食品加工与保藏 第三章食品的非热杀菌与除菌
食品原料与加工：食品的非热杀菌与除菌[行业荟萃]
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行业借鉴
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（二）脉冲电场杀菌技术
也就是说，脉冲电场杀菌是将食品置于两个电 极间产生的瞬间高压（15-100kv/cm）电场中， 由于高压电脉冲能破坏细菌的细胞膜，改变其 通透性，从而杀死细胞。
主要应用于液态食品物料的巴氏杀菌。
行业借鉴
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电场灭菌的原理
将液态食品作为电介质置于高强度脉 冲电场中，食品中微生物的细胞膜在强电 场的作用下被击穿，产生不可修复的破裂 或穿孔，使细胞组织受损，导致微生物失 活.
行业借鉴
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几种灭菌容器的电场设计
食品 入口
Co-axial cones
食品 出口
电极
电极
行业借鉴
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脉冲电场的处理系统
行业借鉴
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PEF 连续处理系统
待处理样 （已脱气处理）
转子流量计 恒流泵
（二） 缺点 1、 高压导致蛋白质凝胶化，由于细胞壁破裂，酶活 力可能增加 2、 可引起蛋白质凝胶、注释及膨胀 3、 引起食物组织内变化 4、 设备的初装费高 5、 细菌的孢子、霉菌和酵母可能要求不同高压须消 灭时间长
行业借鉴
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操作控制
1、超高压处理要求非常特殊的设备，如桔子 汁可能在压力室内批处理，然后无菌灌装预先 消毒的包装内。 2、超高压加工必须考虑微生物的种类、产品 特性、理想的过程（巴氏杀菌或商业消毒）和 产品销售方式。 3、超高压处理对生长的细菌、酵母和霉菌是 非常有效，但芽胞对高压不会失活，而要另外 加热或其他一些作用以达杀死的高水平。
1967年，英国的Sale和Hamilton报导25kV/cm的直流脉冲能有效 致死营养细菌和酵母菌，并认为电场强度和作用时间是影响灭菌 效果的两个主要因素 。
食品的非热杀菌与除菌
3.2.2.3 影响空气过滤效率的因素
微粒直径
粒径小，扩散效应 扩散效率随粒径增 大而逐渐下降； 粒径大，拦截和惯 性效应，拦截和惯 性效率随粒径的增 大逐渐上升。 最易穿透粒径 最大穿透粒径 最低效率直径
纤维粗细
纤维直径小， 捕集效率高； 纤维端面形 状对捕集效 率影响不大
过滤速度
1995年 ，大连医科大学张毅等使用PEF对液体中的细菌进行了灭菌实验，结果表明电场可全部 杀死液体中的细菌，不破坏营养成分。
1995年~至今，吉林工业大学殷涌光等使用PEF对细菌孢子进行了灭活实验。之后还运用PEF对 原料乳、桃汁、蔬菜饮料等进行了灭菌研究。
1997年～至今，华南理工大学曾新安使用连续的PEF处理系统对橙汁、桑果汁、牛乳进行了灭菌 研究。
3.1.2.1.5超高静压(HHP)对微生物作用
HPP对微生物的作用
蛋白质聚 集
细胞膜 的完整 性发生 变化
DNA发 生变化
膜的发 生变化 通透性
3.1.2.1.6超高静压(HHP)杀菌效果
G(+)营养体对HHP的抵抗力强于G（－);
细菌芽孢与热协同处理可降低杀灭芽孢所需的压力和加 热温度；
