食品機械與設備(第十章)

1、食品食品殺菌殺菌機械與設備機械與設備（第十章）（第十章）概述概述殺菌的幾個概念殺菌的幾個概念殺菌方法的分類殺菌方法的分類殺菌設備的分類殺菌設備的分類殺菌的幾個概念殺菌的幾個概念1.1.食品殺菌食品殺菌食品殺菌是利用理化因素殺滅食品中因污染而存在的食品殺菌是利用理化因素殺滅食品中因污染而存在的致病菌、腐敗菌及其他病原微生物，同時要求殺菌過程中致病菌、腐敗菌及其他病原微生物，同時要求殺菌過程中盡可能地保留食品的營養(yǎng)成分和風味，以便加工后的相關盡可能地保留食品的營養(yǎng)成分和風味，以便加工后的相關產(chǎn)品在密封的包裝容器內(nèi)，有一定的保存期。產(chǎn)品在密封的包裝容器內(nèi)，有一定的保存期。殺菌的幾個概念殺菌的幾個概念

2、2.2.商業(yè)殺菌商業(yè)殺菌商業(yè)殺菌是從商品角度對食品所提出的殺菌要求。是指商業(yè)殺菌是從商品角度對食品所提出的殺菌要求。是指食品經(jīng)過殺菌處理后，按照所規(guī)定的微生物檢驗方法，在所食品經(jīng)過殺菌處理后，按照所規(guī)定的微生物檢驗方法，在所檢食品中無活的微生物檢出，或者僅能檢出極少數(shù)的非病原，檢食品中無活的微生物檢出，或者僅能檢出極少數(shù)的非病原，但它們在食品保藏過程中，是不可能進行生長繁殖的，這種但它們在食品保藏過程中，是不可能進行生長繁殖的，這種殺菌要求稱商業(yè)殺菌或滅菌。顯然，食品殺菌屬于商業(yè)殺菌，殺菌要求稱商業(yè)殺菌或滅菌。顯然，食品殺菌屬于商業(yè)殺菌， 經(jīng)殺菌后的食品屬于商業(yè)無菌。經(jīng)殺菌后的食品屬于商業(yè)無菌

3、。殺菌的幾個概念殺菌的幾個概念3.3.生物學殺菌生物學殺菌生物殺菌是殺滅物品中一切致病性和非致病性微生物生物殺菌是殺滅物品中一切致病性和非致病性微生物 （包括病毒、細菌及芽孢等），一般又稱滅菌。在生物學殺（包括病毒、細菌及芽孢等），一般又稱滅菌。在生物學殺菌中不考慮保留殺菌對象的營養(yǎng)及其他因素。菌中不考慮保留殺菌對象的營養(yǎng)及其他因素。殺菌方法的分類殺菌方法的分類 食品殺菌的方法有物理殺菌和化學殺菌兩大類。化學食品殺菌的方法有物理殺菌和化學殺菌兩大類。化學殺菌法是使用過氧化氫、環(huán)氧乙烷、次氯酸鈉等殺菌劑。殺菌法是使用過氧化氫、環(huán)氧乙烷、次氯酸鈉等殺菌劑。由于化學殺菌存在的化學殘留物對人體健康及環(huán)

4、境會造成由于化學殺菌存在的化學殘留物對人體健康及環(huán)境會造成影響，當代食品的殺菌方法趨向于物理殺菌法。物理殺菌影響，當代食品的殺菌方法趨向于物理殺菌法。物理殺菌包括熱殺菌和冷殺菌類。包括熱殺菌和冷殺菌類。殺菌方法的分類殺菌方法的分類 在殺熱菌方法中，有巴氏殺菌法、高溫短時殺菌法和超在殺熱菌方法中，有巴氏殺菌法、高溫短時殺菌法和超高溫瞬時殺菌法之分。所謂巴氏殺菌高溫瞬時殺菌法之分。所謂巴氏殺菌(Pasteurization)(Pasteurization)是低是低溫長時間保留的殺菌法，殺菌溫度低于溫長時間保留的殺菌法，殺菌溫度低于100(62-65100(62-65) )，保，保持時間為持時間為3

