歐姆加熱殺菌[特選材料]

朱曉燕朱曉燕 歐姆加熱殺菌產(chǎn)品品質(zhì)1優(yōu)選內(nèi)容本章內(nèi)容本章內(nèi)容(Contents)本本章章主主要要內(nèi)內(nèi)容容1 概述概述Introduction2 歐姆加熱殺菌優(yōu)點歐姆加熱殺菌優(yōu)點3 歐姆加熱技術(shù)的影響因素歐姆加熱技術(shù)的影響因素4 歐姆加熱殺菌技術(shù)的應(yīng)用實例歐姆加熱殺菌技術(shù)的應(yīng)用實例2優(yōu)選內(nèi)容1 Introduction 歐姆加熱歐姆加熱(ohm-heating)，亦稱亦稱電阻加熱電阻加熱(resistance heating)、焦耳加熱焦耳加熱(Joule heating)、電力加熱電力加熱(electro heating)等，是等，是電流在一對電極之間流過連續(xù)流動的食品，電流在一對電極之間流過連續(xù)流動的食品，食品內(nèi)部產(chǎn)生熱量，達(dá)到滅菌的目的。食品內(nèi)部產(chǎn)生熱量，達(dá)到滅菌的目的。此時將食品視為具有一定電阻的導(dǎo)體，在此時將食品視為具有一定電阻的導(dǎo)體，在電流的作用下產(chǎn)生焦耳效應(yīng)，產(chǎn)生熱量的大電流的作用下產(chǎn)生焦耳效應(yīng)，產(chǎn)生熱量的大小用焦耳定律描述。小用焦耳定律描述。3優(yōu)選內(nèi)容 歐姆加熱技術(shù)與傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù)在歐姆加熱技術(shù)與傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù)在熱量產(chǎn)生熱量產(chǎn)生和和傳遞方面?zhèn)鬟f方面有著本質(zhì)的區(qū)別。有著本質(zhì)的區(qū)別。對于粒徑小于對于粒徑小于15 mm15 mm的食品，常規(guī)熱殺菌方的食品，常規(guī)熱殺菌方法是采用法是采用管式或刮板式換熱器管式或刮板式換熱器進(jìn)行進(jìn)行間接熱交換間接熱交換，其熱傳遞速率取決于傳導(dǎo)、對流或輻射的換熱條其熱傳遞速率取決于傳導(dǎo)、對流或輻射的換熱條件。件。4優(yōu)選內(nèi)容 歐姆加熱歐姆加熱，是利用食品，是利用食品本身本身所具有的所具有的電不良電不良傳導(dǎo)性傳導(dǎo)性所產(chǎn)生的所產(chǎn)生的電阻電阻來加熱食品，使食品來加熱食品，使食品不分不分液體、固體均可液體、固體均可受熱一致受熱一致，并可并可獲得比常規(guī)方獲得比常規(guī)方法更快法更快的的顆粒加熱顆粒加熱速率。因而可縮短速率。因而可縮短含大顆粒含大顆粒固體食品固體食品的殺菌時間，得到高品質(zhì)產(chǎn)品，同時的殺菌時間，得到高品質(zhì)產(chǎn)品，同時更能保持食品顆粒的完整性更能保持食品顆粒的完整性，是目前用來加工是目前用來加工含顆粒食品含顆粒食品最為有效的殺菌技術(shù)之一。最為有效的殺菌技術(shù)之一。5優(yōu)選內(nèi)容2 歐姆加熱殺菌優(yōu)點 歐姆加熱是體積加熱方式，液體和其中的固體幾乎同時幾乎同時加熱。固體內(nèi)部的溫度比表面高。加熱更加迅速。在傳統(tǒng)加熱中，固體受熱依靠傳導(dǎo)液體的熱量，因此當(dāng)固體中心的溫度達(dá)到滅菌溫度時，液體和固體的表面已經(jīng)過熱，降低產(chǎn)品的質(zhì)量。