食品电阻加热杀菌技术
取自 食品百科全书
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| ⑩本法热能转换率可高达90％，而其它方法热能效率只有45～50％， | ⑩本法热能转换率可高达90％，而其它方法热能效率只有45～50％， | ||
| - | 第五节 | ||
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| - | 高压脉冲电场杀菌 | ||
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| - | 一、灭菌机理 | ||
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| - | 高压脉冲电场杀菌的机理，现有多种假说： | ||
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| - | 主要有细胞膜穿孔效应、电磁机制模型、粘弹极性形成模型、电解产物效应、臭氧效应等，大多数学者倾向于认同电磁场对细胞膜的影响，并以此为基础对抑菌动力学进行探索。 | ||
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| - | ⑴细胞膜穿孔效应假说认为:细胞膜带有一定的电荷，具有一定的通透性和强度。膜的外表面与膜内表面之间具有一定的电势差。当细胞上加一个外加电场,这个电场将使膜内外电势差增大。此时，细胞膜的通透性也随着增加，当电场强度增大到一个临界值时，细胞膜的通透性剧增,膜上出现许多小孔，使膜的强度降低。此外当所加电场为一脉冲电场时，电压在瞬间剧烈波动，在膜上产生振荡效应。孔的加大和振荡效应的共同作用使细胞发生崩溃，从而达到杀菌目的。 | ||
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| - | ⑵电磁机制理论:认为电场能量与磁场能量是相互转换的，在两个电极反复充电与放电的过程中，磁场起了主要杀菌作用，而电场能向磁场的转换保证了持续不断的磁场杀菌作用。 | ||
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| - | ⑶粘弹极性形成模型认为:一是细菌的细胞膜在杀菌时受到强烈的电场作用而产生剧烈振荡，二是在强烈电场作用下，介质中产生等离子体，并且等离子体发生剧烈膨胀，产生强烈的冲击波，超出细菌细胞膜的可塑性范围而将细菌击碎。 | ||
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| - | ⑷电解产物理论指出:在电极点施加电场时，电极附近介质中的电解质电离产生阴阳离子，这些阴阳离子在强电场作用下极为活跃，穿过在电场作用下通透性提高的细胞膜，与细胞的生命物质如蛋白质、核糖核酸结合而使之变性。但其不足之处是难以解释PH值变化。 | ||
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| - | ⑸臭氧效应理论认为:在电场作用下液体介质电解产生臭氧，在低浓度下臭氧已能有效杀灭细菌。 | ||
| - | 以上各理论均有其独到之处，但是，都不十分完善．要完整而清晰地描述电场对细胞的杀灭作用，还有许多工作要做。 | ||
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| - | 二、处理系统的设计 | ||
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| - | 良好的高压脉冲处理系统是高压脉冲电场杀菌技术得以应用的前提。高压脉冲处理系统设计的关键是脉冲发生器和处理腔的设计。 | ||
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| - | 目前，国内外学者对此进行了大量研究，美、法等国建立起了一批可商业化应用的设备。但是这些设备少则数万美元，多则数十万美元．价格非常昂贵，从而限制了这一技术的工业化应用。 | ||
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| - | 1．脉冲发生器 | ||
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| - | 高压脉冲处理系统的脉冲可以采用方波、指数波、交变波等三种形式，这三种处理系统的作用效果以方波最好，指数波次之，交变波处理系统最差。但是方波脉冲发生电路价格过于昂贵，以此为基础的处理系统尚不适于在规模工业化应用。相对来讲,指数脉冲发生电路价格比较便宜,适合于工业化应用。 | ||
