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申安高压灭菌器在食品方面的应用

[导读]在分析高压对物质某些物理性质 、 物质结构和 生化反应等多方面影响的基楚 仁 . 系统扼要地介绍日本关 高压在食 品方而应 用的研究进展。并提 出高压必将成 为21世纪崭新的食品加工方法 , 在提高食品质量 ,开发新产 品等方 面产生深远影 响 。

自古以来加热是食品 调理 、 加工 、 灭菌等 的秉要 手段 , 鱼有产生 热臭 、 变异等缺点 , 但 无法 裤代 。 ! 9 8 7 年 日本京都 大学 州、 执副教授川 首先 倡 导 在食 品方 面 采 用 非热 .佰压 ( 10 0 一 1 0 0 o M P a ) 加 工方法 , 可有效地保留 自然风味避 免热变异 , 这正是食 品业界长期追求的 目标 。 近 年来在高压灭 菌灭酶 , 新型食 品开发和 高压速 冻等方面取得 了初步成果 , 发展 前景 良好 , 也 逐渐为世界 各国的关注 。 19 9 0年 日本明治屋 公司采用 高压代替加热 生产的 3种果酱首开商业销售 , 1 9 9 1年 又 有沙 司 、 调味汁 、 饮料等十多种高压食品 面世 , 并 受到 美食家的赞赏 。 下面就食品高压加工原理 、应用、 装备和展望 四方面 作概要阐述 。

1 食品高压加工的基本原理

加压 (包括真空 ) 用于食 品加 工 由来 已久 , 如真空蒸发 、 真空干燥 , 常压 至儿个大气压的 蒸馏 、 过滤 , 几 十气压的挤 出膨化 、 超临界浸 出和 儿 百气压 的均质 、 压力喷雾等。 以 L l种种主 要是把压 力当作力推动过程加 速或利用 其改变 汽液相平衡提高分离效率 。 而 林 氏倡导 的高压 达儿千气压在数量级 卜要高得多 , 对物质的影

响也有 了某些质变 , 概 括为如下 儿方面 :

1.1 高 压会 改变液 态 物质某些物理性质 : 通常 压 力 下可 认为液体不 l [ J 压缩 , 压力对液体密度 、 冰 点儿乎没有影 响 , 压 缩热也可忽略 。 然而 水加 压 至 2 0 0 M P a 其冰 点降至 一 2 0 ` C , 室 温水 加 至 10 OM p a 体 积 减 小 1 9 % , 3 0℃ 的水 快 速 力 11至 刁0 0 M a P 时会产 生 2 ] ` c 的温升 , …… 。 可见高压 对液态 物质某些 物理性质的影 响与常压 、 中压 不同 。

1.2 高压 会 改变某些 生物高分 子物质的空 间 结 构 ( 或称构象 e o n f o r m a t i o n ) : 例如蛋 白质 , 在 强热作用 卜分 子激烈运动 份 至共价结合的破坏 或新结合的生 成 , 破坏了蛋 自质 的 一级结构使 基本物性 变异 。 而 高压 仅引发氢键 之类 弱结合 的变 化 , 使 分子空 间结 构变化 而无 损 基本物 性 川 。 由此可见 , 高压 可在保 留食 品原有生鲜风 味和营养 , 不 产生 异物的情况 下使蛋 白质 、 淀 粉之类高分 子物质形成不 同于热法所产生 的凝 胶或凝 固物 。 这就 为灭 菌灭 酶和 新所致 ; 对液相反 应而言 , 只 因高压 下液体密度 会有明显增大 , 故高压 有助 反应加速 。 对体积变 小的可逆反应 , ;高压将使反 应更趋完全 。型食 品的 开 发提供 r 新 手段 。


1.3 高压会改变某些 生化反应的速度和平衡 : 据化学反 应热力学和 动力学原理知道 , 压力对 反 应速度的影响是由压力对反应物系浓度影 响所致 ; 对液相反 应而言 , 只 因高压 下液体密度 会有明显增大 , 故高压 有助 反应加速 。 对体积变 小的可逆反应 , ;高压将使反 应更趋完全 。

