食品物理加工是现代物理学和工程技术与传统食品产业深度融合而产生的食品加工新领域。为了推动食品物理加工科技创新,从我国的食品产业发展现状、存在问题、发展建议等方面探讨了食品物理加工科技创新的形势和机遇;通过对食品物理加工内涵和外延的阐释,分析了其对食品产业的影响;并从加强食品物理学科建设、优化物理加工创新链部署、建立食品物理加工科技创新交流机制三个方面对我国食品物理加工科技创新发展提出了建议。
冷冻是贮藏原料肉重要方法之一,可有效延长肉品货架期。冻结-解冻过程会对肉的品质产生很大的影响,通常包括脂肪氧化、蛋白变性、组织结构变化、持水性变化、色泽变化、质构变化等。为提高我国肉品的市场竞争力,有必要对其冻结-解冻工艺参数及贮藏条件进行优化,提高产品品质。概述了肉品冻结解冻方法、冻结-解冻对肉品品质的影响及其快速无损检测技术的研究现状,以期为畜禽肉贮藏提供参考。
禽蛋蛋壳品质对于新鲜蛋、种蛋及蛋制品均是重要参数,而实现蛋壳品质的智能化检测是禽蛋生产、经营和加工过程中的必要环节,不仅可保证禽蛋的品质、提高禽蛋的利用率,也是实现禽蛋商品初加工处理自动化和规模化的前提条件,具有实际价值和现实意义。综述了红外光谱技术、机器视觉技术和敲击振动分析技术在禽蛋蛋壳品质无损检测的研究进展,从实际应用角度分析各项技术所存在的问题和难点,并对蛋壳品质在线检测的应用前景进行了展望。
鱼是人类最主要的动物性食品来源之一,其新鲜度直接影响着消费者的健康甚至生命安全。传统的鱼新鲜度的检测方法主要包括感官评价、理化指标检测和微生物检测等。新型的检测方法包括感官仿生技术、光谱技术和生物传感技术等。较为全面地论述了目前鱼体鲜度快速评价的主要技术和方法,进行了适当的比较和讨论,并展望了未来研究发展的趋势,以期为进一步开展深入研究及制定我国鱼新鲜度判定规范提供可靠的理论依据。
为了能够客观、快速、无损、便捷地检测花生仁霉变和出芽,研究了一种基于傅里叶变换近红外光谱技术和K最近邻(KNN)模式识别方法的霉变和出芽花生识别方法。依据花生的感官特征和前人研究经验,将花生分为正常、轻度霉变、重度霉变和发芽四类,采用傅里叶变换近红外光谱仪的积分球漫反射方法采集花生光谱(波段4 000~10 000 cm-1)。利用二阶导数算法进行光谱预处理,建立联合区间偏最小二乘(Si-PLS)识别模型,并得到特征光谱区间。然后在特征光谱区间的基础上运用主成分分析进行数据空间降维,最后建立KNN识别模型。KNN模型训练集与预测集识别率均为98.84%,表明应用近红外光谱技术和KNN法检测霉变和出芽花生效果良好,具有可行性。
为了对面粉中的非法或过量添加剂进行无损、快速识别。以过氧化苯甲酰为检测对象,基于拉曼光谱技术采集面粉和过氧化苯甲酰的纯品拉曼光谱,筛选出识别过氧化苯甲酰的拉曼特征峰。为了进一步验证拉曼光谱检测面粉中混合过氧化苯甲酰的可行性,分别配置了10个不同质量比的混合物样品,采集混合物的拉曼光谱数据,并通过Savitzky-Golay(S-G)算法和8次多项式曲线拟合算法去除混合样品拉曼光谱中的噪声和荧光背景信号,保留原始数据的拉曼光谱信号。对过氧化苯甲酰纯品拉曼分析后,发现在619 cm-1、848 cm-1、890 cm-1、1 001 cm-1、1 234 cm-1、1 603 cm-1及1 777 cm-1处具有明显的拉曼峰,其中1 001 cm-1处的拉曼峰强度最高,因此选取1 001 cm-1处的拉曼峰作为识别过氧化苯甲酰的特征峰。经过平滑和基线校正后的10个混合样品的拉曼散射光谱中能够清晰地检测到1 001 cm-1位置处的拉曼峰。该结果表明基于拉曼光谱技术,能够有效、快速、非接触地识别掺杂在面粉中过氧化苯甲酰。
高压二氧化碳(high pressure carbon dioxide, HPCD)具有亚临界和超临界二氧化碳的性质,其溶解性和扩散性较好,在处理食品过程中会产生高压、酸化、爆炸和厌氧等效应,具有很好的杀菌作用。近年来,该技术作为一种食品非热杀菌技术,越来越受到研究者的关注。综述了该技术对微生物营养体和芽胞的杀菌研究现状,并分析了目前国内外有关HPCD杀菌机制的研究进展,以期为HPCD技术的进一步研究和应用提供参考。
