食品杀菌新技术

关于食品杀菌新技术第一节超高温杀菌技术一、超高温杀菌原理二、超高温杀菌的装置系统三、超高温杀菌系统的加热设备第2页,共138页，2024年2月25日，星期天

超高温瞬时杀菌(UltraHighTemperatureShortTime，简称UHTST)是利用热交换器或直接蒸汽，使食品在130～150℃温度下，保持2～8s后迅速冷却，产品达到商业无菌要求的过程。

第3页,共138页，2024年2月25日，星期天一、超高温杀菌原理1、微生物的耐热性比较耐热程度：产芽孢菌非芽孢菌；芽孢营养细胞；嗜热菌芽孢厌氧菌芽孢需氧菌芽孢。第4页,共138页，2024年2月25日，星期天影响微生物耐热性的因素a.微生物本身的特性污染的种类、污染的数量、生理状态与所处的环境。b.食品成分酸度、水分活度、脂肪、盐、糖、蛋白质、植物杀菌素。c.热处理条件温度、时间第5页,共138页，2024年2月25日，星期天（1）微生物致死速率曲线

在一定的环境条件和一定温度下，微生物随时间而死亡时的活菌残存数是按指数递减或按对数周期下降的。以单位物料内残存的活细胞或芽孢数的对数值为纵坐标，以热处理时间为横坐标作图，所得的曲线即为微生物致死速率曲线。（2）D值

指细菌的残存活菌数下降1个对数周期所需的时间。在数值上等于致死速率曲线斜率绝对值的倒数。2、微生物的致死速率与D值第6页,共138页，2024年2月25日，星期天图6-1微生物致死速率曲线第7页,共138页，2024年2月25日，星期天（1）微生物的热力致死时间(ThermalDeathTime,TDT)

就是热力致死温度保持不变条件下，完全杀灭某菌种的细胞或芽孢所必需的最短热处理时间。（2）热力致死时间曲线

以热处理温度为横坐标，热致死时间(TDT)的对数值为纵坐标，就可以在半对数坐标图上得到一条形为直线的热力致死时间曲线。3、微生物的热力致死时间与Z值第8页,共138页，2024年2月25日，星期天（3）Z值

热致死时间缩短一个对数周期所要求的热处理温度升高的度数。在数值上等于热力致死时间曲线的斜率绝对值的倒数。（4）F值

某种细菌在121℃时的TDT值称为该细菌的F值，单位为min。第9页,共138页，2024年2月25日，星期天图6-2热力致死时间曲线第10页,共138页，2024年2月25日，星期天（1）热力递减致死时间(ThermalReduction

Time，TRT)

是在任何特定热力致死条件下将细菌或芽孢数减少到某一程度如10-n时所需要的热处理时间(min)。n值称为递减指数(ReductionExponent)。（2）TRT值与n值的选取值相联系，故常将n值标在右下角，写成TRTn。某一热力致死温度条件下原菌数减少到百万分之一(即1/106)需要10min，那么它的TRT6＝10min4、生物的热力递减致死时间第11页,共138页，2024年2月25日，星期天讨论D值反映微生物的抗热能力；D值的大小取决于直线的斜率，与原始菌数无关；D值与加热温度、菌种及环境的性质有关；D值的计算：第12页,共138页，2024年2月25日，星期天Z值性质Z值表示微生物耐热性的强弱；不同的微生物有不同的Z值，同一种微生物只有在相同的环境条件下才有相同的Z值。当Z值相同时，F值越大者耐热性越强。F值表示杀菌强度，随微生物和食品的种类不同而异，一般必须通过试验测定。对于低酸性食品，一般取

t0=121℃，Z=10℃对于酸性食品，一般取

t0=100℃，Z=8℃第13页,共138页，2024年2月25日，星期天关于TDT值与TRT值的讨论TDT值只能在和试验时的原始菌相一致时才适用；TRT值可作为确定杀菌工艺条件的依据；TRTn→＝nD当n→∞时，TRTn→TDTTRT值解决了杀菌终点问题。例：12D——最低肉毒杆菌致死温时；对P.A.3679的杀菌强度要求达到5D。第14页,共138页，2024年2月25日，星期天5、UHT杀菌效果检验UHT杀菌效果（SterizingEffect,SE）可用某类微生物的芽孢作为试验对象。SE=log[原始芽孢数/最终芽孢数]对PA3679芽孢，3.4s，总孢子数减少12个对数周期；4s，总孢子数减少14个对数周期。135℃,4s，SE大于6-9。第15页,共138页，2024年2月25日，星期天表6-1不同温度下的同一原始菌数的UHT杀菌效果表6-2同一温度(135℃)不同原始菌数下的杀菌效果第16页,共138页，2024年2月25日，星期天表6-3嗜热脂肪芽孢杆菌的杀菌效果

