超高压技术ppt课件.ppt
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1、超高压技术超高压技术 在在19世纪末世纪末20世纪初人们就认识到一般深海世纪初人们就认识到一般深海鱼类和生物可耐鱼类和生物可耐50.6625 MPa的压力。高压技术的起的压力。高压技术的起源是用于生产陶瓷、钢铁和超合金,以制作高速硬质源是用于生产陶瓷、钢铁和超合金,以制作高速硬质合金刀具。如在压力合金刀具。如在压力130270 MPa下使金属材料经下使金属材料经过模孔形成长形产品。直到本世纪过模孔形成长形产品。直到本世纪80年代末;日本学年代末;日本学者首倡食品的超高压处理。者首倡食品的超高压处理。90年代日本已有超高压果年代日本已有超高压果酱、调味品、饮料等多种产品上市。目前其发展前景酱、调
2、味品、饮料等多种产品上市。目前其发展前景良好,已为各国关注和重视。良好,已为各国关注和重视。一一 超高压技术的概念、发展历史超高压技术的概念、发展历史1.超高压技术的概念超高压技术的概念 一般所说的超高压一般所说的超高压(简称高压简称高压),指的是超过,指的是超过100兆兆帕帕(约为约为987个大气压个大气压)以上的压力。以上的压力。所谓超高压技术所谓超高压技术(简称高压技术简称高压技术),是指应用超高压,是指应用超高压(1OOMpa-lOOOMpa)作用于待处理物质使之发生改变作用于待处理物质使之发生改变的过程。的过程。2.历史历史 追溯起历史,超高压食品追溯起历史,超高压食品(简称简称“高
3、压食品高压食品”)的研的研究几乎与现代高压技术的发展同步。高压技术的发展,究几乎与现代高压技术的发展同步。高压技术的发展,大致经历了三个发展阶段:大致经历了三个发展阶段:第一阶段:理论奠基阶段第一阶段:理论奠基阶段(1 9世纪末期世纪末期20世纪世纪40年年代代)。早在早在1899年,美国化学家年,美国化学家BertHite首次发现了首次发现了450 MPa的高压能延长牛乳的保藏期,的高压能延长牛乳的保藏期,以后相继有很多报道证以后相继有很多报道证实了高压对各种食品和饮料的杀菌效果。实了高压对各种食品和饮料的杀菌效果。超高压技术:百年历史、食品加工技术的革超高压技术:百年历史、食品加工技术的革
4、命、加工鲜榨果蔬汁的发展趋势!命、加工鲜榨果蔬汁的发展趋势!公认的开创现代高压技术先河的却是美国物理学公认的开创现代高压技术先河的却是美国物理学家家PW.Bridgeman(由于他的高压研究,由于他的高压研究,1946年获得年获得诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖),他在,他在1906年开始,通过高压实验技年开始,通过高压实验技术,对固体的压缩性、熔化现象、力学性质、相变、电术,对固体的压缩性、熔化现象、力学性质、相变、电阻变化规律、液体的粘度等宏观物理行为的压力效应进阻变化规律、液体的粘度等宏观物理行为的压力效应进行了极为广泛的系统研究,并于行了极为广泛的系统研究,并于1914年发现在年发现在70
5、0Mpa下鸡蛋的卵蛋白成凝胶状,引起蛋白质凝固的现象,这下鸡蛋的卵蛋白成凝胶状,引起蛋白质凝固的现象,这是超高压技术应用于食品加工的理论雏形。但是限于当是超高压技术应用于食品加工的理论雏形。但是限于当时的条件,如高压设备、包装材料的开发研制以及产品时的条件,如高压设备、包装材料的开发研制以及产品的市场需求和有关的技术原因等,这些研究成果并未引的市场需求和有关的技术原因等,这些研究成果并未引起足够的重视,在实际生产中也未得到推广和应用。起足够的重视,在实际生产中也未得到推广和应用。第二阶段为理论实验阶段第二阶段为理论实验阶段(20世纪世纪4O年代末期年代末期2O世纪世纪8O年代年代)。这一时期超
