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1第十一章欧姆杀菌和高压杀菌第一节欧姆杀菌一、欧姆杀菌的基本原理1、概念：欧姆杀菌是借助通入电流使食品内部产生热量达到杀菌目的的一种杀菌方法。2、原理：所用电流为50-60Hz的低频交流电。根据Joule定律，在被加热食品内部的任一点，通入电流所产生的热量为Q=K（gradV.gradV）2)(VK式中：Q——某点处的单位加热功率，(W/m3)K——某点处的电导率(S/m)。S——电导单位西门子，它等于电阻欧姆的倒数gradV为任一点处的电位梯度，V/m二、影响欧姆杀菌的因素(一)电导率与温度食品是离子型电导体，其电导率一般随温度呈直线上升(图11-2)，但与常规加热相比，欧姆加热中，电导率的上升发生在较低的温度区域。2此外，食品的电导率还是频率的函数；食品的各个方向电导率是不同的，如胡萝卜长轴方向的电导率较高。(二)电场强度E、频率f与欧姆加热速率的关系转换成热量的能量fEkQ2tan'fEk2''式中，k——转换系数，等于5.56×10-13A·S/V.cmε’——介电常数δ——损失角E——电场强度，V/cmF——频率，Hz,tan''表示介电损耗因子(三)流体在加热器中所处的位置与受热程度的关系加热器中心的温度低，此处的物料常常加热不足；加热器管壁的温度常常偏高，管壁处的常常加热过度。(四)操作因子与欧姆加热速率的关系外加电场的强度越大，物料的温升也越高，加热也就越快；当两电极的间距拉大时，加热速率将减慢；而物料的流率越大，其温升也越小。温升与各因素的关系如下：3)/()(2CpMLrArVT(℃)式中V——两电极之间的电位差，VAr——加热管的横截面积，m2r——电导率，S/mL——两极间距离，即管段长度，mM——物料的流率，kg/sCp——物料的比热容，j/(kg.℃)三、欧姆杀菌装置图图11-134四、欧姆杀菌工艺操作(无菌工艺)1.装置的预杀菌用电导率与待杀菌物料相接近的一定浓度的硫酸钠溶液的循环来实现。通过电流加热使之达到一定温度，通过压力调节阀控制杀菌压力，对欧姆加热组件、保温管和冷却管进行杀菌。其它设备用传统的蒸汽杀菌法。用电导率与产品相近的硫酸钠的作为预杀菌溶液的目的是避免设备从预杀菌到产品杀菌期间电能的大幅度调整，以保持平稳而有效地过度，且温度波动小。2.预杀菌液冷却后排出，引入待杀菌物料。通过反压阀利用无菌空气和气氮气调节压力。3.物料加热杀菌，再依次进入保温管、冷却管和贮罐，供无菌充填。4.生产结束后，切断电源，先用清水清洗，再用80℃的2%的氢氧化溶液循环清洗30min。5五、欧姆杀菌的优点1.可生产新鲜、大颗粒产品；2.不需任何热交换表面；3.可连续操作；4.热量在液体中产生，不需借助其液体的传导或对流；5.过程易于控制，可立即终止或启动。第二节高压杀菌一、高压杀菌的基本原理高压杀菌就是将食品物料以某种方式包装以后，置于高压(200MPa以上)装置中加压处理，使之达到商业灭菌的要求。食品高压杀菌的基本原理就是压力对食品微生物的致死作用。高压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，引起微生物的致死。1.高压对细胞形态的影响高压能够引起微生物特别是原虫运动的停止，这可能与高压引起的微生物结构变化有关。但大多数微生物在解除压力后会返回到正常状态开始重新运动。2.高压对细胞生物化学反应的影响高压会使蛋白质(酶)变性，从而使酶失活。而且当高压在100～300MPa时，变性是可逆的，但当高压超过300MPa时，这种变性是不可逆的。变性随压力的升高和时间的延长而加强。酶的压致失活的机制是：改变分子的内部结构；活性部位上的构象发生变化。3.高压对微生物基因机制的影响核酸对剪切力的作用虽然敏感，但对流体静压力的耐受力却远远大于蛋白质。当施加的压力高达1000MPa时，鲑鱼精子和小牛胸腺的DNA天然结构在25～40℃下60min不发生变化。但尽管DNA在压力下有这种稳定性，而由酶催化的DNA的复制和转录步骤却因压力而中断。4.高压对细胞壁膜的影响在高压作用下，细胞膜的双层结构的容积随着每一磷脂分子横切面积的缩小而收缩。加压的细胞膜常常表现出通透性的变化。在核蛋白中，钾和钠的流出随压力升高超过40MPa而呈直线性下降。