由以上三表可看出，原料乳在135℃或更高温度进行4秒钟的热处理，就能满足满足灭菌乳商业标准(含菌不超过1‰)的要求。因此，采用UHT瞬时杀菌技术可以得到满意的杀菌效果。第17页,共138页，2024年2月25日，星期天6、UHT杀菌的品质保证UHT瞬时杀菌技术可最大程度保持食品的风味及品质。原因在于：微生物对高温的敏感程度远远大于食品成分的物理化学变化对高温的敏感程度。第18页,共138页，2024年2月25日，星期天图6-4牛乳灭菌及褐变的时间-温度曲线1.变褐的最低时间-温度条件2.灭菌的最低时间-温度条件若选择灭菌条件为110～120℃，15～20min；则两线之间间距甚近，说明生产工艺条件要有十分严格的措施来维持，这在实际上很难办到。而选择UHT灭菌条件137～145℃，2～5s时，两线之间间距较远，说明产生褐变及其他缺陷的危险性较小，生产工艺条件较易控制。第19页,共138页，2024年2月25日，星期天按照处理过程不同分类UHT瞬时杀菌直接混合式加热法间接式加热法喷射式注射式二、超高温杀菌的装置系统第20页,共138页，2024年2月25日，星期天二、超高温杀菌的装置系统间接式加热法和直接混合式加热法间接式加热：采用高压蒸汽或高压水为加热介质，热量经固体换热壁传给待加热杀菌物料。由于加热介质不直接与食品相接触，所以可较好地保持食品物料的原有风味，故广泛用于果汁、牛乳等。特点：相对成本较低，生产易于控制，但传热效率较低。第21页,共138页，2024年2月25日，星期天直接混合式加热：采用高纯净的蒸汽直接与待杀菌物料混合接触，进行热交换，使物料瞬间被加热到135-160℃。直接混合式加热法可按两种方式进行。一是注射式，即将高压蒸汽注射到待杀菌物料中；另一种是喷射式，即将待杀菌物料喷射到蒸汽中。在喷射式中，物料通常向下流动，而蒸汽向上运动。由于加热蒸汽直接与食品相接触，因此对蒸汽的纯净度要求甚高。特点：加热速度快，热处理时间短，食品颜色、风味及营养成分的损失少。第22页,共138页，2024年2月25日，星期天二、超高温杀菌的装置系统1、直接混合式加热的超高温瞬时杀菌装置系统2、间接加热的超高温瞬时杀菌装置系统第23页,共138页，2024年2月25日，星期天被处理物料的性质不同，UHT杀菌的工艺流程也不同。关键步骤相同：物料由泵送至预热器预热；然后进入直接蒸汽喷射杀菌器；杀菌后物料经闪蒸去除部分水分和降低温度后进入下道工序。1、直接混合式加热的UHT瞬时杀菌装置系统第24页,共138页，2024年2月25日，星期天第25页,共138页，2024年2月25日，星期天图6-6第26页,共138页，2024年2月25日，星期天原料乳由输送泵1送经第一预热器2进入第二预热器3，牛乳升温至75~80℃。然后在压力下由泵4抽送，经调节阀5送到直接蒸汽喷射杀菌器6。在该处，向牛乳喷入压力为1MPa的蒸汽，牛乳瞬间升温至150℃。在保温管中保持这一温度约2、4s时间，然后进入真空膨胀罐9中闪蒸，使牛乳温度急剧冷却到77℃左右。热的蒸汽由水冷凝器18冷凝，真空泵21使真空罐始终保持一定的真空度。真空罐内部汽化时，喷入牛乳的蒸汽也部分连同闪蒸的蒸汽一起从真空罐中排出，同时带走可能存在于牛乳中的一些臭味。另外，从真空罐排出的热蒸汽中的一部分进入管式热交换的第一预热器2中用来预热原料乳。经杀菌处理的牛乳收在膨胀罐底部，并保持一定的液位。接着，牛乳用无菌乳泵11送至无菌均质机12。经过均质的灭菌牛乳在灭菌乳冷却器13中进一步冷却之后，直接送往无菌罐装机，或送入无菌贮罐。第27页,共138页，2024年2月25日，星期天图6-7直接热处理法UHT工艺流程示意图1.平衡罐2.泵3.预热器4.加热器5.高压泵6.直接喷射杀菌器7.分流阀8.膨胀罐

9.真空泵10.无菌泵11.无菌均质机12.冷却器13.膨胀罐14.泵15.冷却器第28页,共138页，2024年2月25日，星期天图6-8过热（注入式UHT杀菌）装置流程图1.增压泵2.平衡槽3.无菌片式交流换热器4.定时泵5.片式预热器6.注入式加热器7.保温管8.注入式加热器反压阀9.无菌闪蒸罐10.片式蒸汽冷凝器11.无菌泵12.无菌均质机13.水进口14.牛乳进口15.旁通管16.流量控制阀17.热水18.到平衡槽过量灭菌牛乳19.到平衡槽回流管20.产品无菌包装机21.热水温控热敏元件22.冷凝水23.真空度调节管24.排出口25.真空冷凝液泵26.注入器反压阀的控制气27.水汽出口28.往灌装器29.无菌压力表30.装量反压阀31.制品循环32.止逆阀33.蒸汽进口34.切换开关1＃35.就地清洗消毒36.装置反压阀的控制气37.切换开关2＃(手动-自动)38.控制仪表屏39.安全加热范围传感敏感元件40.注入器温控热敏元件41.注入器气动阀的控制气42.进口43.出口第29页,共138页，2024年2月25日，星期天

