CN114601096A - 一种基于磁感应电场技术的液态流体杀菌方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于磁感应电场技术的液态流体杀菌方法，属于食品加工或食品杀菌技术领域。其对液态流体施加高频高压感应电场，完成所述液态流体的杀菌处理；所述感应电场强度为100～1000V/cm，感应电流密度为0.01‑50A/cm2，施加的时间为5‑300s。本发明基于磁感应电场技术对液态流体进行杀菌，由于处理过程是在低温下快速发生的，所以营养物质和活性成分得以保持，色泽风味以及感官品质的变化降至最小。该杀菌方法实现了磁感应电场热效应与非热效应的协同作用，属于多物理场耦合杀菌方式的一种，具有无污染，时间短，效率高，能耗低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于磁感应电场技术的液态流体杀菌方法，属于食品加工或食品杀菌技术领域。
背景技术
传统的热杀菌技术具有较强的可控性与可靠性，操作简单，在食品加工领域中的应用越来越广泛，是目前食品加工中的主导杀菌方式，例如巴氏杀菌、高温短时杀菌以及超高温瞬时杀菌，其可灭活微生物、钝化酶类，延长食品储藏期及货架期。但是高温传质过程仍然存在一些问题，例如营养成分的破坏以及色泽风味的劣变，特别是热敏性成分有很大的损失。巴氏杀菌是将混合原料加热至60～70℃，并保持此温度10-40min，可以杀灭大部分食源性病原菌和腐败菌，且作用温和，将对感官品质和营养价值的破坏程度降至最低，但是往往杀菌时间较长，能耗较大。超高温杀菌是将温度保持在120～135℃左右，并在这个温度下保持2～8s，可以在较短的时间内大量消灭有害微生物，达到商业无菌的效果，但杀菌温度较高，导致大量营养成分和活性物质损失。
随着我国国民经济的发展以及人民生活水平的提高，人们对食品加工领域的要求不断提升，特别是对食品加工领域中杀菌方法的开发和应用越来越关注。近年来，非热杀菌技术逐渐兴起，不仅能保证食品在微生物方面的安全，而且能保持食品的同有营养成分、质构、色泽、风味和新鲜程度，符合消费者对食品的营养和安全的要求，体现出了更加天然、健康的食品加工理念。
例如，超声波杀菌技术在饮品加工领域具有较好的应用效果。超声波对于食物中的大肠杆菌具有较好的杀菌效果，能提升大肠杆菌细胞膜的通透性，细胞膜变脆、流动性降低、细胞内部的活性氧水平上升。在果蔬饮品、牛奶等液体产品加工过程中，利用功率为1400W、温度为60℃的超声波杀菌，对产品杀菌1min以上，可以达到100％的大肠杆菌杀菌率，同巴氏杀菌技术有相同的杀菌效果。但是超声波杀菌的处理量不能太大，且目前对于超声波在食品非热杀菌的应用研究还不够系统和全面，对于对具体的食品成分以及最终导致的潜在安全性问题研究还不足。
此外，紫外线技术也是一种有效性较强的传统非热杀菌技术。紫外线照射可以通过破坏食品当中微生物的核酸起到杀菌的作用，且对于酶和蛋白质也具有一定的杀菌作用。当紫外线的波长在190～350nm，对于细菌、酵母和霉菌等微生物都能起到较强的杀菌作用。但是当食品中的微生物受到紫外线的照射时，只有当细菌吸收了紫外线的才会体现出紫外线对食品的杀菌作用，存在一定的局限性，且设备需要定期清洗、维护。
综上所述，目前食品领域的杀菌技术依然以热杀菌为主导，往往存在感官品质、色泽风味裂变，营养物质大量流失、能耗高、等问题；非热杀菌技术往往存在杀菌不足、杀菌效果差、设备复杂、难以工业化应用等问题。而磁感应电场技术为此提供了一种解决方案，因此，为实现对食品营养成分和感官品质的保持，有必要开发一种低温快速的杀菌方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有杀菌技术中流程长、设备复杂、对品质造成影响等问题，提供一种基于磁感应电场技术的苹果汁杀菌方法，达到了营养成分和感官属性得以保持且杀菌效应显著的效果，利于工业化规模布局。
