CN113207948A - 鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机及鲜食鸡蛋内容物联合杀菌方法 - Google Patents

鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机及鲜食鸡蛋内容物联合杀菌方法 Download PDF

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CN113207948A
CN113207948A CN202110497323.6A CN202110497323A CN113207948A CN 113207948 A CN113207948 A CN 113207948A CN 202110497323 A CN202110497323 A CN 202110497323A CN 113207948 A CN113207948 A CN 113207948A
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王瑶瑶
刘鹏
仇菊
梁克红
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Abstract

本发明提供一种鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机及鲜食鸡蛋内容物联合杀菌方法,鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机包括机体、位于所述机体内的容纳腔、鲜蛋托盘、加热装置、超声波发生装置、温度传感器和控制器;在使用状态下,所述容纳腔内部充满加热介质,所述鲜蛋托盘及其承载的鲜食鸡蛋浸泡在加热介质中;所述温度传感器用于检测加热介质或鲜食鸡蛋的当前温度,并将该温度信息传输至控制器;所述控制器用于控制加热装置将加热介质加热到特定温度,也用于控制超声波发生装置以特定功率产生超声波,并在特定时间后停止热‑超声波联合作用,以对鲜食鸡蛋进行热‑超声波联合杀菌且保持蛋白质不变性,本发明适用于日韩料理店等需要对鲜食鸡蛋进行内容物杀菌的场合。

Description

鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机及鲜食鸡蛋内容物联合杀菌方法
技术领域
本发明涉及食物消毒杀菌领域,尤其涉及一种鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机及鲜食鸡蛋内容物联合杀菌方法。
背景技术
鸡蛋中含有丰富的营养价值,除了含有蛋白质、脂肪外,还含有丰富的矿物质和维生素等物质,被视为“人类理想的营养库”,又因为其廉价易得,已成为我国居民日常饮食中一种很重要的农产品。鸡蛋中含有丰富的蛋白质,约占可食用部分的11%~13%,仅低于肉类及豆类。其生物价值高,氨基酸配比与人体所需的必需氨基酸配比相近,是一种完全蛋白质。此外,鸡蛋中的蛋白质消化率较高,所以其被人体消化吸收的效率高于牛奶和肉类,是仅次于母乳的一种优质蛋白质来源。
一直以来,我国鲜蛋的消费以未清洗蛋消费为主,即蛋鸡产出后不经任何的清洗或消毒处理,直接进行运输及销售,可以被称为“脏蛋”,呈现出“小规模,大群体”的特征。就我国目前集蛋的流通环境而言,鸡蛋经泄殖腔排出体外,在集蛋、储运及销售的各个环节中,可能受到的污染主要有:粪便、血渍、羽毛、粉尘污染及各类混合污染。当然,除了以上蛋壳表层肉眼可见的污染之外,最有可能受到致病菌等微生物的污染。实际上,刚产出来的鲜蛋是无菌的或仅带少量细菌,同时有蛋壳、壳膜以及溶菌酶作为防治微生物入侵的天然屏障,但随着贮藏时间的延长、贮藏期间环境及温度的变化,鸡蛋对外界微生物侵入的防御能力会逐渐降低,最终微生物尤其是大肠杆菌和沙门氏菌会侵入蛋内开始繁殖,引起人类食物中毒。
我国鸡蛋产业的主要特点是:生产集中度低、小型企业多、交易风险较高。质量安全控制在生产、加工及流通环节均处于较低水平,大部分流通的鸡蛋属于未清洗蛋;设备自动化程度较低,大部分企业依然是靠手工进行加工和分拣;物流过程中极少采用冷藏和冷链运输,仅有个别企业选择在出口产品运输中采用冷藏和冷链运输,在长途运输中采用保温车以确保品质;我国鸡蛋流通市场的稳定性较弱,生产及加工企业可能需要在此问题上消耗一定精力,而不能全力提升产品品质。以上种种因素导致,我国市场上的鸡蛋在加工、流通及销售的过程中,极易受到污染,最终导致新鲜度降低,保质期缩短,甚至影响消费者的食用安全。
目前我国禽蛋的消费主要分三类:一是我国居民传统的家庭消费行为,约占消费总量的52.76%,鲜鸡蛋经烹饪加工成熟食后再食用,在高温加工的过程中致病菌被高温杀灭;二是食品加工工厂产生的工业消费,约占消费总量的19.50%,工厂采购液态蛋用于蛋糕等食品的生产,而液态蛋在加工的过程中已经过巴氏杀菌处理;三是餐厅及机构产生的户外消费,约占消费总量的27.74%,新兴的生食鸡蛋就常见于日韩料理店。根据预测,工业消费及户外消费的数量和比重将共同增长,家庭消费量将持续增长,但比重会下降。
