第四章安全畜产品生产技术.ppt

第四章安全畜产品生产技术,第一节 栅栏技术,栅栏理论（Hurdle Theory）：1994年，由德国肉类研究中心微生物和毒理学研究所所长Leistner提出。,栅栏技术（Hurdle Technology）：指食品加工过程中，利用食品内部能阻止微生物生长繁殖的因素之间的相互作用，控制食品安全性的综合性技术措施。,一、栅栏因子,食品要达到可贮性和卫生安全性，这就要求在其加工中根据不同的产品采用不同的防腐技术，以阻止残留的腐败菌和致病菌的生长繁殖。已知的防腐方法根据其防腐原理可归结为高温处理（H），低温冷藏或冻结（t），降低水分活性（Aw），酸化（pH），降低氧化还原点位（Eh）和添加防腐剂等几种，即可归结为少数几个因子。我们把存在于食品中的这些起控制作用的因子，称作栅栏因子（Hurdle Factor）。,1、食品内在的栅栏因子,（1）pH值,不同食品原料的pH值,（2）水分活度（Aw）,（3）氧化还原电位（Eh）,氧化还原电位是指氧化还原反应中电子从一种化合物转移到另一种化合物时，两种物质之间产生的电位差。不同食品氧化还原电位不同，不同食品经过不同处理后其氧化还原电位也可能不同。微生物的生长繁殖受氧化还原电位的影响：好氧微生物的生长需要正的Eh，厌氧微生物需要负的Eh，乳杆菌和链球菌在微弱还原条件下能较好生长。,（4）抗菌成分,肉制品中香辛料含有许多抗菌物质；鲜乳中的过氧化氢酶体系；鲜蛋蛋清中的溶菌酶。,2、食品外在的栅栏因子,加热处理：高温、低温包装技术：气调、真空、无菌、涂膜物理处理：超声波、电场、磁场高压处理辐射处理：放射、微波、紫外线微结构处理：乳化、固态发酵竞争性菌群防腐处理,二、栅栏效应,食品在贮藏过程中，其内在栅栏因子和外在栅栏因子的单一效应及它们之间的互作效应决定了食品微生物的稳定性。栅栏因子间的相互作用并非是单独效应的简单叠加，而是相乘作用，这种效应称为栅栏效应（Hurdle Effect）。每一种因子或方法就是一道防止微生物生长繁殖的栅栏。,如某一食品在加工中使用了加热、干燥、防腐、酸化等项处理措施，假定它们对抑制微生物的效应强度相同，并共同发生作用，使微生物不能越过最后一道防线（栅栏）而繁殖，所以使这一食品安全可靠。,理论实质：在每一道栅栏（措施）都会抑制部分微生物，使其强度越来越小，不能跨过最后一道屏障，从而防止食品的腐败变质。实际上每项措施的栅栏（强度）效应是不一样的，抑制微生物生长繁殖的主要措施是干燥和防腐。影响因素：（1）污染度：污染度低即使屏障较少，强度较低，也能起到抑制作用。如果污染度很大，产品自身屏障不能抑制微生物，则会导致腐败。（2）时间：有些措施随时间延长越来越强（干燥），有的措施会越来越弱（防腐剂），逐步失效。,三、内平衡与栅栏技术,微生物的内平衡（Homeostasis）是微生物处于正常状态下内部环境的稳定和统一，并且具有一定的自我调节能力，只有其内环境处于稳定的状态下，微生物才能生长繁殖。,如果在食品中加入防腐剂破坏微生物的内平衡，微生物就会失去生长繁殖的能力。在其内平衡重建之前，微生物就会处于延迟期，甚至死亡。食品的防腐就是通过临时或永久性打破微生物的内平衡而实现的。,食品内的不同栅栏因子针对微生物细胞内的不同目标，如细胞膜、DNA、酶系统、pH值、Aw或Eh等，从数方面打破其内环境平衡，从而实现有效的栅栏交互作用。在食品内应用不同强度温和栅栏比应用单一高强度栅栏更为有效。,四、栅栏技术的应用,1、经验式应用传统意大利蒙特拉香肠（Mortadella）主要原辅料有猪肉、脂肪、猪肚、食盐、奶粉、香辛料、糖和亚硝酸盐，经绞制、灌制后加热至中心温度达78，失重10%15%，成品Aw值为0.940.95，含盐量约为3%。,由于加热温度低，并不能杀死细菌芽孢，但是添加的食盐、糖、奶粉、亚硝酸盐和干燥脱水等共同起到调节作用，使产品Aw值降到足以抑制杆菌和梭菌的范围，其可贮性和卫生安全性得到保证。,2、整体食品,巴特马干肉条（Pastirma）由牛肉切条后添加食盐和亚硝酸盐腌制，清洗后挂晾使之干燥发酵，再涂上一层膏状料风干而成。,涂料主要有大蒜、辣椒，可抑制肉中沙门氏菌和霉菌生长。高浓度的糖、食盐可使水分向外渗透而脱水，也可渗透到食品内部，实现提高可贮性和改善质量的双重作用。,3、半干水分食品,中国传统腊肠的Aw值在0.75左右，pH值约为5.9，常温下可较长时间存放。