欧姆加热杀菌.ppt

朱晓燕 欧姆加热杀菌产品品质 本章内容 Contents 1概述Introduction 2欧姆加热杀菌优点 3欧姆加热技术的影响因素 4欧姆加热杀菌技术的应用实例 1Introduction 欧姆加热 ohm heating 亦称电阻加热 resistanceheating 焦耳加热 Jouleheating 电力加热 electroheating 等 是电流在一对电极之间流过连续流动的食品 食品内部产生热量 达到灭菌的目的 此时将食品视为具有一定电阻的导体 在电流的作用下产生焦耳效应 产生热量的大小用焦耳定律描述 欧姆加热技术与传统热杀菌技术在热量产生和传递方面有着本质的区别 对于粒径小于15mm的食品 常规热杀菌方法是采用管式或刮板式换热器进行间接热交换 其热传递速率取决于传导 对流或辐射的换热条件 欧姆加热 是利用食品本身所具有的电不良传导性所产生的电阻来加热食品 使食品不分液体 固体均可受热一致 并可获得比常规方法更快的颗粒加热速率 因而可缩短含大颗粒固体食品的杀菌时间 得到高品质产品 同时更能保持食品颗粒的完整性 是目前用来加工含颗粒食品最为有效的杀菌技术之一 2欧姆加热杀菌优点 欧姆加热是体积加热方式 液体和其中的固体几乎同时加热 固体内部的温度比表面高 加热更加迅速 在传统加热中 固体受热依靠传导液体的热量 因此当固体中心的温度达到灭菌温度时 液体和固体的表面已经过热 降低产品的质量 1 欧姆加热是快速的体积加热 2 流动接近塞状流 形成均匀的温度场 3 没有传热面 固体表面不会结成硬块 也不会结垢 4 特别适合加热含在大颗粒的食物 直径25mm 和高粘度 热敏性 导热系数低的食品 间壁换热加热大颗粒食品会造成液相过热 加热时间长 营养保留低 5 可处理固形物含量高达 50 80 的物料 传统加热中 固体靠液体传导热量 故必须有足够的液体来加热固体 欧姆加热则没有这个问题 6 欧姆加热是电加热 虽然电能较贵 但其转化率较高 90 其他能量的转化率只有 45 50 故加热1t产品的能耗与用蒸汽加热是差不多的 7 对产品的机械损伤小 颗粒非常完整 3欧姆加热技术的影响因素 1 电导率物料的电导率是欧姆加热技术的首要影响因素 大部分食品中都含有一定量的自由水 其中溶解的可解离性酸 盐等物质具有导电性 但不同的食品这些物质的含量和解离程度都不一样 所以电导率也不同 固液体间的电导率差异以及非导电性物质的存在也会影响欧姆加热的效果 食品中如果非导电性物质过多 在加热时 易在其表面使颗粒物料过度受热 所以非导电性物质含量高的食品不适合应用欧姆加热技术 温度对欧姆加热过程的影响是通过改变物料电导率来实现的 物料加热温度越高 电导率也越高 因而加热速率也随着物料温度的上升而增大 在室温下 颗粒的电导率比液体低 但当温度升高时 颗粒的电导率会增大并超过液体的电导率 因此 当食品中液体的温度达到加工要求时 颗粒的温度往往要高于液体的温度 从而避免了液体过度受热 而颗粒固体物料受热不足的情况 2 温度 3 固体的大小 形状 方向 密度和含量 采用欧姆加热处理含有颗粒的食品 一般要求其颗粒直径小于25mm 这是因为若颗粒过大 不能保证在流经电场时得到足够的热处理 固体的形状对欧姆加热也有影响 而且 当固体的长宽比较大时 其方向对欧姆加热也有影响 固体垂直和平行于电场两相的温度不同 但方形和球形颗粒没有方向问题 颗粒密度过大或在粘度低的液体中 有可能沉淀在加热器底部 而导致颗粒过度受热 对颗粒的形状保持以及其中营养物质的保存都不利 相反 密度过小的颗粒在加工过程中会悬浮在液体表面 在欧姆加热过程中 颗垃悬浮在液体表面或沉淀在底部 都不能很好地估计其在加热器内的滞留时间和受热情况 