随着人们生活水平改善,饮食向多元化发展,日韩料理在我国发展迅速,鲜食鸡蛋的消费量因此大大增加。鲜鸡蛋受饲养环境影响,存在被致病菌污染的风险,影响消费者食用安全。随着饮食文化的发展,生食鸡蛋的消费及食用将成为一个新趋势,这也就需要更加安全、营养、健康的鲜鸡蛋。
目前,在实际生产中,我国鸡蛋杀菌应用较多的是热杀菌及紫外杀菌技术,单一热杀菌是目前应用最广的杀菌方法,成本低、易操作、无污染。目前液态蛋杀菌相关的研究已相对成熟,但带壳蛋杀菌应用依然较少。热杀菌主要应用于液态蛋的杀菌,紫外杀菌主要应用于带壳鲜鸡蛋的表面杀菌,但紫外线穿透性差,且存在照射死角,难以对鸡蛋内容物有效杀菌。而其他新型杀菌技术造价较高,不适用于日韩料理等小成本餐饮店。因此迫切需要研究建立鲜鸡蛋内容物的杀菌方法和设备,确保鸡蛋生食的安全性。
发明内容
鉴于此,本发明实施例提供了一种鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机及鲜食鸡蛋内容物联合杀菌方法,以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
本发明的技术方案如下:
根据本发明的一方面,提供了一种鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机,所述鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机包括机体、位于所述机体内的容纳腔、鲜蛋托盘、加热装置、超声波发生装置、温度传感器和控制器;
其中,所述容纳腔位于所述机体的中上部,所述鲜蛋托盘安装在所述容纳腔内,所述鲜蛋托盘具有使得加热介质透过的镂空结构;在使用状态下,所述容纳腔内部充满加热介质,所述鲜蛋托盘及其承载的鲜食鸡蛋浸泡在加热介质中;
所述加热装置位于所述容纳腔的底部或侧部,所述超声波发生装置位于所述容纳腔的底部或侧部;
所述温度传感器用于检测加热介质或鲜食鸡蛋的当前温度,并将该温度信息传输至控制器;
所述控制器用于控制加热装置将加热介质加热到特定温度,也用于控制超声波发生装置以特定功率产生超声波,并在特定时间后停止热-超声波联合作用,以对鲜食鸡蛋进行热-超声波联合杀菌,使鸡蛋表面及内容物中大肠杆菌、沙门氏菌等达到食品安全相关标准要求,并且保持蛋白质不变性。
在一些实施例中,所述超声波发生装置包括多个分布式的超声波换能器,各超声波换能器分别位于所述容纳腔的底部和侧部,以在使用状态下对所述鲜蛋托盘的鲜食鸡蛋形成五面超声波杀菌。
在一些实施例中,所述机体的顶部设有一个用于封盖所述容纳腔的顶盖,以便取出或放置所述鲜蛋托盘。
在一些实施例中,所述超声波发生装置还包括一个布置在所述顶盖内的超声波换能器,结合其余位于所述容纳腔的底部和侧部的超声波换能器,以在使用状态下对所述鲜蛋托盘的鲜食鸡蛋形成六面超声波杀菌。
在一些实施例中,所述加热装置包括多个分布式的加热器,各加热器分别位于所述容纳腔的底部和侧部,以在使用状态下对加热介质形成多点加热。
在一些实施例中,所述容纳腔和鲜蛋托盘的形状相同,其形状为超过三条边的正多边形或圆形。
在一些实施例中,所述鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机的机体的上下分别设有与所述容纳腔的连通的进料阀和出料阀,以更换加热介质。
在一些实施例中,所述控制器控制加热装置将加热介质加热到特定温度的为45~65°C;所述控制器控制超声波发生装置的特定功率为600~840W,频率为40kHz;所述控制器控制的热-超声波联合作用时间为3~7min。
优选地,所述控制器控制加热装置将加热介质加热到特定温度的为62℃;所述控制器控制超声波发生装置的特定功率为840W,频率为40kHz;所述控制器控制的热-超声波联合作用时间为7min。
根据本发明的另一方面,也提供了一种采用前述鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机实施的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌方法,所述方法包括以下步骤:
将加热介质注入所述容纳腔内,并将加热介质加热到特定温度,将待杀菌的鲜食鸡蛋放入加热介质内;
对放入加热介质内的鲜食鸡蛋进行超声波作用;
对加热介质进行实时温度补偿,使其在作用过程中一直保持在特定温度;
在特定时间后停止热-超声波联合作用,取出鲜食鸡蛋,并自然冷却。
本发明基于生食鸡蛋内容物的杀菌需求,提供了一种鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机及鲜食鸡蛋内容物联合杀菌方法,首次提出了基于热-超声波联合杀菌的方法,填补了目前带壳鸡蛋内容物杀菌技术的空白,解决了鸡蛋生食可能存在的安全隐患。该方法可对鲜食鸡蛋的内容物进行有效杀菌,满足鲜食鸡蛋的杀菌要求,杀菌成本低且杀菌时间快,不影响或较小影响其营养成分,在日韩料理店等场合具有较好的应用前景。