利用增压泵1把待处理的原乳或其他乳制品从平衡槽2输送到片式换热器3，并加热到大约60℃。接着，由定时泵4抽出，送入片式预热器5，温度升高到大约77℃。在此温度下，制品进入注入式加热器5，并由输入加热器的蒸汽加热到147℃或更高温度。一般保持这一温度和压力4s。通常在接近加热器底部的地方，装上控制蒸汽的传感器，另一传感器则装在保温管7中部。牛乳经保温管和注入式加热器反压阀8后，进入无菌闪蒸罐9，在特定的真空度下，蒸掉加热时注入的全部蒸汽，从而保持加热前后含水量不变。同时用真空冷凝液泵25使牛乳或其他制品通过片式蒸汽冷凝器10，除掉所含的牧草和饲料等异味、过量的蒸汽和不凝性气体。聚集在闪蒸饱底部的灭菌制品，由无菌泵11送入无菌均质机12。进入均质机时，其温度已经再次降到适合均质作业的温度(77℃)。均质后的灭菌制品进一步在无菌换热器3中冷却到21℃。最后通过转向阀V5，进入无菌包装机或其他下道工序。如果需要，也可输送到无菌贮槽中。转向阀的传感器安装在闪蒸罐进口的保温管中。如果因为某种原因，在此管路上的制品温度低于或降低到杀菌温度以下时，则转向阀将制品返回到平衡槽中重新处理。在没有使用无菌贮槽时，过量的灭菌制品也经由阀门V7返回到平衡槽。第30页,共138页，2024年2月25日，星期天图6-9第31页,共138页，2024年2月25日，星期天第32页,共138页，2024年2月25日，星期天第33页,共138页，2024年2月25日，星期天第34页,共138页，2024年2月25日，星期天通过间壁式换热器来实现的。常用的间壁式换热器有板式、管式和旋转刮板式。2、间接加热的UHT瞬时杀菌装置系统第35页,共138页，2024年2月25日，星期天图6-10间接式UHT热处理法流程简图1.平衡罐2.泵3，6.管式交互换热加热器4.脱气机5.均质机7.高压管式加热器8.冷却器如图平衡罐l中的牛乳经泵2送至预热器3预热以后进行脱气4和均质5，再经预热器6进一步预热后进入管式UHT杀菌器7。加热器3，6为交互换热式，以便回收利用余热。杀菌后的牛乳在预热器3，6中与冷的原乳进行热交换，原乳被预热，而灭菌乳被预冷，最后经冷却器8最终冷却，送往下道工序(无菌充填机等)。第36页,共138页，2024年2月25日，星期天图6-11无菌热处理（套管式UHT杀菌）装置流程1,16.贮料筒2.泵3.均质机4.循环消毒器5,7.互换式加热器6,12.均质阀8.UHT加热器9.恒温管10,11.互换式冷却器13.水冷却器14.冷水冷却器15.换热器17.贮槽第37页,共138页，2024年2月25日，星期天三、超高温杀菌系统的加热设备1、板式换热器2、环形套管式换热器3、旋转刮板式UHT加热杀菌设备4、直接加热式UHT杀菌设备第38页,共138页，2024年2月25日，星期天板式换热器是UHT过程中最常用的一种换热设备。与管壳式热交换器相比，特点为：1、板式换热器热损失小价格低廉有泄漏单位长度的压力损失大传热系数高结构紧凑容易增减传热面积容易清洗干净

传热板式板式换热器的主要工作件，一般采用不锈钢冲压制成。第39页,共138页，2024年2月25日，星期天其主要结构为螺旋状的同心套管。与管壳式热交换器相比，特点为：2、环形套管式换热器当流量小或者所需传热面积小的情况下适用。可用于较高黏度流体的热交换。没有应力造成的破坏漏失。紧凑，安装容易。用机械方法清洗困难。当用不锈钢管作传热管时，如果传热管长度大于某一限度，为了保持壳侧流均匀，必须加隔板，从而使壳侧流体压力损失增大。第40页,共138页，2024年2月25日，星期天较适合于黏度大或流动慢，或者在加热器表面易形成焦化膜的杀菌物料。刮片的设计非常重要。3、旋转刮板式UHT加热杀菌设备4、直接加热式UHT杀菌设备

主要由物料泵、蒸汽喷嘴（或物料喷嘴）、真空罐及各种控制仪表构成。最关键的是加热介质与物料相混合的装置。第41页,共138页，2024年2月25日，星期天在杀菌条件相同的情况下，超高温瞬时杀菌与低温长时间杀菌相比，不仅细菌致死时间显著缩短，而且食品成分的保存率也显著提高。目前这种杀菌技术已广泛应用于牛乳、果汁饮料、豆乳茶、酒等产品的生产过程中。超高温瞬时杀菌技术在食品工业中的应用第42页,共138页，2024年2月25日，星期天第二节欧姆杀菌技术一、欧姆杀菌原理二、欧姆杀菌装置三、欧姆杀菌技术在食品工业中的应用第43页,共138页，2024年2月25日，星期天欧姆杀菌亦称“通电杀菌”，它利用电极将电流通过物体，由于阻抗损失、介质损耗等的存在，最终使电能转化为热能，使物体内部产生热量而达到杀菌目的，多用于含有颗粒的液体食品的杀菌。欧姆加热使颗粒的加热速率与液体的加热速率相接近，甚至更快（1-2℃/s）。因而可缩短加工时间，得到高品质产品。第44页,共138页，2024年2月25日，星期天早在19世纪初就提出了欧姆加热的概念，并逐渐有了利用电能加热物料的专利加工技术。20世纪初，美国生产出用于牛奶消毒的欧姆加热装置，但是由于没有合适的惰性电极材料而失败。90年代，英国的APVBaker公司开发了商用的欧姆加热装置，英国、法国、日本和美国均开始使用。由于欧姆加热技术具有物料升温快、加热均匀、无污染、易操作、热能利用率高、加工食品质量好等优点，近年来逐渐引起国内外食品科学工作者的关注。第45页,共138页，2024年2月25日，星期天一、欧姆杀菌原理通电杀菌的机理据初步探讨有两方面的原因：一方面由于通电加热致使温度升高而灭菌；另一方面是因为在通电的两电极间的菌体细胞由于受到所加电场的作用导致菌体细胞膜的破坏而灭菌。第46页,共138页，2024年2月25日，星期天欧姆加热原理第47页,共138页，2024年2月25日，星期天（一）欧姆加热的影响因素

