第三章-食品非热杀菌幻灯片

第三章食品非热杀菌本章主要内容第一节食品非热杀菌技术的种类第二节国内应用的非热杀菌技术第三节其他非热杀菌技术第一节食品非热杀菌技术的种类

非热杀菌技术主要包括物理杀菌和化学杀菌。物理杀菌：采用物理手段进行杀菌，如：辐照杀菌、紫外线杀菌、超高压杀菌、高压脉冲电场杀菌、感应电子杀菌、磁力杀菌、脉冲强光杀菌、微波杀菌、超声波灭菌化学杀菌：通过化学试剂来达到杀菌的作用。如：消毒剂（臭氧、二氧化氯）、防腐剂（主要为抑菌效果）本章主要对物理杀菌保藏进行探讨，化学方法保藏其他章节再深入探讨。第二节国内应用的非热杀菌技术一、辐照杀菌（重点）二、紫外线杀菌三、超高压杀菌一、辐照杀菌（一）食品辐照的意义及其特点1、基本概念食品辐照是指利用射线照射食品（包括原材料），延迟新鲜食物某些生理过程（发芽和成熟）的发展，或对食品进行杀虫、消毒、杀菌、防霉等处理，达到延长保藏时间，稳定、提高食品质量目的的操作过程。2、技术特点在常温或低温下进行，食品温升很小，有利于维持食品的质量；穿透力强，可以在包装下及不解冻情况下辐照食品，杀灭深藏在食品内部的害虫、寄生虫和微生物；不会留下残留物；和食品冷冻保藏等方法相比，辐照保藏方法能节约能源；需要较大投资,专门设备来产生辐射线,完善的安全防护措施；要控制好合适的辐照剂量，才能获得最佳的经济效应和社会效益。辐照食品标签上要加以标注。一、辐照杀菌（三）辐射源的种类、辐射计量及相关装置

1、放射性同位素与辐射

有些同位素，其质子数和中子数差异较大，其原子核是不稳定的，它们按照一定的规律（指数规律）衰变。不稳定同位素衰变过程中伴有各种辐射线产生，这些不稳定同位素称为放射性同位素。放射性同位素能放射出α、β和γ射线，其过程称为辐射，α、β、γ等射线辐射的结果能使被辐射体产生电离作用故又称电离辐射。放射性下降至初始值一半所需的时间称为半衰期，用作食品辐射加工的辐射源60Co的半衰期为5.27年，137Cs为30年。2、辐射计量放射性强度：度量放射性强弱的物理量，常用的单位有居里(Ci)、贝克(Bq)和克镭当量。照射量：用来度量X射线或Y射线在空气中电离能力的物理量，其单位为伦琴(R)。吸收剂量：被照射物质所吸收的射线的能量称为吸收量，其单位为拉德(rad)或戈瑞(Gy)。3、辐射装置食品的辐照装置包括辐射源、防护设备、输送系统和自动控制系统与安全系统。食品常用的辐射源：钴-60（60Co）辐射源、铯-137（137Cs）辐射源。一、辐照杀菌（四）食品的辐照效应与辐照保藏原理

食品经射线照射主要有物理学效应、化学效应和生物学效应。辐照保藏食品，通常是用X射线、γ射线、电子射线照射食品，这些高能带电或不带电的射线照射食品会引起食品及食品中的微生物、昆虫等发生一系列物理、化学反应，使有生命物质的新陈代谢、生长发育受到抑制或破坏，达到杀菌、灭虫，改进食品质量，延长保藏期的目的。1、食品辐照的物理作用α射线和γ射线与物质的作用、电子射线的作用。2、食品辐照的化学效应

辐射的化学效应是指被辐射物质中的分子所发生的化学变化。辐射化学效应的强弱用G值表示，所谓G值就是介质中每吸收100eV能量时发生变化的分子数。G值大的，辐射引起的化学效应较强烈；例如：麦芽糖溶液经过辐射发生降解的G值为4.0，则表示麦芽糖溶液每吸收100eV的辐射能，就有4个麦芽糖分子发生降解。①氨基酸和蛋白质：结构破坏；辐射交联；辐射降解。蛋白质辐照时交联与降解同时发生，而往往是交联大于降解，所以降解常被掩盖而不易觉察。一、辐照杀菌2、食品辐照的化学效应（续）②酶：主要组成部分是蛋白质，所以辐射对酶所引起的作用与蛋白质类似，酶中所含的巯基(-SH)由于容易氧化会增大酶对辐射的敏感性，但在复杂的食品体系中，由于其他物质的伴生存在而使酶得以保护，欲使酶钝化需要相当大的辐射剂量。凡求稳定贮藏而要把酶破坏的食品，只靠辐射处理是不适宜的。③碳水化合物：在辐射过程中发生的变化主要是降解作用和辐解产物的形成。低分子糖类进行辐照时，不管是固体状态还是水溶液，随着辐照剂量的增加，都会出现旋光度降低、褐变、还原性和吸收光谱变化等现象。④脂肪和脂肪酸：被射线照射时，饱和脂肪比较稳定，而不饱和脂肪容易氧化，出现脱羧、氢化、脱氨等作用。有氧存在时，由于会发生自动氧化作用，饱和脂肪也会被氧化。辐射促进自动氧化过程可能是由于促进自由基的形成和氢过氧化物的分解，并使抗氧化剂遭到破坏。⑤维生素：最敏感：维生素B1和C。食品中维生素在辐射中的稳定性和食品的性质及成分有密切的关系，其损失率随着辐射剂量的增大而增大。⑥食品包装材料：辐照巴氏灭菌条件下,所有用于包装食品的薄膜的性质基本上未受到影响，对食品安全也未构成危害。一、辐照杀菌3、食品辐射的生物学效应①辐射对微生物的作用