本发明的附加优点、目的,以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述,且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显,或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
本领域技术人员将会理解的是,能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述,并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明的限定。附图中的部件不是成比例绘制的,而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分,附图中对应部分可能被放大,即,相对于依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中:
图1为本发明一实施例中的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机的结构示意图。
图2为本发明一实施例中的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机的俯视方向示意图。
图3为本发明另一实施例中的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机的整体结构示意图。
图4为本发明一实施例中的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌方法的框图。
图5的(a)为热-超声波联合杀菌中时间对菌落总数杀菌效果的影响,(b)为热-超声波联合杀菌中时间对大肠菌群杀菌效果的影响,(c)为热-超声波联合杀菌中时间对沙门氏菌杀菌效果的影响。
图6的(a)为热-超声波联合杀菌中温度对菌落总数杀菌效果的影响,(b)为热-超声波联合杀菌中温度对大肠菌群杀菌效果的影响,(c)为热-超声波联合杀菌中温度对沙门氏菌杀菌效果的影响。
图7的(a)为热-超声波联合杀菌中超声波功率对菌落总数杀菌效果的影响,(b)为热-超声波联合杀菌中超声波功率对大肠菌群杀菌效果的影响,(c)为热-超声波联合杀菌中超声波功率对沙门氏菌杀菌效果的影响。
图8的(a)和(b)分别为时间和温度对大肠菌群作用的响应面和等高线分析图。
图9的(a)和(b)分别为时间和功率对大肠菌群作用的响应面和等高线分析图。
图10的(a)和(b)分别为温度和功率对大肠菌群作用的响应面和等高线分析图。
图11的(a)和(b)分别为时间和温度对沙门氏菌作用的响应面和等高线分析图。
图12的(a)和(b)分别为时间和功率对沙门氏菌作用的响应面和等高线分析图。
图13的(a)和(b)分别为温度和功率对沙门氏菌作用的响应面和等高线分析图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施方式和附图,对本发明做进一步详细说明。在此,本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
在此,还需要说明的是,为了避免因不必要的细节而模糊了本发明,在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤,而省略了与本发明关系不大的其他细节。
应该强调,术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在,但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
在此,还需要说明的是,如果没有特殊说明,术语“连接”在本文不仅可以指直接连接,也可以表示存在中间物的间接连接。
在下文中,将参考附图描述本发明的实施例。在附图中,相同的附图标记代表相同或类似的部件,或者相同或类似的步骤。
本发明基于生食鸡蛋内容物的杀菌需求,提供了一种鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机及鲜食鸡蛋内容物联合杀菌方法,首次提出了基于热-超声波联合杀菌的方法,填补了目前带壳鸡蛋内容物杀菌技术的空白,解决了鸡蛋生食可能存在的安全隐患。该方法可对鲜食鸡蛋的内容物进行有效杀菌,满足鲜食鸡蛋的杀菌要求,杀菌成本低且杀菌时间快,不影响或较小影响其营养成分,在日韩料理店等场合具有较好的应用前景。
如图1和图2所示,本发明实施例的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机,包括机体1、位于机体内的容纳腔2、鲜蛋托盘3、加热装置5、超声波发生装置6、温度传感器和控制器等。
其中,所述容纳腔2位于机体1的中上部,鲜蛋托盘3安装在容纳腔2内,鲜蛋托盘3具有使得加热介质透过的镂空结构;在使用状态下,所述容纳腔2内部充满加热介质,鲜蛋托盘3及其承载的鲜食鸡蛋浸泡在加热介质中;所述加热装置5位于所述容纳腔2的底部或侧部,所述超声波发生装置6位于所述容纳腔2的底部或侧部。所述温度传感器用于检测加热介质或鲜食鸡蛋的当前温度,并将该温度信息传输至控制器。
