瞬時(shí)高壓作用的機(jī)制及殺菌和纖維改性研究.pdf

1、以微射流均質(zhì)機(jī)為基礎(chǔ)建立“瞬時(shí)高壓作用”概念，主要是應(yīng)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(guò)程中，物料受壓時(shí)間非常短暫(小于1×10-3s)而壓力變化率非常巨大。在這一個(gè)變化過(guò)程中微生物和處理物料受到高速撞擊、渦旋、壓力瞬時(shí)釋放等各種作用，本文從瞬時(shí)高壓作用的殺菌和超微化機(jī)制、殺菌效果和瞬時(shí)高壓作用對(duì)膳食纖維改性影響等方面開(kāi)展研究。通過(guò)微射流均質(zhì)機(jī)對(duì)大腸桿菌、酵母、枯草桿菌、嗜熱芽孢桿菌殺滅效果和對(duì)α-淀粉酶活性的影響

2、，以及食品基質(zhì)對(duì)枯草桿菌殺滅效果并對(duì)該模型進(jìn)行響應(yīng)曲面分析，為瞬時(shí)高壓殺菌在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；通過(guò)微射流均質(zhì)機(jī)對(duì)膳食纖維的形態(tài)學(xué)、流變學(xué)、可溶性、對(duì)金屬離子和膽酸鈉吸附等方面改性的影響，以及研究瞬時(shí)高壓作用改性的膳食纖維在面包加工過(guò)程及其產(chǎn)品品質(zhì)的影響，為改性膳食纖維開(kāi)發(fā)和利用提供了理論論據(jù)，在研究微射流均質(zhì)機(jī)對(duì)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(jī)的殺菌效果和超微粉碎的作用機(jī)制并研究“瞬時(shí)高壓作用”的

3、作用機(jī)制，為開(kāi)發(fā)不同應(yīng)用領(lǐng)域的專一性輔助物理殺菌、濕態(tài)超微化、細(xì)胞破壁、(微)乳化等設(shè)備和技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。 在瞬時(shí)高壓作用的殺菌和超微化機(jī)制方面，提出瞬時(shí)高壓作用概念并闡述其目的和意義，介紹了瞬時(shí)高壓作用與微射流均質(zhì)機(jī)的關(guān)系以及瞬時(shí)高壓作用和超高壓殺菌的區(qū)別。利用高壓均質(zhì)過(guò)程作為比較，分析了超高壓處理過(guò)程中流體的壓力和能量轉(zhuǎn)化，從而找出了超高壓處理過(guò)程中沒(méi)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(gè)部分：進(jìn)料管區(qū)、分流管區(qū)、撞擊管區(qū)、射流管區(qū)、擴(kuò)流管區(qū)和出料管區(qū)并對(duì)其流場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)行為和進(jìn)行了分析。也分析了在瞬時(shí)高壓作用下流場(chǎng)激波與壓力脈動(dòng)(沖)問(wèn)題，結(jié)果顯示，盡管微射流均質(zhì)機(jī)的流場(chǎng)中存在激波和壓力脈動(dòng)，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(shí)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)瞬時(shí)高壓作用對(duì)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(qiáng)，對(duì)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(duì)α-淀粉酶也具有有效的鈍化作用，在pH6時(shí)，25℃、35℃、45℃下分別處理一次，80～120MPa時(shí)α-淀粉酶活性下降較慢，120MPa后活性下降變快；提高進(jìn)料溫度，可以增強(qiáng)瞬時(shí)高壓對(duì)α-淀粉酶的鈍化效果。

6、瞬時(shí)高壓作用對(duì)酵母可產(chǎn)生直接破碎和生物效應(yīng)兩種破壞形式，而對(duì)大腸桿菌和枯草桿菌產(chǎn)生的破壞形式主要是生物效應(yīng)。瞬時(shí)高壓作用對(duì)微生物產(chǎn)生的致死作用是不可逆的。采用不同的壓力、進(jìn)料溫度和處理次數(shù)對(duì)樣品進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)在處理過(guò)程中，瞬時(shí)高壓作用對(duì)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(jìn)料溫度也有利于改善其殺菌效果。但進(jìn)料溫度、壓力、處理次數(shù)對(duì)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(duì)微生物都具有緩沖保護(hù)作用，濃度越高，保護(hù)作用越強(qiáng)，瞬時(shí)高壓殺菌效果越差。本實(shí)驗(yàn)采用二次回歸正交設(shè)計(jì)安排實(shí)驗(yàn)，考察了進(jìn)料溫度、壓力和處理次數(shù)與瞬時(shí)高壓對(duì)枯草桿菌致死率的關(guān)系，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出了瞬時(shí)高壓作用對(duì)枯草桿菌殺滅的面體響應(yīng)模型。通過(guò)以上的研究從而為瞬時(shí)高壓殺菌在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。 在瞬時(shí)高壓作用對(duì)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(cè)，破碎后的微粒體系出現(xiàn)再

8、團(tuán)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(xué)影響，酶法和化學(xué)法相結(jié)合制備的豆渣膳食纖維溶液分別經(jīng)過(guò)40Mpa和IHP140Mpa處理，采用BrookfieldDV-Ⅲ+流變儀對(duì)溶液的各項(xiàng)流變性指標(biāo)(速度敏感性、觸變性、時(shí)間敏感性、溫度敏感性和動(dòng)態(tài)屈服力)進(jìn)行全面的測(cè)定并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果采用冪率模型和賓漢模型對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(guò)化學(xué)和酶法制備豆渣膳食纖維及酶－重量法測(cè)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(duì)應(yīng)總膳食纖維(TDF)含量分別為63.87％，72.19％，69.78％；SDF/T

10、DF指標(biāo)為0.1109，0.2424，0.3548，可見(jiàn)TDF含量受IHP的影響不很大，但對(duì)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(biāo)卻明顯增加。本文研究了Microfludizer微射流均質(zhì)機(jī)處理膳食纖維幾種金屬離子吸附性的影響，通過(guò)酶和化學(xué)方法制備豆渣膳食纖維(SBMDF)，采用閥式均質(zhì)機(jī)于40Mpa和Microfluidizer于140M

11、Pa下對(duì)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(jìn)行吸附反應(yīng)，在吸附反應(yīng)條件和吸附時(shí)間下，經(jīng)原子吸收分光光度法(AAS)檢測(cè)。結(jié)果表明：SBMDF140比SBMDF40對(duì)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(shí)間的延長(zhǎng)，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(shí)高壓作用處理前后豆渣不溶性膳食纖維對(duì)膽酸鈉吸附過(guò)程，結(jié)果表明瞬時(shí)高壓作用增大了豆渣不溶性膳食纖維的最大吸附量.通過(guò)以上瞬時(shí)高壓作用對(duì)膳食纖維改性研究為膳食纖維開(kāi)發(fā)和利用提供了理論論據(jù)。 利用瞬時(shí)高壓作用對(duì)膳食纖維積極貢獻(xiàn)，制備豆渣纖維添加在面包加工過(guò)程中，研究經(jīng)不同壓力處理后的大豆膳食纖維對(duì)面包質(zhì)構(gòu)、口感、及儲(chǔ)藏期的影響。同時(shí)應(yīng)用核磁共振技術(shù)研究膳食纖維對(duì)面包制作過(guò)程的影響，測(cè)定了面包制