微波技术在食品保鲜上的应用
微波作为一种电磁波,通常应用于广播、电视及通信技术中,近年来,随着科学技术的发展,微波作为一种能源,已逐渐应用于食品干燥、烘烤、膨化、解冻等方面,利用微波杀菌,就是微波技术在食品保鲜上的成功应用。
1. 微波杀菌机理
与其它生物体一样,细菌也是由水、蛋白质、核酸等物质组成,其中水作为极性分子,在高频率、强电场强度的微波场中将被极化,并随着微波场极性的迅速改变而引起蛋白质分子团等急剧旋转,往复振动,它一方面相互间摩擦升温,另一方面将引起蛋白质分子变性,这样,在微波辐照使食品温度升高的热效应和蛋白质分子变性后失去生物活性的非热效应双重因素共同作用下,细菌、酵母菌等微生物将在短时间内被杀死,而且食品的色、香、味和营养成分并未因此受到损失。
2. 微波杀菌工艺
微波杀菌不同于传统的加热杀菌,传统加热杀菌主要依靠热力,从加热过程来看,热力由食品表面向里传递,其传递速率决定于食品的传热特性,杀菌时间和所需温度视被杀菌种而定。因此,杀菌过程中决定了食品表面与其中心温度存在温差,以及里层温度状态的滞后性,出现同一食品灭菌的时间差,从而延长了食品整体灭菌所需的时间,微波杀菌时间大大短于传统加热杀菌时间,因为微波使食品内部和外部同时均匀加热,它不需要食品达到杀菌温度所需的预热时间,何况微波杀菌的因素不仅仅是热力单方面的因素。因此,根据微波杀菌不同于传统加热杀菌的特点,结合微波杀菌过程中可能带来的负面影响,可采用以下杀菌工艺。
2. 1 微波间歇辐照
日本赤星教授曾用脉冲式微波辐照食品,取得了较理想的杀菌效果,脉冲式是指短时间产生较强微波电场间歇地作用于食品,使食品吸收微波能量后温度升高,但由于是瞬间的高能量,食品升温变化并不大,从而大大提高了杀菌效果,据赤星的实验数据表明,把常见的大肠杆菌、枯草芽孢杆菌以及曲霉等菌种接种于培养基的悬油液中,用微波频率为2800MHz ,脉宽1 微秒,脉冲重复频率为2000Hz 的强微波脉冲对样品辐照, 当脉冲功率分别为200Kw 和400Kw 时,辐照时间分别为90 秒和60 秒可达到完全杀菌,此时样品的温度分别由17 ℃上升到86 ℃和由22 ℃上升到92 ℃,如果用传统加热灭菌方法杀灭枯草芽孢杆菌,一般在湿热条件下杀菌温度为100 ℃,需要时间11. 3 分钟。
另外,对于香肠作微波间歇辐照,传统加热(90 - 95 ℃热水煮沸4. 5 分钟) 杀菌与对照组杀菌对比试验,结果表明,尽管微波辐照平均功率较低,时间短(370 瓦,160 秒) ,但其杀菌效果好于传统加热杀菌法,与对照组相比,有明显的杀菌效果,样品的残菌数测定方法为常规检测。微波间歇辐照法的长处在于能用较高的电场强度短时间内达到杀菌效果,可是高电场强度和功率密度将对微波设备和被处理物料的耐击穿性提出更高要求,以及需要精确控制辐照时间等,这些要求都将使微波设备成本提高。
2. 2 微波连续辐照
