和核酸,可诱导DNA中的环丁烷胸腺嘧啶的形成,阻碍DNA复制与转录而造成细胞死亡,并可能引起变异;酶类也会吸收紫外线引起伤害。
脉冲强光对M 的影响程度为:革兰氏阴性菌>革兰氏阳性菌>真菌孢子。
脉冲紫外线杀菌技术应用于果汁饮料杀菌
果汁饮料生产中的关键技术就是杀菌。
传统的杀菌方法是加热杀菌法,但是,如果加热杀菌的温度较低,则会因杀菌不足而导致产品的腐败变质;如果加热杀菌的温度过高,则会使果汁中的营养成分受到破坏。
寻找能保持果汁饮料天然风味和营养的杀菌方法,一直是世界各国食品业同行追求的目标。
深圳蓝谱里克有限公司从2007年起开始投入大量资金用于开发“脉冲强光紫外线杀菌方案”这一技术应用到果汁的杀菌是一个不错的选择。
脉冲强光杀菌
脉冲强光杀菌是采用脉冲的强烈白光闪照方法进行灭菌。
通过惰性气体发出与太阳光谱相反,但强度更强的紫外线至红外线区进行杀菌。
使用高强度白光的极短脉冲,杀死食品表面的微生物。
该高强度的白光类似阳光,但仅以几分之一秒钟的速度反射出来,比阳光更强能迅速杀死细菌。
脉冲强光下使微生物致死作用明显,可进行彻底杀菌。
在操作时对不同的食品、不同的菌种,需控制不同的光照强度与时间。
可用于延长以透明物料包装的食品的保鲜期。
紫外线杀菌
日光能杀灭细菌,主要是紫外线的作用,杀菌原理是微生物分子受激发后处于不稳定的状态,从而破坏分子间特有的化学键导致细菌死亡。
微生物对于不同波长的紫外线的敏感性不同,紫外线对不同微生物照射致死量也不同。
但紫外线穿透力弱,所以比较适用于表面的杀菌。
冷杀菌是在食品温度不升高或升高很低的条件下进行杀菌,弥补了热杀菌的不足,可最大限度地保持食品的生理活性、原有的色香味及营养成分,既安全又高效。
在食品加工过程中采用冷杀菌技术成为必然的趋势,因此它是最有应用前景的杀菌技术。
脉冲强光技术在食品加工中的应用脉冲强光杀菌技术是一种冷杀菌新技术,它利用瞬时、高强度的脉冲光能量杀灭食品和包装上各类微生物,而对食品的营养成份以及口感影响很小,它是一种可替代传统食品杀菌的新型杀菌技术。
目前在食品和包装上较成熟的杀菌技术有加热杀菌、辐照杀菌、紫外线杀菌、臭氧杀菌等,但都有不尽人意的地方,如传统的加热杀菌方式,易引起食品色、香、昧及营养成分有较大损失。
紫外线照射易使食品中的脂肪氧化,产生臭味,蛋白质也容易变质产生变色等现象,一些食品的有益成分如维生素、叶绿素也易受紫外线照射而分解,辐照杀菌易产生明显的异臭和变昧,且基建费用比较高。
脉冲强光杀菌技术弥补了传统杀菌技术的缺陷,它是一种低热、杀菌效率高、无副产物、易控制的杀菌技术。
一、脉冲强光杀菌技术在食品加工中的特点脉冲强光杀菌技术与传统的杀菌方法相比,具有杀菌处理时间短,一般处理时间是几秒到几十秒,同时具有残留少、对环境污染小,不用与物料和器械直接接触,操作容易控制等特点。
更为突出的是,脉冲强光对食品中营养成分的影响很小,有研究表明,脉冲强光对油脂、L一酪氨酸、葡萄糖、淀粉及维生素c均不造成明显的破坏。
二、脉冲强光杀菌技术对各种食品的处理脉冲强光技术作为一种新的表面冷杀菌技术,其用于食品杀菌已经得到美国FDA的批准。
在论证脉冲强光处理食品的安全可靠性方面,针对食品中的化学成分(包括营养成分)及微生物菌群的变化做了大量试验。
得出的结论是:脉冲强光技术可有效减少食品表面的微生物数量;脉冲强光能使食品中的酶钝化,经脉冲光处理的食品中与未处理的相比,化学成分和营养特性没有显著的变化。
脉冲强光应用于食品中的益处是延长产品货架期、降低病原菌的危害、改善食品的品质以及提高产品的经济效益等。
脉冲强光在食品中的具体应用如下。
(1)焙烤制品焙烤制品处于烤炉条件下,一般的微生物均不能生存(热稳定性的芽孢属孢子除外),但是在烤后,冷却、切片和包装过程中会有二次污染,使得产品在贮存过程中出现霉变现象,脉冲强光的处理可有效缓解此情况。