,半干水分食品的Aw值为0.60.9。,4、高水分食品,发酵香肠属于高水分食品（Aw0.9），研究和应用较为深入的是萨拉米（Salami）香肠。,成熟早期栅栏是亚硝酸盐，随着时间延长，亚硝酸盐浓度下降，细菌繁殖使Eh下降，抑制需氧微生物生长，支持竞争性菌群生长，乳酸菌活动降低pH值，随着时间的进一步延长，亚硝酸盐、Eh、竞争性微生物和pH的栅栏作用逐渐消失，此时Aw就成为决定发酵香肠稳定性的主要因素。,5、耐贮存食品,建立于栅栏技术之上的高水分含量，经热加工处理，而又非致冷可贮的食品，称为耐贮存食品或易贮食品。高压蒸煮香肠属于耐贮存食品，通过热加工使芽孢菌半致死，热处理成为防腐抑菌主要因子。德国的布里道香肠：降低水分活度Aw荷兰的格德斯香肠：降低pH值至5.45.6（葡萄糖醛酸内酯）,6、栅栏技术的应用步骤,（1）确定产品类型、感官特性及货架期；（2）制定工艺流程和工艺参数；（3）确定栅栏因子，主要包括Aw、pH、防腐剂、处理温度、竞争性菌群等；（4）测定效果：对产品感官指标和微生物指标进行测定；（5）调整和改进：通过分析，调整栅栏因子及其强度；（6）工厂化试验：在生产条件下验证设计方案，并使方案切实可行。,案例栅栏技术在冷却猪肉保鲜中的应用,栅栏因子：保鲜剂、抗氧化剂、辐照、真空包装栅栏效应：保鲜剂（Nisin 0.05，EDTA 0.112，山梨酸钾 0.054）+抗氧化剂（50ppm茶多酚）+辐照（2KGy）+真空包装，能有效延长冷却肉的保鲜期，并在21d时各项指标仍在国标允许的鲜肉范围以内。,五、预报微生物学（predictive microbiology),-建立在计算机基础上的对食品中微生物的生长、残存和死亡进行量化的预测方法，从而确保食品在生产、运输贮存过程中的安全和稳定，它将食品微生物、统计学等学科结合在一起，建立环境因素与食品中微生物之间的关系的数学模型。,预报微生物学的主要应用,1、质量安全控制 微生物预测模型可以在相关条件已知的情况下预测环境、加工对有关微生物的影响，定量地评估该食品安全程度，有助于在HACCP体系中建立关键控制点，确定关键限值。2、风险评估 微生物预测模型可用来描述食源性致病菌的动态生长，从而帮助提供食品中生物危害分析，进行食品安全风险评估。,3、货架期预测 微生物模型预测食品货架期是依据各种食品中微生物在不同加工、贮藏和流通条件下的特征信息库，通过计算机的配套软件，判断食品中病原菌和腐败菌生长或残存的动态变化，判断食品货架期。,4、产品研发 根据微生物在某种产品或在某个加工中的生长和失活速率评估，能开发新产品或改善产品，确定产品货架期。在产品研发时，根据微生物生长和失活模型能显示哪一种因子具有重要的影响，通过模拟预测微生物存活情况，求得有效的食品配方和处理条件，将食品中有关微生物的选择试验准确地局限于较小范围，大大减少产品开发的时间和成本。,微生物预测软件,1、FM（Food Micromodel）1992年英国农业、渔业和食品部（UKMAFF）基于数据库和数学模型开发了食品微生物模型FM。该食品微生物咨询服务器中的20多种数学模型可以描述12种食品腐败菌和致病菌的生长与环境因素之间的关系，信息量大，数学模型成熟，但使用的是Gompertz模型，高估了微生物的生长速率。,2、PMP（Pathogen Modeling Program）美国农业部开发的病原菌模型程序PMP包括10种重要的食源性病原菌的38个预测模型。PMP不仅能通过温度、pH、水分活度等参数预测微生物生长状况，而且可以利用自动响应模型处理大多数常用防腐剂，结果具有较高的精确度，但PMP缺乏温度波动下的生长和失活模型。,3、ComBase（Combined Database）2003年5月，英、美两国将PMP、FM和Growth Predictor整合成了一个数据库模型ComBase。同年7月，两国在第四届国际预测性食品模型会议上宣布ComBase可以免费使用，并且时刻保持更新。ComBase目前已拥有了约40489个有关微生物生长和存活的数据档案，是世界上最大的预测微生物学信息数据库。ComBase 系统不仅能预测一种微生物在一种环境条件下的生长情况，还能预测一种微生物在不同环境中的生长情况，并且可以对这些不同情况下的生长情况进行比较和分析。