为弥补微波间歇辐照的缺陷,可使用较低场强,适当延长微波辐照时间的连续性微波辐照杀菌工艺。一般说,隧道式箱型微波设备的箱体内功率密度较低,能适合于上述工艺要求。在物料对温度及加热时间(耐热性) 允许的前提下,适当延长辐照时间,将有利于强化杀菌效果,同时,也能使物料加热状态均衡,因此能有足够的时间借助热传导使物料内外温度差异减少,据测验,用频率,功率为连续可调的微波设备,对调味海带(塑料复合袋装) 、啤酒、酱油(均为玻璃瓶装) 作杀菌处理,结果表明:微波加热器为箱式,调味海带经微波辐照40 秒至2 分钟后,大肠杆菌完全被杀灭;啤酒则需2 分30 秒至3 分钟,酱油则需2 分至2 分50 秒,于传统加热杀菌相比,调味海带经微波辐照2 分钟的杀菌效果于蒸煮加热处理30 分钟的相当,而酱油经微波辐照2 分钟的杀菌效果将好于水浴加热4 分钟的效果,并且经对酱油的理化指标和还原糖、氨基酸等成分分析,其等级均有所提高。同样,若微波加热器为平板式,对调味海带等杀菌试验也取得较好效果。值得指出的是上述连续微波杀菌的试验样品均未添加任何防腐剂。
2. 3 微波多次快速辐照和冷却
这种杀菌工艺的目的,旨在快速地改变微生物的生态环境温度,并且多次进行微波辐照杀菌,从而避免让物料长时间连续地处于高温状态,为保持物料的色、香、味及营养成分提供有利条件,该工艺适合于对温度敏感的液体杀菌,例如,饮料、米酒的杀菌保鲜。杀菌温度条件可视不同杀菌对象设定控制。据日本横内洋文专利(1990 年) 报告,对日本清酒中乳酸菌杀灭试验结果:若乳酸菌浓度为102 个/ ml 数量级,则经1. 5Kw 功率的微波辐照,温度达到63 - 65 ℃,多次加热冷却微波杀菌时间1 秒,可将上述浓度的乳酸菌全部杀死。
3.微波杀菌的应用
由于食品防腐剂的使用要求相当严格,在食品中不添加防腐剂就可大大延长保鲜期的微
波杀菌技术的应用越来越广泛。瑞典、德国、丹麦和意大利等国使用微波对切片面包杀菌、防霉、保鲜,已达到工业化生产程度,我国的一些食品生产企业也开始将微波杀菌技术应用到部分食品的加工、运输、贮藏及销售中。
3. 1 饮料、酱油制品饮料和酱油制品经常发生霉变和细菌含量超标现象,并且不允许高温加热杀菌,采用微波杀菌技术,具有温度低、速度快的特点,既能杀灭饮料酱油中的各种细菌,又能防止其贮藏过程中的霉变,而且经微波辐照处理后,各项理化指标均有所提高, 据基础试验表明, 在功率600W的微波辐照下,一般约5 分钟就能完全杀灭大肠菌群,另对灭霉效果持久性检验表明,微波杀菌温度为75 ℃, 处理时间为5 分钟, 在28 ℃环境下贮藏2 个月无霉变现象,而同样处理条件的传统加热杀菌的对照组,仅24 个小时就发现有霉菌生长情况。
3. 2 蛋糕、面包等烘烤食品蛋糕、面包等烘烤食品的保鲜期很短,在流通和消费期间仅2 - 3 天时间,新鲜度就会大大下降,若存放5 - 6 天就会有霉点发生,相比之下,国外的面包产品其保鲜期达21 天以上,面包发霉的根本原因是由于常规烘烤加热过程热量由表及里,面包中心温度往往未超过65 ℃或者温度达到但持续时间不够,这样细菌不但没因烘烤而致死,反而因加热引起繁殖,所以,我们经常谈到的霉点是发生在面包内部,而不一定在面包的表面。相反,微波对蛋糕、面包等烘烤食品的穿透性,能在烘烤同时杀灭其内部细菌,不存在常规加热烘烤的弊病。
3. 3 米、面等粮食制品