脉冲强光杀菌技术及其在食品中应用的研究随着人们对食品安全的日益关注,如何保证食品的安全和卫生已经成为了一个重要的问题。
传统的杀菌方法包括化学处理、热处理和辐射处理等,但这些方法都存在着一些缺点,如对食品的质量和营养价值有一定的影响,或者在处理过程中会释放出有害物质。
因此,研究一种新的、高效的、无害的杀菌技术是十分必要的。
近年来,脉冲强光杀菌技术逐渐成为了一个热门的研究领域。
该技术是通过脉冲强光的瞬间高温和高压效应来杀死细菌和病毒的一种方法。
相较于传统的杀菌方法,脉冲强光杀菌技术具有以下优点: 1. 高效性:脉冲强光杀菌技术能够在短时间内高效地杀死大多数细菌和病毒,可以达到99.9%以上的杀菌率。
2. 无化学物质残留:脉冲强光杀菌技术不需要使用任何化学物质,因此不会产生任何化学物质残留。
3. 保护食品质量:脉冲强光杀菌技术不会对食品的质量和营养价值产生影响,可以保持食品的天然色、香、味。
4. 环保:脉冲强光杀菌技术不会产生任何有害物质,对环境没有污染。
在食品中的应用方面,脉冲强光杀菌技术已经得到了广泛的研究。
目前,该技术已经应用于肉制品、蔬菜、水果、果汁、奶制品等食品的杀菌处理中。
以下是一些具体的应用案例:1. 肉制品的杀菌处理:脉冲强光杀菌技术可以有效地杀死肉制品中的细菌和病毒,可以延长肉制品的保质期,并且不会对肉制品的质量和营养产生影响。
2. 蔬菜和水果的杀菌处理:脉冲强光杀菌技术可以有效杀菌蔬菜和水果表面的细菌和病毒,可以减少腐烂和变质的风险,同时保持蔬菜和水果的天然色、香、味。
3. 果汁的杀菌处理:脉冲强光杀菌技术可以有效杀菌果汁中的细菌和病毒,可以延长果汁的保质期,并且不会对果汁的口感和营养产生影响。
4. 奶制品的杀菌处理:脉冲强光杀菌技术可以有效杀菌奶制品中的细菌和病毒,可以延长奶制品的保质期,并且不会对奶制品的口感和营养产生影响。
需要注意的是,脉冲强光杀菌技术虽然具有很多优点,但是在具体应用中还存在一些问题和挑战。
高压脉冲电场技术在食品杀菌方面的应用研究思路1:电场技术杀菌与传统杀菌技术的对比得出高压脉冲电场技术杀菌的优越性及发展前景。
思路2:就目前国内外对高压脉冲电场杀菌技术的应用来展望外来在其他领域的应用及其普及性。
PEF优势杀菌是食品生产中的一个非常重要的环节,杀菌的好坏直接影响着食品的品质量。
传统的热力杀菌技术对一些产品特别是热敏性产品的色、香、味、功能性以及营养成分等具有破坏作用。
为满足消费者对营养、原汁原味、不含防腐剂、天然安全的要求,高压脉冲电场技术倍受瞩目。
高压脉冲电场(PEF)用于食品杀菌, 从20世纪60年代在美国就已开始研究, 并逐渐扩大到工业应用,进入90年代中后期我国开始进行这方面的研究,但由于设备的限制,研究水平已经相对比较落后,特别是在产业化方面。
该项新技术设备的投入相对较高、处理量少、但产品品质较好。
而且与传统热力杀菌相比,非热力技术在能耗方面有着明显的优势,可以节约一定的能源,体现了一定的经济效益。
高压脉冲电场杀菌的机理,现有多种假说:主要有细胞膜穿孔效应、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,大多数学者倾向于认同电磁场对细胞膜的影响,并以此为基础对抑菌动力学进行探索。
⑴细胞膜穿孔效应假说认为:细胞膜带有一定的电荷,具有一定的通透性和强度。
膜的外表面与膜内表面之间具有一定的电势差。
当细胞上加一个外加电场,这个电场将使膜内外电势差增大。
此时,细胞膜的通透性也随着增加,当电场强度增大到一个临界值时,细胞膜的通透性剧增,膜上出现许多小孔,使膜的强度降低。
此外当所加电场为一脉冲电场时,电压在瞬间剧烈波动,在膜上产生振荡效应。