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：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为电导单位西门子，它等于电阻Ω的倒数；

gradV——任一点处的电位梯度，V/m；

Δ——符号算子。第48页,共138页，2024年2月25日，星期天1、电导率是影响欧姆加热的主要因素

影响电导率的因素：频率、食品物料电导率的各向异性、温度、颗粒的形状、颗粒与所加电场的排列取向等。2、流体流型对欧姆加热的影响

层流流动下欧姆加热所产生的物料温度标度将导致与常规加热法设计中类似的问题，即管中心加热不足，而管壁处加热过度。所以应在设计上避免这种稳定的层流流动，在操作上力求破坏加热器内速度分布的形成。3、操作因素对欧姆加热的影响第49页,共138页，2024年2月25日，星期天1、欧姆杀菌装置系统组成

泵、柱式欧姆加热器、保温管、控制仪表等。由加热、保温和冷却三部分组成。2、工艺流程待杀菌的食品原料→物料泵→欧姆加热器→保温管→冷却管（管式换热器）→无菌充填或无菌贮罐具有一定粘度的、含颗粒的食品经泵进入到欧姆加热器中，以垂直于电场的方向流过欧姆加热柱，物料在2min内被加热到需要的温度，在该温度保温30～90s，达到要求的灭菌强度，然后快速冷却、无菌包装。3、欧姆杀菌技术操作（无菌技术）二、欧姆杀菌装置第50页,共138页，2024年2月25日，星期天欧姆加热流程第51页,共138页，2024年2月25日，星期天物料罐控制板产品回收反压阀无菌冷却器产品出口物料泵反压泵刮板式冷却器保温管欧姆加热器第52页,共138页，2024年2月25日，星期天

APVBakerisaworldleaderinthesupplyofthemachinesandcompleteprocesssystemstomaketheworld'sfavouritefoodproductsAPV的欧姆加热器示意图第53页,共138页，2024年2月25日，星期天三、欧姆杀菌技术在食品工业中的应用与传统罐装食品的杀菌相比，欧姆杀菌可使产品品质在微生物安全性，蒸煮效果及营养、维生素保持方面得到改善。主要优点：①对营养物如维生素等的破坏较小，可生产新鲜、美味的大颗粒产品；②能加热连续流动的产品而不需要任何热交换表面；③可加工对剪切敏感的产品；④热量可在产品固体中产生而不需要借助其液体的传导或对流；⑤系统操作平稳，维护费用低，过程易于控制，可立即启动和中止；⑥加工和包装费用有节约潜力，包装的选择范围较宽。第54页,共138页，2024年2月25日，星期天目前，欧姆加热技术在美国正广泛应用于低酸性或高酸性食品的加工，在日本用于生产酸牛奶的草莓、鱼糜制品及豆腐的加工等，在国内主要用于肉的解冻和牛奶、豆浆的加热杀菌。从目前国外的研究和使用情况来看，欧姆加热最具有潜力的应用领域是含颗粒流体食品的无菌加工。除此之外，用于对大块固体食品的加热与解冻也具有很大的研究发展空间。欧姆加热技术在食品工业中的应用第55页,共138页，2024年2月25日，星期天第三节高压杀菌技术一、高压杀菌原理二、高压杀菌装置三、高压杀菌技术在食品工业中的应用第56页,共138页，2024年2月25日，星期天

高压杀菌：是指将食品物料包装以后，置于高压（200MPa以上，2000多个大气压）装置中加压，使微生物因细胞壁和膜被破坏、微生物的生理机能丧失而致死，从而达到食品灭菌的一种杀菌技术。高压杀菌技术也是近年来出现的新型杀菌技术，需要有特殊的加压设备和耐高压容器及辅助设备，目前尚处于试验研究与开发阶段，但其在食品工业中的应用前景是可喜的。第57页,共138页，2024年2月25日，星期天早在19世纪末期就证明了牛奶、果蔬（包括香蕉、梨、桃子、李子、大豆、西红柿、豌豆等）和其他食品和饮料中的微生物对压力敏感，并证明高压处理能延长食品的货价期。1914年，美国物理学家BriagmumP.W.提出了静水压（500MPa）下蛋白质凝固，700MPa形成凝胶的报告超高压技术作为能确保高质量食品生产的非热保藏技术已被关注研究了很多年，但由于超高压技术上的难题，这一研究成果并没有被实际应用。直到1986年，日本京都大学林立九教授提出超高压在食品工业上的应用，并使超高压技术成为一种可行的商业加工手段，这一技术才引起世界各国的关注。第58页,共138页，2024年2月25日，星期天