6、高压技术在食品上应用研究未形成气候,这一时期超高压技术在食品上应用研究未形成气候,但在聚态物理上的研究和在化工及冶金工业上的应用得到但在聚态物理上的研究和在化工及冶金工业上的应用得到了迅速的发展。随着高压装置特别是金刚石高压容器的研了迅速的发展。随着高压装置特别是金刚石高压容器的研制和应用,高压实验引向深入,静态高压技术突破了百万制和应用,高压实验引向深入,静态高压技术突破了百万大气压,动态高压技术压力提高到数千万大气压,使大气压,动态高压技术压力提高到数千万大气压,使(超超)高压理论进一步获得完善,为超高压技术在食品上应用奠高压理论进一步获得完善,为超高压技术在食品上应用奠定了技术基础。定了
7、技术基础。第三阶段为理论应用阶段第三阶段为理论应用阶段(20世纪世纪80年代末至今年代末至今)。随着现代高压物理的诞生和发展,随着现代高压物理的诞生和发展,20世纪世纪80年代末首先在日本年代末首先在日本出现了食品的超高压加工技术。出现了食品的超高压加工技术。1986年日本京都大学的林力九教授年日本京都大学的林力九教授率先开展了高压食品的实验,引起了日本工业界的浓厚兴趣,掀起了率先开展了高压食品的实验,引起了日本工业界的浓厚兴趣,掀起了(超超)高压技术在食品中的应用基础研究热潮,日本国内的很多学者,高压技术在食品中的应用基础研究热潮,日本国内的很多学者,如小川浩史、昌子有、崛江耀、松本正等也纷
8、纷开展了与此有关的实如小川浩史、昌子有、崛江耀、松本正等也纷纷开展了与此有关的实验研究工作。为产业化开发作准备的大量前期研究,终于使世界于验研究工作。为产业化开发作准备的大量前期研究,终于使世界于1990年年4月迎来了第一批高压食品月迎来了第一批高压食品果酱果酱(草莓酱、苹果酱和猕猴草莓酱、苹果酱和猕猴桃酱三个品种,七种风味系桃酱三个品种,七种风味系YU)的问世并在日本取得良好的试售效果,的问世并在日本取得良好的试售效果,引起了整个日本国内的轰动。高压加工的果酱在日本超市的问世,揭引起了整个日本国内的轰动。高压加工的果酱在日本超市的问世,揭开了高压理论开了高压理论(超高压技术超高压技术)在食品
9、加工应用的序幕。在食品加工应用的序幕。1986年日本研究了超高压下食品物料特性、化学性质、年日本研究了超高压下食品物料特性、化学性质、色泽、风味、酶及微生物变化规律,并于色泽、风味、酶及微生物变化规律,并于1989年日本制造年日本制造出食品超高压试验机。出食品超高压试验机。1990年日本实现了超高压加工果汁、果酱的工业化生产。年日本实现了超高压加工果汁、果酱的工业化生产。1998年美国制造的年美国制造的2条超高压生产线用于墨西条超高压生产线用于墨西AVOMEX公司加工鲜榨油梨浆。日本、法国、西班牙等国将超高压技公司加工鲜榨油梨浆。日本、法国、西班牙等国将超高压技术用于果蔬汁、果酱、水产品、火腿