,第二节 杀菌保鲜技术,一、辐射杀菌保鲜技术,利用60Co、137Cs产生的射线或电子加速器产生的低于100MeV电子束照射食品，使其细胞的溶媒-水分子激活和电离以及伴随着它产生多种化学变化，使微生物和害虫致死、核酸及酶等生物化学物质失去活性，从而达到推迟后熟、延长食品保质期的杀菌保鲜技术。,1980年由联合国粮农组织（FAO）、国际原子能机构（IAEA）和世界卫生组织（WHO）组成的“辐照食品卫生安全性联合专家委员会”就辐照食品的安全性得出结论：食品经不超过10kGy的辐照，没有任何毒理学危害，也没有任何特殊的营养或微生物学问题。,食品辐射的化学效应,直接作用：生物大分子直接吸收辐射能后引起的辐射效应，即辐射能量的吸收与辐射损伤发生在同一分子中。初级辐射即物质接受辐射能后，形成离子、激发态分子或分子碎片与辐射程度有关。间接作用：生物大分子从周围水分子中吸收辐射能后引起的辐射效应，即辐射能量的吸收与辐射损伤发生在不同分子中。次级辐射初级辐射的产物相互作用生成与原物质不同的化合物与温度等其他条件有关。,食品辐射的生物学效应,微生物（1）直接效应：指微生物接受辐射后本身发生的反应，可使微生物死亡。细胞内DNA受损：DNA分子碱基发生分解或氢键断裂等。由于DNA分子本身受到损伤而致使细胞死亡-直接击中学说。细胞内膜受损：膜内有蛋白质和脂肪（磷脂），这些分子的断裂，造成细胞膜泄露，酶释放出来，酶功能紊乱，干扰微生物代谢，导致新陈代谢中断，从而使微生物死亡。,（2）间接效应：来自被激活的水分子或电离所得的游离基。当水分子被激活和电离后，成为游离基，起氧化还原反应作用，这些激活的水分子就与微生物内的生理活性物质相互作用，而使细胞生理机能受到影响。,病 毒,病毒是最小的生物体，它没有呼吸作用，是以食品和酶为寄主。通常使用高达30kGy的剂量才能抑制。如脊髓灰色质病毒和传染性肝炎病毒据推测来自食品污染。用射线照射有助于杀死病毒。,霉菌和酵母,酵母与霉菌对辐射的敏感性与无芽孢细菌相同。霉菌会造成新鲜果蔬的大量腐败，用2kGy左右的辐射剂量即可抑制其发展。酵母可使果汁及水果制品腐败，可用热处理与低剂量辐射结合的办法杀灭。,昆 虫,对于昆虫细胞来说，辐射敏感性与它们的生殖活性成正比，与它们的分化程度成反比。处于幼虫期的昆虫对辐射比较敏感，成虫（细胞)对辐射的敏感性较小，高剂量才能使成虫致死，但成虫的性腺细胞对辐射是敏感的，因此使用低剂量可造成绝育或引起配子在遗传上的紊乱。辐射对昆虫总的损伤作用是致死，“击倒”（貌似死亡，随后恢复），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。这些作用都是在一定剂量水平下发生的，而在其它低剂量下，甚至可能出现相反的效应，如延长寿命，增加产卵，增进卵的孵化和促进呼吸。,成年前的昆虫经辐射可产生不育，辐射过的卵可以发育为幼虫，但不能发育成蛹，照射的蛹可发育为成虫，但其成虫是不育的。用0.130.25kGy照射可使卵和幼虫有一定的发育能力，但能够阻止它们发育到成虫阶段。用0.41.0kGy照射后，能阻止所有卵、幼虫和蛹发育到下一阶段。成虫甲虫不育需要0.130.25kGy剂量，而蛾需要0.451.0kGy才行。螨需要用0.250.45kGy剂量的照射才能达到不育。蛾、螨、甲虫不育：0.10.5KGy 致死：3050KGy,寄生虫,辐射可使寄生虫不育或死亡。猪肉中旋毛虫：不育剂量0.12kGy 死亡7.5 kGy。牛肉中绦虫：致死剂量3.05.0KGy。,植 物,抑制发芽电离辐射抑制植物器官发芽的原因是由于植物分生组织被破坏，核酸和植物激素代谢受到干扰，以及核蛋白发生变性。研究发现59Gy以上的辐射将使马铃薯和洋葱的核酸合成显著减弱，并改变其组成，引起分解。土豆、洋葱辐射可抑制发芽，0.040.08kGy，常温下贮存达到一年。,调节呼吸和后熟,水果在后熟之前其呼吸率降至极小值，当后熟开始时呼吸作用大幅度的增长，并达到顶峰，然后进入水果的老化期，在老化期呼吸率又降低。如果在水果后熟之前呼吸率最小时用辐射处理，此时辐射能抑制其后熟期，主要是能改变植物体内乙烯的生长率（乙烯有催熟作用）从而推迟水果后熟。番茄、青椒、黄瓜、洋梨等。对于柑橘类和涩柿则促进成熟。辐射在调节果蔬后熟、衰老等方面的应用还不成熟，许多问题有待解决。