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低溫等離子體技術在食品殺菌中應用的研究進展

張關濤1,張東杰1,2,3,*,李 娟1*,王洪江1,金露達1,關宇航1,徐敏琳1 (1.黑龍江八一農(nóng)墾大學食品學院;2.黑龍江省雜糧加工及質(zhì)量安全工程技術研究中心;3.國家雜糧工程技術研究中心)

      來源:《肉類產(chǎn)業(yè)資訊》    2022年第10期
 
內(nèi)容摘要:低溫等離子體技術是一種新興的非熱加工技術,目前已在食品行業(yè)中的多個領域得到應用,該技術利用食品周圍介質(zhì)產(chǎn)生光電子、離子和自由基等活性物質(zhì),對食品中微生物的抑制和化學農(nóng)藥的降解具有獨特的作用。本文以新鮮果蔬、生鮮海鮮、肉及家禽制品等為研究分析對象
  摘要:低溫等離子體技術是一種新興的非熱加工技術,目前已在食品行業(yè)中的多個領域得到應用,該技術利用食品周圍介質(zhì)產(chǎn)生光電子、離子和自由基等活性物質(zhì),對食品中微生物的抑制和化學農(nóng)藥的降解具有獨特的作用。本文以新鮮果蔬、生鮮海鮮、肉及家禽制品等為研究分析對象,系統(tǒng)的論述了低溫等離子體的形成機理和技術特點,分析影響其殺菌效率的因素及提高殺菌效率的技術條件,并在此基礎上從抑制微生物生長維持食品新鮮度的角度,歸納了低溫等離子體技術在新鮮果蔬、生鮮海鮮、肉及家禽制品等的應用研究進展,展望了低溫等離子體技術的應用發(fā)展趨勢,為低溫等離子體技術在食品工業(yè)中的應用研究提供參考。
  關鍵詞:低溫等離子體;殺菌;保鮮;食品;應用
  隨著人民生活水平的提高,消費者不僅期望獲得值得信賴的安全食品,對食品新鮮度、風味和質(zhì)地也提出了更高的要求。近年來,為了最大限度地保持食品營養(yǎng)價值,國內(nèi)外科研工作者利用一系列非熱加工技術與裝備,深入研究食品加工從傳統(tǒng)“熱加工”向“冷加工”的變革與創(chuàng)新。目前,新鮮果蔬、生鮮海鮮、肉及家禽制品等生鮮及熱敏性食品采用的傳統(tǒng)熱殺菌包裝技術,存在殺菌不徹底、破壞營養(yǎng)成分、消耗大量的人力、物力、財力以及產(chǎn)生二次污染等問題。針對這一問題,很多研究人員提出采用冷鏈物流貯藏,但由于微生物傳播途徑廣泛,仍有大量微生物繁殖引起食品腐敗變質(zhì)。因此,食品工業(yè)正在尋求一種新型的冷殺菌技術來滿足消費者對食品新鮮度和安全性的要求。
  低溫等離子體技術作為國際上一種最新的食品冷殺菌技術,利用食品周圍介質(zhì)產(chǎn)生光電子、離子和自由基等活性物質(zhì),對食品中微生物的抑制和化學農(nóng)藥的降解具有獨特的作用。與目前廣泛采用的熱源等殺菌技術相比,低溫等離子體技術在殺菌過程中具有安全、高效、產(chǎn)生的活性物質(zhì)能高效殺菌且不易殘留等巨大優(yōu)勢,特別適用于生鮮及熱敏性食品的冷殺菌。因此,研究低溫等離子體技術對生鮮食品的大規(guī)模開發(fā),具有關鍵的技術突破和巨大的開發(fā)空間。本文以介紹低溫等離子體為出發(fā)點,系統(tǒng)的論述了低溫等離子體的形成機理和技術特點,分析影響其殺菌效率的因素及提高殺菌效率的技術條件,并在此基礎上著重從抑制微生物生長維持食品新鮮度,歸納了該技術在食品(新鮮果蔬、生鮮海鮮、肉及家禽制品等)中的應用,展望了該技術的應用發(fā)展趨勢,對提高低溫等離子體技術在食品工業(yè)中的應用具有重要的意義。
  1  低溫等離子體的概述
  1.1  等離子體的概念
