瞬時高壓作用的機制及殺菌和纖維改性研究.pdf

1、以微射流均質(zhì)機為基礎(chǔ)建立“瞬時高壓作用”概念，主要是應用于物理殺菌技術(shù)和超微粉碎技術(shù)。這一概念突出體現(xiàn)了處理過程中，物料受壓時間非常短暫(小于1×10-3s)而壓力變化率非常巨大。在這一個變化過程中微生物和處理物料受到高速撞擊、渦旋、壓力瞬時釋放等各種作用，本文從瞬時高壓作用的殺菌和超微化機制、殺菌效果和瞬時高壓作用對膳食纖維改性影響等方面開展研究。通過微射流均質(zhì)機對大腸桿菌、酵母、枯草桿菌、嗜熱芽孢桿菌殺滅效果和對α-淀粉酶活性的影響

2、，以及食品基質(zhì)對枯草桿菌殺滅效果并對該模型進行響應曲面分析，為瞬時高壓殺菌在食品工業(yè)中的應用提供了理論依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；通過微射流均質(zhì)機對膳食纖維的形態(tài)學、流變學、可溶性、對金屬離子和膽酸鈉吸附等方面改性的影響，以及研究瞬時高壓作用改性的膳食纖維在面包加工過程及其產(chǎn)品品質(zhì)的影響，為改性膳食纖維開發(fā)和利用提供了理論論據(jù)，在研究微射流均質(zhì)機對殺菌效果和超微化效果的基礎(chǔ)上，探索了微射流均質(zhì)機的殺菌效果和超微粉碎的作用機制并研究“瞬時高壓作用”的

3、作用機制，為開發(fā)不同應用領(lǐng)域的專一性輔助物理殺菌、濕態(tài)超微化、細胞破壁、(微)乳化等設(shè)備和技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。 在瞬時高壓作用的殺菌和超微化機制方面，提出瞬時高壓作用概念并闡述其目的和意義，介紹了瞬時高壓作用與微射流均質(zhì)機的關(guān)系以及瞬時高壓作用和超高壓殺菌的區(qū)別。利用高壓均質(zhì)過程作為比較，分析了超高壓處理過程中流體的壓力和能量轉(zhuǎn)化，從而找出了超高壓處理過程中沒有引起較高溫升現(xiàn)象的原因，本文將振蕩頭(interactivechamb

4、er)內(nèi)部孔道分成六個部分：進料管區(qū)、分流管區(qū)、撞擊管區(qū)、射流管區(qū)、擴流管區(qū)和出料管區(qū)并對其流場的動力學行為和進行了分析。也分析了在瞬時高壓作用下流場激波與壓力脈動(沖)問題，結(jié)果顯示，盡管微射流均質(zhì)機的流場中存在激波和壓力脈動，但兩者均不是影響殺菌效果的關(guān)鍵因素。 本文研究了瞬時高壓作用處理后的微生物存活量與殺菌壓力、次數(shù)之間的關(guān)系，結(jié)果表明：隨著壓力、次數(shù)的增加，微生物存活量減小。實驗發(fā)現(xiàn)瞬時高壓作用對酵母、大腸桿菌和枯草桿

5、菌和嗜熱芽孢桿菌具有一定的殺滅效果，由于芽孢抗性比較強，對枯草桿菌的殺滅效果稍差些。在室溫(25℃)、壓力120MPa下，酵母、大腸桿菌、枯草桿菌和嗜熱芽孢桿菌的致死率分別為99.89％、99.35％、93.82％、79.58％。對α-淀粉酶也具有有效的鈍化作用，在pH6時，25℃、35℃、45℃下分別處理一次，80～120MPa時α-淀粉酶活性下降較慢，120MPa后活性下降變快；提高進料溫度，可以增強瞬時高壓對α-淀粉酶的鈍化效果。

6、瞬時高壓作用對酵母可產(chǎn)生直接破碎和生物效應兩種破壞形式，而對大腸桿菌和枯草桿菌產(chǎn)生的破壞形式主要是生物效應。瞬時高壓作用對微生物產(chǎn)生的致死作用是不可逆的。采用不同的壓力、進料溫度和處理次數(shù)對樣品進行處理，發(fā)現(xiàn)在處理過程中，瞬時高壓作用對這幾種微生物的殺滅效果隨著處理壓力和處理次數(shù)的增加而提高，此外，提高進料溫度也有利于改善其殺菌效果。但進料溫度、壓力、處理次數(shù)對微生物的破壞作用是不同的。在酸性或堿性條件下更有利于殺滅微生物；蛋白質(zhì)和糖類