,食品辐射的应用,辐照食品卫生安全性,1、毒性问题大量动物实验将经过50kGy剂量照射过的食品，不要说急性毒性就连慢性毒性也没有发现，未发现产生有毒、致畸、致癌物。1980年联合国粮农组织FAO国际原子能组织IAEA，世界卫生组织WHO专家会议，决定在10kGy以内的辐射食品，不要再进行此剂量范围的毒性试验，在微生物学和营养学上都不存在问题，可以作为“推荐接受”。,2、微生物发生突变的危险微生物进行反复照射会产生耐辐射性，辐射引起的突变又可能使微生物获得抗辐射性而产生耐辐射菌，如用药物杀菌和热力杀菌一样菌种选育。3、对营养物质的破坏低剂量（1kGy，照射防腐)，微不足道；中等剂量(110kGy，照射消毒)，可能损失一些维生素；高剂量(1050kGy，照射灭菌)，采用约束间接辐射的措施（低温、真空、添加游离基受体等）营养价值降低不大，维生素有损失。,二、高压杀菌保鲜技术,将软包装或散装的食品放入密封的、高强度的施加压力容器中，以水和矿物油作为传递压力的介质，施加高静压（1001000 MPa），在常温或较低温度（低于100）下维持一定时间后，达到杀菌、物料改性、产生新的组织结构、改变食品的品质和改变食品的某些物理化学性质的杀菌保鲜技术。,基本原理,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、酶等产生压力变性而被压缩，生物物质的高分子立体结构中非共价键结合部分（氢键、离子键和疏水键等相互作用），即物质结构发生变化，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，故可长期保存而不变质。,（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。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。,（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。,（3）影响细胞内酶活力,高压还会引起主要酶系的失活，一般来讲压力超过300MPa对蛋白质的变性将是不可逆的，酶的高压失活的根本机制是：改变分子内部结构；活性部位上构象发生变化。通过影响微生物体内的酶，进而会对微生物基因机制产生影响，主要表现在由酶参与的DNA复制和转录步骤会因压力过高而中断。,（4）高压对细胞膜的影响 在高压下，细胞膜磷脂分子的横切面减小，细胞膜双层结构的体积随之降低，细胞膜的通透性将被改变。（5）高压对细胞壁的影响 2040 MPa的压力能使较大细胞的细胞壁因受应力机械断裂而松解，200MPa的压力下细胞壁遭到破坏。真核微生物一般比原核微生物对压力较为敏感。,超高压食品冷杀菌设备,超高压技术处理食品的特点,（1）营养成分受影响超高压处理的范围只对生物高分子物质立体结构中非共价键结合产生影响，因此对食品中维生素等营养成分和风味物质没有任何影响，最大限度地保持了其原有的营养成分，并容易被人体消化吸收。,（2）产生新的组织结构，不会产生异味,超高压处理可改变食品物质性质，改善食品高分子物质的构象，获得新型物性的食品。超高压会消除传统的热加工引起共价键的形成或破坏所致的变色、发黄及加热过程出现的不愉快异味，如热臭等弊端。,（3）利用超高压处理技术，原料的利用率高,超高压处理过程是一个纯物理过程，瞬间压缩，作用均匀，操作安全卫生，无工业“三废”，耗能低，有利于生态环境的保护和可持续发展战略的推进。,超高压甜点食品,（4）超高压食品加工技术适用范围广，具有很好的开发推广前景,应用于：各种食品的杀菌 植物蛋白的组织化 淀粉的糊化 肉类品质的改善 动物蛋白的变性处理 乳产品的加工处理 食品高压速冻 酒类的催陈,影响超高压杀菌的主要因素,1、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。,2、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。,3、微生物的种类,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。,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。