食品工程

2011年海南大学生物工程专业食品工艺学论文1《食品工艺学》课程论文食品超高压保藏技术研究ResearchinFoodpreservationultrahighpressuretechnology姓名：徐仁强学号：20080404B067学院：材料与化工专业班级：生物工程2班指导教师：杨东升分数：2011年12月3日2011年海南大学生物工程专业食品工艺学论文2摘要超高压技术是目前国际上最热门的食品加工技术之一。本文概述了超高压技术的发展概况,对食品超高压处理的技术原理、高压处理食品的特点和国内外超高压食品加工技术的研究现状、当前存在的问题等内容作了阐述，并对超高压食品加工技术的应用前景作了展望。关键词:超高压技术；发展历史；食品加工；研究前景AbstractUltra-highpressuretechnologyisoneofthemostpopularmethodsinfoodprocess.ThispaperOutlinesthedevelopmentsituationofthepressuretechnology,reviewsthesituationofUltra-highpressureinfoodindustry,includingtheprincipleofUltra-highpressure,HighPressureProcessingEquipment,application,andthepresentproblems.Theprospect,theimportanceofUHPappliedinfoodindustryarealsomentionedinthispaper.Keywords:Ultra-highpressuretechnology；Developmenthistory；Foodprocessing；Researchprospects2011年海南大学生物工程专业食品工艺学论文3随着科学技术的发展,多种新的食品加工和贮存方法得以研究与开发,其中超高压技术是最近引起各方面广泛关注的高新技术之一。超高压加工技术,又称高静水压加工技术或高压加工技术,以其独特的加工方法和效果,被称为除高温杀菌外的第二大食品灭菌技术。本文概述了超高压技术的发展概况,超高压技术的作用机理、特点及其在食品工业中的应用,分析了超高压技术存在的问题,并对其研究前景作了展望。1超高压技术发展历史追溯起历史，超高压食品(简称“高压食品”)的研究几乎与现代高压技术的发展同步。高压技术的发展，大致经历了三个发展阶段：第一阶段为理论奠基阶段（19世纪末期~20世纪40年代）。早在1899年，美国化学家BertHite首次发现了450MPa的高压能延长牛乳的保藏期，以后相继有很多报道证实了高压对各种食品和饮料的杀菌效果。而公认的开创现代高压技术先河的却是美国物理学家P.W.Bridgeman（由于他的高压研究，1946年获得诺贝尔物理学奖），他在1906年开始，通过高压实验技术，对固体的压缩性、熔化现象、力学性质、相变、电阻变化规律、液体的粘度等宏观物理行为的压力效应进行了极为广泛的系统研究，并于1914年发现在700Mpa下引起蛋白质凝固的现象，这是超高压技术应用于食品加工的理论雏形。但是限于当时的条件，如高压设备、包装材料的开发研制以及产品的市场需求和有关的技术原因等，这些研究成果并未引起足够的重视，在实际生产中也未得到推广和应用。第二阶段为理论实验阶段（20世纪40年代末期~20世纪80年代）。虽说这一时期超高压技术在食品上应用研究未形成气候，但在聚态物理上的研究和在化工及冶金工业上的应用得到了迅速的发展。随着高压装置特别是金刚石高压容器的研制和应用，高压实验引向深入，静态高压技术突破了百万大气压，动态高压技术压力提高到数千万大气压，使超高压理论进一步获得完善，为超高压技术在食品上应用奠定了技术基础。第三阶段为理论应用阶段（20世纪80年代末~至今）。