非热力杀菌技术

2. 微生物转化产品 （纳豆、益生菌乳品、发酵肉）
3. 微生物代谢产品
维生素类：VB1, VB2, VC 氨基酸： γ-氨基丁酸、谷氨酸 抗氧化剂；抑菌物
4. 微生物酶
纤维素酶、转谷氨酰胺酶、α-淀粉酶、乳糖酶
细胞培养技术
• 利用动植物的组织细胞，通过人为提供的条 件，使之生长发育的一种生物技术。 • 保健食品生产中，利用培养液中的细胞或者 其次生代谢产物作为保健食品的功能性原料。 • 可选择某些含功效成分高的个体或部位的细 胞进行培养，可获得高产率的功效成分。 （人参皂苷的生产）
简称高压技术（High Pressure Processing， HPP）或高静水压技术(High Hydrostatic Pressure， HHP）。 —— 指将包装好的食品物料放入液体介质（通常 是食用油、甘油、油与水的乳液）中，在200MPa 以上（通常200~ 1000MPa）压力下处理一段时间 使之达到灭菌要求的杀菌技术。
超高压杀菌的原理
超高压状态下，使微生物的形态结构、生物 化学反应、基因机制以及细胞壁膜发生多方面的变 化，从而影响微生物原有的生理活动机能，甚至使 原有的功能破坏或发生不可逆变化致死，从而达到 灭菌和食品贮藏的目的。
二氧化碳的性质 高压二氧化碳的杀菌机理 高压二氧化碳杀菌的特点 高压二氧化碳杀菌的影响因素 高压二氧化碳杀菌在食品工业中的应用
高压二氧化碳杀菌技术
CO2的性质
• CO2是碳原子的最高氧化状态, 呈化学惰性， 常温常压下无色、无味、无毒，微溶于水,水 溶液呈酸性。 随着压力和温度变化其存在形态和物理性质发 生变化。
CO2三相图
CO2的性质
• CO2 是一种天然抗微生物剂 , 单独作用能抑制微 生物生长,而与压力结合则能达到有效的杀菌灭 酶效果。 • 研究表明，在一定的高压下（3～ 70MPa）的 CO2 能对食品中微生物具有杀灭效果，同时能使酶 失活。 • 作为非热杀菌的一种新的形式高压CO2（包括超 临界CO2，supercritical CO2，简称为SCCO2） 对食品的杀菌灭酶作用日益受到人们的关注。
欧姆杀菌
欧姆杀菌是一种新型热杀菌的加热 方法，它借通入电流使食品内部产生热 量达到杀菌的目的。
欧姆加热的基本原理
欧姆加热是利用电极，将电流直接导 入食品，由食品本身介电性质产生热量， 以达到直接杀菌的目的。所使用的电流是 50~60Hz的低频交流电。
高压脉冲电场（HighVoltage Pulsed Electric
高压CO2的杀菌机理
研究表明：高压CO2对李斯特菌、沙门氏菌、 大肠杆菌等致病菌和一些产芽孢的微生物以及部分 霉菌，表现出较好的杀灭作用 。 Ishkawa等发现在超临界CO2的处理下，脂肪酶、 碱性蛋白酶、酸性蛋白酶以及葡糖糖化酶的活性 均下降。同时观察到处理后酶的α-螺旋结构发生 了变化。导致了酶的催化功能的损失。
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lg S
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-5 0 207 414 621 828 1035 1242 1449 脉冲数
-5 0 207 414 621 828 1035 1242 1449 脉冲数
大
肠
杆
菌
酿
酒
酵
母
平 板 电 极 对 大 肠 杆 菌 和 酿 酒 酵 母 杀 菌 效 果 Inactivation of E. coli and S. cerevisiae in parallel-plate electrodes by PEF ◆：5 kV/cm; □：10 kV/cm; ▢：15 kV/cm; ■：20 kV/cm; ○：25 kV/cm
高压CO2杀菌的特点
主要优点：
（1）不破坏食品中的营养成分，保留食品原 有的风味和品质； （2）与超高压（100-1000MPa）灭菌比较， 具有成本低、节约能源、安全无毒、节省空间、 连续生产、无噪音等特点。
高压二氧化碳杀菌的影响因素
• CO2的状态（气态、超临界、液态）
