超高压技术概述课件.ppt
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1、Company Logo主要内容主要内容 4超高压技术概述超高压技术概述1235超高压杀菌超高压杀菌超高压对食品品质的影响超高压对食品品质的影响小结与展望小结与展望附表附表Company Logo1 1、超高压技术的概念、超高压技术的概念2 2、超高压技术的特点、超高压技术的特点3 3、超高压技术的现状、超高压技术的现状第一节:超高压技术概述第一节:超高压技术概述Company Logo1、超高压技术的概念、超高压技术的概念v超高压技术是超高压技术是2020世纪世纪9090年代由日本首创的杀菌方年代由日本首创的杀菌方法,是指利用压力媒介法,是指利用压力媒介(食用油、甘油、油与水的食用油、甘油、
2、油与水的混合液混合液)使食品在极高的压力使食品在极高的压力(100MPa,Resato 100MPa,Resato International International 公司和公司和Stansted Fluid PowerStansted Fluid Power公公司生产的超高压试验机最高压力均已到达司生产的超高压试验机最高压力均已到达1400MPa1400MPa,温度控制范围温度控制范围-20-150-20-150)下产生蛋白质变性、下产生蛋白质变性、酶失活、细胞破碎等变化,从而杀灭微生物的一酶失活、细胞破碎等变化,从而杀灭微生物的一种新型杀菌技术。种新型杀菌技术。Company Logo
3、1、超高压技术的概念、超高压技术的概念Company Logov 在超高压条件下,生物体内高分子立体结构中的在超高压条件下,生物体内高分子立体结构中的氢键、离子键、疏水相互作用等氢键、离子键、疏水相互作用等非共价键非共价键结合发结合发生变化,使蛋白质变性,淀粉糊化,酶失活,细生变化,使蛋白质变性,淀粉糊化,酶失活,细胞膜破裂,菌体内成分泄漏,微生物生命活动停胞膜破裂,菌体内成分泄漏,微生物生命活动停止而死亡。止而死亡。v 蛋白质氨基酸的缩氨结合、维生素、香气成分等蛋白质氨基酸的缩氨结合、维生素、香气成分等低分子化合物是低分子化合物是共价键共价键结合,在超高压条件下得结合,在超高压条件下得以完整
4、保留。以完整保留。v 超高压处理在杀菌钝酶的同时,最大限度的保持超高压处理在杀菌钝酶的同时,最大限度的保持了食品的风味与营养物质。了食品的风味与营养物质。2、超高压技术的特点、超高压技术的特点Company Logov国外:国外:超高压技术的商业化应用在美国、日本、超高压技术的商业化应用在美国、日本、德国、法国、澳大利亚等国家得到了稳定的发德国、法国、澳大利亚等国家得到了稳定的发展(果蔬产品及畜产品等);展(果蔬产品及畜产品等);v日本的超高压米饭;日本的超高压米饭;美国(美国(avomex)的鳄梨制)的鳄梨制品、胡萝卜汁、苹果汁、蒜泥、芒果酱以及诸品、胡萝卜汁、苹果汁、蒜泥、芒果酱以及诸多肉
5、制品等;欧洲的火腿制品、系列果汁及鲜多肉制品等;欧洲的火腿制品、系列果汁及鲜切水果等;切水果等;v目前,全世界每年加工的超高压食品超过目前,全世界每年加工的超高压食品超过13万万吨吨 3、超高压技术的现状、超高压技术的现状Company Logo3、超高压技术的现状、超高压技术的现状v日本、美国等一些发达国家在高压加工装置的定日本、美国等一些发达国家在高压加工装置的定型化、标准化、实现批量生产等方面取得了一些型化、标准化、实现批量生产等方面取得了一些新成就;新成就;v目前国际上供应商业化目前国际上供应商业化UHP 设备的公司主要有:设备的公司主要有:美国美国Avure Technologies
6、 公司和公司和Elmhurst Research公司、西班牙公司、西班牙NC Hyperbaric 公司、法公司、法国国Alstom 公司、日本公司、日本Kobelco 公司、荷兰公司、荷兰Stork Food&Dairy Systems B.V.公司、瑞典公司、瑞典ABB公司公司和德国和德国Uhde 等。等。Company Logo 半连续式超高压设备半连续式超高压设备 用于处理液态物料(果汁)用于处理液态物料(果汁)3、超高压技术的现状、超高压技术的现状Company Logo3、超高压技术的现状、超高压技术的现状Company Logo3、超高压技术的现状、超高压技术的现状v国内:国内:
