非热加工技术在乳品行业中的应用前景

非热加工技术在乳品行业中

的应用前景

国家乳业工程技术研究中心主任助理

姜毓君教授

方兴未艾的非热加工技术

高压加工技术

脉冲电场技术

膜过滤技术

超声波技术

紫外线技术

高压加工技术

（High Pressure Processing,

HPP）

主要特点

以水或其他不可压缩的流体介质作为传递压力的媒介物

在静高压（100MPa-1000MPa之间，常用的范围是300-700MPa）用适当的时间

引起食品成分非共价键（氢键、离子键

和疏水键等）的破坏或形成

使食品中的酶、蛋白质、淀粉等生物高

分子物质分别失活、变性和糊化，并杀

死食品中的微生物（细菌、酵母、霉菌

和大多数病毒），从而达到食品灭菌、

保藏和加工的目的

主要特点

瞬间压缩,作用均匀,灭菌效果迅速,操作安全且耗能低

污染少

更好地保持食品色、香、味及营养成分

通过组织变性而得到新型食品

压力不同,作用性质不同

已经有实验室规模和商业规模的高压加工设备

高压加工对牛乳品质的影响

对原料乳采用350-600MPa的超高压处理一定时间，分为：

连续加压

交变加压

9测定指标并与巴氏杀菌进行比较9微生物指标

9理化性质

利用SDS-PAGE分析了不同加工方式对牛

乳总蛋白的影响，发现：

经超高压、巴氏和500MPa交变处理的牛乳与处理前相比，蛋白电泳图谱中某些大分子量蛋白质条带消失或变浅

由此推测经上述处理后牛乳中有一些蛋白质的亚基发生了解离

而经400MPa交变处理的牛乳与处理前相比，蛋白电泳图谱相似

营养成分变化

苏氨酸、VA、VC在超高压处理中受到的破坏明显比巴氏杀菌小得多，特别是苏氨酸和VA几乎完全被保留下来，而VC含量也要比巴氏奶高出25%以上

VB1、VB2经超高压处理对其破坏要比巴氏灭菌小，其含量分别比巴氏杀菌牛乳高出9.5%和

2.6%；

高压加工的杀菌效果

压力越高，加压时间越长，交变次数越多，杀菌效果越好

与巴氏杀菌乳相比，超高压杀菌有助于延长牛乳的保质期，扩大牛乳的销售半径

不同压力对牛乳中细菌的影响

1：350MPa10min；2：400MPa10min；3：450MPa10min；4：500MPa10min；5：550MPa10min；6：600MPa10min；7：巴氏杀菌

1：600MPa 5min ；2：600MPa 10min ；3：600MPa 15min ；4：600MPa 20min ；5：600MPa 25min ；6：600MPa 30min ；7：巴氏杀菌

不同保压时间对牛乳中细菌的影响

35升超高压处理设备

高压加工技术的局限性

单纯的超高压处理难以灭活芽孢 不能够连续处理，只能批处理 成本比热加工高

脉冲电场技术（Pulsed Electric Field, PEF）

主要特点

利用瞬间高压脉冲电场作用于微生物细胞,致使细胞膜形成细孔，渗透性增强，细胞膨胀，最终破裂而使微生物失活

电压可达50KV，频率可达400KHz

数微秒内产生若干短脉冲

脉冲波形不同，作用效果有差异

主要适用于液体

主要用于杀灭微生物

已有商业化设备（每小时处理2000升）

PEF处理系统示意图

高压脉冲电场的杀菌机理

高压脉冲电场的杀菌机理是在微生物细胞膜上造成小孔，从而使其裂解死亡，具体有二种解释：

点崩解认为微生物的细胞膜可以看作一个注

满电解质的电容器，在外加电场的作用下细

胞膜上的膜电位差会随电压的增大而增大，

导致细胞膜厚度减少。当V达到临界崩解电

位差Vc时，细胞膜上有孔形成，在膜上产生

瞬间放电，使膜分解。

电穿孔则是认为外加电场下细胞膜压缩形成

小孔，通透性增强，小分子进入到细胞内，

致使细胞的体积膨胀，导致细胞膜的破裂，

内容物外漏，细胞死亡

高压脉冲电场的杀菌机理示意图

PEF处理后对细胞的破坏作用未处理的细胞PEF处理的细胞

PEF结合热处理对乳中假单胞菌的灭活效果

（接种量为105cfu/ml）

•PEF处理时，假单胞菌的灭活数量随着温度和场强的增加而增加•在没有PEF作用时，只依靠热处理导致杀灭菌数的对数值﹤0.5•温度的增加导致细胞流动性的增强，从而使细胞对PEF更敏感

（接种量为105cfu/ml）

•由于PEF的灭活作用使货架期得到不同程度的延长

•在最强PEF结合热处理作用下货架期延长了8天（延长到11天）•未采用PEF处理则货架期不延长

（接种量为105cfu/ml）

•假单胞菌的最初数量减少了2个数量级使货架期延长了2天（使货架期达到13天）

连续脉冲电场处理设备

Tetra Pak and Ohio State University （OSU）

60 kV, 75 KW

400 to 2000 L/h

膜过滤技术（Membrane Filtration）

主要特点

以滤膜作为选择性障碍层, 允许某些成分透过而保留混合物中的其它成分

食品工业上, 主要用于去除杂质、除菌、浓缩、澄清、分离等

分离过程中, 不涉及相变化及化学变化 具有高效、节能、环境友好等特点