5、0min30min。高溫短時殺菌法。高溫短時殺菌法(HTST),(HTST),殺菌溫度一般在殺菌溫度一般在100100以下以下, ,如牛奶的如牛奶的HTSTHTST殺菌溫度為殺菌溫度為8585, ,保持保持l5sl5s以上。超以上。超高溫瞬時殺菌法高溫瞬時殺菌法(UHT)(UHT)，殺菌溫度在，殺菌溫度在120120以上，僅保持幾秒以上，僅保持幾秒鐘。鐘。HTSTHTST和和UHTUHT殺菌法，不但效率高，而且食品的組織和外殺菌法，不但效率高，而且食品的組織和外觀以及營養(yǎng)和風味的保存都較其他殺菌方法為優(yōu)良。觀以及營養(yǎng)和風味的保存都較其他殺菌方法為優(yōu)良。殺菌設備的分類殺菌設備的分類以被處理物料的

6、形態(tài)分別有以下幾種以被處理物料的形態(tài)分別有以下幾種(1)(1)流體食品的殺菌設備流體食品指未經(jīng)包裝的乳品、果汁流體食品的殺菌設備流體食品指未經(jīng)包裝的乳品、果汁等物料。等物料。(2)(2)罐裝食品的殺菌設備罐裝食品是指罐頭、軟罐頭及瓶裝罐裝食品的殺菌設備罐裝食品是指罐頭、軟罐頭及瓶裝飲料等有包裝容器的食品。飲料等有包裝容器的食品。(3)(3)利用電流進行殺菌的設備如歐姆殺菌裝置。利用電流進行殺菌的設備如歐姆殺菌裝置。(4)(4)利用電磁波的物理殺菌設備該類殺菌設備是使用微波、利用電磁波的物理殺菌設備該類殺菌設備是使用微波、高壓脈沖電場、電磁場等物理輻射進行加熱殺菌的。高壓脈沖電場、電磁場等物理輻

7、射進行加熱殺菌的。直接加熱殺菌機械與設備直接加熱殺菌機械與設備 直接加熱殺菌是采用高熱純凈的蒸汽直接與待殺菌物料直接加熱殺菌是采用高熱純凈的蒸汽直接與待殺菌物料混合接觸進行熱交換，使物料瞬間被加熱到混合接觸進行熱交換，使物料瞬間被加熱到135135一一160160。其。其優(yōu)點為：加熱速度快、熱處理時間短，食品色澤、風味及營優(yōu)點為：加熱速度快、熱處理時間短，食品色澤、風味及營養(yǎng)成分損失少。由于在熱交換過程中部分蒸汽冷凝進人物料，養(yǎng)成分損失少。由于在熱交換過程中部分蒸汽冷凝進人物料，同時又有部分物料中水分因蒸發(fā)而逸出，使易揮發(fā)的風味物同時又有部分物料中水分因蒸發(fā)而逸出，使易揮發(fā)的風味物質(zhì)亦隨之逸出

8、而造成損失。因此該方式不適用于果汁殺菌，質(zhì)亦隨之逸出而造成損失。因此該方式不適用于果汁殺菌，生產(chǎn)中多用于牛乳等的殺菌。生產(chǎn)中多用于牛乳等的殺菌。自由降落薄膜式殺菌器自由降落薄膜式殺菌器 自由降落薄膜式殺菌器簡稱降膜式殺菌器。該裝置采用自由降落薄膜式殺菌器簡稱降膜式殺菌器。該裝置采用一種較新的超高溫殺菌工藝，也稱戴西法。主要優(yōu)點是所加一種較新的超高溫殺菌工藝，也稱戴西法。主要優(yōu)點是所加工的牛乳優(yōu)于前兩種設備生產(chǎn)的產(chǎn)品，尤其在口感和乳色方工的牛乳優(yōu)于前兩種設備生產(chǎn)的產(chǎn)品，尤其在口感和乳色方面與經(jīng)過巴氏殺菌的牛乳沒有什么差別。目前所用的直接加面與經(jīng)過巴氏殺菌的牛乳沒有什么差別。目前所用的直接加熱法，

