靜電技術在食品與發酵工業中的應用畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 （海軍航空工程學院 基礎部，山東 煙臺 264001） 摘 要 ：綜 述了利用現代物理技術分別對新酒和新醋進行人工催陳，對發酵食品進行滅菌消毒，對釀酒酵母菌進行人工誘變。同時對 現代物理技術應用于發酵食品生產提出建議。實踐證明現代物理技術是一種 綠色人工 的方法，它對于發酵食品工業生產有著廣泛 的應用前景。 關 鍵 詞 ：現代物理技術；發酵食品；人工催陳；殺菌；釀酒酵母菌；誘變作用 O59， TS2 文獻標識碼： A 文章編號： 02545071（ 2020） 11000704 中圖分類號： 目前，將電場、磁場、激光、微波、納米等現代物理技術應用于發酵食品生產已取得了很大的進展，這 些技術的應用使傳統的發酵食品生產帶來一場革命，也產生了可觀的經濟效應。到目前為止，現代物理技術應用于發酵食品生產主要有 3 個方面，即加速酒類和醋類的老熟；對新酒、新醋和其他發酵食品進行滅菌消毒；對釀酒酵母菌進行人工誘變。這些技術的優點是能最大限度地保持發酵食品的營養成分，不會對發酵食品本身帶來不必要的污染，同時，一次投入可長期使用。從環保的角度來說，現代物理技術是一項綠色加工技術。本文對現代物理技術在發酵食品生產的研究和應用方面進行綜述，并提出建議，僅供同行參考。 1 催陳新酒和新醋 剛生產出來的新酒和新醋， 通常具有刺激性大、不夠醇和、不夠綿柔等特點。因此，生產工藝中都規定一定時間的陳釀貯存期。為了縮短貯存周期，國內外采用的現代物理技術和生物工程等方法主要有激光、高壓靜電場、超聲波、微波、紅外線、紫外線、射線、納米技術等對新酒和新醋進行人工老熟。高壓靜電場用于催陳新酒和新醋 ， 在眾多方法中，由于高壓靜電 18 場處理設備在運行的過程中耗電少，盡管初次投入成本不低，但一次投入可長期使用。目前，高壓靜電場對酒類和醋類的老熟，有平行板高壓靜電場、電暈電場、脈動高壓靜電場。 高壓靜電場用于催陳新酒 目前，高壓靜電場用 于催陳的酒主要有白酒和葡萄酒。 催陳白酒：采用 2 種電場 ：一是在 75kV/m~500kV/m 的高壓靜電場處理時間 1h；二是在 250kV/m 處理時間 2h~4h，同時改變頻率的交變電場。試驗樣品是清香型和醬香型白酒，結果表明，高壓靜電場對清香型的酒處理后，酒明顯變得綿甜柔和、聞香好，但后味比較平淡，處理時間越長回味越差。交變電場對醬香型白酒收到了明顯的效果，新酒的辛辣味大為減弱，酒體變得醇甜、純凈、呈醬香。對放置一年多時間的試驗酒樣品進行品嘗，沒有回味現象發生，這充分說明電場催陳可以達到老熟的目的。 在高壓靜電場中輔以紫外線對“老龍口”牌和“天津大曲”牌白酒進行人工老熟，對白酒中總酸、總酯、雜醇油、乙酸乙酯、正丙醇、仲丁醇、乙縮醛、異丁醇、丁酸乙酯、異戊醇、乳酸乙酯、電導率進行定量分析，其結果表明，新酒中具有辛辣味的丙烯酸、澀味的異戊酸和刺激性味的雜醇油這 3 種成分均有不同程度地下降。此外，白酒香氣的主要成分，如：乙縮醛、乙酸乙酯、總酯均有所增加，分別增加 3%、 7%和 4%；正丙醇、仲丁醇、異丁醇、乳酸乙酯等其他微量成分均有不同程度地變化。其變化的規律與自然老熟的酒類似。 催陳葡萄酒：對煙臺白蘭地進行高壓 靜電老熟，靜電老熟原白蘭地的幾項主要指標得到了不同程度地改善。衛生指標也符合國家的標準，總酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯和乳酸乙酯分別增加 %、 %、 %和 %，總酸增加 %；總醛、甲醇、異丁醇、正丁醇、異戊醇和乙醛分別降低了 %、%、 %、 %、 %和 %。