在欧姆加热中 颗粒物料的含量一般在20 70 之间 对颗粒含量较高的食品 一般要求颗粒小且具有一定的柔韧性 并且为了减小颗粒间的空隙度 还要求颗粒具有多样的几何形状 对颗粒含量较低的食品 则要采用粘度较大的液体来保持颗粒的悬浮状态 欧姆加热过程中 如果液体粘度过小 颗粒会沉淀在加热器的底部 而液体则直接流经电极 从而导致固液两相受热不均 液体粘度越大 加热速率就越大 这是因为液体粘度增大时 固液两相的对流传热系数变小 但粘度过大时 颗粒之间 颗粒与加热器管壁之间的相互摩擦都会破坏颗粒的结构完整性 如果液体中含有淀粉 则会发生淀粉凝胶化 导致粘度增加 同时颗粒受热失水等因素都能影响载流液体的粘度 因此对含淀粉等粘稠成分在加工前要进行预糊化处理 而对易失水的颗粒食品在加工过程中要注意保持液体粘度 4 粘度 当物料中的颗粒和液体的电导率趋于稳定时 物料的受热情况依赖于其特定的热容 热容越大受热越快 颗粒中的水分含量比液体中的水分含量低很多 由于水分的热容较小 所以即使在固 液电导率相同的情况下 颗粒的受热升温速度要快于液体 5 热容 在加热功率一定的情况下 物料的升温与质量流量成反比 所以应当控制流量稳定 否则会引起物料的温度变化 另外 流速的横向分布也会影响加热速率 若横向速率不一致 会引起温度上的差异 6 物料的质量流量 对欧姆加热的食品进行前处理有预热 煮 酶处理 化学处理等 颗粒物料进行加热之前 通常要预热 煮 来提高颗粒的电导率 缩小颗粒和液体之间的电导率差异 对酱料进行预热时 还能散失其中的部分水分 防止在加热过程中液体粘度变化 预热处理还能熔化除去食品内的非导电物质如脂肪 除去颗粒物料中的空气 使影响食品稳定性的酶类变性失活 软化颗粒 对肉制品还能起到上色作用 酶处理则如对淀粉进行预糊化 还可以使肉组织软化 增加其风味 化学处理法可将物料在盐或酸溶液中浸泡来调节颗粒的导电性能 7 前处理 欧姆加热处理的食品与传统罐装灭菌的食品相比 由于欧姆加热是连续性灭菌处理 其品质获得很大的改善 具体表现为微生物安全性 蒸煮效果及营养保留方面大大优越于传统法 4欧姆加热杀菌产品品质 牛奶 牛奶是大自然赋子人类最有益于健康的食品之一 目前对牛奶的杀菌多采用巴氏杀菌或UHT杀菌 巴氏杀菌是将牛奶加热至72 75 保持10 15s以杀死所有致病菌而最大限度地保持牛奶营养成分的加热方法 经巴氏杀菌处理后的牛奶营养成分损失相对较少 但保质期短 一般为48h UHT杀菌是将牛奶加热至137 150 保持4 20s以达到商业无菌的加热方法 UHT杀菌处理后的牛奶保质期较长 但营养成分损失比较严重 欧姆加热是利用50Hz或60Hz的低频交流电源提供电流 把食品作为电路中的一段导体 在食品内部将电能转化为热能 从而达到直接均匀加热的目的 欧姆加热速度快温度均匀 操作控制简单 对食品机械损伤小 加热后的食品营养成分损失少 能很好地保持风味 并且在欧姆加热过程中 食品不易结垢 将经过测定初始菌数和营养成分的原牛奶倒入加热槽中 接通电源 设置不同的电压 温度和时间对牛奶进行欧姆加热 再测定加热后牛奶的菌数和营养成分 计算残留率 残留率 欧姆加热后牛奶中菌数 欧姆加热前牛奶中菌数 100 1 实验方法 2 牛奶温度对杀灭牛奶中微生物的影响 在电压为100V 加热时间为10s的条件下 对牛奶进行不同温度的加热处理 每个温度下试验重复三次 分别计算牛奶中菌落总数 大肠菌群和营养成分 取平均值 测得加热温度对牛奶菌落总数和大肠菌群的影响规律如图1所示 对牛奶营养成分的影响情况如表1所示 由图1可知 菌落总数列大肠菌群残留率都随杀菌温度的升高而下降 在菌菌温度为70 时 菌落总数利大肠菌群的残留率均很低 杀菌效果好 由表1可知 