7、物質(zhì)對微生物都具有緩沖保護作用，濃度越高，保護作用越強，瞬時高壓殺菌效果越差。本實驗采用二次回歸正交設(shè)計安排實驗，考察了進料溫度、壓力和處理次數(shù)與瞬時高壓對枯草桿菌致死率的關(guān)系，通過對實驗結(jié)果分析得出了瞬時高壓作用對枯草桿菌殺滅的面體響應模型。通過以上的研究從而為瞬時高壓殺菌在食品工業(yè)中的應用提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。 在瞬時高壓作用對膳食纖維改性影響方面，采用Nicomp380粒度分析儀和熒光顯微鏡檢測，破碎后的微粒體系出現(xiàn)再

8、團聚現(xiàn)象；不同壓力，不同次數(shù)等條件處理下微粒粒度分布存在顯著差異。研究了Microfludizer處理膳食纖維溶液流變學影響，酶法和化學法相結(jié)合制備的豆渣膳食纖維溶液分別經(jīng)過40Mpa和IHP140Mpa處理，采用BrookfieldDV-Ⅲ+流變儀對溶液的各項流變性指標(速度敏感性、觸變性、時間敏感性、溫度敏感性和動態(tài)屈服力)進行全面的測定并對試驗結(jié)果采用冪率模型和賓漢模型對試驗數(shù)據(jù)進行擬和，IHP處理后的膳食纖維溶液具有更高的流變模

9、型擬和度和更高的屈服力。本文研究了Microfludizer處理膳食纖維可溶性變化，通過化學和酶法制備豆渣膳食纖維及酶－重量法測定樣品中的膳食纖維含量，經(jīng)40、100和120Mpa不同處理壓力的樣品可溶性膳食纖維(SDF)的含量分別為7.08％，17.51％，24.76％；不溶性膳食纖維(IDF)的含量分別為56.76％，54.68％，45.02％；相對應總膳食纖維(TDF)含量分別為63.87％，72.19％，69.78％；SDF/T

10、DF指標為0.1109，0.2424，0.3548，可見TDF含量受IHP的影響不很大，但對SDF和IDF的影響更大些，在TDF含量變化并不是十分明顯的情況下，豆渣膳食纖維中的IDF含量明顯下降，而SDF含量和SDF/TDF指標卻明顯增加。本文研究了Microfludizer微射流均質(zhì)機處理膳食纖維幾種金屬離子吸附性的影響，通過酶和化學方法制備豆渣膳食纖維(SBMDF)，采用閥式均質(zhì)機于40Mpa和Microfluidizer于140M

11、Pa下對其處理獲得兩種懸浮液(SBMDF40，SBMDF140)，分別加入50ml100mg/LMg(N03)2、Ca(NO3)2、Pb(NO3)2、Cu(NO3)2溶液中，置于搖床中進行吸附反應，在吸附反應條件和吸附時間下，經(jīng)原子吸收分光光度法(AAS)檢測。結(jié)果表明：SBMDF140比SBMDF40對上述4種金屬離子吸附能力提高到30-33％，其中pb2+吸附能力提高最大。隨著吸附時間的延長，SBMDF140和SBMDF40均表現(xiàn)出

12、解析現(xiàn)象，兩者之間的差值減小。本文探討瞬時高壓作用處理前后豆渣不溶性膳食纖維對膽酸鈉吸附過程，結(jié)果表明瞬時高壓作用增大了豆渣不溶性膳食纖維的最大吸附量.通過以上瞬時高壓作用對膳食纖維改性研究為膳食纖維開發(fā)和利用提供了理論論據(jù)。 利用瞬時高壓作用對膳食纖維積極貢獻，制備豆渣纖維添加在面包加工過程中，研究經(jīng)不同壓力處理后的大豆膳食纖維對面包質(zhì)構(gòu)、口感、及儲藏期的影響。同時應用核磁共振技術(shù)研究膳食纖維對面包制作過程的影響，測定了面包制