  等離子體(Plasma)是一種導電流體,它被稱為是繼傳統(tǒng)固體、液體和氣體之外的第四種物質(zhì)狀態(tài),理化性質(zhì)與其它三種物質(zhì)狀態(tài)截然不同,通常也稱其為“等離子態(tài)”。等離子體可由任何中性氣體在外界高能量作用下電離為高能狀態(tài)的帶電粒子、中性粒子及各種自由基組成的高度電離的混合氣體,電離過程中,正負離子數(shù)值相等且總是以一種成對的方式出現(xiàn),整體呈電中性狀態(tài),故稱為等離子體。
  1.2  等離子體的分類
  等離子體的發(fā)生過程伴隨能量傳遞,按照電離能力、離子和電子溫度的熱平衡狀態(tài)可分為高溫等離子體和低溫等離子體。熱平衡狀態(tài)下,電子和離子溫度達106~108K,稱為高溫等離子體。非熱平衡狀態(tài)下,離子溫度低于電子溫度且整個體系宏觀上表現(xiàn)為常溫,稱為低溫等離子體。目前,通過加熱、電場、高能射線等方式可以激發(fā)產(chǎn)生等離子體,根據(jù)其放電方式可分為常壓輝光放電(Atmospheric Glow Discharge, AGD)、電暈放電等離子體(Corona Discharge Plasma, CDP)、介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge, DBD)和滑動電弧放電(Glide Arc Discharge, GAD)系統(tǒng)。目前食品領域中,DBD 為應用最廣泛的等離子體產(chǎn)生方式。
  2  低溫等離子體的形成機理及技術特點
  低溫等離子體的形成機理可簡單表述為:O2、N2、CO2等中性氣體被施加足夠高的能量后克服分子間作用力,電離產(chǎn)生自由電子,周圍的原子或分子與電子發(fā)生碰撞,產(chǎn)生活性更高的激發(fā)態(tài)原子、離子以及自由電子。低溫等離子體形成機理圖見圖1所示。低溫等離子體技術作為一種新型的高級氧化技術,受外界電場和磁場的影響,伴隨著多種物理化學反應的發(fā)生,主要產(chǎn)生高能電子輻射(高能電子轟擊水溶液,使水分子發(fā)生電離,激發(fā)生成游離氧、臭氧和自由基等反應能力極強的物質(zhì))、臭氧氧化(臭氧作為強氧化劑,溶于水后會使有機物徹底氧化為CO2、H2O和無機物)、紫外光解(紫外光不僅能單獨分解物質(zhì),還可與臭氧聯(lián)用分解物質(zhì))3方面的協(xié)同效應。通常,多種效應協(xié)同作用時其殺菌效果顯著優(yōu)于單獨殺菌效應。

圖1  低溫等離子體形成機理
  2.1  影響低溫等離子體技術殺菌效率的因素
  低溫等離子體技術是一個復雜的過程,殺菌效果受到多種因素的影響。本文主要對處理參數(shù)、微生物特性及環(huán)境因素三方面進行分析。
  2.1.1  處理參數(shù)
  低溫等離子體的誘導技術、放電時間、處理電壓、頻率、電極距離及處理方式都會對低溫等離子體的殺菌效率產(chǎn)生影響。適當延長放電時間、處理電壓和頻率能夠增加低溫等離子體中高能粒子的密度,提高殺菌率。Agun等以平菇為研究對象,在電壓6kV,時間0,5,10,15,20,25min,流量2L/min等參數(shù)下對其進行殺菌處理,處理25min后菌落從9log CFU/mL(0 min)減少到8.2logCFU/mL。此外,對于低溫等離子體的誘導技術而言,殺菌過程中所產(chǎn)生的活性物質(zhì)的種類和數(shù)量還會受頻率、輸入電壓和所使用的激發(fā)氣體類型的影響。Han等研究發(fā)現(xiàn),高氧氣調(diào)包裝(78%-79%N2,20%-21%O2,0.03%CO2)提高了低溫等離子體中活性物質(zhì)的產(chǎn)生,高氧氣調(diào)包裝混合溶液經(jīng)低溫等離子體處理15s后未檢出單增李斯特菌。低溫等離子體的處理方式包括直接處理和采用接地金屬網(wǎng)屏蔽帶電粒子的間接處理,直接處理可以使帶電粒子減少向基體傳遞熱量,從而提高殺菌率。Fridman等研究發(fā)現(xiàn),與間接處理相比,直接處理可使大腸桿菌的失活率提高約兩個數(shù)量級。