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| - | 磁压缩脉冲发生器是传统脉冲发生器的良好替代品。这种脉冲发生器将电能以磁能的形式储藏起来，然后突然释放，从而形成指数脉冲。这种脉冲发生器消除了传统高压脉冲发生器对高速开关和触发电路的要求，并且电源也可以改用交流电源，从而消除了传统直流电源中整流的耗费。只是目前适于高压脉冲杀菌技术应用的磁压缩脉冲发生器还有待于高压脉冲发生器设计者进行研究。 | ||
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| - | 2．处理腔设计 | ||
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| - | 要求处理腔不仅能够保持腔内电场的均匀分布，而且能够保证被处理食品的稳定流动，才能具有较大的工业应用价值。为此，人们设计了各种连续式处理腔，主要有平行盘式、线圈绕柱式、柱—柱式、柱—盘式、同心轴式。其中，平行盘式和同心轴式处理腔结构被广泛应用。 | ||
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| - | 三、影响高压脉冲电场灭菌的因素 | ||
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| - | 1． | ||
| - | 对象菌的种类：不同菌种对电场的承受力有很大的不同。 | ||
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| - | ①无芽孢细菌较有芽孢细菌更易被杀灭，格兰氏阴性菌较阳性菌易于被杀灭。 | ||
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| - | ②在其它条件均相同的情况下用电场灭菌，菌种的存活率由高到低排列顺序:霉菌→乳酸菌→大肠杆菌→酵母菌。 | ||
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| - | ③对象菌所处的生长周期也对杀菌效果有一定的影响，处于对数生长期的菌体比处于稳定期的菌体对电场更为敏感。 | ||
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| - | 2．菌的数量：研究中发现，对菌数高的样品与菌数低的样品加以同样强度、同样时间的脉冲，前者菌数下降的对数值比后者要多得多。 | ||
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| - | 3．电场强度：电场强度在各因素中对杀菌效果影响最明显，增加电场强度,对象菌存活率明显下降。 | ||
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| - | 4． 处理时间：刚开始随着杀菌时间的延长，对象菌存活率开始急剧下降,然后平缓，逐渐变平，最后增加杀菌时间亦无多大作用。 | ||
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| - | 5． 处理时的温度：随着处理温度上升(在24℃—60℃范同内)，杀菌效果有所提高，其提高的程度一般在10倍以内。 | ||
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| - | 6． 介质电导率：介质的电导率提高，杀菌效果相应下降。这是因为脉冲频率上升,因而脉冲的宽度下降。这样，电容器放电时,脉冲数目不变，即杀菌脉冲时间下降，从而杀菌效果相应下降。 | ||
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| - | 7． | ||
| - | 脉冲频率：提高脉冲频率，杀菌效果上升。原因是频率提高后．对应于每一次电容器放电来说，具有更多的脉冲数目，因而指数衰减曲线的下降得到减缓。从而保证了更长的杀菌处理时间。 | ||
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| - | 8． | ||
| - | 介质的PH值：在正常的PH值范围内,对象菌存活率无明显变化。可以认为，pH与高压脉冲电场灭菌无增效作用 | ||
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| - | 四、处理效果 | ||
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| - | 高压脉冲电场杀菌主要是利用食品的非热物理性质，温升小(一般在50℃以下)、耗能低。一个35千伏的处理系统每处理1毫升液体食品只需20J的能量，而对超高温瞬时灭菌热处理系统来说却至少需要100J以上的能量。国内邓元修等实验证明高压脉冲电场对酵母和大肠杆菌的杀灭耗能只有1．8—6．0×l05J／m3。 | ||