（1 1）歐姆加熱是快速的體積加熱）歐姆加熱是快速的體積加熱6優(yōu)選內(nèi)容(2)流動接近塞狀流,形成均勻的溫度場(3)沒有傳熱面,固體表面不會結(jié)成硬塊,也不會結(jié)垢(4)特別適合加熱含在大顆粒的食物(直徑25mm)和高粘度、熱敏性、導(dǎo)熱系數(shù)低的食品。間壁換熱加熱大顆粒食品會造成液相過熱，加熱時間長,營養(yǎng)保留低。7優(yōu)選內(nèi)容(5)可處理固形物含量高達(dá)(50-80)%的物料,傳統(tǒng)加熱中、固體靠液體傳導(dǎo)熱量,故必須有足夠的液體來加熱固體。歐姆加熱則沒有這個問題。(6)歐姆加熱是電加熱，雖然電能較貴，但其轉(zhuǎn)化率較高（90%）,其他能量的轉(zhuǎn)化率只有(45-50)%,故加熱1t產(chǎn)品的能耗與用蒸汽加熱是差不多的。(7)對產(chǎn)品的機械損傷小,顆粒非常完整。8優(yōu)選內(nèi)容3 3 歐姆加熱技術(shù)的影響因素歐姆加熱技術(shù)的影響因素（1 1）電導(dǎo)率）電導(dǎo)率 物料的電導(dǎo)率電導(dǎo)率是歐姆加熱技術(shù)的首要影響因素首要影響因素。大部分食品中都含有一定量的自由水，其中溶解的可解離性酸、鹽等物質(zhì)具有導(dǎo)電性，但不同的食品這些物質(zhì)的含量和解離程度都不一樣，所以電導(dǎo)率也不同，固液體間的電導(dǎo)率差異以及非導(dǎo)電性物質(zhì)的存在也會影響歐姆加熱的效果。食品中如果非導(dǎo)電性物質(zhì)過多，在加熱時，易在其表面使顆粒物料過度受熱，所以非導(dǎo)電性物質(zhì)含量高的食品不適合應(yīng)用歐姆加熱技術(shù)。9優(yōu)選內(nèi)容 溫度對歐姆加熱過程的影響是通過改變物料電導(dǎo)改變物料電導(dǎo)率率來實現(xiàn)的。物料加熱溫度越高，電導(dǎo)率也越高，因而加熱速率也隨著物料溫度的上升而增大。在室溫下，顆粒的電導(dǎo)率比液體低，但當(dāng)溫度升高時，顆粒的電導(dǎo)率會增大并超過液體的電導(dǎo)率。因此，當(dāng)食品中液體的溫度達(dá)到加工要求時，顆粒的溫度往往要高于液體的溫度，從而避免了液體過度受熱，而顆粒固體物料受熱不足的情況。（2 2）溫度）溫度10優(yōu)選內(nèi)容（3 3）固體的大小、形狀、方向、密度和含量）固體的大小、形狀、方向、密度和含量 采用歐姆加熱處理含有顆粒的食品，一般要求其顆粒直徑小于25 mm，這是因為若顆粒過大，不能保證在流經(jīng)電場時得到足夠的熱處理。固體的形狀對歐姆加熱也有影響。而且，當(dāng)固體的長寬比較大時，其方向?qū)W姆加熱也有影響，固體垂直和平行于電場兩相的溫度不同，但方形和球形顆粒沒有方向問題。11優(yōu)選內(nèi)容 顆粒密度過大或在粘度低密度過大或在粘度低的液體中，有可能沉淀在加熱器底部，而導(dǎo)致顆粒過度受熱。對顆粒的形狀保持以及其中營養(yǎng)物質(zhì)的保存都不利。相反，密度過小的顆粒在加工過程中會懸浮在液體表面。在歐姆加熱過程中，顆垃懸浮在液體表面或沉淀在底部，都不能很好地估計其在加熱器內(nèi)的滯留時間和受熱情況。在歐姆加熱中，顆粒物料的含量一般在20%-70%之間。對顆粒含量較高含量較高的食品，一般要求顆粒小且具有一定的柔韌性，并且為了減小顆粒間的空隙度，還要求顆粒具有多樣的幾何形狀。對顆粒含量較低的食品，則要采用粘度較大粘度較大的液體來保持顆粒的懸浮狀態(tài)。