微波技術在食品保鮮上的應用

    微波作為一種電磁波,通常應用于廣播、電視及通信技術中,近年來,隨著科學技術的發展,微波作為一種能源,已逐漸應用于食品干燥、烘烤、膨化、解凍等方面,利用微波殺菌,就是微波技術在食品保鮮上的成功應用。

    1. 微波殺菌機理

    與其它生物體一樣,細菌也是由水、蛋白質、核酸等物質組成,其中水作為極性分子,在高頻率、強電場強度的微波場中將被極化,并隨著微波場極性的迅速改變而引起蛋白質分子團等急劇旋轉,往復振動,它一方面相互間摩擦升溫,另一方面將引起蛋白質分子變性,這樣,在微波輻照使食品溫度升高的熱效應和蛋白質分子變性后失去生物活性的非熱效應雙重因素共同作用下,細菌、酵母菌等微生物將在短時間內被殺死,而且食品的色、香、味和營養成分并未因此受到損失。

    2. 微波殺菌工藝

    微波殺菌不同于傳統的加熱殺菌,傳統加熱殺菌主要依靠熱力,從加熱過程來看,熱力由食品表面向里傳遞,其傳遞速率決定于食品的傳熱特性,殺菌時間和所需溫度視被殺菌種而定。因此,殺菌過程中決定了食品表面與其中心溫度存在溫差,以及里層溫度狀態的滯后性,出現同一食品滅菌的時間差,從而延長了食品整體滅菌所需的時間,微波殺菌時間大大短于傳統加熱殺菌時間,因為微波使食品內部和外部同時均勻加熱,它不需要食品達到殺菌溫度所需的預熱時間,何況微波殺菌的因素不僅僅是熱力單方面的因素。因此,根據微波殺菌不同于傳統加熱殺菌的特點,結合微波殺菌過程中可能帶來的負面影響,可采用以下殺菌工藝。

    2. 1 微波間歇輻照

    日本赤星教授曾用脈沖式微波輻照食品,取得了較理想的殺菌效果,脈沖式是指短時間產生較強微波電場間歇地作用于食品,使食品吸收微波能量后溫度升高,但由于是瞬間的高能量,食品升溫變化并不大,從而大大提高了殺菌效果,據赤星的實驗數據表明,把常見的大腸桿菌、枯草芽孢桿菌以及曲霉等菌種接種于培養基的懸油液中,用微波頻率為2800MHz ,脈寬1 微秒,脈沖重復頻率為2000Hz 的強微波脈沖對樣品輻照, 當脈沖功率分別為200Kw 和400Kw 時,輻照時間分別為90 秒和60 秒可達到完全殺菌,此時樣品的溫度分別由17 ℃上升到86 ℃和由22 ℃上升到92 ℃,如果用傳統加熱滅菌方法殺滅枯草芽孢桿菌,一般在濕熱條件下殺菌溫度為100 ℃,需要時間11. 3 分鐘。

    另外,對于香腸作微波間歇輻照,傳統加熱(90 - 95 ℃熱水煮沸4. 5 分鐘) 殺菌與對照組殺菌對比試驗,結果表明,盡管微波輻照平均功率較低,時間短(370 瓦,160 秒) ,但其殺菌效果好于傳統加熱殺菌法,與對照組相比,有明顯的殺菌效果,樣品的殘菌數測定方法為常規檢測。微波間歇輻照法的長處在于能用較高的電場強度短時間內達到殺菌效果,可是高電場強度和功率密度將對微波設備和被處理物料的耐擊穿性提出更高要求,以及需要精確控制輻照時間等,這些要求都將使微波設備成本提高。