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| - | 国内外研究人员使用高压脉冲电场对培养液中的酵母、各类格兰氏阴性菌、格兰氏阳性菌、细菌袍子，以及苹果汁、香蕉汁、菠萝汁、牛奶、蛋清液等进行了大量研究，并取得了良好的结果。其处理时间一般在几个微秒到几个毫秒，最长不超过1秒，该处理没有对食品的感官质量造成影响，其货架期一般都可延长4—6周。 | ||
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| - | 总之，高压脉冲电场杀菌的应用研究在实验室水平上已经取得了可喜成果。但是，由于处理系统电路设计的复杂性使得高压脉冲电场杀菌系统的造价非常昂贵，从而限制了这种方法当前的工业化应用。另外，高压脉冲电场在粘性食品及含固体颗粒食品中杀菌的应用还有待于进一步研究，操作条件还有待于进一步优化。 | ||
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当前修订版本
食品电阻加热杀菌技术
一、电阻加热技术(ohmic heating，又称为欧姆加热)的基本概念
1. 电阻加热技术的特点
近年来在国外食品加工领域中，受到广泛的重视。该加热方法与传统的食品加热方法截然不同，是将电流通过食品利用其电阻抗产生热能来加热食品，主要是针对含颗粒流体食品的无菌加工，解决了液体和固体颗粒间的加热杀菌程度不均匀的问题。
2. 电阻加热技术的发展
连续式电阻加热器的开发设计是由英国电气研究发展中心开始研究，80年代取得专利，90年代制造商业型电阻加热系统。
二、电阻加热技术的原理
电阻加热技术是以交流电电流通过食物，因食物中所含的盐分或有机酸均为电解质，无论流体或固体电流均可通过。热由食品内部产生，其原理是利用食品本身的导电性，及不良导体产生大的电阻抗特性来产生热能，将电阻电热技术运用在含颗粒流体食品时，其加热形态与传统的加热方法明显不同，而传统蒸汽加热时，固体颗粒的温度必然小于液体的温度，反过来，电阻加热时，固体颗粒的温度常与周围液体的温度相当，有时甚至会超过液体温度。由此可知，对于含颗粒流体食品(尤其是低酸性者)的电阻加热技术有突破性发展，目前电阻加热技术在欧洲及日本已有商业生产装置，美国也同意以电阻加热技术为含颗粒流体食品的商业杀菌技术。
三、电阻加热技术的热传递方式
以产品加热杀菌的热传递模式来看，传统的灭菌技术，无论是先包装后灭菌或是先灭菌后包装，其加热介质均为蒸汽。其热的传递方式是热媒通过热交换先加热流体，然后由载流液体以对流方式将热能传递给固体颗料，然后颗粒本身再以热传导方式将热能传递到固体中心，所以有热传递速度慢且加热不均匀的问题，为使颗粒中心点达到足够的杀菌条件，通常必须牺牲液体的品质将其过度加热，造成品质下降，风味营养流失。
电阻加热时，是对固体颗粒进行直接加热,几乎不需要热传递就能将固体颗粒内外同时加热,固体颗粒的温度常与周围液体的温度相当，有时甚至会超过液体温度。欧姆加热其电能转变成热能遍及整个被加热物体,且渗透的深度没有明显的限制。加热杀菌效果均匀性好，有利于提高产品品质。
四、电阻加热技术使用过程中的注意事项
①食品能否适合欧姆加热取决于该食品的导电性。绝缘体不能直接使用欧姆加热法，如不能离子化的共价键流体如油脂、乙醇、糖浆以及非金属的固体物质如骨质成分、纤维素、冰的结晶等。绝大多数食品均含有溶解了一定量离子盐的游离水，因此便成了导体。
②能用泵送的食品其水份含量都在30％以上，具有导电性，所以可有效地使用欧姆加热法进行杀菌。
③在欧姆加热法中，为了增加导电性，一般不适宜使用未加盐的自来水。
五、影响电阻加热技术的因素
1.温度
在加热过程中,食品原料温度愈高，导电度也愈高；加热速率随着食品原料温度上而增大。
2.电解质的浓度
电解质浓度高的颗粒，其导电性高，使得加热速度更高。通常将颗粒食品先浸泡在不同浓度的食盐水溶液中，以提高颗粒电解质含量，再进行电阻加热
另外，颗粒先预热后再电阻加热，会有较高的导电度，其加热速率也增加。因为预热在某种程度上破坏了细胞组织，使颗粒内部的水流动性增加。
六、电阻加热设备必须满足的条件
(1)系统的电气设计必须避免造成食品电解作用及因电极解离或食品局部过热烧焦而导致污染食品；
(2)能有效控制食品的加热速率和其流速；
(3)具有无菌环境下充填和密封包装含颗粒流体食品的无菌包装技术；
(4)系统设备投资和运转费用可以接受。
七、电阻加热技术的优点
①可以生产新鲜的、含固形物的高营养价值的产品；
②没有热传导界面，因此可以连续加热；
③可以处理鲜美的食品；
④污染少；
⑤对流体和固体快速均匀加热，具最少热破坏和最短加工时间；
⑥生产很安静；
⑦维修成本低；
⑧启动、停止操作简单，加工控制方便；
⑨具有降低前处理、生产制造和包装成本的可能性。
⑩本法热能转换率可高达90％，而其它方法热能效率只有45～50％，