12優(yōu)選內(nèi)容 歐姆加熱過程中，如果液體粘度過小，顆粒會沉淀在加熱器的底部，而液體則直接流經(jīng)電極，從而導(dǎo)致固液兩相受熱不均；液體粘度越大，加熱速率就越大。這是因為液體粘度增大時，固液兩相的對流傳熱系數(shù)變小。但粘度過大時，顆粒之間、顆粒與加熱器管壁之間的相互摩擦都會破壞顆粒的結(jié)構(gòu)完整性。如果液體中含有淀粉，則會發(fā)生淀粉凝膠化，導(dǎo)致粘度增加。同時顆粒受熱失水等因素都能影響載流液體的粘度。因此對含淀粉等粘稠成分在加工前要進(jìn)行預(yù)糊化處理,而對易失水的顆粒食品在加工過程中要注意保持液體粘度。（4 4）粘度粘度13優(yōu)選內(nèi)容 當(dāng)物料中的顆粒和液體的電導(dǎo)率趨于穩(wěn)定時，物料的受熱情況依賴于其特定的熱容。熱容越大受熱越快。顆粒中的水分含量比液體中的水分含量低很多，由于水分的熱容較小。所以即使在固、液電導(dǎo)率相同的情況下。顆粒的受熱升溫速度要快于液體。（5）熱容熱容14優(yōu)選內(nèi)容 在加熱功率一定的情況下，物料的升溫與質(zhì)量流量成反比，所以應(yīng)當(dāng)控制流量穩(wěn)定。否則會引起物料的溫度變化。另外，流速的橫向分布也會影響加熱速率，若橫向速率不一致，會引起溫度上的差異。（6 6）物料的質(zhì)量流量物料的質(zhì)量流量15優(yōu)選內(nèi)容 對歐姆加熱的食品進(jìn)行前處理有預(yù)熱(煮)、酶處理、化學(xué)處理等。顆粒物料進(jìn)行加熱之前，通常要預(yù)熱(煮)來提高顆粒的電導(dǎo)率，縮小顆粒和液體之間的電導(dǎo)率差異。對醬料進(jìn)行預(yù)熱時，還能散失其中的部分水分，防止在加熱過程中液體粘度變化。預(yù)熱處理還能熔化除去食品內(nèi)的非導(dǎo)電物質(zhì)非導(dǎo)電物質(zhì)如脂肪，除去顆粒物料中的空氣，使影響食品穩(wěn)定性的酶類變性失活變性失活，軟化軟化顆粒，對肉制品還能起到上色上色作用。酶處理則如對淀粉進(jìn)行預(yù)糊化，還可以使肉組織軟化，增加其風(fēng)味；化學(xué)處理法可將物料在鹽或酸溶液中浸泡來調(diào)節(jié)顆粒的導(dǎo)電性能。（7 7）前處理前處理16優(yōu)選內(nèi)容 歐姆加熱處理的食品與傳統(tǒng)罐裝滅菌的食品相比，由于歐姆加熱是連續(xù)性滅菌處理，其品質(zhì)獲得很大的改善。具體表現(xiàn)為微生物安全性，蒸煮效果及營養(yǎng)保留方面大大優(yōu)越于傳統(tǒng)法。4 4 歐姆加熱殺菌產(chǎn)品品質(zhì)歐姆加熱殺菌產(chǎn)品品質(zhì)17優(yōu)選內(nèi)容牛奶牛奶 牛奶是大自然賦子人類最有益于健康的食品之一。目前對牛奶的殺菌多采用巴氏殺菌或UHT殺菌，巴氏殺菌是將牛奶加熱至72-75保持10-15s以殺死所有致病菌而最大限度地保持牛奶營養(yǎng)成分的加熱方法，經(jīng)巴氏殺菌處理后的牛奶營養(yǎng)成分損失相對較少，但保質(zhì)期短，一般為48h。UHT殺菌是將牛奶加熱至137-150保持4-20s以達(dá)到商業(yè)無菌的加熱方法，UHT殺菌處理后的牛奶保質(zhì)期較長，但營養(yǎng)成分損失比較嚴(yán)重。18優(yōu)選內(nèi)容 歐姆加熱是利用50Hz或60Hz的低頻交流電源提供電流，把食品作為電路中的一段導(dǎo)體，在食品內(nèi)部將電能轉(zhuǎn)化為熱能，從而達(dá)到直接均勻加熱的目的，歐姆加熱速度快溫度均勻，操作控制簡單，對食品機械損傷小，加熱后的食品營養(yǎng)成分損失少，能很好地保持風(fēng)味，并且在歐姆加熱過程中，食品不易結(jié)垢。