孔的加大和振荡效应的共同作用使细胞发生崩溃,从而达到杀菌目的。
⑵电磁机制理论:认为电场能量与磁场能量是相互转换的,在两个电极反复充电与放电的过程中,磁场起了主要杀菌作用,而电场能向磁场的转换保证了持续不断的磁场杀菌作用。
⑶粘弹极性形成模型认为:一是细菌的细胞膜在杀菌时受到强烈的电场作用而产生剧烈振荡,二是在强烈电场作用下,介质中产生等离子体,并且等离子体发生剧烈膨胀,产生强烈的冲击波,超出细菌细胞膜的可塑性范围而将细菌击碎。
脉冲强光杀菌设备在食品工业中的应用摘要脉冲强光杀菌技术是一种非热物理杀菌新技术,它利用瞬时、高强度的脉冲光能量短时间内杀灭固体食品和包装材料表面以及透明液体食品中各类微生物,能有效地保持食品的品质。
目前的研究主要集中在脉冲强光技术在食品灭菌中的应用。
本文综述了脉冲强光设备的机理及其在食品应用中的现状。
关键字脉冲强光设备;非热杀菌;应用;机理Application of Pulsed Light Sterilization Equipment in FoodIndustryAbstract: Pulsed light sterilization is one of novel non-thermal sterilization technology , it uses the instantaneous, high intensity pulsed light energy within a short period of time to kill the microorganism on solid food and packaging material surface and a transparent liquid food, which can effectively keep the peculiarities of food . The present study focused on the application of pulsed light technology in food sterilization. This paper describes the mechanism of pulsed light equipment and its application in food industry.Key words: pulsed light equipment;non-thermal sterilization;application随着人们生活水平的不断提高,消费者对于食品的要求朝着绿色、健康、营养和安全的方向发展。
一般要求在加工过程中保持食品的品质稳定且不含有添加剂。
在传统食品加工中主要采用热杀菌,从而导致营养物质破坏、变色加剧、挥发性成分受到损失。
非热杀菌技术是现代一类崭新的技术,杀菌条件易于控制,外界环境影响较小,由于杀菌过程中食品的温度并不升高或升高很低,既有利于保持食品功能成分的生理活性,又有利于保持其色、香、味及营养成分不受损害。
食品加工的目的之一是保藏食品,杀死微生物,钝化酶类,而食品腐败变质的主要原因是某些微生物和酶类的存在。
由于食品变质会造成很大的损失,因此,灭菌便成为食品加工中的必经工序。
然而,传统的热力灭菌并不能将食品中的微生物(如一些耐热的芽孢杆菌)全部杀灭,同时加热也会不同程度地破坏食品中的营养成分和食品的天然特性。
为了更大限度地保持食品的天然色、香、味和一些生物活性成分的特性,满足现代人的生活需求,新型的灭菌技术应运而生[1]。
非热杀菌方法种类较多,各种杀菌方法特点和应用范围也不一样。
近些年国内外相关研究也较多,有些杀菌技术已经比较成熟,如辐照杀菌、微波杀菌、紫外线杀菌、超高压杀菌、欧姆杀菌,并在商业上得到推广应用,杀菌效果也比较明显。
