微波技術(shù)在食品保鮮上的應(yīng)用

微波技術(shù)在食品保鮮上的應(yīng)用

    微波作為一種電磁波,通常應(yīng)用于廣播、電視及通信技術(shù)中,近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,微波作為一種能源,已逐漸應(yīng)用于食品干燥、烘烤、膨化、解凍等方面,利用微波殺菌,就是微波技術(shù)在食品保鮮上的成功應(yīng)用。

    1. 微波殺菌機(jī)理

    與其它生物體一樣,細(xì)菌也是由水、蛋白質(zhì)、核酸等物質(zhì)組成,其中水作為極性分子,在高頻率、強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度的微波場(chǎng)中將被極化,并隨著微波場(chǎng)極性的迅速改變而引起蛋白質(zhì)分子團(tuán)等急劇旋轉(zhuǎn),往復(fù)振動(dòng),它一方面相互間摩擦升溫,另一方面將引起蛋白質(zhì)分子變性,這樣,在微波輻照使食品溫度升高的熱效應(yīng)和蛋白質(zhì)分子變性后失去生物活性的非熱效應(yīng)雙重因素共同作用下,細(xì)菌、酵母菌等微生物將在短時(shí)間內(nèi)被殺死,而且食品的色、香、味和營(yíng)養(yǎng)成分并未因此受到損失。

    2. 微波殺菌工藝

    微波殺菌不同于傳統(tǒng)的加熱殺菌,傳統(tǒng)加熱殺菌主要依靠熱力,從加熱過程來看,熱力由食品表面向里傳遞,其傳遞速率決定于食品的傳熱特性,殺菌時(shí)間和所需溫度視被殺菌種而定。因此,殺菌過程中決定了食品表面與其中心溫度存在溫差,以及里層溫度狀態(tài)的滯后性,出現(xiàn)同一食品滅菌的時(shí)間差,從而延長(zhǎng)了食品整體滅菌所需的時(shí)間,微波殺菌時(shí)間大大短于傳統(tǒng)加熱殺菌時(shí)間,因?yàn)槲⒉ㄊ故称穬?nèi)部和外部同時(shí)均勻加熱,它不需要食品達(dá)到殺菌溫度所需的預(yù)熱時(shí)間,何況微波殺菌的因素不僅僅是熱力單方面的因素。因此,根據(jù)微波殺菌不同于傳統(tǒng)加熱殺菌的特點(diǎn),結(jié)合微波殺菌過程中可能帶來的負(fù)面影響,可采用以下殺菌工藝。

    2. 1 微波間歇輻照

    日本赤星教授曾用脈沖式微波輻照食品,取得了較理想的殺菌效果,脈沖式是指短時(shí)間產(chǎn)生較強(qiáng)微波電場(chǎng)間歇地作用于食品,使食品吸收微波能量后溫度升高,但由于是瞬間的高能量,食品升溫變化并不大,從而大大提高了殺菌效果,據(jù)赤星的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,把常見的大腸桿菌、枯草芽孢桿菌以及曲霉等菌種接種于培養(yǎng)基的懸油液中,用微波頻率為2800MHz ,脈寬1 微秒,脈沖重復(fù)頻率為2000Hz 的強(qiáng)微波脈沖對(duì)樣品輻照, 當(dāng)脈沖功率分別為200Kw 和400Kw 時(shí),輻照時(shí)間分別為90 秒和60 秒可達(dá)到完全殺菌,此時(shí)樣品的溫度分別由17 ℃上升到86 ℃和由22 ℃上升到92 ℃,如果用傳統(tǒng)加熱滅菌方法殺滅枯草芽孢桿菌,一般在濕熱條件下殺菌溫度為100 ℃,需要時(shí)間11. 3 分鐘。

