3d陶瓷打印院系：生命科学学院
班级：1107班
姓名：李芳
碱土夜光材料学号：2011114030729
论文课题: 超高压灭菌技术
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超高压灭菌技术
摘 要: 超高压杀菌技术是食品加工业中的一种高新技术, 具有广泛的应用前景。本文介绍了超高压机理、杀菌影响因素以及超高压杀菌技术对食品营养成分的影响。 关键词：超高压、食品行业、灭菌。
前言
超高压杀菌是指将密封于柔性容器内的食品置于压力系统中, 以水或其他液体作为传压介质, 采用 100MPa 以上的压力处理食品,以达到杀菌、灭酶和改善食品功能特性的目的[1]。目前, 超高压灭菌技术广泛的应用于含液体成分的固态食品或液态食品的杀菌, 如蔬菜、水果、奶类产品、肉类产品、酱油等的杀菌。但目前存在的最大难题是超高压设备设计相当困难,以及超高压设备和大流量的高压泵系统制造费用非常昂贵等。 1、超高压杀菌技术的杀菌机理：
微生物的热力致死是由于细胞膜结构变化、酶失活、蛋白质变性、DNA 损伤等主要原因引起的。而超高压是破坏氢键之类弱结合键, 使基本物性变异,产生蛋白质的压力凝固及酶的失活, 以及使菌体内成分产生泄露和细胞膜破裂等多种菌体损伤[2]。当蛋白质经高压处理后, 其离子键、疏水键会因体积的缩小而被切断,从而导致其立体结构崩溃, 蛋白质变性, 酶失活。一般来说, 100MPa~300MPa 压力下引起的蛋白质变性是可逆的, 但当压力超过 300MPa 时, 蛋白质变性是不可逆[3]。
2超高压杀菌的影响因素：
一般, 影响超高压杀菌的主要因素有: 压力大小、加压时间、加压温度、pH、水分活度、食品成分、微生物生长阶段和微生物种类等。
2.1 压力大小和加压时间
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在一定范围内, 压力越高, 杀菌效果越好。在相同的压力下, 杀菌时间越长, 杀菌效果也越好。300MPa 以上的压力会使细菌、霉菌、酵母菌灭活, 病毒在较低的压力下就会失去活力。非芽孢菌在300MPa ~600MPa 时 就 可 全 部 致 死 , 芽 孢 菌 在1000MPa 压力下仍可存活。池元斌等人研究了超高压对鲜牛奶中细菌的影响, 鲜牛奶中细菌菌落尺寸取决于加工压力的高低以及加压时间的长短。加压时间越长, 压力越大, 细菌菌落直径越小[4]
2.2 加压温度
温度是影响微生物生长代谢最重要的环境因素, 在低温或高温下, 超高压对微生物的影响加剧。大多数微生物在低温下的耐压程度降低, 这主要是由于压力使得低温下细胞内因冰晶析出而破裂的程度加剧, 所以低温对超高压杀菌有促进作用[5]。加压热杀菌可以减少加热时间或降低杀菌所需的温度;同时, 适当的中温也会减少加压所需的时间和强度。因此, 在温度
的协同作用下, 超高压杀菌效果可大大提高。Havakawa 报道, 800MPa, 60min, 在 60℃条件下可将嗜热芽孢杆菌的数量从 106个/mL 降到 102个/mL, 而在室温下同样的压力和时间, 菌落则不会发生变化。
2.3 pH箱包手把
在压力作用下, 介质的 pH 会影响微生物的生长。据报道, 一方面压力会改变介质的 pH, 且逐渐缩小微生物生长的 pH 范围。另一方面, 在食品允许范围内, 改变介质 pH, 使微生物生长环境劣化, 也会加速微生物的死亡速率使超高压杀菌时间缩短或降低所需压力[6]。大肠杆菌在常压下, pH4.9 和 pH10.0, 生长受到抑制; 在 27.2MPa 下, pH5.8 和 pH9.0, 生长受到抑制; 在 34.0MPa 下, pH6.0 和 pH8.7, 生长受到抑制。