2高压 在食品方面 的应用

2 1 高压灭菌 : 加 热灭菌 具有 高效 、 经济等优 点被广泛采用 , 但产 生 的热臭 、 芳香损失 、 部 分变异等缺点也难子克 服 。 其 它如化学药物灭 菌、 紫外线 灭菌 、 精密过滤除菌等方法 由于食 品卫生 限制 、 或产 品 风 味受损 、 或应用 范 围太 窄 、 或技术经济等原 因也未能广泛采用 。 高压物 理学家 B r i d gm a n 1 9 1 、 4年首先指出 , 蛋 白质的加 压凝 固既导至酶变性失活 , 又杀灭 了生物和 微 生物 。 所 以非热高压 灭菌早为 世人瞩 日。 但是大 多数研究只是在单纯培养基 上进行 , 对食品这 样 组成复杂的对象试验 尚少 , 现就近年来的研 究举例介绍如 F :

2.1.1 液体食品 的高压灭菌 : 小川浩史等阁分 别对柑桔类果 汁 ( p H 2 . 5一 3 . 7 ) 经 1 0 0一 6 0 0 M a P 、 5一 10 m i n 的高压灭菌试验 , 结果是一般 细菌和酵母 、 霉菌数均随加压而减少直 至酵 母 、 霉菌完全杀 灭 , 但仍有部分枯 草杆菌 之 类 囚形 成耐热性强 的饱子 而残 留 。 若 加 压 至 6 0 0 M P a 再结合适 当加温 ( 4 7 一 5 7 C ) 则可实现完全灭 菌 ; 处理后 、 果汁风 味 、 组成成分均未 见变化 。 试验指出柑桔类果汁 呈酸性 p H < 花 · ( ) , 酵 母、 霉菌 、 乳酸 菌等是其变质腐败的主 因 , 而 耐热性强 的抱 子在此条件 下受到 抑 制难 以繁 殖 , 因 此采用高 压 灭菌最 合适 。 建 议采用 4 0 0 M a P 、 1 0 m i n 为宜 , 这样在室温下保藏期可达数 月 至一年 半。 此外 , 与果汁同 p H 值的 西点 、 调 味汁 等采用高仄 灭 菌也是 合适 的 。 而低酸性液 体食 品则 采用 高压结合适当 加温 吏可取 。

2.1.2 肉类及 其它食品 的高压灭 菌 : 对多种动 物性食品高压处理的结果是 , 鱼 肉加 压 4 5 0 M a P 仍不能完全灭菌 , 但可延长保存期 。 不过高压 会 导至 生鱼 肉蛋 自质 白浊化和食感改变 , 所 以对 生鱼 片是不宜 的 。 对 畜肉如猪 肉糜经 60 0 M P a 、2 0 m in 处理 , 灭 菌 达 4级 ( 即残 留 菌数减 至 1 / 1 0 4 ) 以 上,

试验表明 , 高压对 具有 耐热菌的豆豉无 灭 菌作用 , 而对 p H 5 . 2 , 含食盐 0 . 2 % 的马 铃薯沙 拉经 6 0 0 M P a 、 2 0 m in , 灭 菌 达 4 级以上 , 再经1 0`C 密封保存试验 1个月 未出现 菌落 , 色 泽风 味 与处 理前无异 。 由此 可见 , 由于成分 、 浓度 、 p H 等不 同 , 所 处温度和 所携带菌种各异 , 高压 对不同食 品的 灭菌 效果有显 著差别 。 在不影 响产 .钻质量的情 况 「, 高压 与适当加温相结合既 可提高灭 菌效 率 , 降低处理压力 , 又能获得非热灭菌的效果 。

