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1、超高压灭菌超高压灭菌技术(ultrahighpressureprocessing)简称uhp,又称超高压技术(ultra-highpressure,uhp),高静压技术(highhydrostaticpressure,hhp),或高压食品加工技术(highpressureprocessing,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-highpr
2、essureprocessing)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。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。20-40
3、mpa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
4、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。11超高压与传统热处理食品的比较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
5、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。性质加热法超高压法本质不同分子加剧运动,破坏弱健,使蛋白质、淀粉等生物高分子物质变性,同时也破坏共价键,使维生素、色素、香味物质等低分子物质发生变化只影响高分子结构氢键、离子键等非共价键操作过程操作安全、灭菌效果好操作安全,灭菌均匀,耗能低处理过程中变化既有化学变化,又有物理变化纯物理变化,有利于未来生态环境保护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
6、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”
9、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。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、10min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
10、%43%。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。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
11、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。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
12、,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:11材料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