所述控制器用于控制加热装置5将加热介质加热到特定温度,也用于控制超声波发生装置6以特定功率产生超声波,并在特定时间后停止热-超声波联合作用,以对鲜食鸡蛋进行热-超声波联合杀菌且保持蛋白质不变性。
在本发明实施例中,热-超声波联合杀菌作用是指将热杀菌与超声波杀菌协同作用,从而达到更强的杀菌效果。本发明基于生食鸡蛋内容物的杀菌需求,首次提出了基于热-超声波联合杀菌的方法和设备,填补了目前带壳鸡蛋内容物杀菌技术的空白,解决了鸡蛋生食可能存在的安全隐患。该方法和设备的杀菌效果强,成本低,在日韩料理店等场合具有较好的应用前景。
在一实施例中,如图1所示,所述超声波发生装置6包括多个分布式的超声波换能器7,各超声波换能器7分别位于所述容纳腔2的底部和侧部,以在使用状态下对所述鲜蛋托盘3的鲜食鸡蛋形成五面超声波杀菌。机体1的顶部设有一个用于封盖容纳腔2的顶盖4,以便取出或放置所述鲜蛋托盘3。
超声波发生装置6可由峰化线圈、HVC、输出变压器、波段开关、滤波电容、调频线圈、桥式整流、抗流圈、AC电容、电磁开关、晶体座、发振板和风扇机箱等组成,可采用现有技术中的超声波发生器,其可采用波段开关调节输出电流,通过调频线圈微调频率。超声波发生器作用是把市电转换成与超声波换能器7相匹配的高频交流电信号,驱动超声波换能器7工作。大功率超声波电源从转换效率方面考虑一般采用开关电源的电路形式。超声波发生器来产生一个特定频率的信号,这个信号可以是正弦信号,也可以是脉冲信号,这个特定频率即为超声波换能器7工作的频率。
在另一实施例中,所述超声波发生装置6还包括一个布置在所述顶盖4内的超声波换能器7,结合其余位于所述容纳腔2的底部和侧部的超声波换能器7,以在使用状态下对所述鲜蛋托盘3的鲜食鸡蛋形成六面超声波杀菌。在该实施例中,顶盖4可以加厚,顶盖4的方式可采用枢轴连接的翻盖形式,超声波换能器7与超声波电源相连接。
在一实施例中,所述加热装置5包括多个分布式的加热器,各加热器分别位于所述容纳腔2的底部和侧部,以在使用状态下对加热介质形成多点加热。多点加热的加热装置5可使得加热介质均匀受热和升温,以实现在杀菌过程中温度的精确控制。加热装置5可采用现有技术中的电热元件。
在一些实施例中,所述容纳腔2和鲜蛋托盘3的形状相同,其形状为超过三条边的正多边形或圆形。正多边形可以是正方形、正五边形或六边形等,但不限于此,也可为其他形状。
在一些实施例中,所述鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机的机体1的上下分别设有与所述容纳腔2的连通的进料阀8和出料阀9,以更换加热介质。加热介质可采用水或其他液体,水优选为纯净水。进料阀8和出料阀9连通外部的供水和放水系统,定期更换加热介质。
在一些实施例中,该鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机的容纳腔2、鲜蛋托盘3和顶盖4等可采用304不锈钢材质,具有良好的耐蚀性、耐热性,低温强度和机械特性。加热装置5也可采用304不锈钢加热器。
在一些实施例中,该鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机还包括微电脑控制和大屏幕液晶显示等功能。例如,微电脑控制可设置控制面板,控制面板上设有电源键、加热开始和结束键、超声波开始和结束键等,并在屏幕液晶显示当前温度、时间和超声波功率等。
在另一实施例中,该鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机还具有温度补偿模块。将承载室温的鲜蛋托盘3放入容纳腔2中,加热介质会有一定的降温,温度传感器在检测到加热介质低于特定温度后,启动加热装置5实时加热,将温度精确补偿到特定温度。例如,可将人工智能领域的“模糊控制”算法引入加热程序,通过PID控制算法,实现对水温的精确控制,让水升温后恒定在特定温度,以保证最佳的杀菌效果。
在一些实施例中,为了便于取出和固定鲜蛋托盘3,鲜蛋托盘3的顶部两侧可设有提手31,鲜蛋托盘3的中部两侧可设有耳部32,以将鲜蛋托盘3安置在容纳腔2内。
超声波频率越低,在液体中产生空化现象越容易,频率过高不易产生空化效应,一般采用20~40kHz的超声波可获得较好的空化效应,本发明中在鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机的超声波频率为40kHz。其他设备参数具体如下:容积:10L;时间:1~999min;温度范围:5~90℃;最大超声波功率:1200W;加热功率:350W;制冷功率:200W。温度在可控范围内连续可调,超声波功率在30~90%范围内连续可调。
在一些实施例中,所述控制器控制加热装置将加热介质加热到特定温度的为45~65°C;所述控制器控制超声波发生装置的特定功率为600~840W,频率为40kHz;所述控制器控制的热-超声波联合作用时间为3~7min。