– 电场强度、脉宽、处理时间、脉冲波形
微生物特性
– G（＋）抵抗力大于G（－）； – 微生物浓度：浓度高降低杀菌效果 – 生长阶段：对数生长期较敏感
物料性质
– 导电性：电导率高的液态食品不适于进行PEF杀菌； – 含空气或蒸汽的液体进行PEF处理时会出现介电破坏。
3.1.2.2.6 PEF在食品杀菌中的应用
3.1.2.1超高静压杀菌技术 3.1.2.2脉冲电场杀菌技术 3.1.2.3其它新型非热杀菌技术
食品非热杀菌技术
.文献综述食品非热杀菌技术摘要：食品非热杀菌技术系指不使用热能杀死食品中微生物，最大限度保持食品原有营养、质构、色泽和风味的一类新型杀菌技术；该文重点介绍超高压杀菌、高压脉冲电场杀菌、等离子体杀菌、紫外线杀菌、臭氧杀菌等非热杀菌技术原理、特点及其在食品工业中应用。
关键词：食品 ; 非热杀菌 ; 杀菌技术1.引言随着人们生活水平的提高和消费者对食品新鲜度的要求，在过去的二十年里，科学家们不断地开发新的食品杀菌技术在食品加工中，腐败变质的主要原因是由于微生物的侵染及微生物的繁殖代谢活动所引起的，所以杀菌是食品加工中的关键技术。
在食品加工中采用的杀菌方法主要是加热杀菌和非热杀菌两大类、加热杀菌是目前食品加工中的主要杀菌方法，可杀死微生物、钝化酶类，改善食品的品质和延长储藏期、但是它在灭菌的同时也会破坏产品中的营养成分、质构、色泽和风味，特别是热敏性成分有很大的损失。
非热杀菌就是不用热能杀死微生物，因此又称为冷杀菌，非热杀菌技术不仅能保证食品在微生物方面的平安，而且能保持食品的固有营养成分、质构、色泽、风味和新鲜程度，符合消费者对食品的营养和平安的要求。
2.正文2.1 高压脉冲电场杀菌高压脉冲电场杀菌是通过在两个电极之间产生瞬间短时的高压，以脉冲电场作用于食品，可能造成细胞膜的介电阻断和破裂，起到对食品微生物抑制的作用。
在杀灭食品、饮料、水中微生物、害虫的防治、污染物的分解等方面都可应用。
经过此项技术处理的液态食品，微生物可被迅速地钝化和杀死，包括病原菌和腐败菌株等，杀菌效果明显，本钱低，而且在常温下进行，与传统的化学方法和辐射方法比拟是非常有优势的。
此外，该技术不会向液态食品里导入有毒的物质，不会像氯气消毒那样导致致癌或诱导致癌，且对环境也是无害的。
2.2 脉冲强光杀菌脉冲强光杀菌是一项新型的非热杀菌技术，通过瞬时高频率的脉冲强光来杀死食品外表、设备、外包装的微生物。
脉冲杀菌作为一种非热杀菌技术只处理食品外表，所以不会像热杀菌和化学处理那样破坏食品的色、香、味和营养成分，没有有毒物质产生，食用平安，并且设备投资少。
食品加工中热杀菌技术及非热杀菌技术探析
114当前人们对食品质量安全问题的关注度不断提升，食品加工中热杀菌技术及非热杀菌技术的应用也因此受到企业的高度重视。
就食品杀菌而言，热杀菌技术及非热杀菌技术都是当前食品加工中的关键技术，对于保障食品质量有着积极的作用。
为此，本文就食品加工中热杀菌技术及非热杀菌技术展开探讨，并对两者的协同发展进行了初步分析。
一、热杀菌技术及非热杀菌技术在食品加工中的重要性中国是人口大国，为了满足大量人口的食物需求就需要进行大规模的生产，这就对食品加工工作提出了更高的食品加工中热杀菌技术及非热杀菌技术探析要求。
热杀菌技术及非热杀菌技术可以通过实验的方式对成品、半成品以及所有食品检测进行灭菌处理，有效地减少了食品质量造假等违法行为。
一方面，热杀菌技术和非热杀菌技术可以对食品中的有毒物质、农药残留、非法添加物质、生物毒素等进行处理，降低食品发生腐败变质的情况。
根据现阶段食品安全质量检测中反馈的问题来看，微生物超标是造成食品安全质量不达标不合格的主要因素，而微生物超标最严重的后果是引起重大疾病，从而影响人们的身体健康。