  2.1.2  微生物特性
  微生物特性,如細菌生長期和細胞壁厚度也是影響低溫等離子體殺菌效率的重要因素。Lunov等研究發(fā)現(xiàn),處于穩(wěn)定期的細菌比處于指數(shù)期的細菌對低溫等離子體產(chǎn)生的活性物質(zhì)更加敏感,殺菌效果也更加明顯。Yong等研究發(fā)現(xiàn),革蘭氏陽性菌由于其外部有較厚的脂多糖膜,阻礙活性物質(zhì)的穿透,因此革蘭氏陽性菌比革蘭氏陰性菌對低溫等離子體產(chǎn)生的活性物質(zhì)更加具有抵抗力,敏感性更低。
  2.1.3  環(huán)境因素
  相對溫度、相對濕度及pH等環(huán)境因素對低溫等離子體的殺菌效果也有顯著影響。pH不同的食物對低溫等離子體產(chǎn)生的活性物質(zhì)的敏感性不同,殺菌效果也會有所差異。Muranyi等研究發(fā)現(xiàn),蠟樣芽孢桿菌在pH為5的食物中,菌落數(shù)減少4.7logCFU/g,而在pH為7的食物中菌落數(shù)減少2.1log CFU/g。此外,相對溫度和相對濕度的提高會增加羥基自由基的行成,從而對低溫等離子體的殺菌效果產(chǎn)生影響。Yong 等利用低溫等離子體技術對水果表面、奶酪切片以及瓊脂培養(yǎng)基進行滅菌處理,研究發(fā)現(xiàn),由于微生物以一定速度從外部組織向內(nèi)部組織遷移,瓊脂培養(yǎng)基上的微生物數(shù)量減少最為明顯。
  2.2  提高低溫等離子體技術殺菌效率的技術條件
  低溫等離子體技術作為一種新型的食品冷殺菌技術,可以應對多種類型的細菌、真菌、病毒以及各種芽孢。然而,當大量微生物堆積在食物表面減少活性物質(zhì)之間的相互作用時,其殺菌效率會受到影響。因此,通常協(xié)同其他技術或條件來提高低溫等離子體的殺菌效率。
  2.2.1  氣體組分
  在食品工業(yè)中,為進一步延長新鮮農(nóng)產(chǎn)品貨架期,通常將低溫等離子體技術與不同氣體混合物(He/O2,N2/O2/CO2)進行聯(lián)合使用,從而對新鮮農(nóng)產(chǎn)品進行更徹底的殺菌處理。Laroussi等對比純He和He/O2混合氣體的低溫等離子體技術的殺菌效果,結果顯示,He/O2混合氣體的殺菌效果優(yōu)于純He。Misra等將草莓密封在含有不同O2/N2/CO2組合的混合氣體包裝中,然后利用低溫等離子體技術對草莓進行誘導,研究發(fā)現(xiàn)5min后草莓上的微生物從最初的5lg CFU/g減少到3lgCFU/g。深入探究低溫等離子體技術與多種混合氣體進行聯(lián)合使用時的殺菌機制,對提高低溫等離子體技術在食品中的應用具有積極的意義。
  2.2.2  化學增強劑