一般认为，对于微生物，压力引起损伤的前沿部位可能是细胞膜。6二、高压技术在食品工业中的应用(一)高压对食品中营养成分的影响采用高压技术处理食品，可以在灭菌的同时，较好地保持食品原有的色香味及营养成分。1.高压对蛋白质的影响高压使蛋白质变性，可能是由于高压使蛋白质的原始结构伸展，导致蛋白质体积的改变。加压使鸡蛋的蛋白质变性，加压后的颜色与加压前一样鲜艳，而口感仍然是生鸡蛋味，且维生素无损失。高压对食品中的酶的活性的影响是：压力较低时，高压可能会增加酶的活力，如切片的土豆、苹果和洋梨，在压力较低时，可激活组织中多酚氧化酶，导致褐变的发生。若加压到400MPa以上时，则酶的活性逐渐丧失。可见，与迅速加热使酶失活一样，加压速率也应提高，以达到快速钝化酶的目的。使蛋白质发生变性的压力大小，依不同的物料及微生物特性而定，通常在100～600MPa之间。2.高压对淀粉及糖类的影响高压可使淀粉改性。常温下加压到400～600MPa，可使淀粉糊化而呈不透明的粘稠状物，且吸水量也发生改变。原因是压力使淀粉分子的长链断裂，分子结构发生改变(图11-18)。7用高压处理蜂蜜，除微生物死亡以外，对糖几乎无影响。3.高压对油脂的影响油脂耐压程度低，在常温下加压到100～200MPa时，基本上变成固体，但解除压力后，又恢复到原状；高压对油脂的氧化也有一定的作用。4.高压对食品中其它成分的影响高压对食品中的风味物质、维生素、色素及各种小分子物质的天然结构基本上没有影响。如：草莓果酱能保持原有的特殊风味、色泽及营养；高压处理柑桔汁，不仅可以避免煮熟味的产生，而且可以抑制榨汁后苦味物质的产生。(二)影响高压杀菌的因素1、pH值对高压杀菌的影响一方面压力可以改变(降低)介质的pH值，且逐渐缩小微生物生长的pH值范围，另一方面，在食品容许的范围内，改变介质的pH值，使微生物的生长环境劣化，也会加速微生物的死亡速率，使高压杀菌的时间缩短或降低所需压力。2.温度对高压杀菌的影响在低温或高温下进行高压杀菌，对微生物的影响加剧。因为微生物对温度具有敏感性。因此，在温度作用的协同下，高压杀菌的效果可以大大提高。大多数微生物在低温下的耐压程度降低，主要是由于压力使得低温下细胞内因冰晶析出耐破裂的程度加剧，所以，低温对高压杀菌有促进作用。在同样的压力下，杀死等量的细菌，则温度高的所需杀菌的时间短。因为在一定的温度下，微生物中的蛋白质、酶等成分均会发生一定程度的变性。因此，适当提高温度，对高压杀菌也有促进作用。893.微生物生长阶段(或生长条件)对高压杀菌的作用不同生长阶段的微生物对高压的耐受性不同。在生长周期尤其在对数生长早期的微生物对压力更加敏感。如对大肠杆菌在100MPa下杀菌，40℃时需要12小时在30℃时需要36小时，在20℃时则需要124小时才能杀死。这是因为大肠杆菌生长最适温度在37～42℃，在生长期进行高压杀菌，所需时间短、杀菌效率高。又如，在100～300MPa下对Bacillusspp，芽孢的致死率高于11800MPa下致死率。这是因为在100～300MPa下诱发芽孢生长，而生长的芽孢对环境条件更加敏感。4.食品成分对高压杀菌的影响食品中富含营养成分或高糖高盐时，其杀菌效率均有降低的趋势。A糖的浓度越高(如10～60%)，微生物的致死率越低；图11-21。10B盐的浓度越高，微生物的致死率越低。图11-22C富含蛋白质、油脂的食品杀菌较困难。但添加适量的脂肪酸酯、乙醇，会提高高压杀菌的效果。11(三)高压杀菌在食品工业中的应用1.高压杀菌在肉制品加工中的应用经高压处理的肉制品在柔嫩度、风味、色泽及成熟方面，均得到改善，同时也增强了其保藏性。2.高压处理在水产品方面的应用高压处理可保持水产品的新鲜风味，比常规加热方法处理更能保持其原有的风味、色泽、口感和质地。3.高压处理在果酱中的应用在果酱加工中应用高压处理，不仅可以杀菌，而且可以简化工艺，还可提高品质。如草莓、猕猴桃、苹果酱采用高压处理，只需在室温下用400~600MPa的压力直接对软包装密封的果酱进行10～30min处理，便可得到色香味均佳的产品。4.在低盐腌菜加工中的应用高压杀菌处理低盐、无防腐剂的腌菜，可获得良好的效果。高压(300~400MPa)处理，可使酵母或霉菌致死，既可延长腌菜的保存期，又可保持腌菜原有的新鲜特色。三、高压处理设备121314