另一方面，传统杀菌技术操作简单，可控性较强，在食品加工领域中的应用越来越广泛，但是仍然存在一些问题。
作为一种天然健康食品加工理念，非热杀菌技术的Copyright©博看网 . All Rights Reserved.出现对传统的热杀菌技术进行了完善，通过将两者进行融合，有利于提高食品安全质量。
总体来说，随着时代和科学技术的不断进步，我国的食品加工技术逐渐标准化，推动了热杀菌技术和非热杀菌技术的不断发展与完善，不仅能够提高食品安全质量，而且有利于人们的身体健康，减少疾病的爆发率。
二、食品加工环节中的热杀菌技术1.巴氏杀菌。
作为热杀菌技术中最常用的一种，巴氏杀菌具有一定的代表性，凭借其独特的优势被应用于食品加工环节。
巴氏杀菌属于杀菌强度较高的一种热杀菌技术，可以根据杀菌对象的特点以及耐热性的不同进行分类处理，因为该技术具有不同的热处理能力，几乎可以把食品中的病原菌杀死。
食品加工过程中的非热灭菌技术研究
食品加工过程中的非热灭菌技术研究食品加工是指将食材经过一定的处理，以改变其原有的特性和状态，使得食物更好地适应市场需求和消费者口味。
而在食品加工过程中，非热灭菌技术逐渐成为一个重要的研究领域。
非热灭菌技术是指在不使用传统的加热过程的情况下有效抑制和灭菌食品中的有害微生物的一系列技术。
一、冷冻技术冷冻技术是一种非热灭菌技术，常见的应用是冷冻食品。
冷冻食品可以通过降低食品的温度来有效阻止微生物的生长和繁殖，达到灭菌的目的。
冷冻还可以有效地保留食品的营养成分和口感，使得食品更加美味。
二、高压处理技术高压处理技术是一种将食品置于高压环境下的非热灭菌技术。
高压可以破坏微生物的细胞结构，从而达到杀菌的效果。
这种技术可以有效地延长食品的保质期，并且保持食品的原有营养和口感。
高压处理技术在果汁、肉制品等食品加工中被广泛应用。
三、辐射灭菌技术辐射灭菌技术是一种将食品暴露于辐射源下的非热灭菌技术。
辐射可以破坏微生物的DNA和细胞的结构，从而达到杀菌的效果。
常见的辐射源有紫外线、X射线和γ射线等。
辐射灭菌技术可以有效地杀灭食品中的有害微生物，同时保持食品的质量和营养成分。
但是辐射灭菌技术也存在一定的争议，主要是因为辐射会对食品造成一定的负面影响，因此其应用受到一定限制。
四、脉冲电场技术脉冲电场技术是一种利用电场的作用来灭菌的非热灭菌技术。
脉冲电场可以破坏微生物的细胞膜，从而达到灭菌的效果。
这种技术可以在较低的温度下进行，对食品的营养成分和品质影响较小。
脉冲电场技术在果汁、乳制品等食品的灭菌过程中得到广泛的应用。
总结起来，非热灭菌技术在食品加工中发挥着重要的作用。
通过冷冻、高压处理、辐射灭菌和脉冲电场等技术，我们能够有效地抑制和灭菌食品中的有害微生物，延长食品的保质期，同时保持食品的营养和口感。
随着科技的不断进步，非热灭菌技术将会变得更加先进和高效，为食品工业的发展做出更大的贡献。
尽管非热灭菌技术在某些方面存在一定的限制和争议，但通过进一步的研究和应用，相信这些技术可以更好地满足人们对食品安全和质量的需求。
第三章 食品的热加工与杀菌
• （2） 特点 1、加热和冷却速度较快。 2、能加工粘度高的产品，尤其对那些不能通过板式 热交换器进行良好加工的产品来说，它不容易形成 结垢。但蒸汽压力将限制设备长时间运转。 3、产品灭菌后需要进行无菌均质，因此设备本身的 成本和运转成本大大增加。 4、结构复杂，装置大多是非标准型，系统成本是同 等处理能力的板式或管式加热系统的两倍。
腐败菌
腐败特征
低 嗜 嗜热脂肪芽孢杆菌
酸 热 嗜热解糖梭状芽孢杆菌
性菌
食
致黑梭状芽孢杆菌
品 嗜 肉毒杆菌 A、B
温 生芽孢梭状芽孢杆菌(P.A3697) 菌
平盖酸败 产酸产气 致黑硫臭 产酸产气产毒 产酸产气
酸 嗜 凝结芽孢杆菌