  化學增強劑是水和低溫等離子體相互作用產(chǎn)生的,即低溫等離子體活性水(Plasma-activated Water,PAW)。PAW 中富含活性氧(ROS)、活性氮(RNS)等活性成分,并具有低pH、高氧化還原電位和高電導率等特殊理化性質(zhì),在有效殺滅微生物的基礎上,對食品原有的營養(yǎng)品質(zhì)不會造成顯著影響。Xiang等用PAW清洗豆芽30min,豆芽上的總好氧菌、霉菌和總酵母菌的數(shù)量分別降低了2.84和2.32 logCFU/g,豆芽的總酚和黃酮含量、抗氧化能力及感官特征等均未發(fā)生顯著變化。Choi 等的研究中也提出一種連續(xù)組合清洗泡菜的方法,包括PAW、自來水和60℃溫和熱處理(MH)。單用PAW 清洗就可使泡菜中的好氧菌、乳酸菌、酵母和霉菌以及大腸菌群減少2.0、2.2、1.8、0.9log CFU/g。
  2.2.3  電磁場
  電磁場是提高低溫等離子體產(chǎn)生活性物質(zhì)的另一種方法。Ito等研究發(fā)現(xiàn)電磁場協(xié)同低溫等離子體使羥基自由基的產(chǎn)生增加了1.5倍,而且對大腸桿菌的殺菌效率提高了2.4倍。目前,該方法已被用于生物醫(yī)學領域,為以后在食品領域中的應用奠定了基礎。此外,馬躍等研究認為單獨的電場作用并不能很好的殺滅食品中的微生物,當電場協(xié)同低溫等離子體技術激發(fā)產(chǎn)生更多的高能活性物質(zhì),提高低溫等離子體的殺菌效率。
  3  低溫等離子體技術在食品殺菌中的應用
  新鮮果蔬、生鮮肉和海鮮等生鮮及熱敏性食品采用的傳統(tǒng)殺菌保鮮技術包括高溫殺菌和冷凍保鮮等,這些處理通常存在殺菌不徹底、產(chǎn)生二次污染等問題,而且還會對最終產(chǎn)品的風味、質(zhì)地和顏色等方面產(chǎn)生不利影響,縮短貨架保鮮期的同時還會使食品的價值降低。目前,隨著社會科學的快速發(fā)展,低溫等離子體技術被廣泛應用于材料加工、電子學、生物材料、聚合物加工和生物醫(yī)療器械等領域。因為,低溫等離子體技術應用在殺菌保鮮和農(nóng)藥降解等方面有諸多優(yōu)點,能最大限度地保持食品原有的營養(yǎng)及感官特性,且不會產(chǎn)生有毒有害的副產(chǎn)品,具有較高的經(jīng)濟效益,所以低溫等離子體技術在食品領域也得到了極大的應用,成為殺菌保鮮和農(nóng)藥降解的新型技術。
  3.1  新鮮水果及水果制品
  新鮮水果及水果制品是補充人體維生素、葡萄糖及能量的主要來源,但其質(zhì)軟且容易攜帶治病菌及化學農(nóng)藥,在流通和儲藏過程中難以長時間貯藏。近年來,低溫等離子體技術被廣泛應用到延長水果及水果制品的保存時間和保持其新鮮程度,低溫等離子體技術運用在水果和水制品中可分為殺菌保鮮及農(nóng)藥降解兩種作用效果(表1)。
  表1  低溫等離子體技術在新鮮水果及水果制品中的應用研究
研究對象 處理參數(shù) 低溫等離子放電方式 作用效果 研究結論
生菜 處理時間5min 介質(zhì)阻擋放電 殺菌保鮮 大腸桿菌、單增李斯特菌、沙門氏菌分別減少了0.9、0.9、0.3 lg CFU/g
菊苣 處理時間15~30min 介質(zhì)阻擋放電 殺菌保鮮 處理15min后,大腸桿菌減少1.35lgMPN/cm2,單增李斯特菌變化不顯著,30min 后,單增李斯特菌減少量為2.20 lg CFU/cm2
胡蘿卜 處理電壓170 V、時間5min,極距2.5cm 介質(zhì)阻擋放電 殺菌保鮮 胡蘿卜表面的金黃色葡萄球菌殺菌率可高達92.35%