,4、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。,大多数微生物在低温下耐压程度降低的原因：压力使得低温下细胞因冰晶析出而破裂程度加剧。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。,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。,5、pH值,pH值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。,6、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。,7、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。,超高压对食品成分与品质的影响,对蛋白质的影响：盐键及少部分疏水键的破坏；氢键在某种程度上得到加强；共价键的可压缩性较小，对压力的变化不敏感。,对食品中酶的影响,酶受到高压作用后，维持其空间结构的盐键、氢键、疏水键等遭到破坏，从而使肽键分子伸展成不规则的线形多肽，使其活性部位不复存在，导致了酶的失活。在100200 MPa的压力下酶的失活是可逆的，压力达到350 MPa以上时，会使酶产生永久性的不可逆失活。,对淀粉的影响,在常温下把淀粉加压到400600MPa，并保持一定的作用时间后，淀粉颗粒将会：溶胀分裂；晶体结构遭到某种程度的破坏；内部有序态分子间的氢键断裂，分散成无序的状态，即淀粉糊化为-淀粉。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。超高压可以提高各种淀粉的胶凝温度。,对脂类的影响,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（100200 MPa）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。,对维生素的影响,一般情况下，还原型维生素C含量经高压处理后出现了下降和上升两种情况。Fe3+对于维生素C的降解起着重要作用，在高压下会更加明显。Cu2+的存在，在高压下会激活铜酶，铜酶是维生素C降解的重要酶类之一。,在高压作用下，氧化型维生素C可能会转变成还原型维生素C。总体来看，无论上升还是下降，其幅度都很小，可以认为高压处理对维生素C的影响很小。,对风味物质、色素等的影响,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。,改善肉的品质,肉类等经高压处理能杀灭肉类细菌，不损坏维生素等营养成分及原风味，改善肉组织。机械力作用使肌肉肌纤维内肌动蛋白和肌球蛋白的结合解离，肌纤维蛋白崩解和解离成小片段，造成肌肉剪切力下降。压力处理使肌肉中内源蛋白酶钙激活酶的活性增加，加速肌肉蛋白水解，加快肌肉成熟所致。,改善鱼制品品质：采用超高压技术生产鱼糕，在杀菌后其口感、风味都比较理想。改善陈米的品质：陈米在20吸水润湿后在50300MPa处理10min，再按常规煮制成饭，其硬度下降、黏度上升、平衡值提高到新米范围，同时光泽和香气也得到改良，还可缩短煮制时间。,三、微波杀菌技术,微波是指波长为0.0011m，频率为300300 000MHz的电磁波，目前915MHz和2450MHz两个频率已广泛为微波加热所采用。1945年，美国雷声公司工作人员Percy Le Baron Spencer(珀西斯宾塞)偶然发现糖果能被微波融化。1947年，美国雷声公司研制成功了世界上第一台用于食品烹制的微波炉。,原理,被加热的介质（生物材料）是由许多一端带正电，另一端带负电的分子（偶极子）组成，在没有电场的作用下，这些偶极子在介质中作杂乱无规则的运动。当介质处于直流电场作用下时，偶极子重新排列，带正电一端朝向负极，带负电一端朝向正极，因此杂乱无章排列的偶极子变成了有一定取向的有规则的偶极子。若改变电场的方向则偶极子的取向也随之改变；若电场迅速交替改变方向，则偶极子亦随之作迅速的摆动。由于分子的热运动和相邻分子间的相互作用，偶极子随外加电场方向改变而作的有规则摆动便受到干扰和阻碍，即产生了类似摩擦的作用，使分子获得能量，并以热的形式表现出来，结果就表现为介质温度的升高。