2.2 风 味改 良和 新产 品的开 发 例 1: 果汁 风 味改 良一一 高压 处理 葡萄袖 ( 又名朱柒 ) 汁 。 葡萄袖榨汁后 苦味逐渐增强 , 曾 用树脂吸 附 、 日 一 环糊精包接 、 酶处理 等力 一法 , 均 有某些效果 , 但也损害天 然芳香和风 味 。 通常 认 为该苦 味系柑 桔类 果汁 的袖 成和 柠檬贰 。 六 鹿 靖 矜川首先 根据高压 能 改变某些物性 的原理 , 试验采用 榨汁后迅迷进行 12 0 M a P 以 上、 儿 m i n 高压处理 , 结果发现高压对柠檬 成周围物质产 生 影 响 , 有效地抑制 了苦味的产生 , 成功地解 决 了长期困扰柑桔产 业 界的一 大难题 , 现 已形 成 6 OO L压 时处理果汁的生 产 能 力。 例 2 : 蛋 自质类新产 品 的开 发 。 高压能产生 不 同于热处理蛋 自质的凝 固物或凝胶 。

用 含 2 % 食盐 的鲜负 糜分别加 爪 、 加热处理 制成凝胶 , 经品 尝评判结果如 图1 。 由表 1、 图 1 可见 , 经高压 处理制得的 凝胶不 仪色泽 、 口感 、 弹性好 , 而 比避免 一r 热臭 , 创造了新风 味 。 研究进一步提 出 调味负糜先加压后加热工 艺 , 即在较低压 力 1 0 0 M a P 处 理后 再适当加热5 5℃, 即可制得 风 味新颖的优质鱼糕 。 这 样既避 免了;高温 又降低 了高压 , 具有 良好的开发前景 。

此外 , 高压 可在不改变蛋 白质一级结构和 基本物性的情况下改变其空 间构象 , 故高压可 用于蛋 白质的化学修饰产生新的功能 , 如蛋 白 质食 品结构组织化和起泡性等 。 例 3 : 陈米品质改 良l 一 5口。 米是 以淀粉为主 的 食物 , 淀 粉存在于 胚乳细胞 内的淀 粉质膜中 , 新 米胚乳细 胞壁 和淀 粉质膜柔软 , 炊饭过程中被 破坏 , 淀粉充分糊化部分流 至米粒 表面 , 使米 饭柔 软而有粘性 、 口 感好 。 而 存放 一年 以 上的陈 米其细胞壁和 膜 已坚固地结合在一起 , 抑制 了 炊饭过程 中淀粉质的流出和糊 化 , 成为硬而不 粘的米饭 。 青 山等采用 高压作为部分破坏细 胞 壁和 膜的乎段 , 促进淀粉粒子的膨润 、 糊 化 , 改 良陈米品质 。 处理方法 : 陈米在 2 0 C 吸水润湿后 在5 0~ 3 0 0 M P a 高压 下处理 1 0 m i n , 再按常规 炊、 制成饭 。 其硬 度 下降 、 粘度 上升 、 平衡仇提 高到新米范围 , 同时光 泽和 香气 也得到 改良 , 具 有人们喜爱的新米饭 口 味 。 此外 , 经高压 处理还 可缩短炊饭时间 。 可以子 计高压 处理 将成为未 来米加工的一项新方法 。

2.3 酶反应的控制和 灭酶 酶的催 化反 应 普遍用 中间 络 合物 学 说解 释 , 因多为液相反应 , 故高压 会影 响其速度和 平衡 。 又 因高压 会改变蛋 自质空 间结构 , 而特定 的空 间结构是酶催化活性 和作用专 一 比的必 要 条件困 , 因 此高压会 一导 策酶部分失活 。 小川浩史等曾就高压 对柑桔汁中果胶醋酶和过氧化酶活 性的影响做了试验 。 如果汁 、 生酒等在保藏期会 因酶而变浊 , 品质恶化 , 利用 非热高压法尽管 灭酶不完全 , 但不会产生热臭和营养分损失 , 有 助 于提高热敏性食 品质量 , 改善保藏性能 。