本发明的技术方案，一种基于磁感应电场技术的液态流体杀菌方法，对液态流体施加高频高压感应电场，完成所述液态流体的杀菌处理；所述感应电场强度为100～1000V/cm，感应电流密度为0.01-50A/cm2，施加的时间为5-300s。
进一步地，所述液态食品具体为果汁、蔬菜汁、果蔬混合汁或乳制品。
进一步地，所述设备包括进样瓶、蠕动泵、感应电场系统、水冷系统、高频高压励磁电源和出样瓶；
进一步地，所述进样瓶通过蠕动泵连通入感应电场系统，感应电场系统通过高频高压励磁电源供电；所述进样瓶由感应电场系统处理后连通入出样瓶中；所述感应电场系统通过水冷系统进行冷却。
进一步地，所述液态流体进入高频高压感应电场之前施加预处理。
进一步地，所述预处理包括挑选、清洗、沥干、破碎/榨汁、过滤、脱脂或添加水溶液、缓冲液、抗菌剂、防腐剂、添加剂中的一步或多步结合完成。
进一步地，所述高频高压感应电场包括交变感应电场和脉冲感应电场两种；所述交变感应电场的信号为正弦波，所选频率为30-70kHz；所述脉冲感应电场的信号为方波，占空比为20％-80％。
进一步地，所述高频高压感应电场的强度为100-500V/cm；电流密度为0.1-20A/cm2。
进一步地，所述施加高频高压感应电场的具体方法包括：将液态流体置于进样瓶中，在蠕动泵的驱动下流过感应电场系统的处理室，最终进入出样瓶。
进一步地，步骤如下：
(1)对液态流体进行预处理，所述预处理包括挑选、清洗、沥干、破碎/榨汁、过滤、脱脂或添加水溶液、缓冲液、抗菌剂、防腐剂、添加剂中的一步或多步的结合完成，得到待杀菌的液态流体；
(2)将步骤(1)中的液态流体置于样品进样瓶中，在蠕动泵20-500mL/min的泵速下，驱动流过感应电场处理室，最终进入样品收集瓶，完成所述液态流体的杀菌处理。
所述杀菌方法在液态食品杀菌方面的应用。
本发明的有益效果：本发明基于磁感应电场技术对液态流体进行杀菌，由于处理过程是在低温下快速发生的，所以营养物质和活性成分得以保持，色泽风味以及感官品质的变化降至最小。该杀菌方法实现了磁感应电场热效应与非热效应的协同作用，属于多物理场耦合杀菌方式的一种，具有无污染，时间短，效率高，能耗低等特点。
附图说明
图1为本发明采用的磁感应电场设备。
图2为实施例1-2和对比实施例1，实施例3-4和对比实施例2得到的杀菌处理后苹果汁/牛奶中菌落总数致死率对比图；
图3为实施例1、实施例2和对比实施例1得到的杀菌处理后苹果汁中维生素C、总糖含量保留率的对比图；
图4为实施例3、实施例4和对比实施例2得到的杀菌处理后牛奶中游离氨基酸保留率的对比图。
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，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
微生物总数检测方法：测定方法参照GB 4789.2～2016。
维生素C含量检测方法：测定方法参照高效液相色谱法并结合GB5009.86-2016，取苹果汁加偏磷酸溶液定容，超声后离心，取上清液用水相滤膜过滤，滤液为待测，用高效液相色谱法测定。
总糖含量检测方法：测定方法参照苯酚硫酸法并结合国标GB 5009.7-2016，向苹果汁中加入苯酚，用浓硫酸滴定，静置后用紫外分光光度计测定吸光值。
游离氨基酸含量检测方法：OPA柱前衍生反相高效液相色谱-紫外检测法测定氨基酸；用10g/100mL三氯乙酸等体积稀释，记录稀释倍数，放置1h，保证溶液体系中TCA终浓度为5％；双层滤纸过滤；取1mL澄清滤液于1.5mL离心管内，10000rpm，离心10min；取400μL上清液于液相样品瓶；采用Agilent Hypersil ODS柱，进行梯度洗脱，流动相速率为1mL/min；柱温40℃；紫外检测器(VWD)检测波长为338nm；氨基酸含量以外标法定量。