目前,非热物理杀菌技术研究主要集中在以下几种:辐照杀菌、微波杀菌、紫外线杀菌、超高压杀菌、远红外照射杀菌、脉冲电场杀菌、脉冲强光杀菌、脉冲X射线杀菌、超声波杀菌、激光杀菌、高压电弧放电杀菌、高能电子杀菌、磁场杀菌、静电杀菌、电解杀菌、交变电流杀菌、等离子体杀菌、半导体光催化杀菌、膜过滤除菌等。
在众多的杀菌技术中,脉冲强光杀菌技术是非热杀菌技术中一项很有潜力但仍需要逐步完善的杀菌技术[2]。
1 脉冲强光杀菌的概述脉冲强光杀菌技术是对食品表面、包装材料及器械进行快速灭菌的一种非热物理杀菌新技术,它利用惰性气体灯发出与太阳光谱相近、波谱范围由紫外线至红外线区域的强烈脉冲闪光来杀灭固体表面、气体和透明液体中的微生物。
这种技术最早出现在70年代后期的日本,开始主要应用于医疗器械表面消毒和透明药剂溶液灭菌,随着该杀菌技术和设备的成熟,逐渐过渡应用到食品杀菌保藏中。
1996年美国食品及药物管理局(FDA)批准采用脉冲强光作为控制食品表面微生物的灭菌手段。
至此,脉冲强光杀菌技术开始应用于食品的保藏和加工过程中。
对于食品中应用该杀菌技术的效果,国外从90年代开始陆续有相关文献报道,但研究资料还是相对较少,多数是简单的转述性报道。
对于该领域的研究,国内马凤鸣等[3]提出了脉冲杀菌技术杀菌装置的设计,随后研究了脉冲杀菌技术对大肠杆菌的杀菌作用[4]。
目前,脉冲强光主要用在固体食品和包装材料表面的杀菌消毒以及透明水的处理方面,对于非透明液体食品杀菌的研究也处于初步试验阶段。
由于杀菌工艺参数及杀菌影响因素等有关资料尚不齐备,以及杀菌设备和材料的差异,该技术一直没有得到普遍推广,对于大规模在工业生产上应用,还有一定的距离和相关工作需要完善。
2 脉冲强光产生原理及光源特性脉冲强光杀菌设备是以交流电为电源,采用强光闪照的方法进行杀菌,它由一个动力单元和一个惰性气体灯单元组成。
动力单元是一个能提供高电压高电流脉冲的部件,为惰性气体灯提供所需的能量,惰性气体灯能发出由紫外线至近红外线区域的光线,即惰性气体灯放出只持续数百微秒的脉冲强光,其光谱与太阳光光谱比较相似,但比太阳光强几千倍至数万倍。
脉冲强光产生原理可从图1[5]中看出:首先将来自高压直流电源(交流电转化而得)的电能贮存在高能量密度的电容中,然后以短时间、高强度的脉冲强光形式将电能释放出去。
在这个过程中,能量(功率)被放大了若干倍,这样产生的高强度的脉冲电能可用于产生高强度的脉冲强光。
而短时间、高强度的脉冲强光可以通过脉冲充气闪光灯或其它脉冲强光源产生。
利用高压直流电对电容充电,可在较长的时间内(一般为几分之一秒)聚集能量,然后通过高压开关迅速(一般是在毫秒或微秒时间内)放出能量,在回路中产生强电流。
控制电路中强电流发生的频率,就可以控制脉冲强光的频率。
脉冲强光杀菌装置中,脉冲强光光源尤为重要,脉冲强光光源多用充气闪光灯。
充气闪光灯一般为惰性气体灯,可以是氨气灯和氢气灯等。
充气闪光灯形状可以根据实际需要进行设计。
脉冲强光光源是目前除了激光以外亮度最高的人造光源,脉冲宽度一般为10-9 ~10-2 s,瞬时亮度可达1010 cd/m2~1011 cd/m2,瞬时光通量可达109lm,闪光重复频率一般为1~106次/分,峰值功率可达2×108W[6]。
图1 脉冲强光产生原理图脉冲闪光灯产生的波长一般为100nm的紫外线到l mm的近红外线的宽谱白光区域。
使用时,闪光灯的数量、光脉冲的波形和频率都可以按照需要来进行调整。
目前认为脉冲强光杀菌中紫外线具有重要的作用,同时紫外线不同光谱成分的分布会对杀菌效果产生一定程度的影响。
紫外线光谱分为三个波段,UV-C:100nm~280nm,UV-B:280nm~315nm,UV-A:315nm~400nm。
因为会产生一定量的臭氧,所以脉冲强光中200nm以下的光谱通常需要被灯管材料过滤除去。
