【摘要】：中國是世界蘋果生產(chǎn)第一大國,蘋果汁出口貿(mào)易在我國食品工業(yè)中占據(jù)重要地位。然而,在蘋果汁的貯藏過程中,耐高滲酵母會(huì)引起蘋果汁腐敗,導(dǎo)致其產(chǎn)生異味或漲包,造成較大的經(jīng)濟(jì)損失,成為我國蘋果汁加工業(yè)中亟待解決的重要問題。因此,建立適宜的耐高滲酵母控制方法,對于保證蘋果汁的質(zhì)量安全至關(guān)重要。非熱等離子體技術(shù)作為新型非熱滅菌技術(shù),具有殺菌效率高、處理時(shí)間短、處理溫度低等優(yōu)點(diǎn),但其處理量小成為該技術(shù)大規(guī)模推廣應(yīng)用的主要障礙。本研究基于此問題,設(shè)計(jì)并制作了適用于液體食品中微生物污染處理的等離子體反應(yīng)器,測定了其對蘋果汁中耐高滲酵母的滅活效果,分析了低溫等離子體處理對蘋果汁品質(zhì)的影響。并在試驗(yàn)基礎(chǔ)上使用有限元分析軟件COMSOL Multiphysics構(gòu)建了等離子體滅活微生物的數(shù)值模型,以模擬處理過程中氣液傳質(zhì)過程和微生物滅活效果,并尋求最佳的處理方案。論文的主要研究結(jié)果如下:(1)設(shè)計(jì)并制作了氣相沿面放電等離子體反應(yīng)器,其放電過程是典型的微放電過程,并使處理后的無菌水的pH值顯著降低。用該裝置在21kV放電電壓條件下,處理30分鐘后,無菌水的電導(dǎo)率從初始的12μs/cm升至142μs/cm,溫度僅增加0.7℃,活性物質(zhì)O_3和H_2O_2濃度分別為3.14mg/L和4.39mg/L;水中耐高滲酵母Z.rouxii LB細(xì)胞的數(shù)量減少了5.60log_(10),Z.rouxii 1130細(xì)胞的數(shù)量減少了6.82log_(10);耐高滲酵母Z.rouxii LB和Z.rouxii 1130的致死動(dòng)力學(xué)曲線能較好地符合Weibull模型。并且研究發(fā)現(xiàn),由于細(xì)胞壁組成的不同,導(dǎo)致了不同菌株對等離子體處理的敏感性不同,滅活同等數(shù)量的LB需要更長的時(shí)間。(2)根據(jù)氣相沿面放電等離子體反應(yīng)器滅活微生物的特點(diǎn),建立了基于商業(yè)軟件COMSOL Multiphysics的計(jì)算模型。將滅活過程簡化為湍流中的氣泡輸運(yùn)和稀釋物種運(yùn)輸過程,經(jīng)驗(yàn)證的模型可進(jìn)一步用于研究初始酵母濃度和反應(yīng)器尺寸對等離子體處理滅活酵母的影響。試驗(yàn)和模擬結(jié)果均表明,初始濃度的增加對酵母失活有負(fù)面影響,但反應(yīng)器尺寸的變化對酵母失活沒有顯著影響(p0.05)。(3)為了提高傳質(zhì)效率和避免液體產(chǎn)生氣泡,試制了等離子體噴霧反應(yīng)器,并用該裝置進(jìn)行了水中酵母滅活測試。結(jié)果顯示:在21kV的峰值放電電壓下,等離子體處理30分鐘后,無菌水中O_3和H_2O_2濃度分別為3.84mg/L和5.20mg/L,略高于氣相沿面放電等離子體反應(yīng)器;出口處臭氧濃度約為10mg/L,與氣相沿面放電等離子體反應(yīng)器無顯著差別;水中耐高滲酵母Z.rouxii LB細(xì)胞的數(shù)量減少了5.92log_(10),Z.rouxii 1130細(xì)胞的數(shù)量減少了6.90log_(10);D值對比表明:等離子體噴霧反應(yīng)器比氣相沿面放電等離子體反應(yīng)器能更快滅活水中的微生物。(4)建立了等離子體噴霧反應(yīng)器對酵母溶液的滅活的計(jì)算模型。用該模型獲得的酵母生存曲線和臭氧濃度曲線,與在不同放電電壓下測量的試驗(yàn)結(jié)果能很好吻合。經(jīng)驗(yàn)證的模型可進(jìn)一步用于研究初始酵母濃度對酵母滅活的影響�；谶@些模擬結(jié)果,可以優(yōu)化等離子體滅活酵母的工藝方案。(5)將等離子體噴霧反應(yīng)器應(yīng)用于蘋果汁中耐高滲酵母的滅活,初步解析了等離子體對微生物滅活的機(jī)制。等離子噴霧反應(yīng)器處理30分鐘后,可在0.5L蘋果汁中對耐高滲酵母Z.rouxii LB和Z.rouxii 1130數(shù)量減少6.6-6.8log_(10);氣體流速為150 L/h和液體流速為9.0L/h時(shí)可達(dá)到最大的滅活率;SEM圖像顯示,等離子體處理后細(xì)胞破裂,其內(nèi)容物滲出;等離子體產(chǎn)生的化合物,例如O_3和H_2O_2,以及液相中的活性物質(zhì),是造成微生物滅活的主要原因。(6)明確了等離子體噴霧反應(yīng)器對果汁理化指標(biāo)的影響。當(dāng)蘋果汁中可溶性固形物的濃度增加時(shí),使用等離子體噴霧反應(yīng)器滅活酵母所需的時(shí)間也增加;等離子體處理后蘋果汁的pH值僅略微增加,而還原糖濃度和可滴定酸濃度保持穩(wěn)定;可溶性固形物濃度分別為12、36和60°Brix蘋果汁經(jīng)等離子噴霧反應(yīng)器處理30分鐘后,處理和未處理的樣品之間的總色差分別為9.53、7.97和3.86;濃縮蘋果汁和鮮榨蘋果汁中揮發(fā)性化合物的主要成分-醇類、酯類、醛類和酮類的濃度沒有顯著變化(p0.05)。
【圖文】：

西北農(nóng)林科技大學(xué)博士學(xué)位論文率可以在 個(gè)廣泛的頻率范圍內(nèi)，包括線頻率（50/60Hz）（Bermúde13；Misra et al. 2014a）、低頻率（kHz）（Perni et al. 2008；Niemira, 20z）（Sakudo et al. 2013）和微波頻率（GHz）（Schnabel et al. 2012）。溫等離子體的產(chǎn)生方法主要有介質(zhì)阻擋放電（Dielectric Barrier D滑動(dòng)電弧放電（Glide Arc Discharge or Plasma Arc）、電暈放電（Corona D離子體（radio frequency plasma）等（劉欣宇 2015）。

圖 1-1 不同等離子體源的示意圖1-1 Schematic diagram of different plasma b）電暈放電；（c）微波放電；（d）射頻ge;（b）Corona discharge;（c）Microwavedischarge（Niemira, 2012a）ectric barrier discharge，DBD）是近Miclea et al. 2001）。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TS255.44

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本文編號：2683150