冷杀菌技术
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杀菌(冷杀菌与热杀菌)冷杀菌技术冷杀菌(物理杀菌)是当代一类崭新的技术,物理杀菌条件易于控制,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,即有利于保持食品功能成分的生理活性,又有利于保持色、香、味及营养成分,所以包装与食品机械的设计与制造上采用冷杀菌技术是非常必要的。
1.2超高压脉冲电场杀菌超高压脉冲电场杀菌是采用高压脉冲器产生的脉冲电场进行杀菌的方法。
其基本过程是用瞬时高压处理放置在两极间的低温冷却食品。
其机理基于细胞膜穿孔效应、电磁机制模型、粘弹极性形成模型、电解产物效应、臭氧效应等假设。
其作用主要有2个:(1)场的作用。
脉冲电场产生磁场,细胞膜在脉冲电场和磁场的交替作用下,通透性增加,振荡加剧,膜强度减弱从而使膜破坏,膜内物质容易流出,膜外物质容易渗入,细胞膜的保护作用减弱甚至消失。
(2)电离作用。
电极附近物质电离产生的阴阳离子与膜内生命物质作用,阻碍了膜内正常生化反应和新陈代谢过程等的进行同时,液体介质电离产生臭氧的强烈氧化作用,使细胞内物质发生一系列的反应。
通过场和电离的联合作用,杀灭菌体[3]。
超高压脉冲电场杀菌已在实验室水平上取得了显著的成效。
它可保持食品的新鲜及其风味,营养损失少。
但因其杀菌系统造价高,制约了它在食品工业上的应用,且超高压脉冲电场杀菌在黏性及固体颗粒食品中的应用还有待进一步的研究。
1.3强磁场脉冲杀菌该技术采用强脉冲磁场的生物效应进行杀菌,在输液管外面,套装有螺旋兴线圈,磁脉冲发生器在线圈内产生(2~10)T的磁场强度[4]。
当液体物料通过该段输液管时,其中的细菌即被杀死。
该技术具有以下特点:杀菌时间短且效率高。
杀菌效果好且温升小,能做到既能杀菌,又能保持食品原有的风味、滋味、色香、品质和组分(维生素、氨基酸等)不变,不污染产品,无噪音,适用范围广泛[5]。
1.4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。
冷杀菌技术杀菌是保证食品安全,延长食品保质期的基本手段。
冷杀菌技术也称为非热杀菌技术.它与通常的加热杀菌技术相比,在杀菌过程中食品温度不升高或温升很小,可以避免高温对食品的营养、风味、质地、色泽的不良影响,特别是对于热敏性较强的果品、蔬菜制品的杀菌有非常重要的意义.冷杀菌技术主要包括超高压杀菌、辐照杀菌、高强度脉冲电场杀菌、微波杀菌、脉冲强光杀菌、超声波杀菌、紫外线杀菌、臭氧杀菌等,在食品加工中有广阔的应用前景.这里介绍用于果蔬加工的几种冷杀菌技术。
一、超高压杀菌超高压技术(ultra-high pressure processing,UHP)是目前受到广泛关注的一项食品加工高新技术,主要应用于食品的杀菌。
常用的压力范围是100~1000MPa。
其杀菌原理是强大的压力导致微生物的形态结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁、膜发生多方面的变化,从而影响微生物原有的生理活动机能,甚至使原有功能破坏或发生不可逆的变化.一般来说,细菌、霉菌、酵母菌在300 MPa下可致死,细菌的芽孢在600MPa以上的压力下可致死,酶在400 MPa以上的压力下可被钝化。
在杀菌的同时,能够较好地保持食品固有的色香味、质构特点和营养品质。
高压对食品中营养成分和品质的影响主要表现在以下几方面:1、对蛋白质的影响:蛋白质在高压下会凝固变性,这种现象称为蛋白质的压力凝固。
压力凝固的蛋白质消化性与热力凝固的相同。
2、对淀粉、糖的影响:常温下加压到400~600MPa,可使淀粉糊化,吸水量增加,形成不透明的粘稠糊状物。
高压对糖类几乎没有影响。
3、对油脂的影响:常温下加压到100~200MPa,油脂就会凝固,解压后能恢复原状。
4、由于超高压杀菌在较低温度下进行,因此食品中维生素、色素、香气、风味损失很小.酶作为一种蛋白质,在高压下变性失活,有利于保持食品的营养品质和感官品质。
日本、美国、欧洲在高压食品的研发方面处于领先地位.1990年4月日本的Meidi-Ya公司生产了第一个高压食品——果酱。