    2. 2 微波連續輻照

    為彌補微波間歇輻照的缺陷,可使用較低場強,適當延長微波輻照時間的連續性微波輻照殺菌工藝。一般說,隧道式箱型微波設備的箱體內功率密度較低,能適合于上述工藝要求。在物料對溫度及加熱時間(耐熱性) 允許的前提下,適當延長輻照時間,將有利于強化殺菌效果,同時,也能使物料加熱狀態均衡,因此能有足夠的時間借助熱傳導使物料內外溫度差異減少,據測驗,用頻率,功率為連續可調的微波設備,對調味海帶(塑料復合袋裝) 、啤酒、醬油(均為玻璃瓶裝) 作殺菌處理,結果表明:微波加熱器為箱式,調味海帶經微波輻照40 秒至2 分鐘后,大腸桿菌完全被殺滅;啤酒則需2 分30 秒至3 分鐘,醬油則需2 分至2 分50 秒,于傳統加熱殺菌相比,調味海帶經微波輻照2 分鐘的殺菌效果于蒸煮加熱處理30 分鐘的相當,而醬油經微波輻照2 分鐘的殺菌效果將好于水浴加熱4 分鐘的效果,并且經對醬油的理化指標和還原糖、氨基酸等成分分析,其等級均有所提高。同樣,若微波加熱器為平板式,對調味海帶等殺菌試驗也取得較好效果。值得指出的是上述連續微波殺菌的試驗樣品均未添加任何防腐劑。

    2. 3 微波多次快速輻照和冷卻

    這種殺菌工藝的目的,旨在快速地改變微生物的生態環境溫度,并且多次進行微波輻照殺菌,從而避免讓物料長時間連續地處于高溫狀態,為保持物料的色、香、味及營養成分提供有利條件,該工藝適合于對溫度敏感的液體殺菌,例如,飲料、米酒的殺菌保鮮。殺菌溫度條件可視不同殺菌對象設定控制。據日本橫內洋文專利(1990 年) 報告,對日本清酒中乳酸菌殺滅試驗結果:若乳酸菌濃度為102 個/ ml 數量級,則經1. 5Kw 功率的微波輻照,溫度達到63 - 65 ℃,多次加熱冷卻微波殺菌時間1 秒,可將上述濃度的乳酸菌全部殺死。

    3.微波殺菌的應用

    由于食品防腐劑的使用要求相當嚴格,在食品中不添加防腐劑就可大大延長保鮮期的微

波殺菌技術的應用越來越廣泛。瑞典、德國、丹麥和意大利等國使用微波對切片面包殺菌、防霉、保鮮,已達到工業化生產程度,我國的一些食品生產企業也開始將微波殺菌技術應用到部分食品的加工、運輸、貯藏及銷售中。

    3. 1 飲料、醬油制品飲料和醬油制品經常發生霉變和細菌含量超標現象,并且不允許高溫加熱殺菌,采用微波殺菌技術,具有溫度低、速度快的特點,既能殺滅飲料醬油中的各種細菌,又能防止其貯藏過程中的霉變,而且經微波輻照處理后,各項理化指標均有所提高, 據基礎試驗表明, 在功率600W的微波輻照下,一般約5 分鐘就能完全殺滅大腸菌群,另對滅霉效果持久性檢驗表明,微波殺菌溫度為75 ℃, 處理時間為5 分鐘, 在28 ℃環境下貯藏2 個月無霉變現象,而同樣處理條件的傳統加熱殺菌的對照組,僅24 個小時就發現有霉菌生長情況。

    3. 2 蛋糕、面包等烘烤食品蛋糕、面包等烘烤食品的保鮮期很短,在流通和消費期間僅2 - 3 天時間,新鮮度就會大大下降,若存放5 - 6 天就會有霉點發生,相比之下,國外的面包產品其保鮮期達21 天以上,面包發霉的根本原因是由于常規烘烤加熱過程熱量由表及里,面包中心溫度往往未超過65 ℃或者溫度達到但持續時間不夠,這樣細菌不但沒因烘烤而致死,反而因加熱引起繁殖,所以,我們經常談到的霉點是發生在面包內部,而不一定在面包的表面。相反,微波對蛋糕、面包等烘烤食品的穿透性,能在烘烤同時殺滅其內部細菌,不存在常規加熱烘烤的弊病。