    另外,對(duì)于香腸作微波間歇輻照,傳統(tǒng)加熱(90 - 95 ℃熱水煮沸4. 5 分鐘) 殺菌與對(duì)照組殺菌對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果表明,盡管微波輻照平均功率較低,時(shí)間短(370 瓦,160 秒) ,但其殺菌效果好于傳統(tǒng)加熱殺菌法,與對(duì)照組相比,有明顯的殺菌效果,樣品的殘菌數(shù)測(cè)定方法為常規(guī)檢測(cè)。微波間歇輻照法的長(zhǎng)處在于能用較高的電場(chǎng)強(qiáng)度短時(shí)間內(nèi)達(dá)到殺菌效果,可是高電場(chǎng)強(qiáng)度和功率密度將對(duì)微波設(shè)備和被處理物料的耐擊穿性提出更高要求,以及需要精確控制輻照時(shí)間等,這些要求都將使微波設(shè)備成本提高。

    2. 2 微波連續(xù)輻照

    為彌補(bǔ)微波間歇輻照的缺陷,可使用較低場(chǎng)強(qiáng),適當(dāng)延長(zhǎng)微波輻照時(shí)間的連續(xù)性微波輻照殺菌工藝。一般說,隧道式箱型微波設(shè)備的箱體內(nèi)功率密度較低,能適合于上述工藝要求。在物料對(duì)溫度及加熱時(shí)間(耐熱性) 允許的前提下,適當(dāng)延長(zhǎng)輻照時(shí)間,將有利于強(qiáng)化殺菌效果,同時(shí),也能使物料加熱狀態(tài)均衡,因此能有足夠的時(shí)間借助熱傳導(dǎo)使物料內(nèi)外溫度差異減少,據(jù)測(cè)驗(yàn),用頻率,功率為連續(xù)可調(diào)的微波設(shè)備,對(duì)調(diào)味海帶(塑料復(fù)合袋裝) 、啤酒、醬油(均為玻璃瓶裝) 作殺菌處理,結(jié)果表明:微波加熱器為箱式,調(diào)味海帶經(jīng)微波輻照40 秒至2 分鐘后,大腸桿菌完全被殺滅;啤酒則需2 分30 秒至3 分鐘,醬油則需2 分至2 分50 秒,于傳統(tǒng)加熱殺菌相比,調(diào)味海帶經(jīng)微波輻照2 分鐘的殺菌效果于蒸煮加熱處理30 分鐘的相當(dāng),而醬油經(jīng)微波輻照2 分鐘的殺菌效果將好于水浴加熱4 分鐘的效果,并且經(jīng)對(duì)醬油的理化指標(biāo)和還原糖、氨基酸等成分分析,其等級(jí)均有所提高。同樣,若微波加熱器為平板式,對(duì)調(diào)味海帶等殺菌試驗(yàn)也取得較好效果。值得指出的是上述連續(xù)微波殺菌的試驗(yàn)樣品均未添加任何防腐劑。

    2. 3 微波多次快速輻照和冷卻

    這種殺菌工藝的目的,旨在快速地改變微生物的生態(tài)環(huán)境溫度,并且多次進(jìn)行微波輻照殺菌,從而避免讓物料長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)地處于高溫狀態(tài),為保持物料的色、香、味及營(yíng)養(yǎng)成分提供有利條件,該工藝適合于對(duì)溫度敏感的液體殺菌,例如,飲料、米酒的殺菌保鮮。殺菌溫度條件可視不同殺菌對(duì)象設(shè)定控制。據(jù)日本橫內(nèi)洋文專利(1990 年) 報(bào)告,對(duì)日本清酒中乳酸菌殺滅試驗(yàn)結(jié)果:若乳酸菌濃度為102 個(gè)/ ml 數(shù)量級(jí),則經(jīng)1. 5Kw 功率的微波輻照,溫度達(dá)到63 - 65 ℃,多次加熱冷卻微波殺菌時(shí)間1 秒,可將上述濃度的乳酸菌全部殺死。