指微生物接受辐射后本身发生的反应，细胞内蛋白质、DNA受损、细胞内膜受损可使微生物死亡。②辐射对昆虫的作用辐射对昆虫的效应与其组成细胞的效应密切相关的，成虫细胞对射线的敏感性较小，高剂量才能使成虫致死，但是成虫的性腺细胞对辐射是敏感的。辐射效应：致死、寿命缩短、推迟换羽、不育、减少卵的孵化、延迟发育、减少进食量和抑制呼吸。③辐射对植物的作用辐射主要应用在植物性食品（主要是水果和蔬菜）抑制块茎、鳞茎类发芽，推迟蘑菇破膜开伞，调节后熟和衰老上。一、辐照杀菌（五）食品辐照的应用根据食品辐照应用的目的和所需剂量进行分类：1、耐藏辐照（Radurization）

这种辐照处理主要目的是降低食品中腐败微生物及其它生物数量，延长新鲜食品的后熟期及保藏期（如抑制发芽等）。一般剂量在5kGy以下。2、辐照巴氏杀菌（Radicidaton）

这种辐照处理使食品中检测不出特定的无芽孢的致病菌（如沙门氏菌）。所使用的辐照剂量范围为5～10kGy。3、辐照阿氏杀菌（Radappertization）

所使用的辐照剂量可以将食品中的微生物减少到零或有限个数。经过这种辐照处理后，食品在无再污染条件下可在正常条件下达到一定的贮存期，剂量范围10～50kGy。食品辐照的应用辐照的目的与效果

采用剂量（kGy）

被

辐

照

食

品

辐照生物学效应控制生长发育

抑制发芽、生根0.05～0.15马铃薯、大葱、蒜延缓成熟0.2～0.8香蕉、木瓜、番茄促进成熟～1桃子、柿子防止开伞0.2～0.5蘑菇、松蘑特定成分的积累～5辣椒的类胡萝卜素杀虫

杀灭贮藏谷物中害虫0.1～0.3大米、麦、杂粮杀灭果蝇～0.25桔、橙、芒果干制食品的杀螨0.5～0.7香辛料、脱水蔬菜杀灭寄生虫0.5猪肉（旋毛虫）杀菌

耐藏辐照杀菌1～3禽肉、畜肉及制品、鱼贝类、果蔬辐照巴氏杀菌5～8畜肉及蛋中的沙门氏菌辐照阿氏杀菌30～50肉制品、发酵原料、饲料、病人食品辐

照

化

学

效

应

改良食品品质

高分子物质变性～100淀粉、蛋白质改进食品组织～10干制食品的复水性食品品质改善～50酒类的熟化（陈化）提高加工适应性～50面粉制面包的加工性提高酶的分解性～100发酵原料、一、辐照杀菌（六）辐照食品安全卫生法规FAO、IAEA和WHO联合专家委员会于1980年10月27日至11月3日在日内瓦召开了关于辐照食品卫生会议。依据以前各届专家委员会的建议和这些机构组织的其他技术或法律专家会议所作出的结论，允许食品辐照的最大能量水平是：电子射线为10MeV；γ射线和X射线为5MeV。FAO、IAEA和WHO联合专家委员会得出结论，任何商品食物辐照总平均剂量达10kGy水平时，不具有毒理学上的危害性，这样处理的食品毋需进行毒理学检查。用10kGy剂量辐照过的食品，不会引起特殊的营养或微生物问题。我国先后发布了有关法规和标准，如“辐射加工用60Co装置的辐射防护规定”（GB10252），“辐照食品标准”（GB14891）等。1996年卫生部发布了“辐照食品卫生管理办法”，规定从事食品辐照加工的单位和个人，必须取得食品卫生许可证和辐射安全许可证后方可开展工作。辐照食品在包装上必须有统一制定的辐照食品标识。二、紫外线杀菌1.概念

