微波殺菌技術(shù)機(jī)理
殺菌是食品加工的一個重要操作單元。傳統(tǒng)的巴氏殺菌并不能將食品中一些耐熱的芽孢桿菌全部殺滅,同時加熱會不同程度地破壞食品中的營養(yǎng)成分和食品的天然特性。微波殺菌設(shè)備是新型殺菌技術(shù)之一,加熱時間短、升溫速度快、殺菌均勻,既有利于保持食品功能成分的生理活性,又有利于保持原料的色、香、味及營養(yǎng)成分,而且無化學(xué)物質(zhì)殘留,安全性提高。因此,關(guān)注微波殺菌技術(shù)對于提高食品殺菌效果和提高殺菌后食品的質(zhì)量具有重要的意義
微波殺菌機(jī)理
微波殺菌機(jī)理有熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)兩種。一方面,生物體接受微波輻射后,微波的能量會轉(zhuǎn)換成熱,產(chǎn)生熱效應(yīng);另一方面,生物體與微波作用會產(chǎn)生復(fù)雜的生物效應(yīng),即非熱效應(yīng)。
熱效應(yīng)
食品中的水分、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等都屬于或接近偶極分子。偶極分子微波殺菌技術(shù) 殺菌是食品加工的一個重要操作單元。傳統(tǒng)的巴氏殺菌并不能將食品中一些耐熱的芽孢桿菌全部殺滅,同時加熱會不同程度地破壞食品中的營養(yǎng)成分和食品的天然特性。微波殺菌是新型殺菌技術(shù)之一,加熱時間短、升溫速度快、殺菌均勻,既有利于保持食品功能成分的生理活性,又有利于保持原料的色、香、味及營養(yǎng)成分,而且無化學(xué)物質(zhì)殘留,安全性提高。因此,關(guān)注微波殺菌技術(shù)對于提高食品殺菌效果和提高殺菌后食品的質(zhì)量具有重要的意義(600) 8.4.1微波殺菌機(jī)理 微波殺菌機(jī)理有熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)兩種。一方面,生物體接受微波輻射后,微波的能量會轉(zhuǎn)換成熱,產(chǎn)生熱效應(yīng);另一方面,生物體與微波作用會產(chǎn)生復(fù)雜的生物效應(yīng),即非熱效應(yīng)
熱效應(yīng)
食品中的水分、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等都屬于或接近偶極分子。偶極分子吸收微波能后,會發(fā)生極化,極化后在電場中獲得動能并不停移動,相互之間發(fā)生碰撞,不斷將動能轉(zhuǎn)化為熱能。偶極分子在高頻電場中1秒鐘內(nèi)可進(jìn)行上億次的轉(zhuǎn)向“變極"運(yùn)動,使分子之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動,引起摩擦發(fā)熱。微波作用于食品使食品表里同時加熱,通過熱傳導(dǎo)共同作用與微生物,使其快速升溫導(dǎo)致菌體蛋白質(zhì)變性,活本死亡,或受到干擾無法繁殖。還可導(dǎo)致細(xì)胞膜破裂,使生理活性物質(zhì)變形而失去生理功能,從而殺滅細(xì)菌繁殖體、霉菌及其孢子。
非熱效應(yīng)
微波非熱效應(yīng)是指生物體內(nèi)部不產(chǎn)生明顯的升溫,卻可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的生物效應(yīng),使生物體內(nèi)發(fā)生各種生理、生化和功能的變化,導(dǎo)致細(xì)菌死亡,達(dá)到殺菌目的。其機(jī)制主要有以下幾種:
(1)微生物對微波具有選擇吸收性。食品主要成分淀粉、蛋白質(zhì)等對微波的吸收率比較小,食品本身升溫較慢,但其中的微生物一般含水分較多,介質(zhì)損耗因子較大,易吸收微波能,使其內(nèi)部溫度急升而被殺死。
(2)降低水分活度,破壞微生物的生存環(huán)境。
(3)對細(xì)胞膜的影響:在高頻微波場下電容性結(jié)構(gòu)的細(xì)胞膜將會產(chǎn)生電擊穿而破裂,而溫度不會明顯上升;細(xì)胞膜發(fā)生機(jī)械損傷,使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外漏,影響細(xì)菌的生長繁殖;微波電磁場感應(yīng)的離子流會影響細(xì)胞膜附近的電荷分布,影響離子通道,導(dǎo)致膜的屏障作用受到損失,產(chǎn)生膜功能障礙,從而干擾或破壞細(xì)胞的正常新陳代謝功能,導(dǎo)致細(xì)菌生長抑制、停止或死亡。
(4)細(xì)胞壁破碎,蛋白質(zhì)核酸等物質(zhì)將滲透到體外,導(dǎo)致微生物死亡。細(xì)胞膜及細(xì)胞壁的變化已被細(xì)胞顯微結(jié)構(gòu)分析得到證明。透射電鏡下觀察,微波處理后細(xì)菌菌體變形,細(xì)胞壁與細(xì)胞膜間隙增寬,細(xì)胞壁表面出現(xiàn)褶皺并部分模糊不清,細(xì)胞漿內(nèi)容物不均勻,水分含量降低到40%。
(5)以生物學(xué)角度上講,微波導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)DNA和RNA結(jié)構(gòu)中的氫鍵松弛、斷裂和重新組合,誘發(fā)基因突變,染色體畸變等,從而中斷細(xì)胞的正常繁殖能力。
(6)偶極分子旋轉(zhuǎn)和在交互電場中趨向線形排列,從而引起蛋白質(zhì)二級、三級結(jié)構(gòu)的改變,導(dǎo)致細(xì)菌微生物死亡。 有學(xué)者已從理論上分析了非熱效應(yīng)存在的合理性。電磁場中,偶極分子將發(fā)生旋轉(zhuǎn),趨向線形排列,此過程中會形成電子流。電流的大小與微波頻率成正比。當(dāng)電流足夠大時,足夠大數(shù)量的可以穿過膜的帶電離子或分子便有引起生物效應(yīng)的潛力。
