不同物理结构小麦产品的射频杀菌技术研究

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沙门氏菌及大肠杆菌等病原菌在小麦产品中可长期存活,在适宜条件下迅速繁殖。为控制小麦产品品质,延长产品保质期,降低人们感染小麦产品中病原菌的风险,需要对小麦产品进行杀菌研究。射频加热技术作为一种新颖的热处理方法,已被广泛用于农产品及食品的杀菌研究,同时,可在保持产品品质的同时满足杀菌要求。但关于小麦产品加工过程中对应的物理结构变化对微生物的耐热性影响、不同物理结构小麦产品的射频杀菌方法等方面缺乏深入系统的研究。本研究以小麦粒、全麦粉和面团为对象,开展不同物理结构小麦产品的射频杀菌技术研究。具体研究内容包括:(1)选择合适的耐热替代菌,利用加热板系统进行替代菌在不同物理结构的小麦产品中的热致死动力学研究;(2)利用阻抗分析仪检测不同水分含量、不同麦麸含量的小麦粉介电特性;(3)利用射频加热系统进行不同水分含量、不同麦麸含量的小麦粉的射频加热速率及加热均匀性研究;(4)利用铝箔片放置在矩形容器不同位置开展改善小麦粒射频加热均匀性研究;(5)采用射频处理对小麦粒和全麦粉进行杀菌验证及检测杀菌后全麦粉的酶活性及物理化学品质的变化;(6)采用最优化小麦粒射频杀菌工艺开展贮藏期间各种小麦产品品质的变化研究。主要结果如下:(1)利用加热板系统比较三种代表菌株在小麦产品中的耐热性,针对最耐热的菌株进行了不同物理结构小麦产品中的热致死动力学研究。结果表明,Enterococcus faecium NRRL-2354(E.faecium)的耐热性在三种菌株中最强,可用作沙门氏菌和大肠杆菌的非致病耐热替代菌。E.faecium的耐热性受小麦产品物理结构变化的影响,且在小麦颗粒结构条件下表现出较差的耐热性。因此,针对小麦产品生产流程设计有效的杀菌方案时,可考虑对小麦粒的润麦阶段采用巴氏杀菌,以保证小麦产品的品质和安全。(2)利用阻抗分析仪检测了不同水分含量、不同麦麸含量的小麦粉在频率范围为10-3000 MHz内,温度区间为25-85°C之间的介电特性。结果表明,小麦粉的ε’和ε"随水分含量和温度的增加而增加,在固定的温度和水分条件下,会出现介电突变值,该值与水分含量和糊化温度有关。小麦粉的ε’随频率的增加而逐渐减少,在达到糊化温度后,呈现快速下降趋势;低温条件下,小麦粉的ε"随频率的增大变化不大,当达到对应的糊化温度时,ε"在10-300 MHz内快速下降并随着频率的继续增大而呈现轻微增大趋势。小麦粉的ε"和ε"随麦麸含量的增大而逐渐减小。在四个给定频率(27、40、915和2450 MHz)下,建立了小麦粉的ε’和ε"与水分含量/麦麸含量和温度之间的多项式回归方程,通过三次/四次模型可很好地预测不同水分含量或麦麸含量下小麦粉的介电特性值(R~2>0.936/0.997,p<0.0001)。(3)利用射频加热系统分析不同水分含量、麦麸含量小麦粉的加热速率和均匀性。结果表明,随着水分含量的增加,小麦粉的加热速率先减小再增加,随着麦麸含量的增加,小麦粉的射频加热速率逐渐增加,并在达到一定的麦麸浓度后其加热速率基本不变。可通过小麦粉的ε’和ε"之间的差值来解释小麦粉的射频加热速率变化规律。随着水分含量和麦麸含量的减小,小麦粉的射频加热均匀性越来越好。本研究获得的信息有助于为小麦粉及其麸皮混合物以及小麦粒和小麦仁等小麦产品提供有效的射频巴氏杀菌技术。