高压技术在我国还处于起步、理论研究阶段，国内超高压杀菌技术的研究报道仅局限在果汁及果汁饮料的灭酶及杀菌中，还未投入实际生产应用之中，目前尚无高压食品商品问世。因此，加快开展超高压食品研究，特别是加强超高压加工调味品、中药材、保健食品以及其他价值高但对热较敏感的食品或药品的研究，对我国参与国际竞争有着极为重要的意义。第59页,共138页，2024年2月25日，星期天超高压技术加工的食品与传统加热处理的食品相比，具有其独特的优点：(1)营养成分高；(2)产生新的组织结构，不会产生异味；(3)无“回生”现象；(4)原料利用率高；(5)适用范围广，开发前景好。第60页,共138页，2024年2月25日，星期天一、高压技术原理

液体(水)在超高压作用下被压缩，而受压食品介质中的蛋白质、淀粉、酶等生物高分子物料会产生压力变性，即生物高分子物质立体结构中的非共价键结合部分(氢键、离子键和疏水键等相互作用)发生变化，其结果是食品中的蛋白质呈凝固状变性、淀粉呈胶凝状糊化、酶失活、微生物死亡，或使之产生一些新物料改性和改变物料某些理化反应速度，故可长期保存食品而不变质。这就是超高压技术的基本原理。第61页,共138页，2024年2月25日，星期天（1）改变细胞形态极高的流体静压会影响细胞的形态，包括细胞外形变长，胞壁脱离细胞质膜，无膜结构细胞壁变厚等。上述现象在一定压力下是可逆的，但当压力超过某一点时，便不可逆地使细胞的形态发生变化。1、高压对细胞的影响第62页,共138页，2024年2月25日，星期天（2）影响细胞生物化学反应按照化学反应的基本原理，加压有利于促进反应朝向减小体积的方向进行，推迟了增大体积的化学反应，由于许多生物化学反应都会产生体积上的改变，所以加压将对生物化学过程产生影响；加压阻碍放热反应的进行；凡是对保持生物聚合物天然状态有利的化学键都会受压力的影响。

第63页,共138页，2024年2月25日，星期天（3）影响微生物基因机制核酸比蛋白质更耐受流体静压力，原因在于DNA螺旋结构大部分来自氢键，而压力上升必然有利于氢键形成是所固有的容积变小作用。尽管DNA在压力下具有稳定性，但由酶参与的DNA复制和转录步骤却因压力而中断；高压使得多核蛋白体系统受到影响，可抑制部分诱导、转录和转译；高压主要通过作用核蛋白体亚单元而影响蛋白质的合成。第64页,共138页，2024年2月25日，星期天（4）高压对细胞壁的影响细胞膜的主要成分是磷脂和蛋白质，其结构靠氢键和疏水键来保持。在压力作用下，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，压力引起的细胞膜功能劣化将导致氨基酸摄取受抑制，原因可能是蛋白质在膜内发生变性。20-40MPa的压力能使较大的细胞因受应力的细胞壁的机械断裂而松懈。

第65页,共138页，2024年2月25日，星期天（1）pHpH是影响微生物在受压条件下生长的主要因素之一。在受压条件下，培养基的pH有可能发生变化，细菌的最适pH范围也变得较为狭窄。酸性条件下微生物的耐压性较差。

对酵母菌类而言，采用超高压处理时pH值并不是重要的因素。2、影响超高压杀菌的主要因素第66页,共138页，2024年2月25日，星期天（2）温度由于微生物对温度有敏感性，在低温或高温下，高压对微生物的影响加剧，因此，在低温或高温下对食品进行高压处理具有较常温下处理更好的杀菌效果。第67页,共138页，2024年2月25日，星期天

大多数微生物在低温下耐压程度降低的原因：①压力使得低温下细胞因冰晶析出而破裂程度加剧；②蛋白质在低温下高压敏感性提高，致使此条件下蛋白质更易变性，菌体细胞膜的结构也更易损伤。低温下高压处理对保持食品品质，尤其是减少热敏性成分的破坏较为有利。第68页,共138页，2024年2月25日，星期天在不同温度—压力组合下酵母菌死亡速率的等高线

第69页,共138页，2024年2月25日，星期天

研究发现，除芽孢菌和金黄色葡萄球菌外，大多数的微生物在-20℃以下的高压杀菌效果较20℃时好。

适当提高温度对高压杀菌有促进作用针对芽孢菌的高耐压性，就现阶段研究来看，结合温度处理则是一种十分有效的杀菌手段。第70页,共138页，2024年2月25日，星期天（3）微生物生长阶段不同生长期的微生物对高压的反应不同；处于指数生长期的微生物比处于静止生长期的微生物对压力反应更敏感；革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌对压力更具抗性；第71页,共138页，2024年2月25日，星期天

