采后板栗射频杀虫灭菌技术及方法研究

摘要

板栗(Castanea mollissima)具有甜、糯、香的特殊风味与较高的营养价值，可生食、炒食或煮食。我国是板栗生产大国，产量居世界之首，占全世界总产量的80％。采收后的板栗含水量高，淀粉含量丰富，为板栗中的害虫和霉菌提供了良好的生存环境和丰富的食物。因此，在板栗贮藏保鲜过程中虫害和霉变是造成板栗品质劣变的两大主要因素。每年因虫害、霉变等问题造成的损失率高达25％-50％，给果农造成了严重的经济损失。为此，本文基于射频加热技术展开了板栗的采后杀虫灭菌技术及方法研究。为了研究射频杀虫灭菌工艺，建立了板栗中最耐热害虫与主要霉菌的热致死动力学，以及板栗果仁的颜色动力学模型。根据害虫及霉菌热致死的条件，提出了射频热处理的调控参数。同时，以提高板栗加热均匀性为目的，对射频热处理工艺进行了优化。通过有限元分析软件对射频加热后板栗的均匀性进行了分析，利用优化后的热处理工艺验证了射频杀虫、灭菌的效果并探讨了杀虫灭菌机理，最后研究了射频热处理对板栗品质的影响。本研究的主要内容和结论如下:
　　(1)研究了采后板栗中主要贮藏害虫桃蛀螟(Conogethes punctiferalis)和栗实象甲虫(Curculio elephas)的耐热性，并研究了最耐热害虫桃蛀螟热致死动力学。桃蛀螟比栗实象甲虫更耐热，桃蛀螟五龄幼虫期是其最耐热的生长阶段。桃蛀螟五龄幼虫的热死亡规律符合零级动力学模型。以5℃/min的速率将桃蛀螟五龄幼虫加热至44、46、48、50℃，桃蛀螟五龄幼虫死亡率均达到100％，所需最少保温时间分别为54.9、11.6、6.2、2.5 min。
　　(2)从发霉板栗中分离出四种占优势的霉菌，并建立了这四种霉菌的热致死动力学。冷藏环境下，发霉板栗占优势的四种霉菌分别是:皮落青霉(Penicillium crustosum)，分离率58.31±2.39％;变色青霉(Penicilluim discolor)，分离率17.78±5.00％;扩展青霉（Penicillium expansum），分离率15.66±7.67％;光孢青霉（Penicillium glabrum），分离率14.24±6.71％;其中皮落青霉是最耐热的菌株。研究发现，皮落青霉热致死规律遵循Weibull动力学模型，将皮落青霉加热到56、58、60、62℃分别保温25.0、5.0、2.3、1.1 min可使霉菌数量降低四个数量级。
　　(3)揭示了加热过程中板栗果仁表皮颜色的变化规律。加热到50、55、60、65、70℃，板栗果仁表皮随着保温时间的增加L*、b*值逐渐减少，板栗逐渐发生褐变;加热温度越高发生褐变的速度越快。板栗果仁的颜色变化规律符合一级动力学模型。在保证板栗颜色不发生褐变的前提条件下，结合桃蛀螟、皮落青霉热致死动力学模型及板栗颜色动力学模型确定了射频杀虫灭菌的工艺参数范围。
　　(4)优化了射频加热工艺参数。根据射频升温速率选择12 cm作为合适的极板间距。射频加热的均匀性可以通过辅以热风加热、传送带运动及两次搅拌来提高。完全杀灭板栗中害虫的热处理工艺参数如下:以55℃的热风辅助射频加热，同时传送带以0.15m/min速度运动，每加热1.8 min人工搅拌一次，采用55℃的热风保温5 min，最后单层强制风冷至室温。
　　(5)通过有限元模拟软件分析了板栗射频加热均匀性及其改善方法。对于整筐板栗而言，板栗在射频加热后存在边角效应，即板栗在塑料筐边角处的温度比塑料筐中心温度高;整筐板栗最高温度出现在塑料筐四角顶层与中间层接触处;对于单个板栗，位于塑料筐边角处板栗之间接触点的温度最高，其余位置的板栗温度由外向内逐渐升高即中心温度最高。塑料筐内的板栗层与层之间用塑料板隔开、单层加热、搅拌均可提高射频加热的均匀性。
　　(6)验证了射频杀虫灭菌的效果。采用55℃热风辅助射频加热，同时传送带以0.15 m/min速度运动，每加热1.8 min人工搅拌一次，将接种有桃蛀螟的板栗加热至55℃保温5 min可使害虫的死亡率达到100％;利用射频加热系统辅以热风将接种有皮落青霉的板栗加热至60℃，可使板栗中的霉菌数量降低4个数量级。
　　(7)分析了射频热处理对板栗品质的影响。射频热处理和贮藏使板栗果仁和果壳的含水量降低，但板栗果仁的含水量与对照组相比未发生显著变化。板栗的淀粉含量、蛋白质、脂肪、可溶性总糖、硬度、颜色等在加速试验过程中有变化;淀粉和可溶性总糖的含量随着贮藏时间的增加先升高后降低;蛋白质、菌落总数和a*的值随着贮藏时间的增加逐渐升高，其他品质参数随着贮藏时间的增加呈下降趋势，但与对照组相比没有发生显著变化。