冷杀菌技术对水产品的影响冷杀菌技术,也称为非热杀菌技术,是近年来新兴的一门杀菌技术。
与传统的热杀菌技术相比,冷杀菌技术的操作条件便于控制,不仅能够杀死食品中的微生物,而且能较好地保持食品中固有的营养成分、质构、风味、色泽和新鲜度。
近几年,国内外学者已开发出一系列高效、安全且能保持食品原有风味与营养的冷杀菌技术。
1、臭氧杀菌技术臭氧是一种强氧化剂和高效杀菌消毒剂,其作为一种高效、光谱、无残留的杀菌剂能够有效地杀菌、脱色、脱臭、漂白、分解有毒物质等。
臭氧的杀菌或抑菌作用通常是物理、化学及生物学等多方面的综合结果。
臭氧作用于病毒是通过直接破坏RNA或DNA完成的,而杀死细菌霉菌类的微生物则是先作用于细胞膜,使细胞膜的构成受到损伤,导致新陈代谢障碍并抑制其生长,继续渗透破坏膜内组织,直至死亡。
国内许多水产品加工厂都已经相继开始采用臭氧杀菌技术。
其主要用于水产品冷库消毒、加工车间的空气、设备、用品等的杀菌净化、加工用水杀菌等,它能在极短的时间内杀死大肠杆菌、蜡杆菌、痢疾杆菌、伤寒杆菌及流感病菌、肝炎病毒等多种微生物。
此外,臭氧还可用于水产品的保鲜。
2、超高压杀菌技术超高压杀菌技术,是在密闭容器内,用水或其他液体作为传压介质使食品在极高的压力下产生酶失活、蛋白质变性、淀粉糊化和微生物灭活等物理、化学及生物效应。
其作用机理是破坏菌体蛋白中的非共价键,破坏蛋白质的高级结构,从而导致蛋白质凝固和酶的失活。
超高压杀菌的特点是可实现均匀、瞬时、高效杀菌,同时保持水产品原有的营养成分和感官特性。
国外对超高压灭菌技术的研究较为广泛,比如将超高压技术应用于新鲜捕捞的金枪鱼,可以有效抑制其鱼肉蛋白的水解和脂肪氧化,同时减少组胺和挥发性盐基氮的生成,延长了金枪鱼的货架期。
3、微波杀菌技术微波是一种频率在300MHz~300GHz的电磁波。
微波杀菌的机理是利用其电磁场的热效应和非热效应共同作用的结果。
热效应是指微波能在微生物体内转化为热能,使其温度升高,从而使其贴你蛋白质变性凝固,失去营养和生存条件,最终丧失繁殖功能而死亡;非热效应是指微波的电场可改变细胞膜断面的电位分布,影响细胞膜周围电子和离子浓度,从而改变细胞膜的通透性,使细菌丧失营养,破坏其结构功能和新陈代谢,抑制其生长而死亡。
冷杀菌技术及其在食品中应用传统食品杀菌为热杀菌,与之相比,冷杀菌不仅能杀灭食品中微生物,且能较好保持食品固有营养成分、质构、色泽和新鲜度。
目前主要的冷杀菌技术主要有以下几种方法:(1)超高压杀菌技术:超高压杀菌技术是将食品放入液体介质中,在100MPa 到1000MPa压力作用一段时间,杀灭微生物。
该法通过破话微生物细胞膜和细胞壁,使蛋白质在高压下改变立体结构发生变性、酶活性被抑制而实现。
其特点为可保持食品原有风味、色泽和营养价值,且灭菌均匀、无污染、操作安全、耗能低、减少环境污染。
(2)脉冲强光杀菌技术:脉冲强光杀菌技术是利用强烈白光闪照进行杀菌,杀菌时灯放出只持续数百万微妙、波长有紫外光区至近红外光区的强光脉冲,比阳光强几千乃至数万倍。
由于只处理食品表面,从而对食品营养成分影响很小。
Joseph Dunn等研究表明,脉冲强光对多数微生物有致死作用。
(3)臭氧杀菌技术:臭氧杀菌技术是基于臭氧是氧的同素异形体,具极强氧化能力。
臭氧很容易同细菌细胞壁中脂蛋白或细胞膜中磷脂质、蛋白质发生化学反应,从而使细胞内酶失去活性、是细胞内DNA和RNA失去功能,致死病原体。
(4)膜分离技术:膜分离技术是一种分子级分离。
主要膜系统按膜孔紧密度由密到疏,可分为反渗透(RO)、纳米过滤(N)、超滤(F)、微滤(MF)。
用微滤膜可使发酵工业中用水和产品实现无菌化,如利用微滤膜对牛初乳进行除菌,克服传统工艺杀菌时造成脂肪被氧化,产生异味缺陷,产品微生物指标符合国家标准。
(5)紫外线杀菌技术:紫外线杀菌技术是应用波长为253.7nm处杀菌作用最强的紫外线进行的。
微生物被紫外线照射时,细胞核酸生物活性因吸收紫外线而可能改变,从而引起菌体内蛋白质和酶合成障碍,导致结构发生变异,功能遭到破坏从而导致死亡。
近年,随着强力紫外灯开发,对水杀菌装置也高效化,用253.7nm 紫外线对水照射6min大肠杆菌去除率为100%,照射12min,芽孢杆菌一类高抗性细菌杀灭率达100%。