食品工程高新技術(shù)

1、2021/3/141第三章第三章 食品超高壓技術(shù)食品超高壓技術(shù) 2021/3/142食品超高壓技術(shù)（ultrahigh pressure processing 簡稱UHP）是當(dāng)前備受各國重視、廣泛研究的一項(xiàng)食品高新技術(shù),簡稱高壓技術(shù)（High pressure processing,簡稱HPP）高靜水壓技術(shù)（High Hydrostatic process,簡稱HHP）。 2021/3/143一、超高壓食品研發(fā)史一、超高壓食品研發(fā)史1899年美國力學(xué)家Hite發(fā)現(xiàn)450MPa下處理牛奶,可延長保鮮期;1914年美國物理學(xué)家P.W.Biagman報(bào)告凈水壓下蛋白質(zhì)變性和凝固;1986年日本京都大

2、學(xué)林力丸率先開展高壓食品研究;1991年日本開始試銷高壓1號(hào)食品果醬;1992年在法國召開高壓食品專題研討會(huì);2021/3/144法國、英國政府也開始資助高壓食品加工的研究,并于1993年底推出高壓殺菌鵝肝小面餅 .美國已將超高壓食品列為21世紀(jì)食品加工、包裝的主要研究項(xiàng)目,并已有小規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn) 2021/3/145高壓技術(shù)在我國還處于起步、理論研究階段國內(nèi)超高壓殺菌技術(shù)的研究報(bào)道僅局限在果汁及果汁飲料的滅酶及殺菌中,還未投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用之中相對(duì)落后2021/3/146原因超高壓食品加工技術(shù)是一種昂貴的技術(shù)。設(shè)備投資巨大,盡管設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用不高,但高壓食品的價(jià)格卻是相當(dāng)高的,至少目前國外的情況

3、是這樣的 2021/3/147技術(shù)復(fù)雜。它是工程材料、機(jī)械制造、物理、化學(xué)、生物等多學(xué)科和領(lǐng)域的理論和技術(shù)的合成,而且這種合成的緊密程度是前所未有的。從設(shè)備制造來看,對(duì)加工精度和材料性能的要求很高,而且很嚴(yán)格 2021/3/148我國食品法規(guī)規(guī)定的是以熱加工為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù),這就制約了以壓力為基礎(chǔ)的食品的推廣 2021/3/149目前有關(guān)超高壓科學(xué)的理論與理論體系尚不完善。目前食品超高壓處理設(shè)備批處理量小,達(dá)不到連續(xù)化大批量生產(chǎn),并且設(shè)備本身昂貴,這就決定了超高壓食品暫時(shí)成本偏高,超過了人們購買力。 2021/3/1410目前尚無高壓食品商品問世。加快開展超高壓食品研究,特別是加強(qiáng)超高壓加工調(diào)

4、味晶、中藥材、保健食品以及其他價(jià)值高但對(duì)熱較敏感的食品或藥品的研究對(duì)我國參與國際競爭有著極為重要的意義2021/3/1411二、超高壓的基本概念食品的超高壓處理技術(shù):是指將密封于彈性容器內(nèi)的食品置于水或其它液體作為傳壓介質(zhì)的壓力系統(tǒng)中,經(jīng)100MPa以上的壓力處理,以達(dá)到殺菌,滅酶和改善食品的功能特性等作用 2021/3/1412超高壓技術(shù)進(jìn)行食品加工具有的獨(dú)特之超高壓技術(shù)進(jìn)行食品加工具有的獨(dú)特之處在于它不會(huì)使食品的溫度升高處在于它不會(huì)使食品的溫度升高,而只是而只是作用于非共價(jià)鍵作用于非共價(jià)鍵,共價(jià)鍵基本不被破壞共價(jià)鍵基本不被破壞所以食品原有的色、香、味及營養(yǎng)成分所以食品原有的色、香、味及營養(yǎng)

5、成分影響較小。影響較小。2021/3/1413通過超高壓處理能夠激活或滅活這些酶通過超高壓處理能夠激活或滅活這些酶,有利于食品的品質(zhì)。有利于食品的品質(zhì)。超高壓處理可防止微生物對(duì)食品的污染超高壓處理可防止微生物對(duì)食品的污染,延長食品的保藏時(shí)間延長食品的保藏時(shí)間,延長食品味道鮮美延長食品味道鮮美的時(shí)間。的時(shí)間。2021/3/1414超高壓處理工藝 2021/3/1415超高壓容器壓力范圍:1001000MP溫度范圍:20100傳壓介質(zhì):飲用水2021/3/1416超高壓裝置超高壓裝置的主要部分是高壓容器和加減壓裝置,其次是一些輔助設(shè)施 超高壓裝置的特點(diǎn)是承受的壓力高(1001000MPa),循環(huán)載

