超高压杀菌技术

超高压杀菌原理及应用
报告人： 学号： 指导老师： 2012年3月
食品超高压技术（ulter-high pressure processing）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。
三 超高压杀菌对食品品质的影响
传统热加工技术不仅会杀死食品中的微生物， 对食品中的营养成分及风味物质也有非常大的 破坏作用，破坏程度主要取决于热处理的温度 高低及时间长短。人们研究、开发新的食品加 工技术，是为了在保证食品安全的前提下，尽 可能地改善加工后食品的品质。迄今为止，绝 大多数关于超高压对食品品质的研究都是在中 等温度条件下进行的。


3 超高压灭菌对类胡萝卜素的影响
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℃、10 min 可使胡萝卜中的类胡萝素提取率提高40% 以上，60MPa、30～60℃处理2.5、5、15min，橙汁中 的类胡萝卜素提取率提高20%～43%。
1 超高压对食品营养成分的影响
因为高压不会对分子中的共价键产生破坏作 用，所以理论上超高压技术可以保持食品的色 泽、风味及营养成分。 许多研究已经证明超高压对水果及蔬菜中的维 生素没有破坏作用或只有轻微的影响。近年来 ，高压与高温(起始温度>70℃)结合的灭菌技术 日益引起人们的重视，该技术对食品中营养成 分的破坏作用也成为了一个研究热点。
五 超高压杀菌技术的前景展望
超高压灭菌技术是一项新兴的技术，有着广 泛的应用前景，但与该技术发展相关的基础研究 及技术开发还有待于进一步开展。例如：关于超 高压灭菌机理以灭菌动力学的研究还不够深入； 现有的技术条件还不能在短时间内实现压力的骤 升、骤降，每次处理都需要几分钟或者更长时间； 现有的超高压处理设备多为间歇式，不利于液态 物料(例如果蔬汁)加工；此外，超高压技术还有 处理量小、设备维护困难等缺陷，这使得该技术 距离真正商业化还有很长一段距离要走。
4 超高压对食品色泽的影响
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300～700MPa、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。
1 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，保证其足够的力学强度，高的断裂韧性， 低的回火脆性和时效脆性，一定的抗应力腐蚀及腐蚀疲 劳性能。所以大力开发新的高强度材料和制造工艺，也 是减小容器质量、降低容器费用的又一个措施。 2 特殊设计 鉴于食品加工工业中的特殊要求，即要 有一定的处理能力和较短的单位生产时间，有效保证产 品的高质量要求，故而要设法缩短生产附加时间（如密 封装置的开启时间），把装置设计成便于快装快卸操作 的轻便形式。 3 轻型化结构 高压筒体制造困难且价格昂贵，探求 其合理的轻型化结构也有着很重要的经济意义。
二 超高压杀菌方式的特点
1 超高压与传统热处理食品的比较.
本质不同 性质 加热法 超高压法 分子加剧运动，破坏弱健 只影响高分子结构氢 ，使蛋白质、淀粉等生物 键、离子键等非共价 在静水压下，食品向自身体积减小的方向变化，即形成 键 高分子物质变性，同时也 生物体高分子立体结构的氢键结合、离子结合、疏水结合等 破坏共价键，使维生素、 非共有结合反应。形成蛋白质的氨基酸缩氨结合，是共有结 色素、香味物质等低分子 合，在数千大气压下其结构不发生变化。 物质发生变化 操作过程 操作安全、灭菌效果好 操作安全，灭菌均匀 同样食品中的维生素、香气成分等低分子化合物，也具 ，耗能低 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 处理过程中 既有化学变化，又有物理 纯物理变化，有利于 罐臭等劣化现象，而是保持了食品原料本身的生鲜味，表 1 变化 变化 未来生态环境保护 是以软包装为例，超高压杀菌和加热杀菌的对比。
针对超高压灭菌已经取得的成果及存在的问题，我认
为以后的超高压灭菌研究将有以下几个主要趋势：


完善已有的灭菌模型或开发新模型。
研究微生物细胞以及芽孢耐压机理。

设计制造可以快速加压、降压，快速进料、出料的
新型设备。


设计制造可用于液态物料加工的连续式设备。
提高设备本身的易用性、稳定性。
Thank you！
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。
一 超高压杀菌的基本原理
超高压杀菌法，是先将食品原料配好以后，充 20-40MPa的压力能使较大的细胞因受应力 填到柔软的容器中密封，再投入到有数千静水压的 作用使细胞壁机械断裂而松解；200MPa的压力 超高压杀菌器中加压处理的过程。极高的静压会改 下，细胞壁遭到破坏；300-400MPa下，微生 变细胞的形态，包括细胞外形变长，胞壁脱离细胞 物的核膜和线粒体外膜受到破坏，加压的细胞 质膜，无膜结构细胞壁变厚。高压对细胞膜、细胞 膜常常表现出通透性的变化，压力引起的细胞 壁都有影响。 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。
6 超高压对食品质构的影响
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，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。
2 超高压灭菌对VC的破坏作用

许多研究人员对超高压状态下VC 的稳定性进行了研究，他 们发现降低原料中的氧气含量可以明显提高VC的稳定性。原 料中的氧气在加压过程中被大量消耗，提高压力或延长处理 时间对VC 降解速率的影响并不明显，这是因为VC 的需氧降 解速率比厌氧降解速率要快很多。 但是，长时间(6 h 以上)处于高温、高压条件下(850MPa， 65～80℃)，VC含量会大量减少，降解规律符合一级动力学 方程，增加压力及温度可以提高VC 的降解速率。 2002年Krebbers 等研究发现四季经1000MPa 超高压非连 续处理两次(每次30s，中间间隔30s，0.1MPa)后的VC 残留 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。
四 超高压杀菌设备
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：5 超高压对Fra bibliotek品香气成分的影响
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 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，250350MPa、1～3min 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。
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； 综上所述，超高压杀菌技术无需加热、无化学添 b 化学试剂使用频繁，会使菌体产生抗性，杀菌效果减弱，而 加剂；压力作用迅速均匀；且在常温或低温下进 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 行，口味和风味能得以保持；营养损失小，工艺 剂杀菌易受水分、温度、 pH、有机环境等影响，作用效果变 简化，节约能源，无“三废”污染。 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。