实施例1按照下述方法对苹果汁进行处理：
(1)前处理：挑选形态完整、无破损腐败的苹果，将挑选后的苹果表面清洗干净；清洗干净后的苹果沥干，或将苹果表面吹干；将处理后的苹果使用切片机或破碎机处理，得到2～4cm厚的苹果块；处理后得到的苹果块放入榨汁设备中，过滤后得到粗苹果汁；
(2)杀菌：将步骤(1)处理后得到的苹果汁，放入如图1所述磁感应电场设备的进样瓶1中，在感应电场强度100V/cm、感应电流密度10A/cm2，频率50kHz，流速25mL/min，处理时间16s、环境温度25℃的条件下进行杀菌处理。
对处理前后苹果汁的菌落总数、维生素C含量、总糖含量进行测定：结果显示，经过磁感应电场处理后可杀灭5.16log CFU/mL的菌落总数，处理前苹果汁的维生素C含量为84.8mg·100g-1，总糖含量12.9％；处理后苹果汁的维生素C含量为70.7mg·100g-1，总糖含量为10.6％。
实施例2
具体实施方式同实施例1，区别在于，感应电场强度和感应电流密度调整为：感应电场强度100V/cm、感应电流密度10A/cm2，频率50kHz，流速50mL/min(8s)、环境温度25℃的条件下进行杀菌处理。
对杀菌处理前后苹果汁维生素C含量、总糖含量、微生物含量等进行测定：结果显示，经过磁感应电场处理后的菌落总数约为1.68log CFU/mL，处理前苹果汁的维生素C含量为84.8mg·100g-1，总糖含量12.9％；处理后苹果汁的维生素C含量为76.2mg·100g-1，总糖含量为12.3％。
实施例3按照下述方法对鲜牛奶进行处理
将农场采集的鲜牛奶注入磁感应电场设备的进样瓶中，在感应电场强度200V/cm、感应电流密度18A/cm2，频率50kHz，流速25mL/min，处理时间16s、环境温度25℃的条件下进行杀菌处理。
对处理前后鲜牛奶的菌落总数、游离氨基酸总含量进行测定：结果显示，处理前鲜牛奶中的菌落总数约为5.89Log CFU/mL，游离氨基酸总含量为31.26mg·mL-1。磁感应电场处理后牛奶中的菌落总数显示未检出，游离氨基酸总含量为28.65mg·mL-1。
实施例4
具体实施方式同实施例3，区别在于，在感应电场强度200V/cm、感应电流密度18A/cm2，频率50kHz，流速50mL/min，处理时间为8s、环境温度25℃的条件下进行杀菌处理。
对处理前后鲜牛奶的菌落总数、游离氨基酸总含量进行测定：结果显示，处理前鲜牛奶中的菌落总数约为5.89Log CFU/mL，游离氨基酸总含量为31.26mg·mL-1。磁感应电场处理后牛奶中的菌落总数约为2.89Log CFU/mL，游离氨基酸总含量为30.32mg·mL-1。
对比实施例1
具体实施方式同实施例1和实施例2，区别在于，不采用磁感应电场杀菌处理，将苹果汁在温度65℃的水浴锅中处理10min，来进行巴氏杀菌处理。
按照实施例1和实施例2相同的方法对苹果汁中的菌落总数、维生素C含量、总糖含量进行测定：结果显示，经过巴氏杀菌处理后可杀灭5.16Log CFU/mL的菌落总数，处理前苹果汁的维生素C含量为84.8mg·100g-1，总糖含量12.9％；处理后苹果汁的维生素C含量为60.4mg·100g-1，总糖含量为8.7％。
对比实施例2
具体实施方式同实施例3和实施例4，区别在于，不采用磁感应电场杀菌处理，将鲜牛奶在超高温瞬时杀菌设备中121℃处理5s，来进行杀菌处理。
按照实施例3和实施例4相同的方法对处理前后鲜牛奶的菌落总数、游离氨基酸总含量进行测定：结果显示，处理前鲜牛奶中的菌落总数约为5.89Log CFU/mL，游离氨基酸总含量为31.26mg·mL-1。超高温瞬时杀菌处理后牛奶中的菌落总数未检出，游离氨基酸总含量为25.72mg·mL-1。