随着现代高压物理的诞生和发展，20世纪80年代末首先在日本出现了食品的超高压加工技术。1986年日本京都大学的林力九教授率先开展了高压食品的实验，引起了日本工业界的浓厚兴趣，掀起了超高压技术在食品中的应用基础研究热潮，日本国内的很多学者，如小川浩史、昌子有、崛江耀、松本正等也纷纷开展了与此有关的实验研究工作。为产业化开发作准备的大量前期研究，终于使世界于1990年4月迎来了第一批高压食品———果酱(草莓酱、苹果酱和猕猴桃酱三个品种，七种风味系列)的问世，并在日本取得良好的试售效果，引起了整个日本国内的轰动。高压加工的果酱在日本超市的问世，揭开了高压理论在食品加工应用的序幕。2超高压技术的作用机理和特点2.1作用机理食品超高压处理技术是在一定温度下，将食品包装密封后置于弹性容器或压力容腔中，经100兆帕以上均衡压力处理，使食品中的酶、蛋白质、淀粉等高分子物质分别失去活性并变性，同时致死微生物的过程。压力范2011年海南大学生物工程专业食品工艺学论文4围一般在100Mpa~1000Mpa之间，温度在45℃以下。加压过程中生成或破坏非共价键（氢键、离子键、疏水键），使生物高分子发生变化，不会产生由热处理食品所引起的异臭及香味改变，具有热灭菌所不具有的优势，从而较多地保留了食品固有的色、香、味及营养成分。超高压技术处理食品能很好地保留营养成分，显示“回归自然”趋势。该技术更多应用在热敏性强和稀有珍贵的食品物料上。2.2超高压食品加工技术特点（1）超高压技术保留食品原有的成分及营养。超高压处理食品不会使食品温度升高，高压使高分子中的共价键被切断或形成链状。而加热处理是形成或破坏共价键引起食品热处理过程中营养和味道改变。所以超高压处理食品其风味不发生变化，维生素、色素、香气等低分子物质也不发生变化，不产生异臭物。（2）超高压技术使蛋白质、淀粉变性或糊化。超高压技术使蛋白质发生不同于热变的凝胶或变性，使蛋白质在色泽、风味、透明度上都有良好变化，使蛋白质增加了修饰作用。超高压也提高了淀粉的可消化性。可利用该特点科学获得新物性食品。（3）超高压技术的杀菌是保持食品原有风味条件下的“冷杀菌”，超高压导致微生物的形态、生物化学反应、基因机制以及细胞膜、细胞壁发生多方面的变化，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变化。食品工业超高压杀菌旨在利用这一原理，使高压处理后的食品得以安全长期保存。（4）超高压技术是以水作为高压介质，水在高压过程中，能量转换损失小，可以作为水的等温压缩状态。从相同杀菌效果（同致死率）所需能耗比较，超高压能耗为热力杀菌的1/15。（5）超高压加工技术并不适合于任何食品物料。SebastianoPorretta等发现：超高压处理西红柿汁远不及常规方法加工的产品，高压处理后有败坏味道，产品的正异醛高于其阈值。3超高压技术在食品工业中的应用3.1在乳制品中的应用1965年Timson和Short研究了在20～100℃范围内,压力由常压升至1000MPa时,乳中微生物的变化情况,并从乳中微生物菌落中分离鉴定出许多耐压性微生物,多为芽孢菌属,同时发现低pH值或高pH值环境,都有助于杀灭微生物。1991年Hoover等发现23℃时经340MPa高压处理生乳60min,乳中单细胞增生李斯特氏菌的致死量达10cfu/mL。高压处理能改善乳制品的质量,如酸奶和干酪的品质。牛奶中大约80%乳蛋白是酪蛋白,这些大的超分子聚合物被称为胶束,它们足够大以至于可以使光线发生散射,从而造成了牛奶的不透明现象。利用高压处理乳制品,可使微胶束破碎,增加其硬度、强度和乳清分离的阻力。乳酪出售前需熟化数月,某些情况下需要数年。有试验表明,高压处理能加速其熟化。Shibauchi等报道在200～400MPa压力下作用5min,可明显减少凝乳酶凝乳时间。Tanaka和Hatanaka采用高压提高酸乳成品的质2011年海南大学生物工程专业食品工艺学论文5量,为避免包装后酸度增加引起的脱水收缩作用,将酸乳成品用200～300MPa、10～20℃处理10min,并不改变酸乳的质构,也未减少活乳酸菌数。