2.4 高版速冻及不冻冷藏 速冻是采用快速越过最大冰晶生 成带 , 使 组织内只能生 成细小冰晶 , 这是降低冷冻应力 、 提高冻品 质量的关键 。 [ J 前一般采 用 一 3 0 C 以 下低温快速冷冻法 , 然 而因热阻 的存在冻结有 一过程 , 相变就不 可能瞬间完成 , 生成冰晶较 大 , 冻品组织产生不 可逆性破坏和 变性 。 因此水 果 、 疏菜 、 豆腐等高水分食 品就更不适于冷冻 处理 , 这是至 今食 品保藏中的一大难题 。 为此神田幸忠 7 [ ] 一 首先在冻结过程中采用改 变 温 度和 压 力 两参数 的二 维操 作法 , 即所 谓 “ 压力 移 i f ) J 冻 结法 ” ( p r e s s u r e 一 s h i f t f r e e z i n gm e t h o d 简称 P s F 法 ) , 这是根 据高压 冰点下降 原理 和 压 力 传递 一可瞬 问完 成的原理进行 的 。 该 法 将 高 水 分 物 料 加 压 到 2 0 0 Ma P 后 冷 却 至 一 2 0 C , 因仍高于 冰点而不 冻结 , 然 后迅速降 至常压 , 此时 O C 成为冰点 . 一 2 0 ` C 的水变为不 稳定的过冷态 , 瞬间产生 大量极微细 的冰 的晶 核 , 进 一步冷却就形成大 黄细小冰品均 怖于冻 品组织中 , 使冷冻应力大人减小 , 避免了冻品 组织的破坏和 变性 , 真正 实 现 了速冻 。 试 验 以水豆腐为 试 料 , 采 用 一 1 8 ` C , 2 0 0 M P a 作 P s F 试验 , 测得压 力和试 料温度变化的 对应 关系如 图 2 。 用 偏 光显 微镜和 扫描 电镜 观 测 , P s F 砚腐水 品呈 3 0 一 1 0 。“ m 粒状 , 而与之 对 照 的常 压一 [ S C 空 气鼓风 冻结 ( 简称常压 法 ) 豆 腐冰晶为细 长形 , 体积 比前者大 多倍 , 冰晶之 外的其它 豆腐成分形成对冰晶 的包围圈厚度达 3 0一 0 0 o m , 而 Ps F 法仅为 1 以m 。 将冻结处理后 的 豆腐在室温 下自然解冻时 , `常压 法 豆腐出现 滴水流 失和 变形 , 而 P S F 豆腐无 滴水并保持原形。 事实证明采用 P s F 法在整 个试料 内部相变 均 一并保持原有组织 、 外观 、 风 味 、 lL 感 。 由此 可 见 P S F 法为 高 水分食 品 的速冻冷 藏开 创 了 新 的途径 。

3 高压装置及高压处理工艺流程

3.1 高压 装 置 : 主要 由压力发生 和高压 容器两 部分组成 , 按配 置方式分二类 , 一类是外部升 压 式 ( 图 3 ) , 即升压 装置与高压容器分开 , 压 媒经管路送 入 高压 容器 。 另 一类 是活 塞 直接加 压式 , 由油压装置推动活 塞 直接仄缩 高仄容器 内压 媒 而加 压 。 前者高压 容器 的 全部容积均 可 有效利用 , 但需配置高压管路 , 小于 5 0 o M P a 的 装置应用广泛 ; 而后者允许使用 压力更 .留些 。 压 力发生 部分多 采用 三柱 式高 j五泵 。 高压容器多 为园筒形多层 倦板结构以 增大抗疲劳强 度 , 配 置下 盖 ( 直接 加 压 式 则 用 !: 部活 塞代 替 _ L几 盖 ) , 与食 品接触部分均 用 高强度不锈钢制作以 符合食品生生要求 。

3.2 高压处理 工艺流 程 :按处 理食 品形态 不 同 分 两类 。

3.2. 1 散装液 状食 品流 程 见 图 3田 。 料液经 泵 加人高) _ 仁园筒 内具有挠性 (如风 箱形 ) 的内筒 中 , 压 媒由高压泵 压 入高压 园筒 与内筒间隙使 料液加 压 , 用气体将处理后料液排出 , 若用 无 菌气体则可实 现无菌包装 。





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