性 温 巴氏固氮梭状芽孢杆菌
食菌
品
酪酸梭状芽孢杆菌
多粘芽孢杆菌
平盖酸败 产酸产气 产酸产气 产酸产气
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正确的杀菌工艺条件应恰好能将食品内 腐败菌全部杀死和使酶钝化，保证贮藏 安全，但同时又能保住食品原有的品质 或恰好将食品煮熟而又不至于过度。
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酶钝化程度有时也被用做食品杀菌的 测定指标，例如牛乳巴氏杀菌的效果可以 根据磷酸酶活力测定的结果判定。这是因 为牛乳中磷酸酶热处理时的钝化程度和其 他病原菌热处理时的死亡程度相互一致。
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二、食品热杀菌的种类
1. 湿热杀菌 2. 干热杀菌
采用火焰灼烧或干热空气进行灭菌的方法。 3. 电热杀菌
亦称"欧姆杀菌"，它利用电极将电流通过物 体，由于阻抗损失、介质损耗等的存在，最终使 电能转化为热能，使食品内部产生热量而达到杀 菌的目的。
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4、食品湿热杀菌的主要类型和特点
• 低温长时杀菌法——巴氏杀菌 • 高温短时杀菌法——加压杀菌 • 超高温瞬时杀菌法——UHT杀菌 • 蒸汽喷射式加热灭菌法 • 二次灭菌法
食品非热加工的杀菌、钝酶机制
食品非热加工的杀菌、钝酶机制
食品非热加工的杀菌机制主要包括以下几种：
1. 酸化：通过添加酸性成分，降低食品的pH值，使细菌的生
长受到抑制，从而达到杀菌的目的。
常用的酸性成分有乙酸、柠檬酸等。
2. 盐分浓度调节：通过增加食品中的盐分浓度，使细菌细胞外液的渗透压增加，进而破坏细菌细胞的渗透平衡，导致细菌死亡。
3. 真空：通过将食品置于真空环境中，降低氧气浓度，使细菌无法进行呼吸代谢，从而实现杀菌的效果。
4. 辐射杀菌：利用电子束辐射或γ射线辐射等辐射源对食品进行辐射处理，破坏细菌的遗传物质及细胞结构，使其失去生长与繁殖的能力，达到杀菌的目的。
5. 高压处理：利用高压力使细菌细胞的结构发生变化，破坏细菌内部的生物活性分子，从而达到杀菌的效果。
食品非热加工的钝酶机制主要包括以下几种：
1. 低温冷藏：通过将食品存放在低温环境下，降低酶的活性，减缓酶催化反应，从而起到钝化酶的作用。
2. 酸性环境：通过降低食品的pH值，使酶的酶活性受到抑制，从而减缓酶催化反应的速度。
3. 添加抑制酶活性的物质：例如，向食品中添加抑制酶活性的物质，如亚硝酸盐、亚砜等，可以钝化某些特定的酶。
4. 高压处理：通过高压力对食品进行处理，改变酶的构象，降低酶的活性，从而起到钝化酶的作用。
需要注意的是，食品非热加工的杀菌和钝酶机制可能会对食品的质地、味道、营养价值等产生影响，因此在进行非热加工处理时需要综合考虑食品的性质和要求，选择合适的处理方法。
食品工艺学考点整理
第一章绪论一、食品的功能：营养功能（提供人体所需的化学能和生长所需的化学成分）感官功能（外观、质构、风味）保健功能（保健食品的定义：含有功能因子和具有调节人体功能作用的食品被称为功能食品，我国又称保健食品）。
二、食品的特性：安全性（指出食品必须是无毒、无害、无副作用）保藏性、方便性。
三、引起食品变质的原因：微生物的作用、酶的作用、物理化学作用。
四、食品保藏的途径1、运用无菌原理：杀灭食品中的腐败菌、致病菌、以及其他微生物或使微生物的数量减少到能使食品长期保存所允许的最低限度。
2、抑制微生物活动：利用某些物理、化学因素抑制食品中微生物和酶的活动，这是一种暂时性的保藏方法。
