【摘要】：食品受食源性致病菌污染所造成的危害甚至安全事故已日益受到食品加工業(yè)的高度重視。傳統(tǒng)熱處理技術(shù)滅菌時間較長,易對食品品質(zhì)產(chǎn)生不良影響,喪失原有口感、營養(yǎng)與功能,甚至難以達到有效的滅菌效果。射頻加熱作為一種新型的物理滅菌方法,克服了利用傳導、對流和輻射等傳統(tǒng)加熱原理產(chǎn)生的缺陷,將電能轉(zhuǎn)化為熱能,穿透至物料內(nèi)部,具有升溫迅速、整體加熱、選擇性加熱的優(yōu)勢,同時能更好地保持產(chǎn)品品質(zhì)。但是,在大規(guī)模推廣工業(yè)化射頻滅菌技術(shù)之前,需要對射頻加熱技術(shù)的工藝參數(shù)和滅菌機理進行深入的研究,包括針對射頻加熱環(huán)境下微生物熱致死和食品品質(zhì)動力學模型的建立,以及射頻波的非熱效應確定等。傳統(tǒng)的微生物熱致死或食品品質(zhì)動力學試驗多采用水浴(油浴)為熱源的直接浸泡法或間接加熱法,均存在加熱速率無法控制和樣品溫度均勻性無法保證的弊端,而這兩點直接影響微生物和食品品質(zhì)的耐熱性,所得到的動力學模型亦不匹配復雜的射頻加熱過程,更無法在精準的加熱環(huán)境中明確射頻波的非熱效應�；谝陨显�,本文設計了一套用于滅菌動力學研究的控溫加熱板系統(tǒng),實現(xiàn)用戶對樣品升溫速率、目標溫度和保溫時間的精確控制,利用該加熱板系統(tǒng)建立不同升溫速率下的微生物和食品色澤動力學模型,以輔助射頻滅菌工藝參數(shù)的設計。最后使用加熱板系統(tǒng)模擬射頻加熱環(huán)境,驗證射頻在滅菌機理方面是否存在非熱效應。本研究的主要結(jié)論如下:(1)設計了一套精確控溫加熱板系統(tǒng),由加熱板部分和控制部分組成。加熱板部分包含鋁制上、下加熱板、硅橡膠加熱片、6個抽拉盒以及配套的樣品單元,容納樣品量為1 ml�？蓪崿F(xiàn)對目標溫度(最高140℃)、升溫速率(0.1~13.5℃/min)和保溫時間的精確控制,以進行微生物和食品品質(zhì)動力學研究。該系統(tǒng)通過PID(比例-積分-微分)溫度控制器實現(xiàn)對樣品測量與理論誤差不超過±0.5℃的精確控溫。(2)利用有限元分析軟件建立了控溫加熱板模型,用以評價樣品的加熱過程以及分層和整體的溫度均勻性。模擬的平均升溫速率與理論值誤差不超過0.8%,誤差隨著升溫速率的提高而增大。分析了花生粉在不同目標溫度和保溫節(jié)點中分層與整體溫度分布,最大均勻性指數(shù)為0.015,隨著升溫速率的降低,均勻性指數(shù)減小。使用3段直線升溫過程擬合射頻加熱曲線,最大誤差不超過0.85℃。(3)使用純凈水、蘋果汁、牛奶、土豆泥、蛋清、米糊、大米、巴旦木粉、花生粉、花生醬和牛肉制作樣品對加熱板系統(tǒng)的性能進行測試。結(jié)果表明,所有過程溫度的測量值與理論值最大溫差為0.97℃,其中保溫階段溫差不超過0.30℃。使用紅外成像測溫儀分析花生粉在六個加熱單元的溫度同步性和均勻性,所有加熱單元表面溫度最大溫差為0.46℃,平均溫差為0.32℃,最大溫度均勻性指數(shù)為0.024。(4)利用控溫加熱板系統(tǒng)分別建立以0.1、0.5、1.0、5.0和10.0℃/min升溫速率達到目標溫度55、57和60℃的大腸桿菌熱致死動力學模型。結(jié)果表明,隨著升溫速率的降低,大腸桿菌的D值顯著提高,以升溫速率0.1℃/min在55℃時得到大腸桿菌D值為15.44 min,而相同目標溫度下,使用10℃/min的升溫速率得到的D值僅有2.50min。該控溫加熱板能夠輔助射頻滅菌工藝得到真實升溫速率下準確的微生物熱致死動力學模型。(5)利用控溫加熱板系統(tǒng)在與熱滅菌相同的條件下進行土豆泥色澤動力學研究。結(jié)果表明,隨著升溫速率的減小,或目標溫度、保溫時間的增加,L~*和a~*值的反應速率增大,色澤變化明顯,D值減小,即對品質(zhì)影響顯著。土豆泥的色澤變化規(guī)律符合一級動力學模型。同時對比微生物熱致死參數(shù),L~*和a~*值與有效滅菌時間F_(60)具有高度相關(guān)性。對于工業(yè)射頻滅菌工藝參數(shù)設計,在考慮食品安全和品質(zhì)的基礎(chǔ)上,升溫速率應至少大于1℃/min,最好大于5℃/min。(6)利用控溫加熱板系統(tǒng)模擬射頻加熱滅菌過程,在相同的加熱環(huán)境下分別對土豆泥和蘋果汁中的大腸桿菌ATCC25922及金黃色葡萄球菌ATCC25923進行滅菌效果比較。結(jié)果表明,在不同溫度節(jié)點使用兩種處理方法的滅菌數(shù)量最大誤差不超過1 log CFU/ml(CFU/g),即頻率在27.12MHz的射頻波與加熱板滅菌效果無顯著性差異。
【圖文】：