进一步优选地,所述控制器控制加热装置将加热介质加热到特定温度的为62℃;所述控制器控制超声波发生装置的特定功率为840W,频率为40kHz;所述控制器控制的热-超声波联合作用时间为7min。
根据本发明的另一方面,也提供了一种采用前述鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机实施的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌方法,如图4所示,所述方法包括以下步骤:
S10:将加热介质加热到特定温度,将待杀菌的鲜食鸡蛋放入加热介质内;
S20:对放入加热介质内的鲜食鸡蛋进行超声波作用;
S30:对加热介质进行实时温度补偿,使其在作用过程中一直保持在特定温度;
S40:在特定时间后停止热-超声波联合作用,取出鲜食鸡蛋,并自然冷却。
其中,S20和S30是同步进行的。采用前述的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机时,将承载室温的鲜蛋托盘放入容纳腔中,加热介质会有一定的降温,温度传感器在检测到加热介质低于特定温度后,启动加热装置实时加热,将温度精确补偿到特定温度。例如,可将人工智能领域的“模糊控制”算法引入加热程序,通过PID控制算法,实现对水温的精确控制,让水升温后恒定在特定温度,以保证最佳的杀菌效果。
超声波是指频率大于20kHz的声波,其特点是频率高、波长短、穿透力强、方向不受限。随着超声波技术的不断发展与完善,其应用于食品科学中的范围越来越大,并且在食品提取、添加剂合成、食品杀菌、食品结晶与冷冻、食品清洗除沫以及食品过滤和品质提升等多个方面取得了良好的应用效果。超声波杀菌主要归因于超声过程中由于空化泡破裂产生的空化效应。当较高强度的超声波作用于液体时,会产生纵波并形成交替压缩和膨胀的区域,并在介质中形成微小气泡核。液体中的微小气泡核会因为声场的作用而生长、震荡、破裂,而在其崩溃破裂的瞬间会在微小空间内产生5000℃以上的高温及50000kPa的压力,这种温度变化及压力变化导致了微生物菌体的细胞壁及细胞膜受损,胞内原生质溶出。此外,在空化效应产生的同时,还会激发产生大量的自由基,也可达到细菌致死及病毒失活的效果,同时,研究结果表明,经超声处理后的细菌没有出现复活生长的迹象。
热-超声波联合杀菌是指将热杀菌与超声波杀菌协同作用,从而达到更强的杀菌效果。当超声波用于工业环境,则需要较高的超声波功率,消耗大量的能量,作为一种杀菌手段,成本相对较高。但当超声波杀菌与其他技术结合使用时,不仅可以提高其他技术的杀菌效率,而且用于超声波的能量要低得多。
在传统的热杀菌过程中,存在蛋白质易变性、蛋液功能特性易受影响等现象,而超声波杀菌作为一项非热杀菌技术,可以有效弥补单一热杀菌的技术缺点及难点。相比其他新兴非热杀菌技术,造价更低,易推广,是单一热杀菌的有效替代技术。基于以上原因,本发明选用热-超声波联合杀菌,研究其针对生食鸡蛋的杀菌工艺参数,以期推动我国生食鸡蛋杀菌技术研究的快速发展,为我国消费者提供健康安全的鲜食鸡蛋。
影响热-超声波联合杀菌技术杀菌效果的因素有:作用时间、作用温度、超声波功率、液体粘滞系数、传输介质、pH值、微生物种类、原始菌液浓度及菌液容量等。作用时间。在一定时间范围内,声化学反应强度与时间大体上呈正相关,但超过一定时间范围后,声化学反应发生强度变化不再明显。
作用温度。一定温度范围内,温度升高可使液体的表面张力系数及粘滞系数下降,从而导致空化域值下降,使空化易于发生;但温度升高同时也会导致蒸汽压增大,从而减弱空化强度。所以存在某个合适的温度值,使超声波作用时产生的空化效应最强,从而杀菌效果最佳。
超声波功率。一定功率范围内,提高超声强度可以增强空化作用,从而提升杀菌效果;但如果超过某个界限,空化泡在声波的膨胀相内可能增长过大,以致它在声波的压缩相内来不及发生崩溃,从而使空化饱和甚至会下降。说明当超声用于灭菌时,并不是功率越大越好,而是存在一个最佳值。
超声波频率。研究发现,超声波频率越低,在液体中产生空化现象越容易,一般超声波频率为20~40kHz时,产生的空化效应较强。
粘滞系数。为在液体中形成空穴,要求在声波膨胀相中产生的负压值能足以克服液体内部的引力(包括环境压力),因此在粘滞性大的液体中发生空化效应难度较大,从而杀菌效果相对较弱。
原始菌液浓度。超声具有灭菌和分散细菌团的双重作用。当菌悬液浓度较大时,菌体细胞成团簇状存在,相互之间存在保护作用,超声波作用主要表现为对此菌体团簇的分散作用,对菌体活性影响不大。当菌悬液浓度较低时,可近似认为微生物细胞单个存在,此时超声波可以明显影响其活性。
微生物种类。革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌不同的细胞结构导致超声对不同微生物的作用效果不同,革兰氏阳性细菌的细胞壁主要由高强度和致密度的肽聚糖网状结构组成,厚度大,对机械剪切作用有很强抵抗力;而革兰氏阴性菌的细胞壁结构中肽聚糖含量少,相对而言结构薄而松散,强度弱,易被破坏。
超声波技术在食品领域中的应用主要有提取、合成、杀菌及贮藏等,能在极短的时间内杀灭和破坏微生物,还能对食品产生诸如均质、催陈、裂解大分子物质等多种作用,从而更好地提高和完善食品品质,保持食品原有滋味和风味,对食品加工工艺技术及质量提高具有促进作用,实用性和安全性高。