• 对象酶（种类 ） • 食品或培养液的性质（水分活度、浓度、pH） • 处理条件（压力、温度、处理时间等）
肠杆菌和酿酒酵母是研究最多的两种微生物。
• 高压脉冲处理能使微生物存活率小于1 %，细
菌的残存率是电场强度和处理时间的函数。
例如：Pothakamury（1995）以鲜奶为处理对象，电 场强度为16kV/cm，200～300s 内60个脉冲，含菌量可 减少104～105个数量级，通过分段的高强度脉冲电场， 可使大肠杆菌数量减少109 数量级。
五、杀菌工艺
食品非热力杀菌介绍
高压脉冲电场（PEF）杀菌 超高压（UHP）杀菌技术 高压二氧化碳杀菌技术
食品非热力杀菌介绍
杀菌（sterilization) ——指杀死食品中一切微生物
（包括繁殖体、病原体、非病原体、部分芽孢） 的过程。杀菌后，食品处于商业无菌状态。
商业无菌（commercial sterilization ）—— 指杀灭
高压CO2的杀菌机理
在压力作用下二氧化碳溶解于水成为碳酸， 使得果蔬汁变得更酸，足以使酶（如果胶甲酯 酶, PE）变性，卸压后二氧化碳挥发，液态食 品酸度恢复。
对于微生物，高浓度的二氧化碳和低pH能抑 制微生物生长，同时高压作用下二氧化碳扩散 进入细菌细胞，当卸压时，二氧化碳迅速由液 体变为气体，导致微生物细胞膜反压破裂，从 而杀死微生物。
与传统的热杀菌法相比冷杀菌技术不仅能
保证食品在微生物方面的安全，而且能较 好地保持食品固有的营养成分、质构、色 泽和新鲜度。
超高压（UHP）杀菌 高压脉冲电场（PEF）杀菌 高压脉冲磁场杀菌
非
热
物理杀菌
脉冲强光杀菌 辐射杀菌 紫外线杀菌 超声波杀菌 臭氧杀菌
杀
菌
化学杀菌
高压二氧化碳杀菌 二氧化氯杀菌 生物杀菌
PEF
对
鲜 榨 苹 果 汁 影 响
研
究
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lg cfu/ml
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lg cfu/ml
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对照 72℃/15s
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PEF 90 ℃/60s
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贮藏天数（天）
10 20 贮藏天数（天） 对照 72℃/15s PEF 90℃/60s
30
细 菌 总 数
霉菌及酵母总数
PEF和热处理后鲜榨苹果汁4 ℃ 细菌总数和霉菌及酵母总数变化
PEF 对 大 肠 杆 菌 和 酿 酒 酵 母 杀 菌 机 理 探 讨
大 肠 杆 菌 和 酿 酒 酵 母 的 SEM
SEM of E. coli and S. cerevisiae
PEF 对 大 肠 杆 菌 和 酿 酒 酵 母 杀 菌 效 果 机 理 探 讨
250 nm
500 nm
500 nm
大 肠 杆 菌 和 酿 酒 酵 母 的 TEM
• 真菌：（11种）酿酒酵母、产朊假丝酵母、乳酸
克鲁维酵母、卡氏酵母、蝙蝠蛾拟青霉、蝙蝠 蛾被毛孢 、灵芝 、紫芝、松杉灵芝、红曲霉、 紫红曲霉
微生物在保健食品中的应用
1.分离微生物菌(丝)体作为保健食品原料、 功能性配料或添加剂。
• 双岐菌作为微生态菌 • 各种食用菌的子实体是保健食品重要的功能性 原料。 • 富营养素酵母
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脉冲数
脉冲数
大
肠
杆
菌
酿
酒
酵
母
同 轴 电 极 对 大 肠 杆
和 酿 酒 酵 母 杀 菌 效 果
Inactivation of E. coli and S. cerevisiae in co-axial electrodes by PEF ◆：5 kV/cm; □：10 kV/cm; ▢：15 kV/cm; ■：20 kV/cm; ○：25 kV/cm
低温杀菌(≤100℃)
按杀菌温度分
高温杀菌(＞100℃) 超高温杀菌（＞130℃） 巴氏杀菌（≤ 100℃)