用紫外线照射物质，使物体表面的微生物起死亡。2.原理

适当波长的紫外线能够破坏微生物机体细胞中的DNA（脱氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）的分子结构，造成生长性细胞死亡和（或）再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果。3.特点

①紫外线可以杀灭各种微生物，包括细菌繁殖体、芽胞、分支杆菌、病毒、真菌、立克次体和支原体等，凡被上述微生物污染的表面，水和空气均可采用紫外线消毒。②紫外线辐照能量低，穿透力弱，仅能杀灭直接照射到的微生物，因此消毒时必须使消毒部位充分暴露于紫外线下。③用紫外线杀灭被有机物保护的微生物时，应加大照射剂量。空气和水中的悬浮粒子也可影响消毒效果。

4.应用

目前使用紫外线装置大多数是管壁能够通过紫外线的低压汞灯，这种技术多见于对水的处理或者食品加工设施、加工区域、包装材料表面消毒等。

三、超高压杀菌

1.概念

食品的超高压处理技术是指将密封于弹性容器内的食品置于水或其它液体作为传压介质的压力系统中，经100MPa以上的压力处理，以达到杀菌，灭酶和改善食品的功能特性等作用。2.原理

超高压处理通常在室温或较低的温度下进行，在一定高压下食品蛋白质变性、淀粉糊化、酶失活，生命停止活动，细菌等微生物被杀死。而在超高压作用下，蛋白质等生物大高分子物质及色素、维生素、香气成分等低分子化合物的共价键却不发生变化，从而使超高压处理过的食品仍然保持其原有的营养价值、色泽和天然风味。3.特点

与传统的热处理相比，其具有无可比拟的优点：首先，它能在常温或较低温度下达到杀菌，灭酶的作用，与传统的热处理相比，减少了由于高热处理引起的食品营养成分和色、香、味的损失或劣化；其次，由于传压速度快，均匀，不存在压力梯度，超高压处理不受食品的大小和形状的影响，使得超高压处理过程较为简单；此外，这一技术耗能也较少，处理过程中只需要在升压阶段以液压式高压泵加压，而恒压和降压阶段则不需要输入能量。4.应用

天然果汁、果酱、饮料、豆奶、酸奶、畜禽肉糜制品、水产品等。第三节其他非热杀菌技术一、高压脉冲电场（PEF）杀菌二、脉冲强光杀菌三、磁力杀菌四、感应电子杀菌五、半导体光催化杀菌一、高压脉冲电场（PEF）杀菌1.概念

它是利用强电场脉冲的介电阻断原理对食品微生物产生抑制作用。这种超高压脉冲电路构型以电容完全放电产生的指数衰减电压波形为基础，电极间距离为0.5cm或1cm，处理量分别为12.5ml或25ml，脉冲频率一般为0.1～10Hz。

2.原理

对于高压脉冲电场杀菌机理有多种假说：如细胞膜穿孔效应、电磁机制模型、粘弹极性形成模型、电解产物效应、O3效应等。归纳起来，超高压脉冲电场杀菌作用主要表现在以下两个方面：

（1）场的作用。脉冲电场产生磁场，这种脉冲电场和脉冲磁场交替作用，使细胞膜透性增加，振荡加剧，膜强度减弱，因而膜被破坏，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，因而阻断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O3的强烈氧化作用，能与细胞内物质发生一系列反应。3.特点

超高压脉冲电场杀菌具有处理时间短、能耗低、传递快速、均匀等优点，如在处理液体食品时，其装置共分为5个部分：高压脉冲器、连续处理室、液体食品泵、冷却装置、带有计算机的数据处理系统。

4.应用

适用于啤酒、牛奶、果汁等液状食品的杀菌。二、脉冲强光杀菌

1.概念

是用连续的宽带光谱短而强的脉冲，抑制食品和包装材料表面、透明饮料、固体表面和气体中的微生物。2.原理

脉冲强光杀菌是采用脉冲的强烈白光闪照方法进行灭菌的技术。其最基本的结构是动力单元和惰性气体灯单元，通过由动力单元向惰性气体灯单元提供能量，以使惰性气体灯发出与太阳光光谱相近，但强度更强的紫外线至红外线区域光进行杀菌。3.特点

脉冲强光闪照40次可使枯草杆菌、大肠杆菌、酵母从每毫升高于105个减少到0个；用于液态淀粉酶和蛋白酶的钝化，两种酶活力分别下降70.4%和90.3%，而且随着闪照次数的增加而逐渐下降。

4.应用

适用于啤酒、牛奶、果汁等液状食品的杀菌。三、磁力杀菌

1.概念

磁力杀菌采用5-50T的磁力强度，将食品放在N极与S极之间，经过连续摆动，不需加热，即可达到100%的杀菌效果，对食品的成分和风味无任何影响。

2.原理

有关磁力杀菌的详细原理目前仍不清楚，但杀菌作用已被证实。3.特点

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