菌造成的食品安全事故屢有發(fā)生。1960 年，在日本由肉毒桿菌(C6 人中毒事件，造成 58 人死亡(Labbe1980)；在 1985 年以前，美staphylococcus aureus)引發(fā)的腸胃炎每年高達 1000 多例(Bean et在美國由沙門氏菌(Salmonellae)感染的冰淇淋造成超過 200,000 人)；2011 年，德國北部地區(qū)由于黃瓜攜帶出血性大腸桿菌(EHEC)致患病等等。因此，在食品貯藏與加工過程中，對致病菌的控制技術(shù)病菌生長的因素有很多，主要分為內(nèi)在因素和外在因素。所謂來源的動物或植物組織自身固有的因素(Mossel & Ingram 1955)Shewan1949)，含水量(Christian1963)，氧化還原電勢(Barnes&InJay2012)，抗微生物成分(Shelef1984)等。影響微生物的外在因素有關(guān)的貯藏環(huán)境參數(shù)，包括貯藏溫度(Ratkowskyetal.1982)，環(huán)Anagnostopoulos1973)，環(huán)境氣體及濃度(Genigeorgis1985)等。在是影響微生物生長繁殖最重要的物理因素。每種微生物都有最如圖 1-1 所示，溫度的變化可改變微生物的生長速率，對微生物響。

第一章 文獻綜述熱致死曲線和 D 值，Gillespy (1962)將 115.6°C 時每隔孢子的熱殺菌試驗結(jié)果數(shù)據(jù)標注在單對數(shù)坐標系上，孢子存活數(shù)量以對數(shù)取值在縱坐標標出，繪制了，即 TDT 曲線，如圖 1-2(b)圖所示(Sun 2012)。通過活曲線在一個對數(shù)周期內(nèi)對應的時間（min），，如果滅級動力學規(guī)律，D 值亦可等于滅菌直線斜率的倒數(shù)，表些參數(shù)可通過 TDT 曲線直觀得到，圖 1-2 描述了加熱的關(guān)系。圖 1-2（a）表示了試驗中的升溫過程，x1、的不同升溫速率。圖 1-2（b）為 TDT 曲線，由試驗數(shù) 1-2（c）展示了微生物 D 值隨溫度的變化趨勢，其中要的溫度值稱為 z 值，反應了微生物在不同目標溫度下了不同熱滅菌過程對應的食品品質(zhì)劣變曲線，C 為品質(zhì)質(zhì) D 值，即品質(zhì)參數(shù)（如色澤、營養(yǎng)物質(zhì)等）改變 9是與溫度、時間、食品成分、物理性質(zhì)、升溫速率等因
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TS201.3

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9 陳雁萍,蔡詩東;適用于射頻加熱的忯旋動力方程[J];物理學報;1991年10期

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本文編號：2627581