    3.微波殺菌的應(yīng)用

    由于食品防腐劑的使用要求相當(dāng)嚴(yán)格,在食品中不添加防腐劑就可大大延長(zhǎng)保鮮期的微

波殺菌技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。瑞典、德國(guó)、丹麥和意大利等國(guó)使用微波對(duì)切片面包殺菌、防霉、保鮮,已達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)程度,我國(guó)的一些食品生產(chǎn)企業(yè)也開始將微波殺菌技術(shù)應(yīng)用到部分食品的加工、運(yùn)輸、貯藏及銷售中。

    3. 1 飲料、醬油制品飲料和醬油制品經(jīng)常發(fā)生霉變和細(xì)菌含量超標(biāo)現(xiàn)象,并且不允許高溫加熱殺菌,采用微波殺菌技術(shù),具有溫度低、速度快的特點(diǎn),既能殺滅飲料醬油中的各種細(xì)菌,又能防止其貯藏過程中的霉變,而且經(jīng)微波輻照處理后,各項(xiàng)理化指標(biāo)均有所提高, 據(jù)基礎(chǔ)試驗(yàn)表明, 在功率600W的微波輻照下,一般約5 分鐘就能完全殺滅大腸菌群,另對(duì)滅霉效果持久性檢驗(yàn)表明,微波殺菌溫度為75 ℃, 處理時(shí)間為5 分鐘, 在28 ℃環(huán)境下貯藏2 個(gè)月無霉變現(xiàn)象,而同樣處理?xiàng)l件的傳統(tǒng)加熱殺菌的對(duì)照組,僅24 個(gè)小時(shí)就發(fā)現(xiàn)有霉菌生長(zhǎng)情況。

    3. 2 蛋糕、面包等烘烤食品蛋糕、面包等烘烤食品的保鮮期很短,在流通和消費(fèi)期間僅2 - 3 天時(shí)間,新鮮度就會(huì)大大下降,若存放5 - 6 天就會(huì)有霉點(diǎn)發(fā)生,相比之下,國(guó)外的面包產(chǎn)品其保鮮期達(dá)21 天以上,面包發(fā)霉的根本原因是由于常規(guī)烘烤加熱過程熱量由表及里,面包中心溫度往往未超過65 ℃或者溫度達(dá)到但持續(xù)時(shí)間不夠,這樣細(xì)菌不但沒因烘烤而致死,反而因加熱引起繁殖,所以,我們經(jīng)常談到的霉點(diǎn)是發(fā)生在面包內(nèi)部,而不一定在面包的表面。相反,微波對(duì)蛋糕、面包等烘烤食品的穿透性,能在烘烤同時(shí)殺滅其內(nèi)部細(xì)菌,不存在常規(guī)加熱烘烤的弊病。

    3. 3 米、面等糧食制品

    米、面等糧食制品在銷售、貯藏過程中常常返潮發(fā)霉和蟲蛀,究起原因均為制品滅霉、殺蟲卵不徹底,或者說根本就沒有達(dá)到滅霉、殺蟲卵的要求,因此,在適宜環(huán)境時(shí)它們能復(fù)活和繁殖,導(dǎo)致糧食制品的霉?fàn)€變質(zhì),給人們的生活造成很大損失,要消滅糧食制品中的各種蟲卵和霉菌,采用常規(guī)加熱法,因米、面制品中心溫度和時(shí)間常常達(dá)不到要求,根本難以殺滅它們,若用微波殺菌技術(shù),經(jīng)處理過的米、面制品,貯藏期間無再次污染,一般不再發(fā)生霉變或蟲蛀,而且貯藏時(shí)間可大大延長(zhǎng)。