,特点加热速度快，时间短；制品质量高；热惯性小，便于控制；加热均匀性好；热损失少，改善了工作环境条件。,19461960年，微波加热只限于食品烹调和冻鱼解冻上有所应用；20世纪60年代起，微波加热广泛应用于食品工业；60年代中期，美国和欧洲许多国家用微波加热干燥土豆片，并获得了色泽有很大改善的产品。此后逐步应用到食品加工的其他领域；90年代初，美国微波炉普及率已达90%，上海约20%。,应 用,2004年微波炉在中国的普及率还不到20%。在大城市中，只有上海的微波炉家庭普及率达到60%以上，北京和广州等地均在30%左右，其他城市则更低。,食品微波烹调 微波炉烹调食品：如蒸炖鱼肉、红烧肉和鸡、蒸制米饭等；微波炉方便食品：如美国霍梅尔公司的炖牛肉、色拉类食品，台尔蒙特公司的番茄沙司，歇派姆公司的咖哩鸡等。食品微波干燥 一般食品微波干燥：土豆片，面条，蛋黄粉，肉制品等；食品微波真空干燥：果珍，速溶桔子粉，葡萄粉；食品微波冷冻干燥：菌种。,食品微波解冻：肉制品、水产品。食品微波杀菌和保鲜 杀菌机理：热效应和非热生化效应（生理活性物质发生变化、膜功能障碍、Aw降低、诱发基因突变、染色体畸变）。灭酶保鲜：果蔬的灭酶、茶叶的杀青、防止虾的褐变。,食品微波焙烤与烘烤 坚果类（花生、可可豆、杏仁、腰果等）、面包、饼干、糕点等。常与传统焙烤方法结合使用。食品微波膨化 利用其内部加热特性，使物料内部迅速受热升温而产生大量的蒸汽，内部大量蒸汽的往外冲出，形成无数的微小孔道，使物料组织膨胀、疏松。爆玉米花、快速面等。,商业微波炉的应用：饮食服务业医院供餐自助食堂民航（1965年，Litton公司）军事、旅游、铁路,四、远红外照射杀菌技术,杀菌机理：远红外线是一种电磁波，波长在330m之间。它是利用加热元件所发出的红外线照射到微生物细胞上，其热能以电磁波的形式被微生物细胞分子均匀吸收，引起细胞分子的激烈共振，产生大量的热量，进而使微生物细胞分子变性，达到杀死微生物的目的。,特点,加热速度快；加热设备紧凑，使用灵活，占地面积小，便于连续化和自动化操作；有利于加热外形复杂的物料，尤其适于薄层多孔物料的加热。,应用,食品的干燥（蔬菜、谷物等）；食品的焙烤（饼干、蛋糕、点心等）；食品的杀菌（牛奶、果汁、啤酒等的巴氏杀菌）；食品的熏烤（肉、鱼、香肠等）；食品的解冻、熟成等。,五、高压脉冲电场杀菌技术,杀菌原理：主要是基于细胞结构和液态食品体系间的电学特性差异，当把液态食品作为电介质置于电场中时，食品中微生物的细胞膜在强电场作用下被电击穿，产生不可修复的穿孔或破裂，使细胞组织受损，导致微生物失活。,可避免加热法引起的蛋白质变性和维生素的破坏。使用时应综合考虑电场强度的大小、杀菌时间、食品的pH值、细菌种类等，以确定最佳方案。国际上正处于实验室研究和发展阶段，进一步成熟后有可能弥补传统加热法的不足。,六、脉冲强光杀菌技术,脉冲强光杀菌技术是一种非热物理杀菌新技术，它利用瞬时、高强度的脉冲光能量杀灭固体食品和包装材料表面以及透明液体食品中各类微生物，能有效的保持食品质量，延长食品货架期。国外已经用于肉类等食品的杀菌保鲜。,杀菌机理,由于细菌、酵母菌等微生物都是由水、蛋白质、碳水化合物、脂肪和无机物等复杂化合物构成的一种凝聚态物质，而脉冲强光有一定的穿透性，当闪照时，脉冲强光作用于其活性结构上，使蛋白质发生变性，从而使细胞失去活性，达到杀菌目的。,影响因素,（1）被处理对象的物态：研究发现脉冲强光能降低液态淀粉酶和蛋白酶的活力，而对固态淀粉酶和蛋白酶的活力影响很小。（2）闪照次数、输入电压和闪光间隔：闪照次数越多，输入电压越大，酶活下降越大；分段闪照对酶活影响不大。（3）受照射物体离光源的距离、触发脉冲宽度等参数也影响杀菌效果。,第三节 新型包装技术,一、真空包装,除去包装袋内的空气，经过密封，使包装袋内的食品与外界隔绝。在真空状态下，好气性微生物的生长减缓或受到抑制，减少了蛋白质的降解和脂肪的氧化酸败。此外，经过真空包装，使乳酸菌和厌氧菌增殖，pH值降低至5.65.8，进一步抑制了其他菌的生长，从而延长了食品的贮存期。,1、真空包装的作用,（1）抑制微生物生长，并避免外界微生物的污染。当含氧量低于0.5%1.0%，霉菌不会繁殖。（2）减缓脂肪氧化速度，抑制酶活。（3）减少水分损失，保持产品质量。（4）可与其他方法结合使用。