热
杀 菌
按杀菌压力分 按杀菌程度分
商业杀菌（＞100℃） 常压杀菌（≤100℃） 加压杀菌（＞100℃）
非热力杀菌（ cooling sterilization) ——
也叫冷杀菌，指不用热能杀死微生物， 不影响食品营养、质构、色泽和风味的新 型杀菌技术。
第二节 保健食品加工的一些新技术
• • • • 一 、酶工程 二、微生物技术 三、微胶囊技术 四、细胞培养技术
与保健食品有关的微生物
• 细菌: （10种益生菌）两岐双岐杆菌、婴儿两岐双 岐杆菌、长两岐双岐杆菌、短两岐双岐杆菌、青春 两岐双岐杆菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、嗜 热链球菌、干酪乳杆菌干酪亚种、罗伊氏乳杆菌
食品杀菌技术发展现状
杀 菌 技 术
热 力 杀 菌
非 热 力 杀 菌
传统热力杀菌
新型热力杀菌
巴氏杀菌
高温杀菌
超高温杀菌
欧姆杀菌
Βιβλιοθήκη Baidu
微波杀菌
超 高 压
P E F
脉冲磁场
紫外照射
二氧化碳
生物防腐
其
他
食品非热杀菌的特点
优 点：
杀菌效果好，能保证食品的安全； 对食品污染小，易于操作和控制;
能较好地保持食品固有的成分、质构、色泽。
电崩解（electric breakdown）理论
细胞膜的崩解过程图
电穿孔（electroporation）理论
细胞膜的穿孔过程图
（三）研究现状及杀菌特点 研究现状
• 20世纪60年代PEF技术杀菌效果引起注意；
• 20世纪90年代重新成为研究的焦点；
• 美国、德国、荷兰、日本等国已对PEF技术的 基础和应用进行了多年的研究，有些实验已 进入中试阶段。 • 我国在相关领域的研究还很少，中国农业大 学廖小军教授和清华大学对果汁进行了深入 研究。
杀菌优点
处理温度低。可在常温或更低的温度下进行杀菌。 处理时间短。不足1秒钟，通常是几十微秒便可
以完成。
节省能源。不需要加热，不会污染环境。 有效保持食品品质。对产品的色、香、味和营养
成分没有破坏，能保持产品的新鲜度。
（三）在食品工业中的应用
对微生物杀灭效果的研究
• 这些研究中的目标微生物种类也很多，其中，大
Fields，HVPEF，有时简称为PEF）——
PEF技术是将食品置于带有两个电极的处 理室中，给予高压电脉冲，形成脉冲电场， 作用于处理室中的食品，从而杀灭微生物和 钝化酶活性，使食品得以长期贮藏的新型杀 菌技术。
杀菌机理
尽管有关PEF对微生物有明显的杀灭效果，但PEF 杀菌机理对微生物杀灭效果机理的仍不清楚。目前相 关的研究报道较多，已提出相关杀菌机理假说： 细胞膜细胞电穿孔模型效应 电磁机制模型 电解产物效应 电崩解模型 粘弹性模型 臭氧效应
Effects of PEF and thermal processing on the aerobic plate counts and total mold counts and yeast of apple juice during 4 ℃
超高压杀菌 （ UHP ） (Ultra High Pressure processing) ——
食品中所污染的病原菌、产毒菌，以及正常储存和销 售条件下能生长繁殖、并导致食品变质的腐败菌，从 而保证食品正常的货价寿命。
杀 菌
热力杀菌
非热力杀菌
热杀菌（heating sterilization）——
以热水、火、水蒸气等作为加热源对 食品进行直接或间接加热杀菌的方法。
食品的热杀菌是食品加工与保藏中改 善食品品质、延长食品贮藏期的最重要最 常见的处理方法。
第三节 保健食品的检测
• 一、感官检测 • 二、理化性质及营养成分分析
（营养成分全分析） • 三、安全毒理学评价 • 四、保健功能评价 • 五、卫生学检验 （有害物；微生物）
非热杀菌应考虑的问题
发展方向：Combining Nonthermal Technologies
单一的非热杀菌技术尚存在一定的欠缺 和不足，为进一步提高杀菌效率及杀菌质量， 把对食品的负面作用降到最低，利用两种或 两种以上的杀菌方式联合使用或与天然杀菌 剂配合使用是今后杀菌技术研究的一个重要 方向。