9、是將高壓蒸汽流通過原料乳，引起超高溫情況下的突熱法，是將高壓蒸汽流通過原料乳，引起超高溫情況下的突然沖擊，或在經(jīng)過間接加熱法的金屬換熱器時，牛乳與超過然沖擊，或在經(jīng)過間接加熱法的金屬換熱器時，牛乳與超過處理溫度的金屬表面接觸，無論何種情況，都會使牛乳變味，處理溫度的金屬表面接觸，無論何種情況，都會使牛乳變味，多多少少帶點焦糊味。這正是目前的超高溫滅菌牛乳品質(zhì)最多多少少帶點焦糊味。這正是目前的超高溫滅菌牛乳品質(zhì)最大的不足之處，但是戴西法沒有這種缺點。大的不足之處，但是戴西法沒有這種缺點。結(jié)構與應用結(jié)構與應用殺菌器內(nèi)部充滿了一定溫度的高壓清殺菌器內(nèi)部充滿了一定溫度的高壓清潔蒸汽，牛乳及其他熱敏感性

10、強的液潔蒸汽，牛乳及其他熱敏感性強的液體食品物料從進料管體食品物料從進料管1 1通過流量調(diào)節(jié)通過流量調(diào)節(jié)閥閥2 2供給篩網(wǎng)供給篩網(wǎng)5 5，在重力作用下形成連，在重力作用下形成連續(xù)性層流（續(xù)性層流（5mm5mm厚）沿著篩網(wǎng)自由下厚）沿著篩網(wǎng)自由下降，同時與來自降，同時與來自4 4的過熱蒸汽的過熱蒸汽( (最高壓最高壓力為力為446.2kPa)446.2kPa)相接觸，液體物料薄相接觸，液體物料薄膜降落的時間僅為膜降落的時間僅為1/3s1/3s，溫度可從，溫度可從57-6057-60升高至出口溫度升高至出口溫度135-166135-166。在殺菌器內(nèi)牛乳不經(jīng)高溫沖擊，也不在殺菌器內(nèi)牛乳不經(jīng)高溫沖擊

11、，也不與超過牛乳處處理溫度的金屬面直接與超過牛乳處處理溫度的金屬面直接接觸，故沒有通常超高溫加工牛乳的接觸，故沒有通常超高溫加工牛乳的淡淡的焦糊味淡淡的焦糊味, ,產(chǎn)品乳味鮮色美。產(chǎn)品乳味鮮色美。微波殺菌設備微波殺菌設備微波殺菌的原理微波殺菌的原理微波是指頻率比高頻還要高的電波微波是指頻率比高頻還要高的電波, ,能以光速向前直進能以光速向前直進, ,當遇到物體阻擋就引起反射、穿透、吸收等現(xiàn)象。微波在金當遇到物體阻擋就引起反射、穿透、吸收等現(xiàn)象。微波在金屬表面引起反射屬表面引起反射; ;在介質(zhì)損失較小的物質(zhì)在介質(zhì)損失較小的物質(zhì)( (塑料、玻璃、陶瓷塑料、玻璃、陶瓷等等) )中能穿透；碰到食品之類

12、介質(zhì)損耗較大的物質(zhì)中能穿透；碰到食品之類介質(zhì)損耗較大的物質(zhì), ,則吸收后則吸收后使其分子引起摩擦使其分子引起摩擦, ,把電波能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮馨央姴苻D(zhuǎn)變?yōu)闊崮? ,電波強度則急劇下電波強度則急劇下降。因此降。因此, ,用塑料薄膜、紙張等包裝的食品用塑料薄膜、紙張等包裝的食品, ,由于微波能穿透由于微波能穿透過去被內(nèi)容物吸收過去被內(nèi)容物吸收, ,將電能轉(zhuǎn)化為熱能而得到加熱。這種加將電能轉(zhuǎn)化為熱能而得到加熱。這種加熱是迅速而均勻的。同時熱是迅速而均勻的。同時, ,存在于食品中微生物菌體同樣也存在于食品中微生物菌體同樣也會吸收電能而使溫度上升會吸收電能而使溫度上升, ,這種熱效應破壞了菌體中蛋白質(zhì)這種熱