10、等的杀菌和保鲜。术用于果蔬汁、果酱、水产品、火腿等的杀菌和保鲜。90年代华南理工大学、合肥工业大学、杭州商学院、内年代华南理工大学、合肥工业大学、杭州商学院、内蒙包头等开展了蒙包头等开展了UHP的研究。的研究。问题:学科融合的面和度较窄,问题:学科融合的面和度较窄,UHP机理及应用研究深机理及应用研究深度不够。度不够。二二.超高压技术的原理及特点超高压技术的原理及特点 高压处理过程中,物料在液体介质中体积被压缩,高压处理过程中,物料在液体介质中体积被压缩,超高压产生的极高的静压不仅会影响细胞的形态,还能使超高压产生的极高的静压不仅会影响细胞的形态,还能使形成的生物高分子立体结构的氢键、离子键和
11、疏水键等非形成的生物高分子立体结构的氢键、离子键和疏水键等非共价键发生变化,使蛋白质凝固、淀粉等变性,酶失活或共价键发生变化,使蛋白质凝固、淀粉等变性,酶失活或激活,细菌等微生物被杀死,也可用来改善食品的组织结激活,细菌等微生物被杀死,也可用来改善食品的组织结构或生成新型食品。构或生成新型食品。超高压系统结构示意图超高压系统结构示意图超高压实验机和生产机超高压实验机和生产机1、超高压杀菌技术的基本原理、超高压杀菌技术的基本原理 超高压杀菌:通过加压系统,经过媒介水或油将压力超高压杀菌:通过加压系统,经过媒介水或油将压力均匀传递到食品内各个部位,导致微生物的形态结构,生均匀传递到食品内各个部位,
12、导致微生物的形态结构,生物化学反应,基因机制以及细胞壁发生多方面的变化,从物化学反应,基因机制以及细胞壁发生多方面的变化,从而影响微生物原有的生理活动机能,甚至使原有的功能破而影响微生物原有的生理活动机能,甚至使原有的功能破坏或发生不可逆的变化,杀死或抑制微生物,使酶失活的坏或发生不可逆的变化,杀死或抑制微生物,使酶失活的一种非热力加工方法。一种非热力加工方法。因此可保持食品原来的特性,没有热加工的副作用。因此可保持食品原来的特性,没有热加工的副作用。超高压作用下,微生物细胞膜的渗透性改变。超高压作用下,微生物细胞膜的渗透性改变。超高压作用下,酶的三、四级结构变化。超高压作用下,酶的三、四级结
13、构变化。超高压破坏高分子的氢键、离子键、盐键,对共超高压破坏高分子的氢键、离子键、盐键,对共价键影响小。价键影响小。超高压对香气、维生素、色素等小分子无破坏作用。超高压对香气、维生素、色素等小分子无破坏作用。不同方法加工的鲍鱼组织结构不同方法加工的鲍鱼组织结构 未处理未处理 加压处理加压处理 加热处理加热处理2、超高压技术特点:、超高压技术特点:高压处理基本是一个物理过程,对维生素、色素和风高压处理基本是一个物理过程,对维生素、色素和风味物质等低分子化合物的共价键无明显影响,从而使食品味物质等低分子化合物的共价键无明显影响,从而使食品较好地保持了原有的营养价值、色泽和天然风味。较好地保持了原有
14、的营养价值、色泽和天然风味。瞬间压缩、作用均匀、时间短、操作安全和耗能低;瞬间压缩、作用均匀、时间短、操作安全和耗能低;污染少污染少(热、化学热、化学),绿色环保;,绿色环保;更好保持食品的原风味更好保持食品的原风味(色、香、味色、香、味)和天然营养和天然营养(如维生素如维生素C等等);通过组织变性,得到新物性食品;通过组织变性,得到新物性食品;压力不同作用影响性质不同;压力不同作用影响性质不同;主体杀菌设备占地面积小,自动化程度高,实现连续化生产。主体杀菌设备占地面积小,自动化程度高,实现连续化生产。缺点缺点:-产品成本相对较高。产品成本相对较高。-产品的生产条件和冷链的控制技术要求较高。产