3、利用发酵原理：发酵保藏又称生物化学保藏，是利用某些有益微生物的活动产生和积累的代谢产物如酸和抗生素来抑制其他有害微生物的活动，从而达到延长保质期的目的。
4、维持食品最低生命活动：例如新鲜蔬菜水果创造一种条件，使其尽可能降低其物质的消耗水平，如呼吸作用。
四、栅栏技术：利用抑制微生物生长的因素如温度、水分活度、pH和防腐剂等，用多个障碍因子来抵抗腐败变质，使保藏处理能够在更加温和，避免单个强烈的条件。
第二章食品脱水一、结合水：不易流动、不易结冰，不能作为外加溶质的溶剂，这部分水被物理或化学结合力所固定。
自由水：易流动，容易结冰也能溶解溶质的这部分水，又称体相水。
二、水分活度：食品表面水分蒸汽压与相同条件下纯水的饱和蒸汽压之比。
不同类微生物生长繁殖的最低水分活度的范围是：大多数细菌Aw0.99~0.94>大多数霉菌Aw0.94~0.80>大多数耐盐细菌Aw0.75>耐干燥霉菌和耐高渗透压酵母Aw0.65~0.60。
Aw小于6.0时，绝大多数微生物无法生长。
一般认为水分活度降低至0.7一下，食品适于保藏。
三、导湿性：由于水分梯度使得食品由高水分处向低水分处转移或扩散的现象。
导湿温性：温度梯度促使水分从高温处向低温处转移。
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3.1.2.1.3超高静压(HHP)杀菌特点
❖HPP杀菌特点
– 酸性食品（pH<4.6），HPP可以达到商业杀 菌要求。
– 低酸性食品（pH>4.6），HPP可以作为巴氏 杀菌辅助手段
– 对芽孢菌，需结合其他处理方法
3.1.2.1.4超高静压(HHP)处理系统
❖ 加压系统、处理室、密封系统和控制系统。
❖3.1.1.2 食品非热杀菌技术种类
▪ 化学杀菌（杀菌剂、抑菌剂和防腐剂等） ▪ 物理杀菌（辐照、紫外线、脉冲电场、振荡磁场、超声波、
脉冲光、脉冲x射线等）
❖ 新型的食品非热杀菌技术
– 超高静压（Ultra High Hydrostatic Pressure,UH HP,HHP)
– 脉冲电场（Pulsed Electric Field,PEF) – 振荡磁场（Oscillating Magnetic Fields, OFM)
3.1.2.1超高静压(HHP)
❖3.1.2.1.1超高静压(HHP)定义
▪ 指将密封于弹性容器内的食品置于水或其 它液体作为传压介质的压力系统中，经100 MPa以上的压力处理，以达到杀菌，灭酶 和改善食品的功能特性等作用。
3.1.2.1.2 超高静压(HHP)发展
❖起源于19世纪末，Tameman 开启超高静压处理 技术之门；
3.1.2.2 脉冲电场（PEF）杀菌技术
❖脉冲电场灭菌（High Intensity Pulsed Electri c Field， 简称HIPEF或PEF）是在特殊的处理 室里对液态食品施加瞬时高强度的脉冲电场，将 其中的微生物杀死的一种方法。一般电场强度为 10～50kV/cm，脉冲宽度在100μs以内，脉冲 频率在几千Hz以内。其高场强可直接将微生物 杀死，其窄脉冲和低频率保证了食品升温很小和 极少的电化学反应，从而最大限度地保证了食品 的天然风味和营养成分。
❖ 1995年 ，大连医科大学张毅等使用PEF对液体中的细菌进行了灭菌实验，结果表 明电场可全部杀死液体中的细菌，不破坏营养成分。
❖ 1995年~至今，吉林工业大学殷涌光等使用PEF对细菌孢子进行了灭活实验。之后 还运用PEF对原料乳、桃汁、蔬菜饮料等进行了灭菌研究。
❖ 1997年～至今，华南理工大学曾新安使用连续的PEF处理系统对橙汁、桑果汁、 牛乳进行了灭菌研究。