    3. 3 米、面等糧食制品

    米、面等糧食制品在銷售、貯藏過程中常常返潮發霉和蟲蛀,究起原因均為制品滅霉、殺蟲卵不徹底,或者說根本就沒有達到滅霉、殺蟲卵的要求,因此,在適宜環境時它們能復活和繁殖,導致糧食制品的霉爛變質,給人們的生活造成很大損失,要消滅糧食制品中的各種蟲卵和霉菌,采用常規加熱法,因米、面制品中心溫度和時間常常達不到要求,根本難以殺滅它們,若用微波殺菌技術,經處理過的米、面制品,貯藏期間無再次污染,一般不再發生霉變或蟲蛀,而且貯藏時間可大大延長。

    3. 4 豆制品

豆腐、豆腐皮等豆制品是價廉物美深受人們歡迎的低脂肪高蛋白健康食品,千百年來保持著傳統制作工藝,但在高溫炎熱天氣時豆腐及其制品極易酸敗。因此,導致夏季市場上的供應量銳減,從制作工藝中分析它們酸敗的原因,可能因為它們都是加熱的熟制品,而忽略了它們需要專門的殺菌工序,以豆腐為例,雖然它由生豆漿加熱蒸煮,然后再由凝固劑凝固的,但制作過程的加熱并不能保證殺菌徹底,況且以后工序還可能再次污染,因此,豆腐及其制品的殺菌工序是必不可少的。據日本露木報告,把豆腐切成2. 5 ×5 ×5cm 塊狀,加100ml 水然后一起封裝在塑料容器內,接受頻率為2450MHz ,功率為500w 微波輻照,然后作感官評定,結果表明,微波輻照組的保鮮期遠比對照組的長。

3. 5 天然營養食品

    在蜂王漿、花粉口服液等天然營養食品的加工過程中,為保持各種營養成分不受破壞,通常采用真空冷凍干燥和Co60射線殺菌工藝,處理溫度不宜超過60 ℃,效率低,能耗大,成本高,而運用微波輻照技術,溫升快,時間短,加熱均勻,節省電力80 %以上,產品質量上乘,而且微波對玻璃幾乎完全透過,仍可以作為其外包裝材料,另外,人參、香菇、猴頭菌、花粉、天麻、中成藥丸等用微波進行干燥殺菌處理,可以有效地保存其中的營養成分和活性物質,這是傳統加熱方法所不能比擬的。

    3. 6 牛奶等乳制品牛奶等乳制品的生產過程中,消毒殺菌是最重要的處理工藝,傳統方法是采用高溫短時巴氏殺菌,其缺點是需要龐大的鍋爐和復雜的管道系統,而且耗費能源、占用煤場、勞動強度大,還會污染環境等問題,若用微波對牛奶進行殺菌消毒處理,鮮奶在80 ℃左右處理數秒鐘后,雜菌和大腸桿菌完全達到衛生標準要求,不僅營養成分保持不變,而且經微波作用的脂肪球直徑變小,且有均質作用,增加了奶香味,提高了產品的穩定性,有利于營養成分的吸收。

    3. 7 其它食品

    除上述幾類食品外,微波殺菌技術還可廣泛應用于水產干制品、肉類軟包裝熟制品、各種小包裝冷卻食品、水果、蔬菜等易腐食品的貯藏保鮮中。

    4. 前景展望

    微波殺菌技術應用于食品的保鮮處理,在改造傳統食品加工工藝中已展現出十分誘人的

前景,可是,對食品殺菌達標問題的重要性,并沒有得到所有食品加工行業的企業家們所共識。至今,仍有不少廠家只注重強調傳統工藝,缺乏接受新技術進行技術改造的要求和魄力,也有一些廠家很想解決問題,但因行業隔閡,信息不同,技術力量不夠使技術改造停滯不前,作為食品殺菌保鮮的先進技術,雖然它在節能環保、營養成分保持、貯藏期等方面有突出優點,但在我國食品行業的推廣普及中,人們的認識和接受需要一定時間,可喜的是,我國食品行業的一些企業家們已超前的眼光看到了微波殺菌保鮮技術的發展前景,將微波殺菌技術應用到食品加工貯藏中,并已步入工業化生產行列。