超高压杀菌技术.ppt.ppt

超高压杀菌原理及应用,超高压灭菌超高压灭菌技术（ultrahigh pressure processing）简称UHP，又称超高压技术（ultra-high pressure,UHP），高静压技术（high hydrostatic pressure,HHP），或高压食品加工技术（high pressure processing,HPP）超高压定义通常情况液体或气体压力在0.1mpa1.6mpa称为低压，1.6mpa10mpa称为中压，10100MPa称为高压，100MPa以上称为超高压.本文阐述的HPP技术的压力通常在1001000MPa.,食品超高压技术（ulter-high pressure processing）是指：利用压媒（常是液体介质，水）使食品在极高的压力下产生酶失活、蛋白质变性、淀粉糊化和微生物灭活等物理化学及生物效应，从而达到灭菌和改性的物理过程。通常，将用超高压处理的食品称为超高压食品。,能有效克服传统热加工法的弊端，在满足能源、解决化学污染和社会对高质量食品需求等方面充分体现出其自身价值。,一 超高压杀菌的基本原理,超高压杀菌法，是先将食品原料配好以后，充填到柔软的容器中密封，再投入到有数千静水压的超高压杀菌器中加压处理的过程。极高的静压会改变细胞的形态，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。高压对细胞膜、细胞壁都有影响。,20-40MPa的压力能使较大的细胞因受应力作用使细胞壁机械断裂而松解；200MPa的压力下，细胞壁遭到破坏；300-400MPa下，微生物的核膜和线粒体外膜受到破坏，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导致氨基酸摄取受到抑制。上述过程是一个纯物理过程，几乎完全是因为超高压力的作用，故高压杀菌过程中，压力问题成为一个重点，也成为一个难点。,随着压力的增大，微生物数量急剧下降，但对于某些食品杀菌，如果汁中易感染微生物革兰氏阳性产芽孢杆菌，它的芽孢和真菌孢子以及某些致褐变酶的耐压力很高，在室温下需要10000MPa,甚至更高的压力。但压力过高，超高压设备制造成本与其额定工作压力呈几何级数增长关系，设备器件使用寿命也会减短，故优化杀菌条件，研究出可降低工作压力的超高压协同技术，对超高压杀菌工艺的发展有重大的意义。,二 超高压杀菌方式的特点,1 超高压与传统热处理食品的比较.在静水压下，食品向自身体积减小的方向变化，即形成生物体高分子立体结构的氢键结合、离子结合、疏水结合等非共有结合反应。形成蛋白质的氨基酸缩氨结合，是共有结合，在数千大气压下其结构不发生变化。同样食品中的维生素、香气成分等低分子化合物，也具有共有结合，在高压下也不发生变化。这样高压处理过的食品，不会像加热杀菌那样，营养成分损失、风味变化、产生罐臭等劣化现象，而是保持了食品原料本身的生鲜味，表1 是以软包装为例，超高压杀菌和加热杀菌的对比。,2 超高压与传统化学处理食品的比较.超高压与传统化学处理食品相比较，优点在于以下几个方面：a 不需向食品中加入化学物质，克服化学试剂与微生物细胞内物质作用生成的产物对人体产生不良影响，也避免食物中残留化学试剂对人体负面作用，保证食用安全；b 化学试剂使用频繁，会使菌体产生抗性，杀菌效果减弱，而超高压灭菌为一次性杀菌，对菌体作用效果明显；c 超高压杀菌条件易于控制，对外界环境影响较小，而化学试剂杀菌易受水分、温度、pH、有机环境等影响，作用效果变化幅度较大；d 超高压杀菌能更好地保持食品自然风味，甚至改善食品高分子物质构象，如可作用于肉类和水产品，提高肉制品嫩度和风味。,综上所述，超高压杀菌技术无需加热、无化学添加剂；压力作用迅速均匀；且在常温或低温下进行，口味和风味能得以保持；营养损失小，工艺简化，节约能源，无“三废”污染。,三 超高压杀菌对食品品质的影响,传统热加工技术不仅会杀死食品中的微生物，对食品中的营养成分及风味物质也有非常大的破坏作用，破坏程度主要取决于热处理的温度高低及时间长短。人们研究、开发新的食品加工技术，是为了在保证食品安全的前提下，尽可能地改善加工后食品的品质。迄今为止，绝大多数关于超高压对食品品质的研究都是在中等温度条件下进行的。,1 超高压对食品营养成分的影响 因为高压不会对分子中的共价键产生破坏作用，所以理论上超高压技术可以保持食品的色泽、风味及营养成分。许多研究已经证明超高压对水果及蔬菜中的维生素没有破坏作用或只有轻微的影响。近年来，高压与高温(起始温度70)结合的灭菌技术日益引起人们的重视，该技术对食品中营养成分的破坏作用也成为了一个研究热点。,2 超高压灭菌对VC的破坏作用许多研究人员对超高压状态下VC 的稳定性进行了研究，他们发现降低原料中的氧气含量可以明显提高VC的稳定性。