    3. 4 豆制品

豆腐、豆腐皮等豆制品是價(jià)廉物美深受人們歡迎的低脂肪高蛋白健康食品,千百年來保持著傳統(tǒng)制作工藝,但在高溫炎熱天氣時(shí)豆腐及其制品極易酸敗。因此,導(dǎo)致夏季市場(chǎng)上的供應(yīng)量銳減,從制作工藝中分析它們酸敗的原因,可能因?yàn)樗鼈兌际羌訜岬氖熘破?而忽略了它們需要專門的殺菌工序,以豆腐為例,雖然它由生豆?jié){加熱蒸煮,然后再由凝固劑凝固的,但制作過程的加熱并不能保證殺菌徹底,況且以后工序還可能再次污染,因此,豆腐及其制品的殺菌工序是必不可少的。據(jù)日本露木報(bào)告,把豆腐切成2. 5 ×5 ×5cm 塊狀,加100ml 水然后一起封裝在塑料容器內(nèi),接受頻率為2450MHz ,功率為500w 微波輻照,然后作感官評(píng)定,結(jié)果表明,微波輻照組的保鮮期遠(yuǎn)比對(duì)照組的長(zhǎng)。

3. 5 天然營(yíng)養(yǎng)食品

    在蜂王漿、花粉口服液等天然營(yíng)養(yǎng)食品的加工過程中,為保持各種營(yíng)養(yǎng)成分不受破壞,通常采用真空冷凍干燥和Co60射線殺菌工藝,處理溫度不宜超過60 ℃,效率低,能耗大,成本高,而運(yùn)用微波輻照技術(shù),溫升快,時(shí)間短,加熱均勻,節(jié)省電力80 %以上,產(chǎn)品質(zhì)量上乘,而且微波對(duì)玻璃幾乎完全透過,仍可以作為其外包裝材料,另外,人參、香菇、猴頭菌、花粉、天麻、中成藥丸等用微波進(jìn)行干燥殺菌處理,可以有效地保存其中的營(yíng)養(yǎng)成分和活性物質(zhì),這是傳統(tǒng)加熱方法所不能比擬的。

    3. 6 牛奶等乳制品牛奶等乳制品的生產(chǎn)過程中,消毒殺菌是最重要的處理工藝,傳統(tǒng)方法是采用高溫短時(shí)巴氏殺菌,其缺點(diǎn)是需要龐大的鍋爐和復(fù)雜的管道系統(tǒng),而且耗費(fèi)能源、占用煤場(chǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大,還會(huì)污染環(huán)境等問題,若用微波對(duì)牛奶進(jìn)行殺菌消毒處理,鮮奶在80 ℃左右處理數(shù)秒鐘后,雜菌和大腸桿菌完全達(dá)到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求,不僅營(yíng)養(yǎng)成分保持不變,而且經(jīng)微波作用的脂肪球直徑變小,且有均質(zhì)作用,增加了奶香味,提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性,有利于營(yíng)養(yǎng)成分的吸收。

    3. 7 其它食品

    除上述幾類食品外,微波殺菌技術(shù)還可廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)干制品、肉類軟包裝熟制品、各種小包裝冷卻食品、水果、蔬菜等易腐食品的貯藏保鮮中。

    4. 前景展望

    微波殺菌技術(shù)應(yīng)用于食品的保鮮處理,在改造傳統(tǒng)食品加工工藝中已展現(xiàn)出十分誘人的

前景,可是,對(duì)食品殺菌達(dá)標(biāo)問題的重要性,并沒有得到所有食品加工行業(yè)的企業(yè)家們所共識(shí)。至今,仍有不少?gòu)S家只注重強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)工藝,缺乏接受新技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造的要求和魄力,也有一些廠家很想解決問題,但因行業(yè)隔閡,信息不同,技術(shù)力量不夠使技術(shù)改造停滯不前,作為食品殺菌保鮮的先進(jìn)技術(shù),雖然它在節(jié)能環(huán)保、營(yíng)養(yǎng)成分保持、貯藏期等方面有突出優(yōu)點(diǎn),但在我國(guó)食品行業(yè)的推廣普及中,人們的認(rèn)識(shí)和接受需要一定時(shí)間,可喜的是,我國(guó)食品行業(yè)的一些企業(yè)家們已超前的眼光看到了微波殺菌保鮮技術(shù)的發(fā)展前景,將微波殺菌技術(shù)應(yīng)用到食品加工貯藏中,并已步入工業(yè)化生產(chǎn)行列。