  新鮮水果及水果制品在種植、采摘、運輸以及后期加工等流通過程中,因與外界接觸,表面經(jīng)常附著具有傳染性的病原微生物,對人類的健康造成了嚴重的威脅,故對其進行殺菌處理尤為重要。任翠榮等利用常壓低溫等離子體技術在氣體流速為1L/h,處理距離10mm,放電時間1min,電壓140V對新鮮草莓進行處理,結果顯示,新鮮草莓在此參數(shù)下殺菌保鮮效果最好,草莓的維生素C含量要明顯高于對照組,而果實失重率卻比對照組低,保鮮期(常溫)是傳統(tǒng)常溫保鮮期的2倍。Critzer等利用低溫等離子體技術對新鮮哈密瓜和蘋果進行殺菌處理不同時間后大腸埃希菌、沙門氏菌以及單增李斯特菌種群減少,減少量因菌株的不同而不同。Matan等利用低溫等離子體技術在功率40W的條件下對新鮮火龍果進行殺菌處理,處理后的火龍果表面微生物生長抑制效果比未經(jīng)處理的火龍果表面微生物的生長抑制效果增加5.0%,延長火龍果的貨架保鮮期。Dasan以橙汁、番茄汁為原料,研究低溫等離子體技術處理120s時的殺菌效果,研究發(fā)現(xiàn),橙汁(1.59 lg CFU/mL)、番茄汁(1.43lgCFU/mL),由此可見,透明澄清溶液對低溫等離子體技術更加敏感。Perni利用低溫等離子體技術對芒果殺菌處理0.5min,結果顯示,芒果表面的單增李斯特菌和大腸桿菌O157:H7濃度下降2.5logCFU/g。Kovaevi等以新鮮石榴汁為原料,利用低溫等離子體在時間3min,樣品容量5cm3,氣體流速0.75 dm3/min參數(shù)條件下,對石榴汁進行誘導后,石榴汁中花青素含量增加21%~35%。低溫等離子體技術作為一種冷殺菌技術,用于新鮮水果及水果制品殺菌及降解農(nóng)殘時,它克服現(xiàn)有滅菌方法的一些不足之處,具有作用時間短、殺菌溫度低以及在處理過程中對食品營養(yǎng)價值和感官性能破壞較小等許多獨特優(yōu)勢。但該技術目前還處于實驗室研究階段,滅菌的工藝參數(shù)、食品種類和低溫等離子體的激發(fā)裝置等都會影響實驗結果,給多數(shù)實驗結果的比較、歸納和優(yōu)化帶來困難。因此,研發(fā)適用于生鮮及熱敏性食品殺菌保鮮的低溫等離子體發(fā)生裝置和設備,探究最適宜的等離子體滅菌工藝參數(shù),分析不同種類食品、不同環(huán)境和不同暴露條件等對食品保鮮效果的影響,對提高低溫等離子體技術在食品工業(yè)中的應用具有重要的意義。
  3.2  新鮮蔬菜
  新鮮蔬菜種植、加工、儲藏和運輸?shù)攘魍ㄟ^程中致病菌可通過不同途徑傳播,且致病菌在整個貨架期內(nèi)都能活躍生長,使得新鮮蔬菜極易腐爛不易貯藏。近幾年中,低溫等離子體技術在新鮮蔬菜中的應用已有大量研究(表2)。
表2  低溫等離子體技術在新鮮蔬菜中的應用研究
研究對象 處理參數(shù) 低溫等離子放電方式 作用效果 研究結論
生菜 處理時間5min 介質(zhì)阻擋放電 殺菌保鮮 大腸桿菌、單增李斯特菌、沙門氏菌分別減少了0.9、0.9、0.3 lg CFU/g
菊苣 處理時間15~30min 介質(zhì)阻擋放電 殺菌保鮮 處理15min后,大腸桿菌減少1.35lgMPN/cm2,單增李斯特菌變化不顯著,30min 后,單增李斯特菌減少量為2.20 lg CFU/cm2
胡蘿卜 處理電壓170 V、時間5min,極距2.5cm 介質(zhì)阻擋放電 殺菌保鮮 胡蘿卜表面的金黃色葡萄球菌殺菌率可高達92.35%
  新鮮蔬菜保藏的目的是在不顯著改變產(chǎn)品營養(yǎng)、感官特性的基礎上使微生物和酶失活,從而延長保藏期。孫艷等以鮮切黃瓜為原料利用低溫等離子體技術在電壓170V,時間5min,電極距離2.5cm對其進行殺菌處理,結果顯示,黃瓜表面的大腸桿菌致死率高達99.65%,提高了黃瓜的食用安全系數(shù),且處理前后黃瓜的理化性質(zhì)變化均不顯著,有效地保護了黃瓜的水分、糖度、酸度和顏色。Ziuzina等利用低溫等離子體技術對新鮮菠菜殺菌處理2.5min后,菠菜上單增李斯特菌減少1.7lgCFU/樣本,大腸桿菌減少2.2lgCFU/樣本,與對照組相比菠菜的顏色、水分、pH和可溶性固形物含量變化均不顯著。