孢子对压力的抵抗力则更强；革兰氏阳性菌中的芽孢杆菌属（Bacillus）和梭状芽孢杆菌属（Clostridum）的芽孢最为耐压；芽孢壳的结构极其致密，使得芽孢类细菌具备了抵抗高压的能力，杀灭芽孢需更高的压力并结合其它处理方式。第72页,共138页，2024年2月25日，星期天（4）食品本身的组成和添加物营养丰富环境中微生物的耐压性较强，蛋白质、碳水化合物、脂类和盐分对微生物具有缓冲保护作用，而且这些营养物质加速了微生物的繁殖和自我修复功能。食品基质含有的添加剂组分对超高压灭菌影响很大，如添加脂肪酸酯、蔗糖酯或乙醇等添加剂，将提高加压杀菌的效果。第73页,共138页，2024年2月25日，星期天（5）压力大小和受压时间在一定范围内，压力越高，灭菌效果越好。在相同压力下，灭菌时间延长，灭菌效果也有一定程度的提高。第74页,共138页，2024年2月25日，星期天（6）施压方式超高压灭菌方式有连续式、半连续式、间歇式。研究报道，同持续静压处理相比，阶段性压力变化处理杀菌效果较好。对于易受芽孢菌污染的食物用超高压多次重复短时处理，杀灭芽孢效果好。第75页,共138页，2024年2月25日，星期天（7）水分活度（Aw）

水分活度（Aw）对灭菌效果影响也很大。低Aw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。控制Aw无疑对高压杀菌，尤其是固态和半固态食品的保藏加工有重要意义。第76页,共138页，2024年2月25日，星期天1、高压装置加压方式：

（1）直接加压方式

在直接加压方式中，高压容器和加压装置分离，用增压机生产高压介质，并通过高压配管将高压介质送至高压容器。超高压介质一般为水。二、高压杀菌装置第77页,共138页，2024年2月25日，星期天（2）间接加压方式高压容器与加压气缸配合工作。在加压气缸向上的运动冲程中，活塞将容器中的介质压缩产生超高压，使物料受到超高压处理。在向下的运动冲程中，减压卸料。第78页,共138页，2024年2月25日，星期天直接加压方式与间接加压方式比较:

直接加压方式装备结构紧凑，密封部位固定、无损耗，高压容器容量大，适宜于生产用，但需经常保养维护。间接加压方式装备结构庞大，密封部位滑动、易磨损，高压容器容量小，但保养性能好，可用于实验室研究。第79页,共138页，2024年2月25日，星期天2、高压容器

高压容器通常为圆筒形，为了增加筒体的承载能力，除适当增加筒壁厚度外，还可采用自增强的方法。通过对圆筒施加内压使内壁屈服，从而使内壁在卸压后产生预应力。第80页,共138页，2024年2月25日，星期天

强化的筒体结构主要有两种形式①夹套式即多层简单筒体通过热套加工工艺复合，形成多层壁结构。操作压力在400MPa以上的压力容器可由两个或两个以上的高强度不锈钢同心圆筒组成。②绕丝式在简单筒体上缠绕数层钢丝或钢带。第81页,共138页，2024年2月25日，星期天

绕丝式结构不能承受轴向力，因此需由框架承担，端盖及密封结构设计相对容易，也可改善筒体的应力状态。

多层壁式结构的轴向力由上端盖承受，因此设计时强度分析很重要。但该设计省略了笨重的框架，结构轻巧，成本降低。第82页,共138页，2024年2月25日，星期天3、辅助设施

辅助设施包括加热或冷却系统、监测和控制系统及物料的输入输出装置等。采用高温或低温与压力共同作用的方式来提高加压杀菌。为了保持一定温度，在高压容器外可附夹套结构，并通以一定温度的循环介质。另外，压力介质也需保持一定温度。第83页,共138页，2024年2月25日，星期天

测量仪器一般包括热电偶测温计、压力传感器及记录仪，压力和温度等数据可输入计算机进行自动控制。还可设置电视摄像系统，以便直接观察加工过程中物料的组织状态及颜色变化情况。

物料的输入输出装置由输送带、提升机和机械手等构成。第84页,共138页，2024年2月25日，星期天4、高压杀菌操作（按处理过程和操作方式）（1）间歇式超高压设备大多数的高压设备为间歇式，可处理液态、固态和不同大小形状的物料。间歇式高压处理先将经过包装的物料装进容器内，然后将该容器放入超高压容器中，关闭容器。第85页,共138页，2024年2月25日，星期天在高压处理之前应排除容器内的空气。升压到操作压力，恒压一定时间。卸压和取出物料高压处理包装好的食品时，残留的空气一般不会影响微生物的杀菌动力学和杀菌效果，但残留空气会增加升压时间。第86页,共138页，2024年2月25日，星期天半连续式高压设备用于处理液态物料（果汁）第87页,共138页，2024年2月25日，星期天

物料首先通过低压食品泵泵入超高压容器内，高压泵将高压饮用水注入超高压容器内，推动自由活塞对物料进行加压。卸压时打开出料阀，用低压泵通过饮用水推动活塞将物料排出超高压容器。出料管道和后续的容器必须经过杀菌并处于无菌状态，以保持超高压处理后的杀菌效果。处理后的物料应采用无菌包装。第88页,共138页，2024年2月25日，星期天（2）连续式高压设备上述半连续式高压处理设备已可以对液体食品实现连续化作业。真正的连续化处理设备需要解决物料的连续加压、保压和卸压过程，至今还没有用于生产的连续式高压处理设备问世。第89页,共138页，2024年2月25日，星期天三、高压杀菌技术在食品工业上的应用1、高压对食品营养成分的影响2、高压处理在肉制品加工中的应用3、高压处理在水产品中的应用4、高压处理在果酱加工中的应用5、高压处理在其他方面的应用第90页,共138页，2024年2月25日，星期天1、高压对食品营养成分的影响（1）高压对蛋白质的影响