7、超高压技术在农产品加工中应用还处于超高压技术在农产品加工中应用还处于起步阶段,超高压技术和超高压装置研制与国外起步阶段,超高压技术和超高压装置研制与国外相比存在较大差距,其在食品上的应用还缺乏系相比存在较大差距,其在食品上的应用还缺乏系统研究。统研究。v近年来,国内的部分高校(中国农业大学、江苏近年来,国内的部分高校(中国农业大学、江苏大学等)和科研院所对超高压技术的应用进行了大学等)和科研院所对超高压技术的应用进行了实验室研究,但实现工业化还遥遥无期。实验室研究,但实现工业化还遥遥无期。Company Logo3、超高压技术的现状、超高压技术的现状Company Logo1 1、超高压杀菌原
8、理、超高压杀菌原理2 2、影响超高压杀菌的因素、影响超高压杀菌的因素第二节:超高压杀菌第二节:超高压杀菌Company Logo1.超高压杀菌原理超高压杀菌原理(1 1)影响细胞内酶活力)影响细胞内酶活力v 超高压会引起微生物细胞内主要酶系的失活;超高压会引起微生物细胞内主要酶系的失活;v 通过影响微生物体内的酶,进而对微生物基因机通过影响微生物体内的酶,进而对微生物基因机制产生影响,制产生影响,导致由酶参与的导致由酶参与的DNADNA复制和转录步骤会复制和转录步骤会因酶失活而中断。因酶失活而中断。在在100MPa100MPa下,下,E.coliE.coli的天冬氨酸酶失活;琥珀酸脱氢的天冬氨
9、酸酶失活;琥珀酸脱氢酶经酶经20MPa20MPa高压即失活;蚁酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、琥高压即失活;蚁酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶对高压的反应也很敏感。珀酸脱氢酶对高压的反应也很敏感。Company Logo(2 2)影响细胞形态)影响细胞形态v 细胞外形变长、质壁分离、细胞壁变厚及细胞膜消细胞外形变长、质壁分离、细胞壁变厚及细胞膜消失、细胞质出现网状区域、核糖体数目减少、细胞分裂失、细胞质出现网状区域、核糖体数目减少、细胞分裂减慢等。减慢等。v 但当压力超过某一点时,细胞形态发生不可逆变化。但当压力超过某一点时,细胞形态发生不可逆变化。1.超高压杀菌原理超高压杀菌原理丝衣霉:丝衣霉:
10、70/700Mpa/60min Company Logo(3 3)影响微生物基因的表达和蛋白质合成)影响微生物基因的表达和蛋白质合成v啤酒酵母:产生四倍体;啤酒酵母:产生四倍体;v嗜热甲烷球菌、埃希氏大肠杆菌:产生诱导蛋白;嗜热甲烷球菌、埃希氏大肠杆菌:产生诱导蛋白;v单核李斯特氏菌、伤寒沙门氏菌:核物质凝结;单核李斯特氏菌、伤寒沙门氏菌:核物质凝结;v大肠杆菌:酸类物质沉淀大肠杆菌:酸类物质沉淀(HPLCHPLC)、遗传物质凝集)、遗传物质凝集成块成块,胞浆胞浆RNARNA外泄外泄,胞浆内部分区域没有核糖体胞浆内部分区域没有核糖体,而而且出现了密度斑(核糖体亚单位或胞浆蛋白质聚集,且出现了密
11、度斑(核糖体亚单位或胞浆蛋白质聚集,发生在细胞静止期和对数生长中期)。发生在细胞静止期和对数生长中期)。1.超高压杀菌原理超高压杀菌原理Company Logo1.超高压杀菌原理超高压杀菌原理(4 4)影响细胞壁、细胞膜的通透性)影响细胞壁、细胞膜的通透性 细胞膜主要由磷脂和蛋白质分子组成,主要通过细胞膜主要由磷脂和蛋白质分子组成,主要通过氢键和疏水键维持结构。氢键和疏水键维持结构。高压下,膜蛋白与膜脂质结合能力降低,细胞膜高压下,膜蛋白与膜脂质结合能力降低,细胞膜通透性增大;通透性增大;20-40MPa 20-40MPa能使较大细胞的细胞壁发生松解,能使较大细胞的细胞壁发生松解,100MPa