UV-C中200nm~280nm为杀菌线,特别是250nm~260nm 具有很强的杀菌能力。
同时,对脉冲强光光源的光谱成分进行适当的调节,改变不同光谱成分的分布,也可以不同程度的改善杀菌效果。
脉冲强光中光谱分布可以通过改变设备参数和光源材料等手段来进行调整,对于相同的脉冲强光的不同照射能量,其光谱分布可能有所区别,从而会对杀菌效果产生不同的影响[2]。
3 脉冲强光的杀菌机理脉冲强光对微生物的杀灭是光热和光化学效应共同作用的结果,两者的相对重要性取决于辐照剂量和目标微生物[7]。
DNA吸收紫外光产生的光化学效应是脉冲强光杀灭微生物的主要原因。
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,尤其是可诱导DNA中的环丁烷胸腺嘧啶的形成,阻碍DNA复制与转录而造成细胞死亡,并可能引起细胞变异。
除了基因外,微生物体内的酶类也会吸收UV-C和UV-B,对微生物产生明显的伤害。
但研究显示在杀菌过程中光热效应也会发生,将大肠杆菌接种在一种聚合体表面,然后在不同条件下对其进行脉冲强光处理,同时测定大肠杆菌细胞的温度。
研究发现,在累积热量没有达到阈值能量之前,温度没有丝毫的上升,但是累积热量一旦超过某个点,温度会迅速超过120℃。
一些研究者用“平均阈能水平”在描述这个临界点,在累积能量超过这个水平时,杀菌效果会明显提升,研究者还发现过度的加热会使细胞内水分发生汽化,形成小的蒸汽流,撑破细胞膜。
Wekhof[7]等在实验中也发现当辐照剂量超过0.5J/cm2时,细菌吸收紫外线产生的高温使自身被过度加热而导致细胞破裂,达到灭菌目的。
因此,脉冲强光杀菌是一个复杂的作用过程,其中DNA结构的变化是主要原因,细胞膜、蛋白质和其他大分子的破坏是次要的原因[7]。
4脉冲强光对微生物的杀灭作用脉冲强光对微生物的影响程度由大到小为:革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌和真菌孢子。
蜡状芽孢杆菌等革兰氏阳性菌对脉冲强光的抗性要高于沙门氏菌、大肠杆菌等革兰氏阴性菌,可能与其细胞壁组成和自身的保护修复机制有关。
黑曲霉素孢子、镰刀菌孢子表现出较强的抗性与其颜色有关,其抗性的强弱取决于所含的黑色素对紫外光的吸收能力。
黑曲霉素孢子比大刀镰刀菌孢子更具有抗性,是因为黑曲霉素孢子中的色素比大刀镰刀菌孢子中的色素能吸收更多的紫外线UV-C,从而减弱紫外光对孢子的损害[8]。
在长期运用脉冲强光杀菌中,要注意微生物对其产生的抗性问题,目前对这方面的报道还不是很多,需要进一步的研究。
5 脉冲强光设备在食品加工中的应用脉冲强光作为一种食品杀菌保藏新技术,被食品工业界人士认为具有很大发展潜力,该技术在:国外被很多文献介绍,认为在今后随着杀菌设备和技术的完善,脉冲强光杀菌技术可能单独或与其它杀菌保藏技术联用而得到推广[9]。
脉冲强光照射处理可使多种食品延长货架期和保藏期。
由于脉冲强光穿透能力有限,仅限于物体表面的处理。
所以,国内外大部分研究是关于脉冲强光对食品表面杀菌,对液体食品杀菌处理的研究相对较少。
脉冲强光在食品杀菌保藏中的研究,国内只有华南理工大学和福建农林大学作过相关试验研究,国外相关研究报道较多,主要涉及粮油制品、畜禽制品、水产制品、果蔬制品等方面[10]。
5.1 粮油制品脉冲强光在粮油制品杀菌应用上的研究,国内华南理工大学周万龙等对切片面包和花生油进行了脉冲强光照射研究,福建农林大学江天宝等对熟地瓜干杀菌效果进行了试验研究。
周万龙[11]采用单片机控制技术,研制出了自动控制脉冲强光杀菌装置,将市售切片面包,用透明塑料袋装好并密封,上面与下面分别闪照30次,置室温(30℃左右)观察;结果表明,未经闪照的面包8d后开始发霉,而经闪照的面包16d后未见发霉。