19優(yōu)選內(nèi)容 將經(jīng)過測定初始菌數(shù)和營養(yǎng)成分的原牛奶倒入加熱槽中，接通電源，設(shè)置不同的電壓、溫度和時間對牛奶進(jìn)行歐姆加熱，再測定加熱后牛奶的菌數(shù)和營養(yǎng)成分。計算殘留率(殘留率=歐姆加熱后牛奶中菌數(shù)歐姆加熱前牛奶中菌數(shù)100)。1.實驗方法：20優(yōu)選內(nèi)容2.2.牛奶溫度對殺滅牛奶中微生物的影響牛奶溫度對殺滅牛奶中微生物的影響 在電壓為100V，加熱時間為10s的條件下，對牛奶進(jìn)行不同溫度的加熱處理，每個溫度下試驗重復(fù)三次，分別計算牛奶中菌落總數(shù)、大腸菌群和營養(yǎng)成分，取平均值。測得加熱溫度對牛奶菌落總數(shù)和大腸菌群的影響規(guī)律如圖1所示，對牛奶營養(yǎng)成分的影響情況如表 1所示。21優(yōu)選內(nèi)容22優(yōu)選內(nèi)容23優(yōu)選內(nèi)容 由圖1可知，菌落總數(shù)列大腸菌群殘留率都隨殺菌溫度的升高而下降，在菌菌溫度為 70時，菌落總數(shù)利大腸菌群的殘留率均很低，殺菌效果好。由表1可知，隨著殺菌溫度的升高，蛋白質(zhì)和乳糖的損失率增加，其最大損失率分別為2.03利6.21。24優(yōu)選內(nèi)容3.加熱時間對殺滅牛奶中微生物的影響 在電壓為100V，殺菌溫度為7O條件下，采用不同的殺菌時間對牛奶進(jìn)行殺菌處理，每號試驗重復(fù)二次，分別計算牛奶中菌落總數(shù)、大腸菌群和營養(yǎng)成分，取平均值。測得電壓時間對菌落總數(shù)和大腸菌群的影響規(guī)律如圖2所示，對牛奶營養(yǎng)成分的影響情況如表2所示。25優(yōu)選內(nèi)容 由圖2可知，菌落總數(shù)和大腸菌群殘留率都隨殺菌時間的延長而下降，在殺菌時間為20s時，對菌落總數(shù)和大腸菌群均能達(dá)到很好的殺菌效果。26優(yōu)選內(nèi)容 由表2可知，隨著歐姆加熟時間的延長，牛奶中蛋白質(zhì)利乳糖的損失率均增加，其最大損失率分別為8.12 和23.40。27優(yōu)選內(nèi)容4.電壓對殺滅牛奶中微生物的影響 殺菌溫度為70，殺菌時間為20s條件下，采用不同的電壓對牛奶進(jìn)行殺菌處理，每組試驗重復(fù)三次，分別計算牛奶中菌落總數(shù)、大腸菌群和營養(yǎng)成分，取平均值。測得電壓對菌落總數(shù)和大腸菌群的影響規(guī)律如圖3所示，對牛奶營養(yǎng)成分的影響情況如表3所示。28優(yōu)選內(nèi)容 由圖3可知，菌落總數(shù)和大腸菌群殘留率都隨電壓的升高而下降，在殺菌電壓為250V時，牛奶可達(dá)到無鹵狀態(tài)。29優(yōu)選內(nèi)容 由表3可知，隨著歐姆加熱電壓的升高牛奶中蛋白質(zhì)利乳糖的損失率均增加，其最大損失率分別為4.64和22.57。30優(yōu)選內(nèi)容5.殺菌效果的最佳參數(shù)組合及對營養(yǎng)成分的損失情況 結(jié)合前面所做的單因素殺菌試驗及牛奶營養(yǎng)成分損失情況，選擇殺菌溫度、殺菌時間和電壓作為影響因素，菌落總數(shù)和大腸菌群殘留率為判斷指標(biāo)，做正交試驗。其因素水平設(shè)置見表4。選用L8(412 2)混合正交表進(jìn)行試驗方案設(shè)計，每號試驗重復(fù)二次，取平均值。