米、面等粮食制品在销售、贮藏过程中常常返潮发霉和虫蛀,究起原因均为制品灭霉、杀虫卵不彻底,或者说根本就没有达到灭霉、杀虫卵的要求,因此,在适宜环境时它们能复活和繁殖,导致粮食制品的霉烂变质,给人们的生活造成很大损失,要消灭粮食制品中的各种虫卵和霉菌,采用常规加热法,因米、面制品中心温度和时间常常达不到要求,根本难以杀灭它们,若用微波杀菌技术,经处理过的米、面制品,贮藏期间无再次污染,一般不再发生霉变或虫蛀,而且贮藏时间可大大延长。
3. 4 豆制品
豆腐、豆腐皮等豆制品是价廉物美深受人们欢迎的低脂肪高蛋白健康食品,千百年来保持着传统制作工艺,但在高温炎热天气时豆腐及其制品极易酸败。因此,导致夏季市场上的供应量锐减,从制作工艺中分析它们酸败的原因,可能因为它们都是加热的熟制品,而忽略了它们需要专门的杀菌工序,以豆腐为例,虽然它由生豆浆加热蒸煮,然后再由凝固剂凝固的,但制作过程的加热并不能保证杀菌彻底,况且以后工序还可能再次污染,因此,豆腐及其制品的杀菌工序是必不可少的。据日本露木报告,把豆腐切成2. 5 ×5 ×5cm 块状,加100ml 水然后一起封装在塑料容器内,接受频率为2450MHz ,功率为500w 微波辐照,然后作感官评定,结果表明,微波辐照组的保鲜期远比对照组的长。
3. 5 天然营养食品
在蜂王浆、花粉口服液等天然营养食品的加工过程中,为保持各种营养成分不受破坏,通常采用真空冷冻干燥和Co60射线杀菌工艺,处理温度不宜超过60 ℃,效率低,能耗大,成本高,而运用微波辐照技术,温升快,时间短,加热均匀,节省电力80 %以上,产品质量上乘,而且微波对玻璃几乎完全透过,仍可以作为其外包装材料,另外,人参、香菇、猴头菌、花粉、天麻、中成药丸等用微波进行干燥杀菌处理,可以有效地保存其中的营养成分和活性物质,这是传统加热方法所不能比拟的。
3. 6 牛奶等乳制品牛奶等乳制品的生产过程中,消毒杀菌是最重要的处理工艺,传统方法是采用高温短时巴氏杀菌,其缺点是需要庞大的锅炉和复杂的管道系统,而且耗费能源、占用煤场、劳动强度大,还会污染环境等问题,若用微波对牛奶进行杀菌消毒处理,鲜奶在80 ℃左右处理数秒钟后,杂菌和大肠杆菌完全达到卫生标准要求,不仅营养成分保持不变,而且经微波作用的脂肪球直径变小,且有均质作用,增加了奶香味,提高了产品的稳定性,有利于营养成分的吸收。
3. 7 其它食品
除上述几类食品外,微波杀菌技术还可广泛应用于水产干制品、肉类软包装熟制品、各种小包装冷却食品、水果、蔬菜等易腐食品的贮藏保鲜中。
4. 前景展望
微波杀菌技术应用于食品的保鲜处理,在改造传统食品加工工艺中已展现出十分诱人的
前景,可是,对食品杀菌达标问题的重要性,并没有得到所有食品加工行业的企业家们所共识。至今,仍有不少厂家只注重强调传统工艺,缺乏接受新技术进行技术改造的要求和魄力,也有一些厂家很想解决问题,但因行业隔阂,信息不同,技术力量不够使技术改造停滞不前,作为食品杀菌保鲜的先进技术,虽然它在节能环保、营养成分保持、贮藏期等方面有突出优点,但在我国食品行业的推广普及中,人们的认识和接受需要一定时间,可喜的是,我国食品行业的一些企业家们已超前的眼光看到了微波杀菌保鲜技术的发展前景,将微波杀菌技术应用到食品加工贮藏中,并已步入工业化生产行列。
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