如充入CO2气体、脱水、腌制、热加工、冷冻、化学保藏等。（5）使产品整洁，增加市场效果。,2、影响真空包装效果的因素,（1）真空度；（2）初始菌数；（3）包装袋的透气性；（4）保存温度。,3、对真空包装材料的要求,（1）透气性低；（2）透水性小；（3）香味阻隔性能；（4）遮光性；（5）机械性能。,4、真空包装的基本形式,（1）软膜包装：上、底膜均使用较薄的软膜材料。（2）硬膜包装：上膜使用软膜，底膜使用硬膜。（3）贴体包装：上膜使用软膜，底膜使用硬膜。不同之处在于在大气压力的作用下，上膜能平滑地随着产品的外形收缩紧紧地贴附在产品的表面。,5、真空包装存在的问题,（1）色泽：鲜肉经过真空包装，氧分压低，肌红蛋白生成高铁肌红蛋白，鲜肉呈红褐色。可通过双层包装解决。（2）抑菌方面：无法抑制好气性假单胞菌的生长。（低温下，假单胞菌会逐渐被乳酸菌取代）（3）肉汁渗出及失重问题。,二、气调包装,在一定的封闭体系内，通过各种调节方式得到的不同于正常大气组成（或浓度）的调节气体，以此来抑制引起食品品质劣变的生理生化过程或抑制食品中微生物生长繁殖（新鲜果蔬的呼吸和蒸发、食品成分的氧化或褐变作用、微生物的生长繁殖等），从而达到延长食品保鲜或保藏期的目的。,气调包装用的气体通常为CO2、O2和N2，或是它们的各种组合。每种气体对鲜肉的保鲜作用不同。,CO2,CO2是气调包装的抑制剂，对大多数需氧菌和霉菌的繁殖有较强的抑制作用。CO2也可延长细菌生长的滞后期和降低其对数增长期的速度，但对厌氧菌和酵母菌无作用。由于CO2可溶于肉中，降低了肉的pH值，可抑制某些不耐酸的微生物。但CO2对塑料包装薄膜具有较高的透气性和易溶于肉中，导致包装盒蹋落，影响产品外观。因此，若选用CO2作为保护气体，应选用阻隔性较好的包装材料。,O2,抑制鲜肉贮藏时厌氧菌繁殖。在短期内使肉色呈鲜红色，易被消费者接受。但氧的加入使气调包装肉的贮存期大大缩短。在0条件下，贮存期仅为2周。,N2,N2是惰性气体，对被包装物不起作用，也不会被食品所吸收。氮对塑料包装材料透气率很低，因而可作为混合气体缓冲或平衡气体，并可防止因CO2逸出包装盒受大气压力压蹋。,鲜肉气调气体的选用,气调保鲜肉用的气体须根据保鲜要求选用由一种、二种或三种气体按一定比例组成的混合气体。(一)100%纯CO2气调包装；(二)75%O2和25%CO2的气调包装；(三)50%O2、25%CO2和25%N2气调包装。,鲜肉气调包装应注意的问题,鲜肉气调包装的保鲜效果取决于以下4个因素：(1)鲜肉在包装前的卫生指标；(2)包装材料的阻隔性及封口质量；(3)所用气体配比；(4)包装肉贮存环境温度。,三、可食性膜包装,可食性膜(Edible Films)是以天然可食性物质（如多糖、蛋白质等）为原料，添加增塑剂、增强剂、交联剂等物质，通过不同分子间的相互作用而形成的薄膜。,通常把预制的独立膜称为薄膜（Films）,Edible Films,把涂布、浸渍、喷洒在食品表面形成的薄层称为涂层（Coatings）,意 义,特 点,易降解，无任何环境污染；能延缓食品中水分、油等成分的迁移、扩散；具有选择透气性；可提高食品表面机械强度，使其易于加工处理；可作为食品添加剂的载体；可阻止食品中风味物质的挥发。,主要成分,生物大分子物质：多糖、蛋白质；化学活性剂：防腐剂、抗氧化剂等；天然活性剂：酶、蛋白质、天然食用油、碳水化合物、有机酸、色素、风味物质、香辛料等。,性 能,机械性能：多糖膜和蛋白膜具有一定的力学性能，而脂质膜则表现为脆性；加入增塑剂可改善膜的柔韧性（内部增塑、外部增塑）。阻隔性能：阻水性、阻气性、阻油性,在肉类加工与保鲜中的应用,防止外界微生物的浸入减少肉与氧接触的机会保持肉的色泽正常America：乙酰单甘酯England：海藻糖Germany：葡萄糖麦芽糊精China：壳聚糖、葡萄糖、海藻酸钠,防止微生物的浸入减少蛋内水分挥发目前已有用蜂胶、甲基纤维素、液体石蜡、壳聚糖等涂膜保鲜蛋类的研究报道。,在蛋类加工与保鲜中的应用,第四节 冷链贮运与TTT管理,一、冷藏链（Cold Chain）,食品在贮藏、运输、批发、销售直至消费者的各个环节间建立的连续、稳定的低温流通体系。冷链的概念是1908年法国和英国学者提出的。