原料中的氧气在加压过程中被大量消耗，提高压力或延长处理时间对VC 降解速率的影响并不明显，这是因为VC 的需氧降解速率比厌氧降解速率要快很多。但是，长时间(6 h 以上)处于高温、高压条件下(850MPa，6580)，VC含量会大量减少，降解规律符合一级动力学方程，增加压力及温度可以提高VC 的降解速率。2002年Krebbers 等研究发现四季经1000MPa 超高压非连续处理两次(每次30s，中间间隔30s，0.1MPa)后的VC 残留量(76%)高于热处理(90，4min)后的VC 残留量(10%)，说明高压对VC 的破坏作用小于高温。,3 超高压灭菌对类胡萝卜素的影响 在食品体系中，超高压对类胡萝卜素的稳定性影响很小，4下将超高压处理后的番茄汁保存21d，其中的类胡萝卜素含量保持恒定。在高温条件下对以胡萝卜为原料的产品进行超高压处理(600MPa，75，40min)，胡萝卜素最多损失5%。因为超高压对原料质构的破坏作用，研究人员发现超高压处理可以提高类胡萝卜素的提取率。例如，600MPa、25、10 min 可使胡萝卜中的类胡萝素提取率提高40%以上，60MPa、3060处理2.5、5、15min，橙汁中的类胡萝卜素提取率提高20%43%。,4 超高压对食品色泽的影响 食品的色泽是评价食品品质的重要指标之一，超高压在中等温度下对食品颜色的影响取决于原料。Rodrigo 等研究了超高压对不同pH 值下的蕃茄汁、草霉汁的影响情况。证明300700MPa、65、60min条件下番茄汁颜色降解动力学与新鲜番茄汁相同，且与番茄汁的pH 值无关；超高压对pH2.5 的草霉汁颜色影响不显著，但会加快pH3.7和pH5.0 的草霉汁的颜色降解速率。,5 超高压对食品香气成分的影响 食品在热加工过程中会发生气味的变化，研究人员希望冷加工技术可以减少加工过程中食品香气成分的损失，最大限度地保留其原有风味。鳄梨调味酱是超高压灭菌技术工业化的一个成功案例，500MPa、2min 既可以杀死果酱中的微生物，又不会影响其风味。也有人将超高压技术应用于牡蛎加工，250-350MPa、13min 不仅可以杀死牡蛎中的弧菌，还可以松弛附着在甲壳上的内收肌，使得后续加工变的更为容易，而且新鲜牡蛎的外观及风味也得以保持。,6 超高压对食品质构的影响 高压及高温会引起细胞壁破裂，从而使得物料结构变得松散、皱缩。但是Leadley 等的研究证明，超高压虽然会导致四季豆发生软化，但与热加工相比，软化程度较低。四季豆被事先预热至86，700MPa、86处理物料两次，每次2min，期间温度最高可升至117，两次加压中途间隔1min，压力为大气压；热处理样品在121下加热3min。四季豆经超高压处理后，硬度约为热处理的2 倍，贮藏7个月后硬度仍然比热处理组高。,作为超高压技术关键的超高压容器，其价格是此技术在食品工业能否应用的关键问题。首先，制造技术要求严、材料性能要求高，从而使成本很高。据了解，国内只有为数不多的厂家能整体锻造超高压容器，制作容器的材料只有少数军工企业才能提供。其次，比CIP设备更高的承压要求容器更加庞大，价格进一步增加。超高压杀菌装置的特点是，承受很高的操作压力(150-1000MPa),循环载荷次数多（连续工作，通常为215 次/h）。因此，超高压设备应从以下几方面进行优化：,四 超高压杀菌设备,1 材料 超高压容器及其密封结构的设计必须正确合理地选用材料，保证其足够的力学强度，高的断裂韧性，低的回火脆性和时效脆性，一定的抗应力腐蚀及腐蚀疲劳性能。所以大力开发新的高强度材料和制造工艺，也是减小容器质量、降低容器费用的又一个措施。2 特殊设计 鉴于食品加工工业中的特殊要求，即要有一定的处理能力和较短的单位生产时间，有效保证产品的高质量要求，故而要设法缩短生产附加时间（如密封装置的开启时间），把装置设计成便于快装快卸操作的轻便形式。3 轻型化结构 高压筒体制造困难且价格昂贵，探求其合理的轻型化结构也有着很重要的经济意义。,五 超高压杀菌技术的前景展望,超高压灭菌技术是一项新兴的技术，有着广泛的应用前景，但与该技术发展相关的基础研究及技术开发还有待于进一步开展。例如：关于超高压灭菌机理以灭菌动力学的研究还不够深入；现有的技术条件还不能在短时间内实现压力的骤升、骤降，每次处理都需要几分钟或者更长时间；现有的超高压处理设备多为间歇式，不利于液态物料(例如果蔬汁)加工；此外，超高压技术还有处理量小、设备维护困难等缺陷，这使得该技术距离真正商业化还有很长一段距离要走。,针对超高压灭菌已经取得的成果及存在的问题，我认为以后的超高压灭菌研究将有以下几个主要趋势：完善已有的灭菌模型或开发新模型。研究微生物细胞以及芽孢耐压机理。设计制造可以快速加压、降压，快速进料、出料的新型设备。设计制造可用于液态物料加工的连续式设备。提高设备本身的易用性、稳定性。,Thank you！,