热与超声波联合作用可明显提高热杀菌对蛋清液中大肠杆菌的杀菌效果,作用温度越高,超声波功率越大,协同效果越好,同时,热-超声波联合杀菌可以在一定程度上改善蛋清液的凝胶性、起泡性等功能性质。
本发明也通过一系列实验验证了鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机及鲜食鸡蛋内容物联合杀菌方法的效果,以下进行详细说明。
本研究选取杀菌时间、杀菌温度及超声波功率三个主要因素进行研究。
选定超声波功率360W及超声作用温度55℃,研究不同作用时间(1min、3min、5min、7min、9min)对杀菌效果的影响。选定超声作用时间3min及超声波功率360W,研究不同作用温度(25℃、35℃、45℃、55℃、65℃)对杀菌效果的影响。选定超声作用时间3min及作用温度55℃,研究不同超声波功率(360W、480W、600W、720W、840W(以最大超声波功率的30%、40%、50%、60%、70%计))对杀菌效果的影响。
根据单因素试验的结果,确定需要优化的因素及范围如下:选择作用时间范围为3~7min,作用温度范围为45~65℃,超声功率范围为600~840W,采用DesignExpert软件设计Box-Benhnken中心组合实验,以大肠菌群灭菌对数值Nk2及沙门氏菌的灭菌对数值Nk3为响应值,进行三因素三水平的响应面分析实验,响应面分析实验因子水平对应关系如表3-1所示。
表3-1热-超声波联合杀菌响应面分析实验因子水平表
Figure BDA0003054923590000101
具体的设计实验方案及结果如表3-2所示。15个实验点分为析因点和零点,其中析因点为自变量取值在A、B、C所构成的三维顶点,零点为区域的中心点,零点实验重复3次,用以估计实验误差,表中1~12为析因实验,13~15为中心实验。
表3-2热-超声波联合杀菌响应面分析实验方案及结果
Figure BDA0003054923590000102
Figure BDA0003054923590000111
数据统计分析:单因素试验中数据分析采用SAS进行方差分析,采用GraphPad作图,图中不同的小写字母表示存在显著性差异(P<0.05);响应面回归实验中,采用Design-Expert 10.0.7进行实验设计、数据处理及作图。
经方差分析,热-超声波联合杀菌技术影响因素作用时间对鸡蛋中菌落总数含量无显著影响(P>0.05),对大肠菌群及沙门氏菌含量有显著影响(P<0.05)。图5(a)为热-超声波联合杀菌中时间对菌落总数杀菌效果的影响,(b)为热-超声波联合杀菌中时间对大肠菌群杀菌效果的影响,(c)为热-超声波联合杀菌中时间对沙门氏菌杀菌效果的影响。由图5可知,热-超声波联合杀菌技术对微生物的致死效果随着时间的增长呈现出先增长后逐渐平缓的趋势。当作用时间达到3min后,随着时间的增长杀菌效果不再有显著变化。不同于传统热杀菌对微生物的致死趋势,热-超声波联合杀菌的杀菌效果会在时间较短时快速升高,而单一热杀菌则前期短时间内致死效果较弱,一定时间后才能缓慢提高。
热-超声波联合杀菌技术影响因素温度对菌落总数、大肠菌群及沙门氏菌的致死均存在显著影响(P<0.05)。图6(a)为热-超声波联合杀菌中温度对菌落总数杀菌效果的影响,(b)为热-超声波联合杀菌中温度对大肠菌群杀菌效果的影响,(c)为热-超声波联合杀菌中温度对沙门氏菌杀菌效果的影响。由图6可知,随着温度的上升,灭菌对数值均呈增长趋势,在65℃处达到最大值。对比可知,在同一温度处,热-超声波联合杀菌技术对大肠菌群的致死效果弱于沙门氏菌,印证了大肠菌群对热有相对较强的的抵抗力。当作用时间为3min,超声波功率为360W时,温度达到65℃时,菌落总数灭菌对数值可达到2.4个对数值;大肠菌群的灭菌对数值Nk2可达到2.5个对数值;沙门氏菌的灭菌对数值Nk3可达到3.6个对数值。
经方差分析,热-超声波联合杀菌技术影响因素作用时间对鸡蛋中菌落总数含量无显著影响(P>0.05),对大肠菌群及沙门氏菌含量有显著影响(P<0.05)。图7的(a)为热-超声波联合杀菌中超声波功率对菌落总数杀菌效果的影响,(b)为热-超声波联合杀菌中超声波功率对大肠菌群杀菌效果的影响,(c)为热-超声波联合杀菌中超声波功率对沙门氏菌杀菌效果的影响。由图7可知,随着超声波功率的增大,热-超声波联合杀菌技术对大肠菌群及沙门氏菌的致死效果随之增长。
综合单因素试验结果,选取作用时间、作用温度及超声波功率作为考察因素,以大肠菌群及沙门氏菌的灭菌对数值为响应值,进行响应面试验。
采用Design-Expert软件对表3-2的数据进行拟合,实验因子对响应值的影响可用回归方程表示为:
Nk2=4.1203+0.3559*A+1.5320*B+0.5014*C+0.2420*AB-0.0208*AC+0.2620*BC-0.3585*A2-1.0028*B2+0.1480*C2