利用該技術對新鮮蔬菜進行殺菌處理時,耗時短、安全高效,并且不會對新鮮蔬菜的營養(yǎng)物質(zhì)和感官特性產(chǎn)生負面影響。但該技術應用到不規(guī)則形狀的食品相關領域時,無法保證其產(chǎn)生的活性物質(zhì)與不規(guī)則食品充分、均勻接觸,因此研發(fā)適合于不規(guī)則食品的低溫等離子體源,并應用于實際生產(chǎn)中,對食品工業(yè)的發(fā)展將起到積極的推動作用。
  3.3  肉及肉制品
  肉及肉制品富含豐富的蛋白質(zhì),營養(yǎng)價值高,其組成較其它食品更接近人體需求,頗受人們喜愛。但肉及肉制品在屠宰、加工、儲藏和運輸?shù)攘魍ㄟ^程中致病菌可通過不同途徑傳播,易造成污染而導致其腐敗變質(zhì),保質(zhì)期縮短。研究證實,低溫等離子體技術能夠殺滅肉及肉制品在加工、儲藏等流通過程中所附著對人體有害的微生物,保證食品的風味、營養(yǎng)及顏色等品質(zhì)指標不發(fā)生顯著變化,延長食品的貨架期,達到食品長期儲存和保持食品品質(zhì)的目的(表3)。
表3  低溫等離子體技術在肉及肉制品中的應用研究
研究對象 處理參數(shù) 低溫等離子放電方式 作用效果 研究結論
生牛肉 處理時間為2min、5min 介質(zhì)阻擋放電 殺菌保鮮 大腸桿菌分別減少0.9和1.82lg CFU/cm2,且殺菌時間影響殺菌效果
臘牛肉 處理300s 大氣壓低溫等離子體 殺菌保鮮 金黃色葡萄球菌和單增李斯特菌分別減少0.85和0.83lgCFU/cm2
即食火腿 處理電壓0~28kV、頻率3.5 kHz) 時間0~180s 介質(zhì)阻擋放電 殺菌保鮮 一定殺菌時間內(nèi),殺菌效果與殺菌時間成正比,當殺菌時間為180s時單增李斯特菌減少1.43lgCFU/cm2
生鮮豬肉 利用He和Ar等離子體在低壓(20kPa)下高壓放電120,300,600s 介質(zhì)阻擋放電 殺菌保鮮 He等離子體處理后抑制細菌生長的效果顯著,豬肉中的嗜冷微生物、酵母及霉菌和微生物總數(shù)分別減少了約1.60、1.14、1.90(lgCFU/g),抑菌效果隨處理時間的增加而增強
  生鮮豬肉利用He和Ar等離子體在低壓(20kPa)下高壓放電120,300,600s介質(zhì)阻擋放電殺菌保鮮He等離子體處理后抑制細菌生長的效果顯著,豬肉中的嗜冷微生物、酵母及霉菌和微生物總數(shù)分別減少了約1.60、1.14、1.90(lgCFU/g),抑菌效果隨處理時間的增加而增強禽畜屠宰過程中,胴體容易受到禽畜尸體上的細菌污染。針對這一問題,國內(nèi)外科研工作者提出了危害分析及關鍵控制點(HACCP)系統(tǒng),但仍然無法完全有效預防。研究發(fā)現(xiàn),低溫等離子體技術在保持食品風味、營養(yǎng)及顏色等品質(zhì)指標的基礎上能有效殺滅細菌。Kim等利用該技術在電壓75W、100W、125W,時間60s、90s等參數(shù)下,使用He、He/O2的混合氣體作為激發(fā)介質(zhì)對切片培根進處理,結果顯示He等離子體處理后微生物種群數(shù)降低1~2log CFU/g,He/O2等離子體處理后微生物種群數(shù)降低2~3log CFU/g。Choi等利用該技術對生鮮豬肉處理120s后,大腸桿菌和單增李斯特菌分別減少1.5和>1.0lgCFU/g,并且處理后的生鮮豬肉顏色、風味、營養(yǎng)等品質(zhì)指標并沒有發(fā)生顯著變化,很好的保持了食品的價值。