12、100MPa导致导致其断裂,其断裂,200MPa200MPa的压力下细胞壁遭到破坏。的压力下细胞壁遭到破坏。细胞内溶物的紊乱或外泄细胞内溶物的紊乱或外泄Company Logo1.超高压杀菌原理超高压杀菌原理v 双形热带念珠菌:双形热带念珠菌:200MPa200MPa下下,细胞壁遭到破坏细胞壁遭到破坏,细细胞亚显微结构发生变化胞亚显微结构发生变化,线粒体受到不同程度的损线粒体受到不同程度的损伤伤,核膜孔张开;核膜孔张开;v 细菌:细菌:150MPa150MPa处理后溴乙锭进入胞内与处理后溴乙锭进入胞内与DNA DNA 结合;结合;500MPa500MPa处理后未发现上述现象;超高压处理后胆盐处
13、理后未发现上述现象;超高压处理后胆盐和和NaClNaCl进入细胞;菌体胞外的进入细胞;菌体胞外的ATPATP浓度增加浓度增加 Company Logo1.超高压杀菌原理超高压杀菌原理(5 5)细胞内容物的泄漏)细胞内容物的泄漏v细菌悬液:细菌悬液:400-600MPa处理,金属离子(处理,金属离子(Zn2+、Fe2+、Mg2+、Ca2+等)浓度达等)浓度达CK的的10倍以上,倍以上,RNA类似物浓度约为类似物浓度约为CK的的20倍。倍。v金黄色葡萄球菌属:金黄色葡萄球菌属:700MPa处理后,处理后,Fe2+和和Mg2+泄漏量分别增大泄漏量分别增大2l和和14.4倍;倍;v棒状杆菌:棒状杆菌:
14、Fe2+的泄漏量高达的泄漏量高达27倍倍;且从营养细胞且从营养细胞中泄漏的中泄漏的Zn2+、Ca2+和和K+等离子增大等离子增大1.1-5.8倍。倍。Company Logo1.超高压杀菌原理超高压杀菌原理(6 6)影响细胞生化反应速率和平衡)影响细胞生化反应速率和平衡v生物分子的特性由其内在相互反应取得的平衡生物分子的特性由其内在相互反应取得的平衡决定;决定;v根据勒沙特列原理:加压有利于促进反应朝体根据勒沙特列原理:加压有利于促进反应朝体积减小的方向进行,推迟了增大体积的化学反积减小的方向进行,推迟了增大体积的化学反应。由于许多生物化学反应都会产生体积上的应。由于许多生物化学反应都会产生体
15、积上的改变,所以加压将对生物化学过程产生影响。改变,所以加压将对生物化学过程产生影响。Company LogoNormal vegetation of Bacillus subtilisNormal spore of Bacillus Company Logo芽孢外壳皱缩、缺口、芽孢外壳皱缩、缺口、内含物紊乱、泄露内含物紊乱、泄露处理后结构处理后结构紊乱,外壳紊乱,外壳皱缩皱缩Company Logo1:芽孢内:芽孢内含物泄露含物泄露2:芽孢内:芽孢内含物紊乱含物紊乱4:内部物质完全泄露的:内部物质完全泄露的细胞壁或孢子外壳残留细胞壁或孢子外壳残留营养细胞壁破坏,营养细胞壁破坏,细胞质泄露细胞
16、质泄露5:芽孢内含物:芽孢内含物正在外泄的细胞正在外泄的细胞Company Logo2.影响超高压杀菌的因素影响超高压杀菌的因素q 微生物种类(微生物种类(G+;G-)q 温度、压力、时间与加压方式温度、压力、时间与加压方式q 水分活度水分活度q pH值(值(Biomacromolecule)q 食品成分与添加剂(食品成分与添加剂(Pro.Sugar;Nisin)q 初始菌数初始菌数 Company Logo(1)微生物种类)微生物种类 一般来讲,菌体越大,结构越复杂,耐压性一般来讲,菌体越大,结构越复杂,耐压性越低;病毒颗粒越小越耐压;静止生长期的微生越低;病毒颗粒越小越耐压;静止生长期的微
17、生物比指数生长期的耐压;处于冷休克或亚致死状物比指数生长期的耐压;处于冷休克或亚致死状态的微生物更耐压态的微生物更耐压;G G+G G-(多糖链上肽键的数量和交联程度(多糖链上肽键的数量和交联程度-肽聚糖的网状结构致密程度和强度)肽聚糖的网状结构致密程度和强度)Company Logo(1)微生物种类)微生物种类一般情况下:一般情况下:v 200-300MPa 200-300MPa病毒灭活;病毒灭活;v 300-400MPa 300-400MPa霉菌、酵母菌灭活;霉菌、酵母菌灭活;v 300-600MPa 300-600MPa细菌、致病菌灭活;细菌、致病菌灭活;v 800-1000MPa 80
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