Nk3=4.5950+0.3269*A+0.7816*B+0.5175*C-0.0303*AB+0.1325*AC+0.0545*BC-0.0334*A2-0.5684*B2-0.2741*C2
以大肠菌群的杀菌效果的数学模型进行显著性检验,结果见表3-4。由结果可知,所建立的数学模型具有高度的显著性(P<0.001),失拟项P=0.0880,不具有显著性,R2=0.9819,模型拟合度良好。从表中可以看出,时间、温度及超声波功率对蛋液中大肠菌群灭菌对数值均存在显著影响,且温度、超声波功率、时间的影响作用依次减弱。
表3-4方差分析结果
Figure BDA0003054923590000121
在热-超声波联合杀菌技术应用于蛋液时,时间、温度及超声波功率三因素两两交互对蛋液中大肠菌群作用的响应面和等高线分析图如图8、9、10所示,结合三张响应面分析图可知,时间、温度及超声波功率与蛋液中大肠菌群的致死效果均呈正相关关系,灭菌对数值Nk2随着时间的增长呈近似直线上升趋势,随着温度的上升先增长后趋于平缓,随着超声波功率的上升呈近似直线上升。此外,图8及图10中响应面坡度变化较小,图9中响应面近似呈斜平面,且坡度变化较小,说明温度、时间及超声波功率三因素中任意两因素之间都基本不存在交互作用或交互作用很小,这与方差分析结果(P>0.05)一致。
对沙门氏菌杀菌效果的数学模型进行显著性检验,结果见表3-5。由结果可知,所建立的数学模型具有高度的显著性(P<0.001),失拟项P=0.8292,不具有显著性,R2=0.9800,模型拟合度良好。可以看出,时间、温度及超声波功率对蛋液中沙门氏菌的灭菌对数值均存在显著性影响,且温度、超声波功率、时间的影响作用依次减弱。
表3-5方差分析结果
Table3-5 The results of variance analys
Figure BDA0003054923590000131
在热-超声波联合杀菌技术应用于蛋液时,时间、温度及超声波功率三因素两两交互对蛋液中沙门氏菌作用的响应面和等高线分析图如图11、12、13所示,结合三张响应面图可知,时间、温度及超声波功率与蛋液中大肠菌群的致死效果均呈正相关关系,灭菌对数值Nk2随着时间的增长呈近似直线上升趋势,随着温度的上升先增长后趋于平缓,随着超声波功率的上升呈上升趋势,但上升速率逐渐减慢。此外,图11及图13中响应面坡度变化较小,图12中响应面近似呈斜平面,且坡度变化较小,说明温度、时间及超声波功率三因素中任意两因素之间都基本不存在交互作用或交互作用很小,这与方差分析结果(P>0.05)一致。
DesignExpert软件根据三因素三水平响应面试验优化结果,最大响应值时A、B、C对应的编码值分别为A=0.99、B=0.71、C=0.99,与其相对应的热-超声波联合杀菌的最佳工艺条件为:杀菌时间7min,杀菌温度62℃,超声波功率840W,理论最高灭菌对数值Nk2为5.685,Nk3为5.550。为了检验所建立的模型的可行性,采用得到的最佳工艺条件处理带壳鸡蛋,进行验证实验,得到实测值分别为Nk2=5.278±0.170,Nk3=5.034±0.189。
本发明提供了一种鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机及鲜食鸡蛋内容物联合杀菌方法,用于带壳鸡蛋杀菌的效果作用时间范围为3~7min,作用温度范围为45~65℃,超声波功率范围为600~840W。最优杀菌条件为杀菌时间7min,杀菌温度62℃,超声波功率840W,测得该条件下灭菌对数值分别为Nk2=5.278±0.170,Nk3=5.034±0.189,该杀菌条件可以满足美国FDA提出的5个灭菌对数值的要求,可对鸡蛋内容物进行有效杀菌,且能保证内部的蛋白质及其他营养成分不变性。
本领域普通技术人员应该可以明白,结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法,能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。当以硬件方式实现时,其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时,本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中,或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路,等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
还需要说明的是,本发明中提及的示例性实施例,基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是,本发明不局限于上述步骤的顺序,也就是说,可以按照实施例中提及的顺序执行步骤,也可以不同于实施例中的顺序,或者若干步骤同时执行。
软件可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