利用該冷殺菌技術對肉及肉制品進行處理時,具有安全無污染、低耗能以及對滅菌環(huán)境溫度要求低等優(yōu)勢,所以在肉及肉制品殺菌保鮮方面的作用較為顯著,能夠較好的對其進行殺菌保鮮,延長貨架保鮮期,并且不改變其相應的性質(zhì),如味道、營養(yǎng)及顏色等品質(zhì)指標。但目前該技術仍處于基礎研究階段,還存在著一些問題,如穿透能力不強,對食品表面的微生物能產(chǎn)生較大影響,而對于深入肉品組織內(nèi)部的細菌,其滅菌效果還不夠好。因此,可以將該技術與其它非熱處理技術聯(lián)合使用以提高其殺菌效果,進而更有效地提高肉及肉制品的安全性和貨架期。
  3.4  海鮮及海鮮制品
  海鮮及海鮮制品營養(yǎng)豐富且容易受到微生物的侵襲,即使在冷鏈運輸或冷藏條件下,表面依然有嗜冷菌生長繁殖,從而導致其腐敗變質(zhì)。為了延緩海鮮及海鮮制品的腐敗,延長保鮮時間,近年來低溫等離子體技術在海鮮及海鮮制品領域的應用已有大量研究(表4)。
  表4  低溫等離子體技術在海鮮及海鮮制品中的應用研究
研究對象 處理參數(shù) 低溫等離子放電方式 作用效果 研究結論
鮐魚 用等離子體進行直接和間接處理 介質(zhì)阻擋放電 殺菌保鮮 等離子體直接處理的殺菌效果優(yōu)于間接處理,菌落下降率比間接處理的下降率高,并且組胺含量在貯藏期內(nèi)增長較慢
黃魚片 流速22.5L/min,電壓19kV、時間180s 等離子體射流 殺菌保鮮 等離子體活性水對腸炎沙門氏菌的致死率高達99.91%
冰鮮魷魚 電壓60 kV時、時間15s 介質(zhì)阻擋放電 殺菌保鮮 產(chǎn)生近乎100%的滅菌效果,且對其鮮度、營養(yǎng)物質(zhì)及口感無較大影響
  目前,我國各大中超市海鮮及海鮮制品仍以裸露或覆蓋保鮮膜置于冷柜銷售為主,容易使得致病菌通過不同途徑傳播,為保證海鮮及海鮮制品的新鮮度,保持其營養(yǎng)價值,抑制微生物的生長是海鮮及海鮮制品在銷售及流通等過程中的首要任務。焦湞等以三文魚為原料研究等離子體活化水冰(PAW-ice)對純培養(yǎng)以及人工接種于三文魚片表面單增李斯特菌的殺菌效果,結果顯示,與無菌水冰(sterile water-ice,SW-ice)相比,PAW-ice對單增李斯特菌純培養(yǎng)殺菌效果顯著,可以使細菌降低1~3lg CFU/mL 值,殺菌效率取決于PAW 制備時間、制備體積以及PAW-ice處理時間。劉品等利用低溫等離子體技術對南美白對蝦進行處理(50kV、60s),結果顯示,經(jīng)過處理之后能顯著減緩對蝦黑變及品質(zhì)下降速度,一定程度延長對蝦的貨架期。石蕓潔等以生食蟹糊為研究對象,探究低溫等離子體技術在不同電壓、不同時間對生食蟹糊滅菌效果及品質(zhì)的影響,結果顯示,殺菌率達97.3%,且經(jīng)過低溫等離子體技術處理對生食蟹糊的營養(yǎng)影響不明顯。斯興開等研究低溫等離子體技術對草魚魚肉品質(zhì)的影響,將草魚肉分別在不同電壓(20、30、40kV)條件下常溫處理不同時間(1、2、3min),研究結果表明,可有效殺菌,并對草魚魚肉的新鮮程度無明顯負面影響,既可以保持魚肉獨有的生鮮風味,又可有效降低生食水產(chǎn)品的風險。低溫等離子體技術作為一種非熱殺菌技術,對海鮮及海鮮制品進行殺菌處理前后溫度無明顯變化,較好的保持了海鮮及海鮮制品獨特的生鮮風味以及有效避免其結構和質(zhì)地發(fā)生變化,產(chǎn)生的活性物質(zhì)能對其進行高效殺菌,顯著提高生鮮海產(chǎn)品的食用安全性。但該技術也存在一定的局限性,如成本較高,經(jīng)濟效益不明顯。此外,低溫等離子體產(chǎn)生的高活性ROS會促進海鮮及海鮮制品中脂肪的氧化,從而對其風味產(chǎn)生不良影響,因此可采用添加天然抗氧化劑等方法延遲或抑制脂肪氧化以預防低溫等離子體技術處理對海鮮及海鮮制品品質(zhì)的影響。