目录

论文说明

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 研究背景

1．2 农产品采后杀虫灭菌方法

1．2．1 离子辐射杀虫灭菌

1．2．2 气调杀虫

1．2．3 低温冷冻

1．2．4 传统加热

1．2．5 射频加热

1．3 射频加热的基本原理

1．3．1 电介质的极化

1．3．2 介电特性

1．3．3 介电损耗功率

1．3．4 穿透深度

1．3．5 射频加热技术的特点

1．4 国内外研究现状

1．4．1 射频加热在食品及农产品加工中的应用

1．4．2 害虫热致死动力学的相关研究

1．4．3 食品及农产品热处理中的颜色动力学研究

1．4．4 食品杀菌动力学的研究

1．4．5 射频杀虫灭菌机理方面的研究

1．4．6 射频加热均匀性方面的研究

1．5 存在的问题

1．6 论文的选题及主要研究内容

1．6．1 研究目的

1．6．2 研究内容

1．6．3 技术路线

第二章 害虫热致死动力学研究

2．1 引言

2．2 最耐热害虫的确定

2．2．1 材料与设备

2．2．2 试验方法

2．2．3 试验结果

2．3 桃柱螟的热死亡动力学研究

2．3．1 供试虫源

2．3．2 试验方法

2．3．3 害虫热死亡动力学模型

2．3．4 数据分析

2．3．5 结果与讨论

2．4 本章小结

第三章 板栗中霉菌热致死动力学研究

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 材料与设备

3．2．2 采后板栗冷藏过程中真菌的分离

3．2．3 霉菌的鉴定

3．2．4 板栗中主要菌株的耐热特性研究

3．2．5 最耐热菌株的动力学模型

3．2．6 数据分析

3．3 结果与分析

3．3．1 霉菌株类的鉴定

3．3．2 热处理过程中TDT加热单元的温度变化

3．3．3 板栗中霉菌的热致死动力学模型及其动力学参数

3．4 本章小结

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 材料与设备

4．2．2 试验方法

4．2．3 板栗颜色参数的测定

4．2．4 颜色动力学模型

4．2．5 数据分析

4．3 结果与讨论

4．3．1 水浴热处理对板栗果仁颜色的影响

4．3．2 热处理过程中板栗果仁的颜色动力学模型

4．3．3 热处理过程中板栗果仁与其他水果颜色动力学参数的比较

4．3．4 射频杀虫的工艺参数

4．4 本章小结

第五章 板栗的射频杀虫灭菌工艺研究

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 材料与设备

5．2．2 射频加热系统

5．2．3 射频目标温度的选择

5．2．4 极板间距的选择

5．2．5 冷却方法的优化

5．2．6 板栗的加热均匀性试验

5．2．7 数据分析

5．3 结果与讨论

5．3．1 极板间距与电流值之间的关系

5．3．2 极板间距的确定

5．3．3 加热及冷却特性

5．3．4 射频加热的均匀性

5．3．5 射频热处理工艺的确定

5．4 本章小结

第六章 射频加热均匀性的有限元分析

6．1 引言

6．2 材料与方法

6．2．1 样品及主要设备

6．2．2 模型的建立

6．2．3 模型的验证

6．2．4 模型的应用

6．2．5 数据分析

6．3 结果与讨论

6．3．1 模型的验证

6．3．2 塑料框边角处板栗温度分布的验证

6．3．3 提高板栗加热均匀性的措施

6．4 本章小结

第七章 射频杀虫灭菌效果研究

7．1 引言

7．2 材料与方法

7．2．1 材料与设备

7．2．2 害虫的植入与杀虫工艺的验证

7．2．3 皮落青霉的接种与灭菌工艺的验证

7．2．4 数据分析

7．3 结果与讨论

7．3．1 射频杀虫工艺验证

7．3．2 射频灭菌工艺验证

7．4 本章小结

第八章 射频热处理对板栗品质的影响

8．1 引言

8．2 材料与方法

8．2．1 材料与主要设备

8．2．2 货架期加速试验

8．2．3 板栗的品质参数及检测方法

8．2．4 数据分析

8．3 结果与讨论

8．3．1 射频杀虫工艺对板栗品质的影响

8．3．2 射频灭菌工艺对板栗品质的影响

8．4 本章小结

第九章 结论与展望

9．1 结论

9．2 创新点

9．3 研究展望

参考文献

附录

符号表

缩略词

致谢

作者简介