防止冷凝水2.4 水分活度
水分活度(Aw)对高压杀菌效果影响也很大。J.J.Rodriguez 通过研究证明了水分活度对杀菌效果有显著的影响作用, 其影响作用因压力大小而异, 当压力为 414MPa 时, 水分活度从 0.99 降至 0.91, 杀菌作用减弱。低水分活度产生细胞收缩和对生长的抑制作用, 从而使更多
的细胞在压力中存活下来[7]。因此水分活度大小对微生物抵抗压力非常关键, 对于固体与半固体食品的超高压杀菌, 应充分考虑水分活度的重要性。
2.5食品成分
由于食品成分十分复杂, 因而对高压杀菌的影响情况也很复杂。通常食品中富含高盐高糖时, 其杀菌速率会出现减慢趋势。富含蛋白质、油脂的食品高压杀菌较困难, 但添加适量的脂肪酸酯、糖酯及乙醇后, 加压杀菌效果会增强在高压下, 食品的化学成分对杀菌效果有明显的影响。蛋白质、碳水化合物和脂类对微生物具保护作用; 强化的培养基因富含可供细菌利用的氨基酸和维生素等营养物质, 从而对细菌在超高压下具有很好的保护作用[低频声波吹灰器8]。另外, 食品基质所含的添加剂组分对超高压灭菌也有很大的影响。
2.6微生物的种类和生长阶段
超高压杀菌效果还与微生物的种类和生长阶段有关。革兰氏阴性菌的细胞膜结构复杂且易受压力等环境条件的影响发生结构变化; 而革兰氏阳性菌的耐压性较强。芽孢类细菌比非芽孢类细菌的耐压力强。当压力超过 100MPa 时, 许多非芽孢细菌都失去活性, 但芽孢细菌则
可在高达 1200MPa 下存活[9]。因此, 杀灭芽孢细菌应需更高的压力, 并适当结合其他处理方式。微生物在不同的生长阶段其对压力的耐受性不同。研究表明, 微生物在生长期, 特别是对数生长期对压力很敏感。
4超高压灭菌对食品中营养成分的影响
传统的加热杀菌法处理食品, 易造成食品中热敏性营养成分的破坏, 且会发生食品变褐和产生蒸煮味等, 而采用高压杀菌技术处理食品, 在灭菌的同时较好的保持了食品原有的、香、味及营养成分。高压对食品中营养成分的影响主要有以下几个方面。
4.1 对蛋白质的影响
高压可使蛋白质结构中的氢键、离子键、疏水键等破坏, 使蛋白质变性。许钟等人对鱼肉蛋白进行高压处理, 发现鱼肉蛋白质变性的压力比其他蛋白质低很多。在 300MPa~400MPa 压力下处理鱼糜可得具有高弹性、透明和具光泽的凝胶, 保持致密的组织性, 且放于低温下, 弹力会进一步增强[10]酶是蛋白质, 超高压处理对食品中各种酶的活性也有影响。经超高压处理水产品中的蛋白酶、酪氨酸酶等失活, 可减缓酶促褐变和降解反应。一般, 压力在 350
MPa 以下范围内, 随着压力的提高酶活逐渐下降, 但压力高于 350MPa 时, 酶活又有所回升, 这种现象可能与酶分子内部结构和活性部位的构象有关[11]。
4.2 对淀粉和多糖的影响
超高压可使淀粉改性。常温下加压到 400MPa~600MPa 可使淀粉酶糊化而呈透明的粘稠状物, 且吸水量也发生改变。其原因是压力可使淀粉分子的长链断裂, 分子结构发生改变。根据研究报道, 对蜜蜂进行高压杀菌处理, 结果发现在微生物致死的情况下, 对糖类几乎没有影响。马成林等研究了玉米淀粉超高压糊化后的冻融稳定性和泽变化, 并和热糊化淀粉的老化特性和泽变化做了比较, 发现超高压处理完全糊化的淀粉冻融稳定性和泽较好。