13、效應破壞了菌體中蛋白質(zhì)等成分等成分, ,從而殺死微生物。另外從而殺死微生物。另外, ,微波的非熱效果微波的非熱效果( (本身對生本身對生理的作用理的作用) )也能對發(fā)育的霉菌孢子進行殺滅。也能對發(fā)育的霉菌孢子進行殺滅。超高壓殺菌超高壓殺菌 食品超高壓技術食品超高壓技術(Ultra-hidlpressureprocessing， UHP)是當前備受各國重視、廣泛研究的一項食品高新技術，它可簡是當前備受各國重視、廣泛研究的一項食品高新技術，它可簡稱為高壓技術稱為高壓技術(Highpressure Processing， HPP)或高靜水壓或高靜水壓技術。日本、美國、歐洲等國在高壓食品的研究和開發(fā)方

14、面走技術。日本、美國、歐洲等國在高壓食品的研究和開發(fā)方面走在世界前例，在世界前例，1990年年4月月,高壓食品首先在日本誕生。目前，在高壓食品首先在日本誕生。目前，在全球范圍內(nèi)，食品的安全性問題日益突出，消費者要求營養(yǎng)、全球范圍內(nèi)，食品的安全性問題日益突出，消費者要求營養(yǎng)、原汁原味的食品的呼聲也很高，高壓技術則能順應這一趨勢，原汁原味的食品的呼聲也很高，高壓技術則能順應這一趨勢，它不僅能保證食品在微生物方面的安全，而且能較好地保持食它不僅能保證食品在微生物方面的安全，而且能較好地保持食品固有的營養(yǎng)品質(zhì)、質(zhì)構、風味、色澤、新鮮程度。利用超高品固有的營養(yǎng)品質(zhì)、質(zhì)構、風味、色澤、新鮮程度。利用超高壓

15、可以達到殺菌、滅酶和改善食品品質(zhì)的目的，在食品超高壓壓可以達到殺菌、滅酶和改善食品品質(zhì)的目的，在食品超高壓技術研究領域的一個重要方向即是超高壓殺菌。在一些發(fā)達國技術研究領域的一個重要方向即是超高壓殺菌。在一些發(fā)達國家，高壓技術已應用于食品家，高壓技術已應用于食品(鱷梨醬、肉類、牡蠣鱷梨醬、肉類、牡蠣)的低溫消毒，的低溫消毒，而且作為殺菌技術也日趨成熟。而且作為殺菌技術也日趨成熟。食品超高壓殺菌原理食品超高壓殺菌原理食品超高壓殺菌，即將食品物料以某種方式包裝完好后，食品超高壓殺菌，即將食品物料以某種方式包裝完好后，放人液體介質(zhì)放人液體介質(zhì)( (通常是食用油、甘油、油與水的乳液通常是食用油、甘油、

16、油與水的乳液) )中，在中，在100100一一lOOOMPalOOOMPa壓力下作用一段時間后，使之達到滅菌要求。壓力下作用一段時間后，使之達到滅菌要求。其基本原理就是壓力對微生物的致死作用，主要是通過破壞其基本原理就是壓力對微生物的致死作用，主要是通過破壞細胞膜、抑制酶的活性和影響細胞膜、抑制酶的活性和影響DNADNA等遺傳物質(zhì)的復制來實現(xiàn)等遺傳物質(zhì)的復制來實現(xiàn)的。的。高壓脈沖電場殺菌技術與應用高壓脈沖電場殺菌技術與應用殺菌機理殺菌機理關于高壓脈沖電場殺菌的機理，現(xiàn)有多種假說：主要有關于高壓脈沖電場殺菌的機理，現(xiàn)有多種假說：主要有細胞膜穿孔效應、電磁機制模型、粘彈極性形成模型，電解細胞膜穿孔

17、效應、電磁機制模型、粘彈極性形成模型，電解產(chǎn)物效應、臭氧效應等，大多數(shù)學者傾向于認同電磁場對細產(chǎn)物效應、臭氧效應等，大多數(shù)學者傾向于認同電磁場對細胞膜的影響，并以此為基礎對抑菌動力學進行探索。胞膜的影響，并以此為基礎對抑菌動力學進行探索。 細胞膜穿孔效應假說認為，細胞膜由鑲嵌蛋白質(zhì)的磷脂細胞膜穿孔效應假說認為，細胞膜由鑲嵌蛋白質(zhì)的磷脂雙分子層構成，它帶有一定的電荷，具有一定的通透性和強雙分子層構成，它帶有一定的電荷，具有一定的通透性和強度。膜的外表面與膜內(nèi)表面之間具有一定的電勢差。當細胞度。膜的外表面與膜內(nèi)表面之間具有一定的電勢差。當細胞上加一個外加電場，這個電場將使膜內(nèi)外電勢差增大。此時，上

