超高静压下压致升温及对细菌芽孢致死规律的研究

摘要

超高静压处理技术被认为是食品加工与保藏技术中最有潜力和发展前途的非热处理技术之一,在食品的超高静压加工过程中,对食品物料进行超高静压处理时,由于压缩作功产生热量,使传压介质和食品的温度增加,而不同的传压介质和食品在超高静压处理中的压致升温值不同,这给准确控制食品的超高静压杀菌(特别是热压协同时)带来很大难度；超高静压对细菌营养体的灭活作用已经被确认,但人们对超高静压对细菌芽孢灭活效应的认识还很有限,到目前为止的研究表明,超高静压与热处理结合可以有效地增加对细菌芽孢的灭活作用。 本论文主要采用升级改造的超高静压设备,首先测定了不同传压介质和食品的压致升温规律,再以枯草芽孢杆菌ATCC6633、凝结芽孢杆菌IFFI 10144和嗜热脂肪芽孢杆菌ATCC12980为对象菌,对超高静压协同热处理对其致死效应开展了系统的研究,主要研究结果如下： 测定了在较小热损失条件下四种传压介质和多种食品的压致升温值,油性传压介质升温较高,脂肪含量高的食品的压致升温值较高(橄榄油最大达到9.1℃/100MPa),水分含量高的食品的压致升温值较小；在测定油脂、蛋白质和碳水化合物压致升温值的基础上提出了预测某一食品压致升温值的方法,与实测值比较可知此方法能较好地预测其压致升温值；由热力学第一定律推导出一定压力和温度范围内某一物料的压致升温值主要取决于其初始温度和压力,即dT=Tap/ρcp dP,并通过经验方程建立了食品压致升温值与压力和初始温度之间的关系。 超高静压的升压过程对凝结芽孢杆菌和嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢的灭活、损伤和诱导发芽都有不同程度的影响：不同的传压介质时对枯草芽孢杆菌和凝结芽孢杆菌芽孢的灭活效果影响也不同,在条件相同的情况下,油性传压介质对芽孢的灭活效果显著(P<0.05)高于水作为传压介质的情况；使用自制的聚四氟乙烯套筒比使用不锈钢套筒对细菌芽孢的致死率有显著(P<0.05)的影响：热压协同处理对细菌芽孢的灭活效果中既有压力的因素,也有温度的因素,单独的压力对凝结芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌芽孢致死效果的贡献较少,而单纯的温度(模拟保压过程中的温度)对其灭活的贡献相对较高。研究了凝结芽孢杆菌和嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢灭活的动力学规律,探讨了升压过程、食品成分等对灭活效果的影响,牛奶、鸡腿菇和卤牛肉对其都有一定的保护作用,其中在卤牛肉中的保护作用最强；并通过线性、Weibull和Log-logistic三种模型拟合了灭活曲线,Log-logistic模型具有最优的拟合效果,其次是Weibull模型,线性模型最差；相同条件下嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢的抗性更强。 初步利用人工神经网络对超高静压灭活凝结芽孢杆菌芽孢的条件进行优化,经过训练的BP网络具有良好的预测能力,它能够对超高静压灭活芽孢过程进行优化,最优的灭活条件为：压力550MPa,温度80℃,时间20min,此条件下可使芽孢数下降4.97个数量级,此结果比正交实验结果提高了0.16个数量级。 经热压处理后的凝结芽孢杆菌芽孢和嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢内的蛋白质和核酸泄漏随温度和压力的增加而逐渐增多；凝结芽孢杆菌芽孢和嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢内的核心物质DPA在热压处理下会有不同程度的泄漏,压力温度越高泄漏越严重,而同等条件下,凝结芽孢杆菌芽孢内DPA的泄漏更多。 扫描电镜观察到凝结芽孢杆菌和嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢经热压处理后表面受到不同程度的破坏,形态结构发生改变,表面大部分出现褶皱并内缩；而透射电镜观察到热压处理后的芽孢层结构遭到破坏,外壳及包衣甚至出现缺口,核内物质结构发生紊乱,甚至泄漏,核心出现大的透明区,同等条件下,凝结芽孢杆菌芽孢的情况更为严重。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1超高静压杀菌技术简介

1.2超高静压处理中热效应问题的研究进展

1.2.1压致升温的产生

1.2.2传压介质对压致升温的影响

1.2.3食品成分对压致升温的影响

1.2.4超高静压对食品热力学特性的影响

1.2.5食品超高静压处理中的热量传递

1.2.6压致升温对微生物的影响

1.3超高静压对细菌芽孢致死效应的研究进展

1.3.1食品安全与芽孢

1.3.2芽孢的生理特性及结构

1.3.3芽孢萌发

1.3.4压力诱导萌发

1.3.5超高静压下细菌芽孢失活的影响因素

1.4本课题的研究意义及研究内容

参考文献

第二章超高静压下压致升温规律的研究

2.1引言

2.2材料和方法

2.2.1实验材料

2.2.2实验设备与仪器

2.2.3实验方法

2.4结果与讨论

2.4.1超高静压下传压介质压致升温的规律

2.4.2超高静压下食品压致升温的规律

2.4.3压致升温预测方程的建立

2.5本章小结

参考文献

第三章热压协同对细菌芽孢的致死及诱导发芽的影响

3.1引言

3.2材料与方法

3.2.1实验材料

3.2.2实验设备与仪器

3.2.3实验方法

3.3结果与讨论

3.3.1超高静压的升压过程对细菌芽孢的灭活与发芽的影响

3.3.2热压处理对细菌芽孢灭活与诱导发芽的影响

3.3.3压致升温对细菌芽孢灭活与损伤的影响

3.3.3传压介质对细菌芽孢灭活的影响

3.3.4热损失对细菌芽孢灭活的影响

3.3.5热压协同处理时压力和温度各自起的作用

3.4本章小结

参考文献

第四章热压协同处理对细菌芽孢灭活动力学的研究

4.1引言

4.2材料与方法

4.2.1实验材料

4.2.2实验设备与仪器

4.2.3实验方法

4.2.4灭活的动力学模型

4.2.5统计分析

4.3结果与讨论

4.3.1热压协同对凝结芽孢杆菌芽孢灭活的影响

4.3.2热压协同对嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢灭活的影响

4.4本章小结

参考文献

第五章BP网络对细菌芽孢热压协同灭活条件的优化

5.1引言

5.2材料与方法

5.2.1实验材料

5.2.2实验设备与仪器

5.2.3实验方法

5.3结果与讨论

5.3.1传递函数对BP网络的影响

5.3.2隐含层神经元个数对BP网络的影响

5.3.3 BP网络的训练与检测

5.3.4 BP网络对灭活条件的优化

5.3.5 BP网络与正交实验的比较

5.4本章小结

参考文献

第六章热压协同对细菌芽孢内容物及微观结构的影响

6.1引言

6.2材料与方法

6.2.1实验材料

6.2.2实验设备与仪器

6.2.3实验方法

6.3结果与讨论

6.3.1热压协同处理对细菌芽孢内蛋白质和核酸泄漏的影响

6.3.2热压协同处理对芽孢内DPA泄漏的影响

6.3.3热压协同处理对细菌芽孢超微结构的影响

6.4本章小结

参考文献

结论与展望

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