目前,物理杀菌技术越来越广泛地应用于食品加工领域中,包括传统的热杀菌技术,如欧姆加热杀菌,和新型的非热杀菌技术,如脉冲电场杀菌技术。然而欧姆加热技术与脉冲电场技术在杀菌应用方面既有联系又有区别,为了能更好地理解和应用这两种新型的物理杀菌技术,从技术的发展历史、杀菌作用原理、在食品中的应用范畴等多方面对比分析了这两种杀菌处理技术。
冷源等离子体是气体在高电压作用下高度电离的混合物,混合物中多种活性基团和粒子能够与微生物体中的多种成分发生发应,从而阻碍微生物的正常生长,最终导致死亡,反应过程中温度无明显变化。冷源等离子体作为一种冷杀菌方法,在食品杀菌工业中具有广阔的应用前景。对冷源等离子体的发生、产生系统以及等离子体中的活性作用物质进行了综述,并介绍了冷源等离子体在食品中的应用研究。
为实现固体物料的流态化输送,设计了一套密封式杀菌腔,腔内安装带有刮板的螺旋输送器,输送器由高频低压电源加热;物料在腔内由输送器向前推送并加热,实现连续喂料和杀菌。杀菌腔内通入少量干热蒸汽辅助加热并带走物料加热产生的多余水分。杀菌后的合格物料进入快冷单元,物料温度降低到室温后直接包装。整个杀菌环节在封闭的空间进行,可实现各关键控制点参数测量。经初步试验,当辣椒粉杀菌量为1 000 kg/h时,菌落总数可在10 000 CFU/g以下。
近年来,低水分活度食品包括果蔬粉等的安全性开始受到人们的广泛关注。虽然微生物在低水分活度食品中无法生长,但是可以存活很长一段时间,且一旦条件适宜将会引发严重的食品安全问题。因此,急需建立适宜的方法对低水分活度食品进行杀菌以提高其安全性。以椰菜粉为原料,用功率为6 kW,频率为27.12 MHz的射频设备进行杀菌,研究其在射频过程中的加热模式和温度分布,发现样品内部和中心的温度明显高于表面温度,这可以通过加热过程中样品的翻转来改善。并研究了射频处理不同阶段椰菜粉的微生物失活及颜色改变情况,结果表明经射频处理5 min后微生物失活显著,且颜色基本不变。射频处理后的冷激(-18℃,48 h)可将微生物从3.0 log CFU/g降低到低于1.0 log CFU/g。射频与冷激相结合是一种很有前景的低水分活度食品杀菌技术,且具有最大限度保持食品原有品质的优点。
传统方法制备的脂质体存在粒径大、包封率低、分散不均匀、有机试剂残留等问题。动态高压微射流技术是一种新兴的脂质体制备技术,结合了高压射流技术、撞击流技术和传统高压均质技术的优点,可弥补传统方法制备脂质体的缺陷,为实现工业化生产小粒径、高包封率、食用安全的脂质体提供了基础技术支撑。概述了脂质体制备技术、动态高压微射流法制备脂质体的优缺点以及动态高压微射流技术在脂质体制备中的应用,旨在为脂质体的工业化生产提供技术参考。
菊芋是一种天然草本植物,具有优良的保健功能。超声波广泛用于天然成分的辅助提取,采取双频逆流聚能式超声波辅助提取技术,研究了超声波对菊粉多糖提取率及其抗氧化活性的影响,各因素影响程度排序为:功率密度>料液比>时间>温度>脉冲/间歇时间比。获得最佳的工艺参数为:超声频率组合20 kHz/35 kHz、超声脉冲间歇时间比4 s/3 s、超声功率密度250 W/L、料液比1∶20、提取温度55℃、提取时间15 min,此条件下菊粉提取率为56.35%,同条件下的热水浸提法得率为33.89%。菊粉呈现出良好的抗氧化活性,超声波对菊粉的抗氧化活性没有明显影响。不同纯化方法得到的菊粉抗氧化活性差异较大,其中菊粉水提粗提物具有最高的·DPPH清除能力,超声粗提醇沉物具有最高的还原力和Fe2+螯合能力,超声后的纯化醇沉物具有最高的羟基自由基清除率。