  3.5  家禽制品
  家禽制品營養(yǎng)價值高且口感較好。目前,常用冷藏、真空包裝和腌制等方法來保持其營養(yǎng)價值和口感,但在加工、儲藏和運輸?shù)攘魍ㄟ^程中仍然無法完全避免受到致病菌的污染。利用低溫等離子體技術對家禽制品進行滅菌處理,能有效延長其貨架期,且色澤、風味、質(zhì)地和營養(yǎng)等不發(fā)生顯著變化(表5)。
  表5  低溫等離子體技術在家禽制品中的應用研究
研究對象 處理參數(shù) 低溫等離子放電方式 作用效果 研究結論
鴨蛋 處理40s 滑動電弧放電 殺菌保鮮 腸炎沙門氏菌減少4.1lgCFU/cm2
雞蛋 處理10min 介質(zhì)阻擋放電 殺菌保鮮 非選擇培養(yǎng)基上的腸炎沙門氏菌數(shù)值降低5.53lgCFU/樣本,選擇培養(yǎng)基上的數(shù)值降低6.37lg CFU/樣本
生雞胸肉 處理電壓為55kV 介質(zhì)阻擋放電 殺菌保鮮 空腸彎曲桿菌和鼠傷寒沙門氏菌分別減少1.1和0.3lgCFU/mL
煮雞胸肉 處理3.5nin后 介質(zhì)阻擋放電 殺菌保鮮 沙門氏菌減少了0.8lgCFU/樣本。此外,沙門氏菌的D值隨著初始濃度的增加而增加
鹽水鴨 處理電壓(55,65,75kV)、單次處理2min、處理次數(shù)3次 介質(zhì)阻擋放電 殺菌保鮮 對鹽水鴨的殺菌作用隨處理電壓的升高而顯著提高(P<0.05),大腸桿菌殺菌率高達99.8%,最多可使貨架期從5~6 天延長至15天
  低溫等離子體既高效地殺滅家禽制品表面的治病微生物,又保持了食品原有的品質(zhì)。Patil等利用低溫等離子體技術對禽肉表皮上的空腸彎曲桿菌和沙門氏菌進行滅菌處理,結果顯示,菌落數(shù)均減少,且禽肉的色澤、風味、質(zhì)地和營養(yǎng)等不發(fā)生顯著變化。Dirks等利用該技術處理生鮮雞皮上的空腸彎曲桿菌和沙門氏菌,也取得了相同的結果。喬維維等以生鮮牛肉為研究對象,利用低溫等離子體技術在72kV的電壓下對其進行殺菌處理86s,在此條件下殺菌率為93.75%,并且牛肉仍能保持較好的顏色和風味。相對于傳統(tǒng)的殺菌保鮮技術,低溫等離子體技術高效、安全無破壞性,能有效地殺滅家禽制品表面的治病微生物,且不會對家禽制品的風味、營養(yǎng)及顏色等品質(zhì)指標產(chǎn)生負面影響。但利用該技術對家禽制品進行殺菌處理時,由于等離子體、微生物和食品種類的復雜性,導致具體的殺菌機制仍然缺乏深入的探討,需要進行更深入地研究,而且該技術目前還無法適應工業(yè)化、機械化生產(chǎn)的需要,因此,還需進一步探索低溫等離子體系統(tǒng)批量或連續(xù)處理大量食品的可行性。
  4  結語及展望
  作為食品領域的一種新型非熱加工技術,低溫等離子體技術憑借其安全、綠色、成本低、快速和方便等優(yōu)勢廣泛應用于食品安全控制及食品加工等領域。在今后的研究過程中,應針對低溫等離子體技術的工作原理、殺菌機制以及該技術對食品結構和品質(zhì)指標的影響等方面進行機理研究,并對該技術所處理過的食品進行各項指標及安全性評價。此外,還應以風險評估作為基礎,加強低溫等離子體技術在食品加工過程中的技術規(guī)范、監(jiān)管法規(guī)以及應用標準的制定工作,從而不斷推動低溫等離子體技術在食品工業(yè)中的應用。
 
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