压力导致：①盐键及至少部分疏水键的破坏②氢键在某种程度上得到加强③共价键的可压缩性较小，对压力的变化不敏感

高压（＜700MPa）对蛋白质一级结构无影响，有利于二级结构的稳定，但会破坏其三级结构和四级结构高压迫使蛋白质的原始结构伸展，分子从有序而紧密的构造转变为无序而松散的构造，或发生变形，活性中心受到破坏，失去生物活性第91页,共138页，2024年2月25日，星期天

高压对酶的作用效果可分为两方面：一方面较低的压力能激活一些酶；另一方面非常高的压力可导致酶失活。利用高压处理可使果蔬中一些酶被激活或失活，对于食品的色泽、香味及品质都有很大的提高。第92页,共138页，2024年2月25日，星期天（2）高压对淀粉及糖类的影响高压可使淀粉改性。在常温下把淀粉加压到400~600MPa，可使淀粉糊化而呈不透明的黏稠糊状物，切吸水量发生改变。原因是压力使淀粉分子的长链断裂，分子结构发生改变。高压处理可提高淀粉对淀粉酶的敏感性，从而提高淀粉的消化率。对蜂蜜进行高压杀菌长链，结果发现，微生物致死，但对糖类几乎没有影响。第93页,共138页，2024年2月25日，星期天（3）高压对油脂的影响高压对脂类的影响是可逆的。室温下，呈液态的脂肪在高压下（100~200MPa）基本可固化，发生相变结晶，促使更稠、更稳定的脂类晶体形成；不过解压后仍会复原，只是对油脂的氧化有一定的影响。第94页,共138页，2024年2月25日，星期天（4）高压对食品中其他成分的影响食品中的风味物质、维生素、色素及各种小分子物质结合状态为共价键的形式，故而高压处理过程对其几乎没有任何影响。食品的黏度、均匀性及结构等特性对高压较为敏感，但这些变化往往是有益的。第95页,共138页，2024年2月25日，星期天2、高压处理在肉制品加工中的应用与常规方法相比，采用高压技术对肉类进行加工处理，在肉制品的柔嫩度、风味、色泽、成熟度及保藏性等方面都得到不同程度的改善。例如，常温下质粗价廉牛肉经250Mpa高压处理，牛肉制品明显得到嫩化；300MPa压力处理鸡肉和鱼肉10分钟，能得到类似于轻微烹饪的组织状态。第96页,共138页，2024年2月25日，星期天高压处理水产品可最大限度地保持水产品的新鲜风味，增大鱼肉制品的凝胶性。例如，在600MPa压力下处理水产品（如甲壳类水产品），其中的酶完全失活，细菌数量大大减少，色泽外红内白，仍保持原有的生鲜味。