➢3.1.2.1超高静压杀菌技术 ➢3.1.2.2脉冲电场杀菌技术 ➢3.1.2.3其它新型非热杀菌技术
食品加工工艺原理
3.1.1食品的非热杀菌定义及种类
❖ 3.1.1.1非热杀菌
– 杀菌过程中食品温度并不升高或升高很低，既有利于 保持食品中功能成分的生理活性，又有利于保持色、 香、味及营养成分。
❖ 1981年，Hulsher发现关于PEF处理下细菌存活率的数学模型。杀 菌率与电场强度和作用时间的对数是成正比的。
❖ 1981年后，Hulsheger、Zimmermann等学者对电脉冲灭菌机理 做了进一步探讨，并开始了用于工业生产设备的研究。
❖ 1990年后，以美国的Barbosa-Cánovas G. V.，Zhang Q.H.和德 国的Knorr D为代表的研究者关于PEF进行灭菌的研究的报导也越来 越多，并设计了商业化的小型PEF设备体系，由此产生了许多专利 成果。
❖ 1899～1929年，Hite发现HHP抑制微生物生长； ❖ 1974年方法，Wison提出（压力＋温度）保藏食
品； ❖ 1986～，日本市场出现HHP处理的食品； ❖ 1992～欧盟实施HPP技术应用投资计划，相关产
品上市； ❖1999～2000 美国市场也出现HPP巴氏杀菌食品 ❖ 20世纪90年代，国内开展HPP技术研究，目前处
❖ 2002年～至今，清华大学史梓男等设计了脉冲电源，并与 中国农业大学廖小军等 合作，研究了PEF处理对西瓜汁、橙汁、苹果汁的灭菌效果及对食品品质的影响。 并对前人的灭菌模型进行了比较
❖ 2002年，大连理工大学但果等设计了高精度脉冲电源，对PEF非热处理理论进行 了实验性研究
❖ 2005~2006年 ，江南大学的李迎秋、王茉、周媛等研究了PEF对微生物、绿茶饮 料、液态蛋的灭菌研究
❖ 一般而言，为杀灭有害菌而选择的压力条件基本能满足 大多数人类病毒的要求；
❖ 寄生虫对压力的敏感性要高于细菌的芽孢和细胞。
3.1.2.4超高压(UHP)杀菌作用机理
❖ （1）改变微生物的细胞形态结构 ❖ （2）破坏微生物细胞膜 ❖ （3）钝化酶的活性 ❖ （4）抑制生化反应 ❖ （5）影响DNA
第三章 食品的非热杀菌与除菌
主要内容
• 3.1 食品的非热杀菌
• 3.2 空气净化除菌
• 3.3食品用水的净化除菌
重点：掌握非热杀菌定义，超高静压及脉冲电场杀菌原 理，空气及水处理常用的杀菌方法
难点：超高静压及脉冲电场杀菌机理。
食品加工工艺原理
3.1 食品的非热杀菌
• 3.1.1 食品非热杀菌技术定义及种类 • 3.1.2 新型的食品非热杀菌技术
3.1.2.1.7影响超高静压(HHP)杀菌效果的因素
❖ （1）微生物的种类和生长期条件； ❖ （2）压力大小和加压时间； ❖ （3）施压方式：对于芽孢，间歇式加压好于连续式加压 ❖ （4）温度 ❖ （5）pH值 ❖ （6）物料组成成分 ❖ （7）水分活度 ：低aw产生的细胞收缩作用和对生长的
抑制作用使细胞对压力产生抗性
3.1.2.1.5超高静压(HHP)对微生物作用
❖ HPP对微生物的作用
蛋白质聚 集
细胞膜 的完整 性发生 变化
DNA发 生变化
膜的发 生变化 通透性
3.1.2.1.6超高静压(HHP)杀菌效果
❖ G(+)营养体对HHP的抵抗力强于G（－);
❖ 细菌芽孢与热协同处理可降低杀灭芽孢所需的压力和加 热温度；
3.1.2.2.1 PEF灭菌技术研究进展
国外
❖ 1960年 ，Gossling首次提出使用高强脉冲（high intensity elect ric field pulses）来杀死微生物 。
❖ 1967年，英国的Sale和Hamilton报导25kV/cm的直流脉冲能有效 致死营养细菌和酵母菌，并认为电场强度和作用时间是影响灭菌效 果的两个主要因素 。