综上所述，磁感应电场处理苹果汁与巴氏杀菌相对比，16s感应电场处理达到10min巴氏杀菌处理相同的杀菌效果，且维生素C和总糖含量保留率较高；磁感应电场处理鲜牛奶与超高温瞬时杀菌(UHT)相对比，16s感应电场处理达到5s UHT处理相同的杀菌效果，且游离氨基酸含量破坏较少；相对于传统热杀菌方式，磁感应电场技术显示出更好的优势。
本发明公开了一种基于磁感应电场技术的液态流体杀菌方法，属于食品加工或轻工技术领域。所述杀菌方法包括：对液态流体施加高频高压感应电场，所述液态流体的杀菌处理；感应电场强度为100V/cm～1000V/cm，所述感应电流密度为0.01-50A/cm2，所述施加的时间为5-300s，完成所述液态流体的杀菌处理；通过控制场强、电流和处理时间等参数，实现了液态流体的低温快速杀菌过程，在感应电场热效应与非热效应的协同作用下发挥作用，可以有效保持苹果汁/牛奶的感官品质和营养成分；且避免了物料与电极的直接接触，具有绿色、高效的特点。
Claims (10)
1.一种基于磁感应电场技术的液态流体杀菌方法，其特征是：对液态流体施加高频高压感应电场，完成所述液态流体的杀菌处理；所述感应电场强度为100～1000V/cm，感应电流密度为0.01-50A/cm2，施加的时间为5-300s。
2.如权利要求1所述基于磁感应电场技术的液态流体杀菌方法，其特征是：所述液态食品具体为果汁、蔬菜汁、果蔬混合汁或乳制品。
3.如权利要求1所述基于磁感应电场技术的液态流体杀菌方法，其特征是：所述设备包括进样瓶(1)、蠕动泵(2)、感应电场系统(3)、水冷系统(4)、高频高压励磁电源(5)和出样瓶(6)；
所述进样瓶(1)通过蠕动泵(2)连通入感应电场系统(3)，感应电场系统(3)通过高频高压励磁电源(5)供电；所述进样瓶(1)由感应电场系统(3)处理后连通入出样瓶(6)中；所述感应电场系统(3)通过水冷系统(4)进行冷却。
4.如权利要求1所述基于磁感应电场技术的液态流体杀菌方法，其特征是：所述液态流体进入高频高压感应电场之前施加预处理。
5.如权利要求4所述基于磁感应电场技术的液态流体杀菌方法，其特征是：所述预处理包括挑选、清洗、沥干、破碎/榨汁、过滤、脱脂或添加水溶液、缓冲液、抗菌剂、防腐剂、添加剂中的一步或多步结合完成。
6.如权利要求1所述基于磁感应电场技术的液态流体杀菌方法，其特征是：所述高频高压感应电场包括交变感应电场和脉冲感应电场两种；所述交变感应电场的信号为正弦波，所选频率为30-70kHz；所述脉冲感应电场的信号为方波，占空比为20％-80％。
7.如权利要求6所述基于磁感应电场技术的液态流体杀菌方法，其特征是：所述高频高压感应电场的强度为100-500V/cm；电流密度为0.1-20A/cm2。
8.如权利要求1所述基于磁感应电场技术的液态流体杀菌方法，其特征是：所述施加高频高压感应电场的具体方法包括：将液态流体置于进样瓶(1)中，在蠕动泵(2)的驱动下流过感应电场系统(3)的处理室，最终进入出样瓶(6)。
9.如权利要求3所述基于磁感应电场技术的液态流体杀菌方法，其特征是步骤如下：
(1)对液态流体进行预处理，所述预处理包括挑选、清洗、沥干、破碎/榨汁、过滤、脱脂或添加水溶液、缓冲液、抗菌剂、防腐剂、添加剂中的一步或多步的结合完成，得到待杀菌的液态流体；
(2)将步骤(1)中的液态流体置于样品进样瓶中，在蠕动泵20-500mL/min的泵速下，驱动流过感应电场处理室，最终进入样品收集瓶，完成所述液态流体的杀菌处理。
10.权利要求1～9之一所述杀菌方法在液态食品杀菌方面的应用。
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