6、荷次數(shù)多(連續(xù)工作,通常為2.5次/h)因此超高壓容器設(shè)計(jì)必須要求容器及密封結(jié)構(gòu)材質(zhì)有足夠的力學(xué)強(qiáng)度、高的斷裂韌性、低的回火脆性和時(shí)效脆性、一定的抗應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞性能、效率性;可快裝快拆、密封效果好; 2021/3/1417設(shè)備圖 2021/3/14182021/3/1419三、食品加壓處理的可行性食品物系是多成分的分散系,以水或油作為分散介質(zhì),它在物系中是連通的,故稱為連續(xù)相。根據(jù)帕斯卡原理,壓力在這些連續(xù)相內(nèi)部的傳遞是均衡的、瞬時(shí)的。水等液體既是分散介質(zhì),又是壓力的均衡傳遞介質(zhì)。 2021/3/1420食品加壓處理的可行性,其關(guān)鍵在于采用如水之類液體作為傳遞壓力的介質(zhì)。如果水一旦變成了

7、冰,它便失去了創(chuàng)造體系內(nèi)部各點(diǎn)壓力均衡的條件。在常溫下,若給水施加高于1000MPa的壓力,其狀態(tài)便成為固態(tài)（VI狀態(tài)的冰）。這一壓力便是實(shí)施高壓處理的壓力上限。 2021/3/1421四、超高壓處理的作用機(jī)理 超高壓壓處理過程中,物料在液體介質(zhì)中體積被壓縮,超高壓產(chǎn)生的極高的靜壓不僅會(huì)影響細(xì)胞的形態(tài),還能使形成的生物高分子立體結(jié)構(gòu)的氫鍵、離子鍵和疏水鍵等非共價(jià)鍵發(fā)生變化,使蛋白質(zhì)凝固、淀粉等變性,酶失活或激活,細(xì)菌等微生物被殺死,也可用來改善食品的組織結(jié)構(gòu)或生成新型食品。2021/3/1422高壓處理基本是一個(gè)物理過程,對(duì)維生素、色素和風(fēng)味物質(zhì)等低分子化合物的共價(jià)鍵無明顯影響,從而使食品較好

8、地保持了原有的營養(yǎng)價(jià)值、色澤和天然風(fēng)味,這也是高壓技術(shù)在目前各種食品殺菌、加工技術(shù)領(lǐng)域所獨(dú)具的特點(diǎn)。2021/3/1423（一）對(duì)蛋白質(zhì)的影響迄今為止還沒有關(guān)于高壓對(duì)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)影響的報(bào)道。二級(jí)結(jié)構(gòu)是由肽鏈內(nèi)和肽鏈間的氫鍵維持,一般高壓有利于這一結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定 2021/3/1424三級(jí)結(jié)構(gòu)是由于二級(jí)結(jié)構(gòu)間相互作用而包接在一起形成球形,高壓對(duì)三級(jí)結(jié)構(gòu)有較大的影響 三級(jí)結(jié)構(gòu)的球狀蛋白體結(jié)合在一起形成四級(jí)結(jié)構(gòu),這一結(jié)構(gòu)靠非共價(jià)鍵間的相互作用來維持,對(duì)壓力非常敏感。 2021/3/1425蛋白質(zhì)的高壓變性起因于加壓后溶液體積減少。高壓下水和蛋白質(zhì)等的結(jié)構(gòu)都發(fā)生變化,水溶液整體體積減小。 2021/3/

9、1426（二）對(duì)微生物的影響超高壓對(duì)液體的壓縮作用,影響微生物原有的生理活動(dòng)機(jī)能,甚至使原有功能破壞或發(fā)生不可逆變化。 2021/3/1427高壓可以引起細(xì)胞形狀、細(xì)胞膜及細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和功能都發(fā)生變化當(dāng)壓力增加到405MPa時(shí),釀酒酵母的細(xì)胞核結(jié)構(gòu)和細(xì)胞質(zhì)中的細(xì)胞器基本上已經(jīng)變形; 2021/3/1428在506MPa下細(xì)胞核不能夠再被識(shí)別; 當(dāng)壓力達(dá)到405MPa時(shí),核內(nèi)物質(zhì)從細(xì)胞中丟失;而當(dāng)壓力超過405MPa時(shí);核內(nèi)物質(zhì)幾乎完全丟失2021/3/1429（三）其它影響1、淀粉原來的構(gòu)造破壞 ,發(fā)生糊化。淀粉糊化與壓力關(guān)系.doc2、酶失活3、食品中氨基酸、維生素、香氣成分在高壓下不發(fā)生變

10、化 2021/3/1430五、超高壓食品加工技術(shù)特點(diǎn)1、超高壓處理不會(huì)使食品色、香、味等物理特性發(fā)生變化,不會(huì)產(chǎn)生異味,風(fēng)味物質(zhì)、色素、維生素等營養(yǎng)成分成份保存完好例如,經(jīng)過超高壓處理的草莓醬可保留95%的氨基酸,在口感和風(fēng)味上明顯超過加熱處理的果醬 2021/3/14312、超高壓處理后,蛋白質(zhì)的變性及淀粉的糊化狀態(tài)與加熱處理有所不同,蛋白質(zhì)呈凝固狀變性、淀粉呈膠凝狀糊,從而獲得新型物性的食品 3、超高壓處理可以保持食品的原有風(fēng)味,為冷殺菌,這種食品可簡單加熱后食用,從而擴(kuò)大半成品食品的市場(chǎng)。 2021/3/14324、超高壓處理是液體介質(zhì)短時(shí)間內(nèi)等同壓縮過程,從而使食品滅菌達(dá)到均勻、瞬時(shí)、