(4)提出了一种以铝箔片为电导体包围材料媒介,通过改变铝箔片在矩形容器外壁上的放置位置、尺寸大小和厚度,改善小麦粒加热均匀性的方法。结果表明,铝箔片在矩形容器外壁方向的改变影响小麦粒的射频加热规律。当铝箔片添加到矩形容器的垂直面,小麦粒的射频加热模式发生改变,新的冷点位置出现在铝箔片添加处,热点位置出现在铝箔片的相对面,并使得小麦粒的射频加热均匀性下降。当铝箔片添加到矩形容器的水平面,不改变小麦粒原有的射频加热模式,冷点位置仍在样品中心,热点位置在四周边角。容器底部的铝箔片可将更多的射频能量集中在样品的冷点区域,从而提高样品的加热速率,改善射频加热均匀性;并随着铝箔片尺寸大小和厚度的增加,小麦粒的射频加热均匀性会逐渐改善。本研究中获得的信息有助于开发一种加热均匀性较好的中高水分小麦粒等小麦产品射频巴氏杀菌技术。(5)建立并验证了一种基于铝箔片优化加热均匀性后小麦粒和全麦粉的射频杀菌工艺。结果表明,小麦粒完成杀灭4个log CFU/g目标菌要求所需要的目标温度/时间比全麦粉需要的要低/短。随着目标温度的升高,小麦粒和全麦粉样品所需要的保温时间越短。当目标温度达到85°C时,小麦粒和全麦粉中的目标菌数量均能降低4个log CFU/g以上,过氧化物酶活性分别下降了70.4%和90.7%。小麦粒进行热处理后,得到的全麦粉亮度增大,颜色色差 ΔE小于2,仍符合产业标准规定;全麦粉发生部分糊化,糊化特性有所改善,流变特性的变化小,所有品质变化均在可接受范围内,一定程度上改善了全麦粉的品质。说明针对颗粒结构的小麦粒进行射频处理可提高小麦产品的杀菌效率,并保证产品品质。(6)研究了小麦粒和小麦仁在射频-热风联合热处理后各重组样品(麦麸含量为30%的全麦粉、麦麸含量为15%的全麦粉、麦麸含量为0%的小麦粉)和麦仁粉的品质变化,及其加工产品(全麦粉、小麦粉、麦麸粉和麦仁粉)在贮藏期间的品质变化规律。结果表明,射频加热过程中,小麦粒的加热速率比小麦仁的加热速率快,添加铝箔片后能增加样品的升温速率,提高了中间层物料的加热均匀性。当样品冷点位置温度达到85°C时,小麦粒和小麦仁中的目标菌数量分别下降了9.09 log CFU/g和4.68 log CFU/g,均达到目标杀菌量>4 log CFU/g的要求。经过射频-热风联合热处理后,麦麸含量为30%的全麦粉、麦麸含量为15%的全麦粉、麦麸含量为0%的小麦粉和麦仁粉发生部分糊化,糊化特性有所改善。其中,峰值粘度、低谷粘度、崩解值、最终粘度和回生值均随着麦麸含量的增加而增加。在贮藏期间,经过联合热处理后的全麦粉、小麦粉、麦麸粉和麦仁粉的水分含量变化不大,水分活度均有所增加;各样品的水分含量随贮藏时间变化不大,水分活度随时间变化呈现逐渐增加趋势。各样品中的灰分、脂肪、蛋白质、纤维素随贮藏时间延长无显著性差异(p>0.05),其中,灰分和脂肪含量均随着麦麸含量的增加而增加。对照组的各小麦样品的颜色在贮藏超过一个月后逐渐变暗,表明发生美拉德反应。经过射频联合热风处理,各加工样品的颜色亮度变亮,且不随贮藏时间的增加而发生明显变化,在整个贮藏期间的颜色色差 ΔE均小于2,仍符合产业标准规定。经过联合热处理后,各个小麦样品的脂肪酸均有所下降,但随贮藏时间的增加,所有样品的脂肪酸值均低于行业标准规定。因此,射频加热技术为小麦产品提供了一种实用、有效、环保的杀菌方法,同时保证了各加工产品的品质。
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