以油菜花粉为原料,利用脉冲电场破壁法,探讨了油菜花粉中黄酮类化合物的提取工艺。在脉冲电场强度、脉冲数、回流温度3个单因素试验的基础上,以总黄 酮类物质提取率为响应值,采用Box-Behnken响应面法设计优化了总黄酮类化合物提取的最佳工艺条件。结果表明电场强度严重影响着花粉细胞的破壁效果,且 在最优的提取工艺条件下,即电场强度28 kV/cm,脉冲数508,回流温度82℃,油菜花粉黄酮类物质提取率高达4.508%。
采用低频磁场处理紫色红曲菌(Monascus purpurcus),发酵产生γ-氨基丁酸(GABA)。分别研究了低频磁场强度、处理时间和处理时期对紫红曲霉固态发酵 产GABA的影响,并研究了最佳处理条件下,紫红曲霉产GABA的发酵动力学。结果表明:用1.6 mT的低频磁场在紫色红曲菌发酵培养的第4~8 d,其产GABA的增长 率提高了31.6%,最终产量增加了35.7%。低频磁场增强或抑制GABA产量可能与低频磁场改变其代谢途径有关。
通过研究不同磁场强度和作用时间对樟芝菌丝产量以及菌丝三萜产量的影响,探讨了磁场促进樟芝液态发酵的基本规律。通过GC-MS、扫描电镜及红外光谱等手 段,对比分析普通液态发酵和磁场辅助液态发酵所得菌丝中生物活性成分、发酵液中挥发性成分、菌丝体微观形貌及三萜化合物成分的差别。结果显示,在磁 场强度60 mT,处理36 h条件下,磁场对樟芝菌丝的生长和三萜产量促进作用最强,菌丝产量增长率约23.53%,三萜产量增长率达到28.19%。GC-MS结果显示, 普通发酵液和磁场辅助发酵液的挥发性成分基本相同,但含量显著不同。扫描电镜观察结果显示,磁场辅助发酵获得的菌丝体表面形态比普通发酵菌丝更松散 。红外光谱表明两种方式产出的三萜化合物成分无明显差别。因此,静磁场辅助液态发酵能够在不降低质量的前提下显著提高樟芝菌丝及三萜的产量。
动态高压微射流(DHPM)是一种新兴的物理改性技术,采用该技术处理食品大分子(蛋白质、酶、多糖、膳食纤维等)会改变这些大分子的结构和性质。DHPM 处理能有效地改善蛋白的溶解性、稳定性、起泡性、乳化性和致敏性等,提高酶的活性和稳定性,同时改变蛋白质和酶的结构和构象;DHPM处理能使非淀粉多 糖分子降解,改变其表观黏度、凝胶性能、吸水性、持水性、流动性、粒径等性质;而处理淀粉,则会改变淀粉结晶度,降低老化程度,改善糊化焓、膨胀性 能等;在膳食纤维方面,DHPM处理能改善膳食纤维水化性能,改变其微观形貌,提高表观黏度、屈服应力、可溶性膳食纤维含量等。因此,DHPM技术是一种改 性食品大分子的有效手段,本综述可为食品大分子资源的开发和改性提供理论参考。
食品非热加工因其相对营养安全的加工特点,已成为目前食品加工领域的热点。蛋白质作为食品的主要物质及营养成分,其结构及功能特性的改变会对食品品 质产生重要影响。综述了超高压、超声波、微波、辐照四种非热加工对蛋白质结构和功能的影响,并对相关研究及发展趋势进行了简要评述,为研究非热加工 方式对蛋白质的影响提供参考。
微波钝酶较传统热钝酶具有钝酶效率高、营养物质损失少等优势,近年来,国内外关于微波钝酶机制的研究报道很多,但研究结论具有很大的差异性。就近年 来与食品中酶的微波钝化机制有关的研究,从酶分子结构和酶动力学性质两个角度进行了综述总结,并论述了微波钝酶研究中所使用的微波试验装备的发展过 程,以期为食品中酶的微波钝化微观机制的深入研究提供参考。
为了研究聚能式逆流脉冲超声预处理对玉米蛋白酶解性能的改善,在单因素试验基础上,以水解度和酶解产物血管紧张素转换酶(angiotensin-I converting enzyme,ACE)抑制率为评价指标,进行正交设计优化试验,得到最优的超声预处理条件:超声工作频率40 kHz、液料初始温度30℃、超声处理时间15 min、单 位体积超声功率200 W/L、超声脉冲工作时间6 s和脉冲间歇时间3 s。玉米蛋白经最优超声工作条件预处理,其水解度和酶解产物的ACE抑制率分别达到24.22% 和70.97%,与未经超声预处理的玉米蛋白常规酶解相比较,分别提高了9.39%和11.08%。结果表明:超声预处理玉米蛋白,不仅促进其酶解,而且对其酶解产物 ACE抑制活性同样有显著提高的作用。