18、加一個外加電場，這個電場將使膜內(nèi)外電勢差增大。此時，細胞膜的通透性也隨著增加，當電場強度增大到一個臨界值細胞膜的通透性也隨著增加，當電場強度增大到一個臨界值時，細胞膜的通透性劇增，膜上出現(xiàn)許多小孔時，細胞膜的通透性劇增，膜上出現(xiàn)許多小孔, ,使膜的強度使膜的強度降低。此外當所加電場為一脈沖電場時，電壓在瞬間劇烈波降低。此外當所加電場為一脈沖電場時，電壓在瞬間劇烈波動，在膜上產(chǎn)生振蕩效應?？椎募哟蠛驼袷幮墓餐饔脛樱谀ど袭a(chǎn)生振蕩效應?？椎募哟蠛驼袷幮墓餐饔檬辜毎l(fā)生崩潰，從而達到殺菌目的。穿孔效應假說可以通使細胞發(fā)生崩潰，從而達到殺菌目的。穿孔效應假說可以通過兩種方法來證實，一是電子

19、顯微鏡下的照片顯示，酵母菌過兩種方法來證實，一是電子顯微鏡下的照片顯示，酵母菌被處理后可以見到菌體上有明顯的裂痕。另一證據(jù)是檢測殺被處理后可以見到菌體上有明顯的裂痕。另一證據(jù)是檢測殺菌前后菌液中的離子濃度。對磷酸鹽緩沖液中的乳酸桿菌進菌前后菌液中的離子濃度。對磷酸鹽緩沖液中的乳酸桿菌進行高壓脈沖電場殺菌，乳酸桿菌被殺滅后行高壓脈沖電場殺菌，乳酸桿菌被殺滅后ClCl離子濃度高了很離子濃度高了很多。多。影響高壓脈沖電場殺菌的因素影響高壓脈沖電場殺菌的因素(1)(1)對象菌的種類對象菌的種類 不同菌種對電場的承受力有很大的不不同菌種對電場的承受力有很大的不同。無芽孢細菌較有芽孢細菌更易被殺滅，格蘭氏

20、陰性菌較同。無芽孢細菌較有芽孢細菌更易被殺滅，格蘭氏陰性菌較陽性菌易于被殺滅。在其他條件均相同的情況下用電場滅菌，陽性菌易于被殺滅。在其他條件均相同的情況下用電場滅菌，霉菌、乳酸菌、大腸桿菌、酵母菌等不同菌種的存活率由高霉菌、乳酸菌、大腸桿菌、酵母菌等不同菌種的存活率由高到低排列。特別需要指出的是，對象菌所處的生長周期也對到低排列。特別需要指出的是，對象菌所處的生長周期也對殺菌效果有一定的影響，處于對數(shù)生長期的菌體比處于穩(wěn)定殺菌效果有一定的影響，處于對數(shù)生長期的菌體比處于穩(wěn)定期的菌體對電場更為敏感。期的菌體對電場更為敏感。(2)(2)菌的數(shù)量菌的數(shù)量 研究中發(fā)現(xiàn)，對菌數(shù)高的樣品與菌數(shù)低的研究中發(fā)現(xiàn)，對菌數(shù)高的樣品與菌數(shù)低的樣品加以同樣強度、同樣時間的脈沖，前者菌數(shù)下降的對數(shù)樣品加以同樣強度、同樣時間的脈沖，前者菌數(shù)下降的對數(shù)值比后者要多得多。值比后者要多得多。(3)(3) 處理時間處理時間 殺菌時間是各次放電釋放的脈沖時間的總殺菌時間是各次放電釋放的脈沖時間的總和。隨著殺菌時間的延長，對象菌存活率開始急劇下降，然和。隨著殺菌時間的延長，對象菌存活率開始急劇下降，然后平緩，逐漸變平，最后增加殺菌時間亦無多大作用。后平緩，逐漸變平，最后增加殺菌時間亦無多大作用。 (4