1948年美国针对战后市场冷藏品品质低劣和必需加强管理的要求出发，用10年时间对各种食品在不同贮藏温度和贮藏时间内的品质变化状况，进行了10万个以上的采样测试和研究。,一般原则,原料应该是新鲜的。产品应在生产、收集后尽快地予以冷加工处理，以尽可能保持最好的原有品质。产品从最初的加工工序直到消费者手中的全过程，均应保持在适当的低温条件下。,组成冷藏链的环节与措施,固定装置或地面设施：包括收集、加工、贮藏、分配等各环节的机构与设备。流动装置或运输工具：包括铁路车辆、公路汽车、船舶和集装箱。,低温加工车间,畜产品原料、加工品,低温包装车间,冷库或冷藏罐,冷藏运输,贮藏性冷库,冷藏运输,分配性冷库或批发部门,冷藏运输,零售冷库或冷藏柜,食堂冷库或家庭冰柜,畜产食品冷藏链模式,二、实现冷藏链的条件,1、“三P”条件：原料品质（produce）、加工工艺（processing）、产品包装（package）。要求原料品质好、加工工艺完善、包装符合产品特性。这是产品进入冷链的质量要求。2、“三C”条件：产品在加工与流通的整个过程中，要细心（care）、保持清洁卫生（clean）、维持低温条件（cool）。这是保证产品流通质量的基本要求。,3、“三T”条件：即著名的“TTT”理论，包含时间（time）、温度（temperature）、耐藏性（tolerance）。4、“三Q”条件：冷藏链中设备的数量（quantity）协调、设备的质量（quality）标准一致和快速（quick）的作业组织。,三、TTT理论,1 对每一种冻结食品而言，在一定的温度下，食品所发生的质量下降与所经历的时间存在着确定的关系。大多数冷冻食品的品质稳定性与温度之间存在指数关系，温度降低，稳定性增加。温度对冻结食品品质稳定性的影响，用温度系数Q10来表示。Q10是指温度降低10，冷冻食品品质保持期比原来延长3倍。,2 冻结食品在贮运过程中，因时间、温度作用而引起的品质下降是累积的，也是不可逆的，但与所经历的顺序无关。3 对大多数冻结食品来说，都是符合TTT理论的。温度越低，冻结食品的品质变化越小，贮藏时间越长，它们的温度系数Q10值几乎都在25之间。对于温度系数小于1的食品（如腌肉），TTT理论不适用。,TTT的计算,设某冻结食品在某一温度时的最大贮藏时间为A天,即冻结食品原来的品质是100%,经过A天后，其品质降低至0,则在此温度下，该冻结食品每天的品质下降量B为：B=100/A根据在各温度下每天的品质下降率（Bi）与在此温度下经历的时间（Ni），可算出各个阶段的品质降低量（Pdi）：Pdi=BiNi,从生产到消费全过程的品质降低总量Pd：Pd=BiNi当品质降低总量超过100%时，说明该冻结食品已经失去了商品价值，不能食用。,四、保鲜链及其实现的条件,保鲜链：综合运用各种适宜的保鲜方法与手段，使鲜活易腐食品在生产、加工、贮运和销售的各个环节中最大限度地保持其鲜活特性和品质的系统。保鲜链是一个比冷藏链内容更广泛、内涵更丰富的概念，冷藏链只是保鲜链的一个子系统。,保鲜链除应具有冷藏链的所有条件外，还应有“三M”条件：,（1）保鲜工具与手段（Means）：地面设施（普通冷藏库、气调冷藏库、减压贮藏库、电磁处理设备、辐射处理设备、预冷设施等）和运输工具（铁路冷藏车、冷藏汽车、冷藏船、冷藏集装箱）。（2）保鲜方法（Methods）（3）管理措施（Management）,第五节 在线监测与分析自动化,生物传感器由感受器和基础电极组成。感受器：由具有分子识别能力的生物活性物质（如酶、抗原、抗体、动植物组织切片或微生物等）构成。基础电极：又称内敏感器，由电化学或光学检测元件（如电流或电位测量电极、压电晶体、热敏电阻、场效应晶体管和光纤等）组成。感受器与待测物质特异性地结合，产生的复合物或光、热等信号通过基础电极转换为电或光信号，从而达到分析测量待测物质的目的。,一、生物传感器的分类,1、按受体（R）与基质（S）的反应特性分（1）亲合型生物传感器 S（底物）+R（受体）SR（2）代谢型生物传感器 S（底物）R（受体）SRP（生成物）（3）仿生生物传感器 S（底物）+R（受体）SR,2、按生物活性材料分,（1）酶传感器（2）微生物传感器（3）免疫传感器（4）组织传感器,3、按换能系统分,电位测定电流测定电化学敏感光电热敏质量,二、工作原理,1 将化学信号转变成电信号已经研究的大部分生物传感器的工作原理均属这种类型。例如酶传感器，酶催化特定底物