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超高压与温度的协同杀菌效应及其动力学研究

王春芳  
【摘要】:压力-温度协同处理可以解决食品杀菌过程中的质量与安全间的矛盾,是当前食品科学研究的一大国际前沿热点。本文主要研究冷冻样品在高压下的温度变化,探究不同基质下的高压-低温杀菌机制,建立压力-温度协同杀菌动力学模型。以及在高压中温杀灭芽孢领域,建立高压-中温杀菌动力学模型,探究多维动力学模型。主要研究结果如下:1.本文设计的保温容器可以使冷冻样品在高压下保持低温(零下)状态,在常温条件下实现了样品在高压下的冰I和冰III的相态转变。高压中温实验中温度控制准确,在目标温度±1℃范围内。高压低温及高压中温下温度的控制和检测,为杀菌动力学模型的建立及准确性提供了支持。2.在脉冲式或静态高压处理时,样品的冷冻状态都有助于更好地灭活大肠杆菌。在各高压处理条件下,常温和冷冻的大肠杆菌悬浮液和杨梅汁样品中均观察到受伤的大肠杆菌细胞,且高压低温下存在更多受伤菌,在食品加工中需要注意受伤菌的检测。由透射电镜结果得,高压处理对冷冻样品和非冷冻样品中大肠杆菌的影响不同,330 MPa高压处理冷冻样品时,冰晶相变是其菌体变化的主要原因。3.静态高压对冷冻胡萝卜汁中大肠杆菌的杀菌效果符合一级动力学模型,在压力大于280 MPa时,样品的相态转变、压力水平和样品状态有助于大肠杆菌在冷冻胡萝卜汁中更好地失活,尤其是冰I和冰III的转变。脉冲式高压处理对冷冻胡萝卜汁中大肠杆菌的杀菌效果也符合一级动力学模型,与静态高压处理相比,脉冲式高压处理可以缩短总处理时间,提高加工效率。4.高压中温结合杀菌能够有效降低所需温度,高压中温下对胡萝卜汁中嗜热脂肪地芽孢杆菌芽孢的协同杀菌效果,符合一级动力学模型(R~2_(Adj)0.913)。常压下热失活Ea值为371.30 kJ/mol,在200~600 MPa压力下的热失活Ea值为61.66~87.62 kJ/mol,比常压下低,得益于压力和温度的协同作用。5.在一定压力下,对三个温度的二维动力学模型拟合很好。但一定温度下,对压力的二维动力学模型拟合跟压力及温度区间有关。在较低压力(200~400 MPa)下嗜热脂肪地芽孢杆菌芽孢对温度敏感对压力不敏感。本文建立了胡萝卜汁中嗜热脂肪地芽孢杆菌芽孢在高压中温下的协同杀菌三维动力学模型,logD=2.1315673+0.0017047×(P-P_0)-0.0101146×T-0.0000037×(P-P_0)~2+0.0000079×(P-P_0)×T-0.0001235×T~2,R~2为0.968。6.高压中温下对胡萝卜汁中嗜热脂肪地芽孢杆菌芽孢的协同杀菌动力学也符合Weibull模型(R~2_(Adj)0.953),且Weibull模型拟合效果较好。两个模型对鸡汁鸡肉中嗜热脂肪地芽孢杆菌芽孢的杀菌预测存在不同程度的低估和高估现象,不能直接将同一模型套用在不同体系中。


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