3、高压处理在水产品中的应用第97页,共138页，2024年2月25日，星期天在果酱加工中采用高压杀菌，不仅可杀灭其中的微生物，而且还可使果肉糜粒成酱，简化生产工艺，提高产品质量。这方面最成功的例子是日本明治屋食品公司，室温下加压400～600MPa、10分钟加工草莓酱、猕猴桃酱和苹果酱，所得制品保持了新鲜水果的色、香、味，已有小批量产品上市。4、高压处理在果酱加工中的应用5、高压处理在其他方面的应用第98页,共138页，2024年2月25日，星期天第四节辐射保鲜技术一、电离辐射原理二、电离辐射的生物学效应三、辐射杀菌的目的和分类四、电离辐射装置系统五、辐射技术在食品保鲜中的应用第99页,共138页，2024年2月25日，星期天第100页,共138页，2024年2月25日，星期天第101页,共138页，2024年2月25日，星期天辐射保鲜技术是利用电离射线能处理所产生的生物和生理效应，使食品的保藏期得以延长的一种食品保藏技术。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、抑制发芽等作用，达到延长保藏时间，稳定、提高食品质量目的的操作过程。第102页,共138页，2024年2月25日，星期天自19世纪末(1895年）伦琴发现X-射线后，Mink(1896)就提出了X-射线的杀菌作用。但直到第二次世界大战以后，射线辐射保藏食品的研究和应用才有了实质性的开始。此后30年，研究不断扩大深入，它尤其在许多发展中国家受到很大的重视。第103页,共138页，2024年2月25日，星期天在一些国际组织如联合国粮农组织（FAO）、国际原子能机构（IAEA）、世界卫生组织（WHO）等的支持和组织下，到1976年，有25种辐射处理的食品在18个国家得到无条件批准或暂定批准，允许作为商品供一般食用。这些批准的食品包括马铃薯、洋葱、大蒜、蘑菇、芦笋、草莓及其他动植物食品和调料等。第104页,共138页，2024年2月25日，星期天1976年日内瓦FAO-IAEA-WHO专家委员会宣布：经适宜剂量辐照的马铃薯、小麦、鸡肉、番木瓜和草毒，对人体是无条件安全的，会上还暂定批准了辐照稻米、洋葱和鱼可作为商品供一般食用。第105页,共138页，2024年2月25日，星期天优点：（1）产生的热量极少，可以忽略不计，可保持食品原有的特性。在冷冻状态下也能进行辐射处理。（2）食品进行辐照处理时，对包装无严格要求。（3）操作适应范围广。（4）射线处理过的食品不会留下任何残留物。（5）节约能源。（6）辐射装置加工效率高。第106页,共138页，2024年2月25日，星期天国内外食品辐照的进展辐射在食品上的利用，有关其有效性、安全性和经济性等方面的研究，以美国为主已取得了进展。作为用放射线照射食品的开端，在用低剂量照射抑制马铃薯发芽方面，前苏联(1958）、加拿大（1960）、美国（1964)已获得了法律认可；在防治小麦及面粉中的害虫方面，前苏联（1959）、美国（1963）也获得了法律认可。在日本，从20世纪50年代后期就开始对农副产品、水产品、酿造食品和肉类等进行辐射研究。用辐射抑制马铃薯发芽作为一项研究成果获得了法律认可。第107页,共138页，2024年2月25日，星期天国际上，以联合国原子能机构为中心，并以联合国粮农组织和卫生组织协作的形式在食品辐射领域推动着国际性的合作，该联合国委员会从全世界的角度对辐照食品的卫生安全性研究进行了统筹协调。第108页,共138页，2024年2月25日，星期天1980年10月27日举行的第四届专门委员会会议作出的结论是：“用10kGy以下的平均最大剂量照射任何食品，在毒理学、营养学及微生物学上都丝毫不存在问题，而且今后无须再对经低于此剂量辐照的各种食品进行毒性试验。”此结论推动了世界各国对辐照食品研究的热潮。第109页,共138页，2024年2月25日，星期天第110页,共138页，2024年2月25日，星期天我国第一所核应用技术研究所于1962年在成都建成，开始了食品辐射研究工作。有许多利用小型60Co或电子辐射源进行食品辐照研究的研究所遍及全国，据统计有200多个单位从事过或正在进行着食品辐射的研究和生产工作。1984年11月，经国家卫生部的批准有7项辐照食品（马铃薯、洋葱、大蒜、花生、谷物、蘑菇、香肠）允许食用消费，继批准马铃薯等7项辐照食品的卫生标准之后，又有蔬菜、水果、粮食、酒类等20多种食品通过了不同级别的技术鉴定。第111页,共138页，2024年2月25日，星期天我国在辐照食品卫生安全性方面的研究工作在世界上处于领先地位。我国对37种辐照食品在理化分析、毒理学试验及动物试验的基础上进行的人体试食试验，得出的结论结束了由印度学者引起的世界上长达10多年的多倍体之争。总之，我国辐照食品研究工作在下列方面有商业化、实用化的广阔前景。第112页,共138页，2024年2月25日，星期天一、电离辐射原理1、电离辐射与射线的概念2、辐照剂量3、射线对材料的穿透特性第113页,共138页，2024年2月25日，星期天电离辐射：也称辐射，是辐射源放出射线，释放能量，能使受辐射物质的原子发生电离作用的一种物理过程。电离射线有不同的种类：α、β（β+及β-）、γ射线及X射线。射线都具有不同程度的穿透物质的能力，并能够使受到作用的物质产生各种基本的物理效应。1、电离辐射与射线的概念第114页,共138页，2024年2月25日，星期天

γ频率

λ波长λγ=Cγ=C/λ低频辐射区γ<1015Hz高频辐射线γ>1018HzE能量无线电波微波红外可见紫外X射线和γ射线105Hz1010101510181020

3km3cm3μm3nm0.3nm4×10-10ev4×10-54×10-34

4×1024k4M第115页,共138页，2024年2月25日，星期天α射线：高速运动的氦核穿透能力极弱，电离能力很强β射线：高速运动的电子束穿透力较强，电离能力较弱γ射线：波长非常短的电磁波穿透力强，电离能力弱X射线：波长100-150nm的电磁波，通过高速电子在真空管内轰击重金属靶标产生的。穿透力较UV强，但效率低第116页,共138页，2024年2月25日，星期天放射线能量电子伏特eV辐照量描述电磁辐射在空气中的电离能力。SI单位：库仑·kg

–1、伦琴（R

)吸收剂量表示单位质量被辐照物质吸收的辐射能量。SI单位：戈瑞（Gy

)、拉德（rad

)2、辐照剂量第117页,共138页，2024年2月25日，星期天了解射线的穿透性，对辐射防护，确定辐射处理时受辐射物料的厚度、包装体的尺寸，提高受照射物内部吸收剂量的均匀性十分重要。

3、射线对材料的穿透特性第118页,共138页，2024年2月25日，星期天γ射线穿过受照射材料时辐射强度按指数规律下降。γ射线的穿透性与射线的能量成正比，射线能量越大，射线的穿透性也越大。用剂量降低厚度表征射线穿透能力。Dmax：最大吸收剂量；Dmin：最小吸收剂量；二者的比值越大，说明吸收剂量越不均匀。

（1）γ射线对物质的穿透性与吸收剂量的均匀性第119页,共138页，2024年2月25日，星期天电子束在材料中的穿透式按布喇格（Bragg）曲线进行的。其中射程表示了电子的穿透能力的大小，用质量厚度表示，这种表示方法可以不受具体样品的限制。电子的射程是能量的函数。电子射线的穿透性不如γ射线强。

（2）电子射线的穿透性和照射的适宜厚度第120页,共138页，2