15、品的生产条件和冷链的控制技术要求较高。-产品的加工、贮藏、运输、销售需有冷链的支持。产品的加工、贮藏、运输、销售需有冷链的支持。3、果蔬汁超高压杀菌工艺的设计、果蔬汁超高压杀菌工艺的设计超高压加工果汁清汁和混浊汁的工艺流程超高压加工果汁清汁和混浊汁的工艺流程:香梨清汁工艺设计如下:香梨挑选、清洗去梗粗破螺旋榨汁粗滤酶解膜过滤UHP处理无菌灌装检验哈密瓜浊汁工艺设计如下:哈密瓜挑选、清洗臭氧水消毒去皮、切分打浆胶磨调配瞬时升温脱气均质UHP处理无菌灌装检验超高压前处理工艺参数与控制超高压前处理工艺参数与控制清洗:清水冲洗,机械刷洗、臭氧水和氯类消毒剂混合浸清洗:清水冲洗,机械刷洗、臭氧水和氯类消
16、毒剂混合浸洗消毒。洗消毒。新鲜胡萝卜、番茄、哈密瓜用臭氧水清洗消毒可将原新鲜胡萝卜、番茄、哈密瓜用臭氧水清洗消毒可将原料的初菌数控制在料的初菌数控制在104cfu/ml左右,切分、破碎的温度控左右,切分、破碎的温度控制在制在1518,果汁待料时间小于,果汁待料时间小于30min。脱气、均质和冷却。脱气、均质和冷却。哈密瓜汁采用哈密瓜汁采用60 65瞬时升温、瞬时升温、350mmHg 脱气去脱气去除空气泡沫,用除空气泡沫,用40Mpa压力均质可保证产品组织状态的均一压力均质可保证产品组织状态的均一性。哈密瓜属热敏性食品,性。哈密瓜属热敏性食品,70、15min加热即可造成香加热即可造成香气的损失
17、,甚至导致变味气的损失,甚至导致变味,应避免长时间加热,适度冷却并应避免长时间加热,适度冷却并控制超高压处理过程的产品温度。控制超高压处理过程的产品温度。超高压杀菌工艺参数的确定超高压杀菌工艺参数的确定UHP杀菌参数杀菌参数P(Mpa)、T、t(min)和和pH确定原则:确定原则:食品处理后确保达到商业无菌状态。食品处理后确保达到商业无菌状态。食品品质最佳。食品品质最佳。生产效率符合设计要求。生产效率符合设计要求。设备使用寿命符合设计要求。设备使用寿命符合设计要求。设备运行成本及产品成本适中。设备运行成本及产品成本适中。压力和时间压力和时间 目标菌和目标酶的耐压性。目标菌和目标酶的耐压性。低酸
18、性果蔬汁超高压处理的强度通常为低酸性果蔬汁超高压处理的强度通常为500Mpa、20min。酸性果蔬汁超高压处理的强度通常为酸性果蔬汁超高压处理的强度通常为400Mpa、20min,温度和温度和pH值值 超高压条件下微生物对温度敏感,如:物料加热至超高压条件下微生物对温度敏感,如:物料加热至6070可提高超高压杀菌的效果。可提高超高压杀菌的效果。食品的食品的pH值不同,其值不同,其UHP杀菌的目标菌不同,在高压作杀菌的目标菌不同,在高压作用下,食品的用下,食品的pH值将影响微生物的耐压性。值将影响微生物的耐压性。香梨清汁(香梨清汁(pH0.85)UHP杀菌的目标杀菌的目标菌为酵母、霉菌及非芽孢细
19、菌,它们对菌为酵母、霉菌及非芽孢细菌,它们对pH的变化敏感。的变化敏感。哈密瓜浊汁(哈密瓜浊汁(pH4.6,Aw0.85)UHP杀菌的目标菌为杀菌的目标菌为芽孢杆菌,它们对芽孢杆菌,它们对pH和温度的变化不敏感。和温度的变化不敏感。施压方式施压方式 不同种类的微生物对压力大小及其变化的敏感性不同,不同种类的微生物对压力大小及其变化的敏感性不同,可采用连续式、间歇式、半连续式杀菌。可采用连续式、间歇式、半连续式杀菌。在实际生产中,采用连续施压方式较经济合理即压力在实际生产中,采用连续施压方式较经济合理即压力由由0Mpa直接升到超高压处理设定的压力,升压速度为直接升到超高压处理设定的压力,升压速度
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