11、高效,且比加熱法耗能低例如,日本三得利公司采用容器殺菌,啤酒液經(jīng)高壓處理可將99.99%大腸桿菌殺死。 2021/3/14335、不需向食品中加入化學(xué)物質(zhì)克服了化學(xué)試劑與微生物細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)作用生成的產(chǎn)物對(duì)人體產(chǎn)生的不良影響避免了食物中殘留的化學(xué)試劑對(duì)人體的負(fù)面作用,保證了食用的安全 2021/3/14346、菌體不產(chǎn)生抗性化學(xué)試劑頻繁使用,會(huì)使菌體產(chǎn)生抗性,殺菌效果減弱超高壓滅菌為一次性殺菌,對(duì)菌體作用效果明顯,不會(huì)產(chǎn)生抗性2021/3/14357、殺菌效果穩(wěn)定超高壓殺菌條件易于控制,外界環(huán)境的影響較小,而化學(xué)試劑殺菌易受水分、溫度、pH值、有機(jī)環(huán)境等的影響,作用效果變化幅度較大 2021/3/

12、14368、改善食品質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味超高壓殺菌能更好的保持食品的自然風(fēng)味,甚至改善食品的高分子物質(zhì)的構(gòu)象,作用于肉類和水產(chǎn)品,提高了肉制品的嫩度和風(fēng)味;作用于原料乳,有利于干酪的成熟和干酪的最終風(fēng)味,還可使干酪的產(chǎn)量增加。2021/3/1437六、加工過程固態(tài)食品如肉、禽、魚、水果等需裝在耐壓、無毒、柔韌并能傳遞壓力的軟包裝內(nèi),進(jìn)行真空密封包裝,以避免壓力介質(zhì)混入,然后置于超高壓容器中,進(jìn)行加壓處理 。處理工藝是升壓保壓卸壓三個(gè)過程,通常進(jìn)料、卸料為不連續(xù)方式生產(chǎn) 2021/3/1438液態(tài)食品如果汁、奶、飲料、酒等,一方面可像固態(tài)食品一樣用容器由壓力介質(zhì)從外圍加壓處理。也可以直接以被加工食品取代水

13、作為壓力介質(zhì),但密封性要求嚴(yán)格,處理工藝為升壓動(dòng)態(tài)保壓卸壓三個(gè)過程用第二種方法可進(jìn)行連續(xù)方式生產(chǎn)。2021/3/1439多數(shù)生物經(jīng)100MPa以上加壓處理即會(huì)死亡。一般情況下,寄生蟲的殺滅和其他生物體相近,只要低壓處理即可殺死,病毒在稍低的壓力即可失活細(xì)菌、霉菌、酵母的營養(yǎng)體在300-400MPa壓力下可被殺死2021/3/1440芽孢桿菌屬和梭狀芽孢桿菌屬的芽孢對(duì)壓力比其營養(yǎng)體具有較強(qiáng)的抵抗力,需要更高的壓力才會(huì)被殺滅。壓力處理的時(shí)間與壓力成反比:壓力越高,則處理所需時(shí)間越短。超高壓殺菌的效果還受溫度、食品的組分的影響。 2021/3/1441日本果汁工藝示例2021/3/1442七高液壓切

14、割2021/3/1443高壓水在食品加工中的應(yīng)用2021/3/1444高壓水系統(tǒng)2021/3/1445壓力對(duì)切割深度的影響2021/3/1446高壓切割特點(diǎn)污染少;可切割新鮮肉和蔬菜;能耗低、操作方便、能切割出非常復(fù)雜的形狀;對(duì)多層結(jié)構(gòu)的食品,每層切口存在差異;對(duì)切割不透的食品,易造成高壓水飛濺。2021/3/1447切割泡沫2021/3/1448八高壓凍結(jié)與解凍細(xì)胞凍結(jié)與解凍2021/3/1450螺旋單體速凍原理2021/3/1451螺旋單體速凍機(jī)2021/3/1452液氮噴淋圖例2021/3/1453液氮噴淋速凍裝置2021/3/1454高壓下冰晶狀態(tài)2021/3/1455冰晶相圖2021

15、/3/1456冰晶形態(tài)I2021/3/1457冰晶形態(tài)III2021/3/1458The H-bond framework of rhombohedral ice IV showing the auto-clathrate arrangement with H-bonds passing through the centre of 6 membered rings.2021/3/1459The H-bond framework of tetragonal ice XII viewed down the c-axis. The spacegroup is I42d, lattice consta

16、nts are a = 8.304 and c = 4.024 .2021/3/1460冰晶XII型與冰晶I型Transition of ice XII towards hexagonal ice upon heating. The upper left photograph a) shows ice XII as recovered from the pressure cell at low temperature. In contrast to high-density amorphous ice it has a milky appearance. The following photographs