31優(yōu)選內(nèi)容32優(yōu)選內(nèi)容 試驗結(jié)果得出：殺菌溫度對菌落總數(shù)殘留率影響最顯著，殺菌時間次之，電壓影響不大。在殺菌溫度為70，殺菌時間為20s時殺茵效果最好。殺菌溫度對大腸桿兇殘留率影響最顯著，電壓次之，殺菌時間最不顯著。往殺菌溫度為7O，電壓為250V時殺菌效果最好。影響牛奶中菌落總數(shù)和大腸菌群殘留率的最優(yōu)條件不一致。33優(yōu)選內(nèi)容 在電壓為100V，殺菌溫度為7O，殺菌時間為10s時，蛋白質(zhì)和乳糖的損失率分別為1.2和3.3：殺菌時間為20s時，蛋白質(zhì)利乳糖的損失率分別為1.5和7.0。電壓為250V,殺菌溫度為7O,殺菌時間為20s時,蛋白質(zhì)和乳糖的損失率分別為4.6和22.6;而在電壓為250V,殺菌溫度為7O,殺菌時間為10s時，試驗結(jié)果顯示蛋白質(zhì)和乳糖的損失率分別為1.40和3.7334優(yōu)選內(nèi)容 綜合考慮三個因素對牛奶中細(xì)菌總數(shù)和大腸菌群的殺菌效果以及對營養(yǎng)成分的損失情況，本試驗采用殺菌溫度為7O、殺菌時間為10s、電壓為250V作為歐姆加熱最優(yōu)條件。處理前的牛奶中菌落總數(shù)和大腸菌群分別為1.810 cfumL和200MPN100mL，在最優(yōu)條件下經(jīng)歐姆殺菌處理后可達(dá)到無菌的狀態(tài)。蛋白質(zhì)和乳糖的平均損失率分別為1.45和3.73。35優(yōu)選內(nèi)容36優(yōu)選內(nèi)容6.歐姆加熱與巴氏殺菌的比較 牛奶在75水浴中加熱15s進(jìn)行殺菌處理，考察殺菌前后牛奶中菌落總數(shù)與大腸菌群殘留率利營養(yǎng)成分損失情況。結(jié)果如表9所示。由表9可知，經(jīng)巴氏殺菌處理后，牛奶中菌落總數(shù)和大腸菌群殘留率分別為15.76和4.80，蛋白質(zhì)和乳糖的損失率分別為1.74和4.15。由前面歐姆加熱對牛奶的殺菌效果和營養(yǎng)成分的損失情況可知，歐姆加熱處理對牛奶的殺菌效果優(yōu)于巴氏殺菌，并且與巴氏殺菌相比，歐姆加熱處理對牛奶的營養(yǎng)成分損失影響小。37優(yōu)選內(nèi)容38優(yōu)選內(nèi)容 隨著牛奶溫度的升高，殺菌時間的延長，歐姆加熱電壓的升高，牛奶中菌落總數(shù)和大腸曲群殘留率均呈下降趨勢，營養(yǎng)成分損失率均早增大趨勢。綜合考慮牛奶溫度、殺菌時間、歐姆加熱電壓單因素試驗和正交試驗結(jié)果，以及各因素對牛奶營養(yǎng)成分的影響情況，選擇最佳歐姆加熱參數(shù)組合為：殺菌溫度70、殺菌時間10s、電壓250V，在最佳參數(shù)組合下，經(jīng)歐姆加熱處理后的牛奶可達(dá)到無菌的狀態(tài)，牛奶中蛋白質(zhì)和乳糖的損失率分別為1.40和3.73。39優(yōu)選內(nèi)容 與傳統(tǒng)的巴氏殺菌相比，歐姆加熱對牛奶的殺菌效果好，巴氏殺菌處理后牛奶菌落總數(shù)和大腸菌群殘留率分別為15.76和4.80,歐姆加熱處理后的牛奶菌落總數(shù)的大腸菌群殘留率均可達(dá)到0；從牛奶的營養(yǎng)成分損失情況來看，歐姆加熱與巴氏殺菌相比也有明顯的優(yōu)勢，巴氏殺菌處理后牛奶中蛋白質(zhì)和乳糖的損失率分別為1.74和4.15,而歐姆加熱處理后牛奶中蛋白質(zhì)和乳糖的損失率分別為1.40和3.73。40優(yōu)選內(nèi)容41優(yōu)選內(nèi)容