烫漂是苹果乃至果蔬加工业中的一个重要步骤。采用中试型射频加热系统,在不同极板间距下对苹果片进行射频加热,测定射频加热升温曲线和均匀性,测定 颜色、质构、多酚氧化酶(PPO)活性和重量的变化,采用扫描电子显微镜(SEM)观察射频加热过程中苹果片的微观结构,揭示苹果片射频加热烫漂过程中理化 特性变化的机理。结果表明:115 mm时升温速度最快而125 mm下升温最慢,从22℃升到95℃,分别需95 s和140 s;苹果片呈现中间温度高,边缘温度低的现象 。苹果片射频加热的PPO相对酶活是射频加热温度和持续时间的双重作用。随着烫漂温度的升高护色效果变好,苹果片硬度随着烫漂温度的升高而减小。苹果片 细胞破坏程度随着烫漂温度的升高而增大,升温速度越快苹果片细胞破坏越小。苹果片最佳的射频加热条件为极板间距105 mm下加热101 s。
为探索超声波辅助黄酒发酵的工业化可行性,采用30 L循环式超声波发酵罐进行黄酒酿造,研究超声波辅助对黄酒后酵过程中酒精度、总酸、还原糖等常规理 化指标的影响,分析比较了超声波辅助对黄酒后酵过程中氨基酸、有机酸、酯类物质、醛类物质、高级醇等风味物质的影响。结果表明30 L循环式超声波辅助 对黄酒后酵过程中酒精度的变化影响不明显,且黄酒醪液氨基酸和酯类总含量都高于未经超声处理的样品,而黄酒发酵醪液高级醇含量均显著低于未经超声处 理的样品;经聚类分析表明循环超声处理的方式能使黄酒后发酵提前达到发酵终点。该结果揭示了循环超声波辅助黄酒发酵,缩短酿造周期的可行性。
射频电磁波具有穿透性高、加热速率快等优点,可以缩短食品加热杀菌时间,更大程度地保留食品的营养及品质。以自来水和氯化钠溶液为研究对象,研究了 液体的高径比、液空比和电导率对射频加热设备的阳栅比和液体加热速度的影响规律。结果表明:液空比变化时,射频设备阳栅比先变大后变小,有极大值; 阳栅比越大,射频对液体加热速度越快;射频对相同质量不同高径比的液体加热时,液体的高径比越大,阳栅比越大,射频加热速度越快;当溶液的电导率在 900~1 000 μs/cm,有较大的阳栅比、较快的加热速度。
鱼肉是我国主要肉类之一,传统的微波烹饪方式会使肉类水分降低,影响口感。利用微波和蒸汽的结合,研究加热对鱼肉的蛋白质变性点和理化指标的影响, 优化工艺,达到鱼肉的最佳品质。结果表明,45 g左右的鱼肉在蒸汽微波条件下,加热时间为100 s左右,鱼肉蛋白开始变性。研究表明,随着蒸汽微波加热时 间的增加,水分含量在105 s时达到最大值,与传统微波相比,成功解决了微波加热使食物水分流失严重的问题,此外,鱼肉色差的变化不是特别明显,弹性随 着时间增长而降低。对于重约45 g的鱼肉,最佳加热时间为100 s,此结果可以作为蒸汽微波加热研究的基础。
为了研究玉米低聚肽对CCl4所致小鼠急性肝损伤的保护作用,对小鼠经口灌胃200 mg/kg·d、400 mg/kg·d、800 mg/kg·d的玉米低聚肽进行肝损伤前预防, 30 d后,以10 mL/kg的剂量一次性灌胃0.5%的CCl4,16 h后测定小鼠的肝指数、肝组织中丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶 (GSH-px);血清中谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST),光镜下观察肝组织学变化。结果显示玉米低聚肽中、高剂量组均能显著降低CCl4所致急性肝损 伤小鼠的ALT、AST和MDA水平(P<0.05),提高SOD和GSH-px活力(P<0.05),且明显促进肝功能恢复,光镜下可见玉米低聚肽明显改善肝组织损伤程度,但对 肝指数无明显影响。上述结果表明玉米低聚肽对CCl4所致小鼠急性肝损伤有保护作用。