3.2在肉制品中的应用高压影响肌肉组织的肌原蛋白,从而提高肉的嫩度。同时,高压技术有助于保留僵肉的内在性质且提高肉质,免除屠杀后的突然冷却,避免能量损失,还可以提高肉本身的内在性质,代替一些肉制品中用来提高结合力的添加剂。该技术可以提高货架期且不损失营养成分。内蒙古农业大学将高压技术与气调保鲜技术相结合用于牛肉保鲜的研究取得进展。该项研究利用高浓度CO2来杀灭或抑制微生物,再配以其他气体来保持鲜肉的色泽,利用超高压对生物大分子的破坏作用杀灭微生物,探索出1条鲜肉保鲜的新途径。吉林工业大学采用高压方法对育成牛肉进行加工处理,并从嫩度、色泽、气味、脂肪和微生物指标等各个角度综合考虑,筛选出1套改良牛肉品质的高压加工条件。高压解冻是高压技术在食品工业中应用的1个新领域,目前研究不多,但有报道显示:高压解冻可缩短解冻时间,提高食品质量。研究发现,肉在高压下的解冻时间仅为常压下的1/3。牛肉在高压下解冻,滴水损失减少,对感官品质无不良影响。目前,高压解冻不能商业化的主要原因是成本太高。因pH值和水分活度高,熟制火腿切片在真空包装过程中易发生交叉污染,造成故腐败变质。用600MPa的高压处理切片真空包装熟制火腿6min,可显著抑制腐败微生物的生长,保持感官形状60d不变。3.3在果酱及果汁制品中的应用1991年日本推出了不用加热的果酱,首次作为加压食品销售。由于高压促进了果实、砂糖及果胶混合物的凝胶化,糖液向果肉内渗透,并可同时灭菌。实际生产时,在室温下,加压到400～600MPa,保持10～30min即可得到成品。小川浩史等人分别对柑橘类果汁,在pH值215～317范围内加压,压力分别为100～600MPa,高压处理5～10min。结果表明,细菌、酵母和霉菌数都随着压力的提高而减少,直到完全杀死。经过高压处理的果汁达到商业无菌状态,处理后果汁的风味和组成成分都没有发生改变,在室温下可保持数月。中国兵器工业集团公司五二研究所利用超高压技术研制成功了高压西瓜肉汁和高压菜花等果蔬新产品。与国外同类技术相比,该成果的创新性在于首次实现无加热情况下中酸性、低酸性食品的高压技术处理,使产品在常温下的包装有效期达6个月以上。4超高压技术存在的问题超高压食品加工技术是一个资本密集产业。初期资本投入和设备投入占生产成本比例较大，超高压处理过程受到诸多因素影响，包括准备、处理和原料的品质、季节改变等。必须确定超高压处理的每种食品的最优化工作参数以获得良好产品。现超高压技术未能更广泛应用于食品各领域有以下原因。（1）超高压设备制造难度大，难以形成规模生产的流水线。食品工业中采用超高压技术，关键要有安全、科学、卫生、方便、高效的高压处理2011年海南大学生物工程专业食品工艺学论文6设备。因此，高压装置的性能及生产制造可靠性很大程度上决定了超高压技术的推广应用前景。现阶段我国超高压实验技术多采用静态高压杀菌，以油作为加压介质（国外超高压装置压媒是水），原因是无防水腐蚀耐高压材质，而且超高压设备操作安全连续生产难度大，高压材质投入多，设备重，生产能力十分有限，工作生产成本高，难以完成优化连续生产，使得超高压技术推广应用难。目前我国食品超高压装置最大容量为60L，国外该设备装置的可加工能力报道有215L(FlowInternationalCorp)并研究有可连续化生产线。（2）超高压技术基础理论研究有待深入。我国超高压技术基础研究工作及大量分析工作做的不够细致，食品产品中典型微生物的耐压性、耐压机理和各种酶高压钝化（或激活）程度等仍未研究清楚，使得超高压技术应用于食品加工中遇到很多技术阻隔。国内超高压技术研究仅仅局限于淀粉、果汁及果汁饮料中。（3）超高压食品包装有待改进。超高压技术对食品包装材料和包装容器要求严格，现只能使用塑料，且要求耐超高压、气密性良好。包装材料使用受到限制，难以实现高档包装。食品经过超高压处理之后如何与无菌灌