随着杀菌温度的升高 蛋白质和乳糖的损失率增加 其最大损失率分别为2 03 利6 21 3 加热时间对杀灭牛奶中微生物的影响 在电压为100V 杀菌温度为7O 条件下 采用不同的杀菌时间对牛奶进行杀菌处理 每号试验重复二次 分别计算牛奶中菌落总数 大肠菌群和营养成分 取平均值 测得电压时间对菌落总数和大肠菌群的影响规律如图2所示 对牛奶营养成分的影响情况如表2所示 由图2可知 菌落总数和大肠菌群残留率都随杀菌时间的延长而下降 在杀菌时间为20s时 对菌落总数和大肠菌群均能达到很好的杀菌效果 由表2可知 随着欧姆加熟时间的延长 牛奶中蛋白质利乳糖的损失率均增加 其最大损失率分别为8 12 和23 40 4 电压对杀灭牛奶中微生物的影响 杀菌温度为70 杀菌时间为20s条件下 采用不同的电压对牛奶进行杀菌处理 每组试验重复三次 分别计算牛奶中菌落总数 大肠菌群和营养成分 取平均值 测得电压对菌落总数和大肠菌群的影响规律如图3所示 对牛奶营养成分的影响情况如表3所示 由图3可知 菌落总数和大肠菌群残留率都随电压的升高而下降 在杀菌电压为250V时 牛奶可达到无卤状态 由表3可知 随着欧姆加热电压的升高牛奶中蛋白质利乳糖的损失率均增加 其最大损失率分别为4 64 和22 57 5 杀菌效果的最佳参数组合及对营养成分的损失情况 结合前面所做的单因素杀菌试验及牛奶营养成分损失情况 选择杀菌温度 杀菌时间和电压作为影响因素 菌落总数和大肠菌群残留率为判断指标 做正交试验 其因素水平设置见表4 选用L8 41 22 混合正交表进行试验方案设计 每号试验重复二次 取平均值 试验结果得出 杀菌温度对菌落总数残留率影响最显著 杀菌时间次之 电压影响不大 在杀菌温度为70 杀菌时间为20s时杀茵效果最好 杀菌温度对大肠杆凶残留率影响最显著 电压次之 杀菌时间最不显著 往杀菌温度为7O 电压为250V时杀菌效果最好 影响牛奶中菌落总数和大肠菌群残留率的最优条件不一致 在电压为100V 杀菌温度为7O 杀菌时间为10s时 蛋白质和乳糖的损失率分别为1 2 和3 3 杀菌时间为20s时 蛋白质利乳糖的损失率分别为1 5 和7 0 电压为250V 杀菌温度为7O 杀菌时间为20s时 蛋白质和乳糖的损失率分别为4 6 和22 6 而在电压为250V 杀菌温度为7O 杀菌时间为10s时 试验结果显示蛋白质和乳糖的损失率分别为1 40 和3 73 综合考虑三个因素对牛奶中细菌总数和大肠菌群的杀菌效果以及对营养成分的损失情况 本试验采用杀菌温度为7O 杀菌时间为10s 电压为250V作为欧姆加热最优条件 处理前的牛奶中菌落总数和大肠菌群分别为1 8 10cfu mL和200MPN 100mL 在最优条件下经欧姆杀菌处理后可达到无菌的状态 蛋白质和乳糖的平均损失率分别为1 45 和3 73 6 欧姆加热与巴氏杀菌的比较 牛奶在75 水浴中加热15s进行杀菌处理 考察杀菌前后牛奶中菌落总数与大肠菌群残留率利营养成分损失情况 结果如表9所示 由表9可知 经巴氏杀菌处理后 牛奶中菌落总数和大肠菌群残留率分别为15 76 和4 80 蛋白质和乳糖的损失率分别为1 74 和4 15 由前面欧姆加热对牛奶的杀菌效果和营养成分的损失情况可知 欧姆加热处理对牛奶的杀菌效果优于巴氏杀菌 并且与巴氏杀菌相比 欧姆加热处理对牛奶的营养成分损失影响小 随着牛奶温度的升高 杀菌时间的延长 欧姆加热电压的升高 牛奶中菌落总数和大肠曲群残留率均呈下降趋势 营养成分损失率均早增大趋势 综合考虑牛奶温度 杀菌时间 欧姆加热电压单因素试验和正交试验结果 以及各因素对牛奶营养成分的影响情况 选择最佳欧姆加热参数组合为 杀菌温度70 杀菌时间10s 电压250V 在