本发明中,针对一个实施方式描述和/或例示的特征,可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用,和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机,其特征在于,所述鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机包括机体、位于所述机体内的容纳腔、鲜蛋托盘、加热装置、超声波发生装置、温度传感器和控制器;
其中,所述容纳腔位于所述机体的中上部,所述鲜蛋托盘安装在所述容纳腔内,所述鲜蛋托盘具有使得加热介质透过的镂空结构;在使用状态下,所述容纳腔内部充满加热介质,所述鲜蛋托盘及其承载的鲜食鸡蛋浸泡在加热介质中;
所述加热装置位于所述容纳腔的底部或侧部,所述超声波发生装置位于所述容纳腔的底部或侧部;
所述温度传感器用于检测加热介质或鲜食鸡蛋的当前温度,并将该温度信息传输至控制器;
所述控制器用于控制加热装置将加热介质加热到特定温度,也用于控制超声波发生装置以特定功率产生超声波,并在特定时间后停止热-超声波联合作用,以对鲜食鸡蛋进行热-超声波联合杀菌,使鸡蛋表面及内容物中大肠杆菌、沙门氏菌达到食品安全相关标准要求,并且保持蛋白质不变性。
2.根据权利要求1所述的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机,其特征在于,所述超声波发生装置包括多个分布式的超声波换能器,各超声波换能器分别位于所述容纳腔的底部和侧部,以在使用状态下对所述鲜蛋托盘的鲜食鸡蛋形成五面超声波杀菌。
3.根据权利要求2所述的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机,其特征在于,所述机体的顶部设有一个用于封盖所述容纳腔的顶盖,以便取出或放置所述鲜蛋托盘。
4.根据权利要求3所述的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机,其特征在于,所述超声波发生装置还包括一个布置在所述顶盖内的超声波换能器,结合其余位于所述容纳腔的底部和侧部的超声波换能器,以在使用状态下对所述鲜蛋托盘的鲜食鸡蛋形成六面超声波杀菌。
5.根据权利要求1所述的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机,其特征在于,所述加热装置包括多个分布式的加热器,各加热器分别位于所述容纳腔的底部和侧部,以在使用状态下对加热介质形成多点加热。
6.根据权利要求2或4所述的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机,其特征在于,所述容纳腔和鲜蛋托盘的形状相同,其形状为超过三条边的正多边形或圆形。
7.根据权利要求1所述的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机,其特征在于,所述鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机的机体的上下分别设有与所述容纳腔的连通的进料阀和出料阀,以更换加热介质。
8.根据权利要求1所述的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机,其特征在于,
所述控制器控制加热装置将加热介质加热到特定温度的为45~65℃;
所述控制器控制超声波发生装置的特定功率为600~840W,频率为40kHz;
所述控制器控制的热-超声波联合作用时间为3~7min。
9.根据权利要求8所述的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机,其特征在于,
所述控制器控制加热装置将加热介质加热到特定温度的为62℃;
所述控制器控制超声波发生装置的特定功率为840W,频率为40kHz;
所述控制器控制的热-超声波联合作用时间为7min。
10.一种采用权利要求1至9中任一项所述的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌机实施的鲜食鸡蛋内容物联合杀菌方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
将加热介质注入所述容纳腔内,并将加热介质加热到特定温度,将待杀菌的鲜食鸡蛋放入加热介质内;
对放入加热介质内的鲜食鸡蛋进行超声波作用;
对加热介质进行实时温度补偿,使其在作用过程中一直保持在特定温度;
在特定时间后停止热-超声波联合作用,取出鲜食鸡蛋,并自然冷却。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114223711A (zh) * 2021-12-22 2022-03-25 华中农业大学 液蛋的超声波微热协同灭菌装置及方法
CN115790065A (zh) * 2022-12-05 2023-03-14 珠海格力电器股份有限公司 一种联合除菌装置、除菌控制方法及冰箱

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