符合白蘭地老熟的規律。還對其他葡萄酒進行高壓靜電場的老熟，亦取得良好的效果。利用高強度電磁場對赤霞珠干紅葡萄新酒進行人工老熟，將新干紅葡萄酒液按一定的流速、一定的電場強度、一定的頻率通過高強 度電磁場。通過檢測處理樣品的口感變化的結果表明，以 3kV/cm 的電場強度和以 5L/min 流速的處理條件，可 19 以使葡萄酒的陳香最明顯，刺激性味最小，入口也最為柔順。頻率變化對口感有一定影響，以 1000Hz 頻率的電磁場對口感為最好。此外，還對總酸、揮發酸、總硫、游離硫、酒度和干浸出物含量進行檢測。各處理樣品與對照組相比除干浸出物外其他各指標基本沒有什么變化，而處理后的干浸出物含量均有所提高。 高壓靜電場用于催陳新醋 筆者等于 1991年首次在國內進行靜電催陳食 醋的應用研究。將新產的高粱醋進行人工老熟，對食醋的香氣成分、 18 種氨基酸、總酸、總酯和色度進行分析。結果表明，醋中的乙醛、乙醇和異丁醇含量均下降，有利于減少新產食醋的刺激性氣味和異味；具有柔和香味的乙醛含量增加，可提高食醋的香氣成分；總酸含量升高，有利于提高食醋的等級；總酯含量是食醋香味物質，靜電處理后，含量增加，可增加食醋的香氣成分；靜電處理后，氨基酸含量下降，這與自然老熟規律相同。筆者等曾用高壓靜電場與激光聯合對食醋進行人工老熟，亦取得了可喜的結果，“聯合”老熟方法比單純高壓靜電方法更好。 激光用于催 陳新酒和新醋 用于催陳新酒和新醋的激光器通常采用 HeNe 激光 CO 激光器、 CO 激光器、 N 激光器、準分子激光器等。激光處理設備在運行過程中，與靜電設備相比，耗電也比較少，但設備比較輕便，容易搬動。缺點是激光管比較貴，成本高。 激光用于催陳新酒 目前，激光用于催陳的酒主要有白酒和黃酒。催陳白酒：對安徽優質大曲酒進行激光陳化處理，酒中主體酯（丁酸乙酯和己酸乙酯）、高級醇等有益成分增加，而甲醇和乙醛類等有害成分降低；經國家級品酒員鑒定：聞香好、窖香較濃、味甜醇正，酒體協調，陳化效果超過自然 陳化期半年的酒。對山西杏花村汾酒廠生產的汾酒進行激光老熟處理，選用了波長分別為 、 、 、 ， 100mW~1000mW 的 功 率 和100L/h~1000L/h 的流量試驗證明 和 530nm 等波長有較好的催陳效果， 和 或與之相近波長的激光均有一定的催陳效果。 20 這說明必需針對具體白酒選擇合適的激光參數，例如波長、功率、能量、輻照時間等，既可保證了本品的典型性，又可得到半年至 1 年以上的陳化效果。為改善因激光功率較低造成的催 陳效率與速率不高的缺點，李敏謙等 采用激光和磁場聯合使用對白酒進行催陳。將太 HeNe 激光谷紅糧特曲（清香型白酒）放在靜磁場中接受輻照，發現激光和磁場同時處理過的酒樣與單用激光照射過的酒相比，醛的含量沒有變化或略有降低，酯類有明顯的增加且催陳效率明顯提高。 催陳黃酒：采用波長為 的氮分子激光作為輻照源，對紹興加飯酒進行輻射 。處理后的酒，總酸量和 SO 的含量下降，總酯含量明顯增加，顯然可以增加黃酒的色香味；游離氨基酸含量普遍增加，特別是人體必需氨基酸增加，這是非常有價值的。通過檢測表明，激光催 陳 后的黃酒，相當自然老熟 1~2 年的酒。 激光用于催陳新醋 筆者等 于 1993 年首次在國內進行激光催陳食醋的應用研究。試驗采用HeNe 激光器對煙臺高粱新醋進行激光處理。樣品分析表明， 18種氨基酸、乙醛、乙醇和異丁醇均有不同程度地減少，糠醛、總酯和色度均有不同程度地增加。其含量的變化符合自然老熟的規律。紅外輻射用于催陳新酒和新醋 紅外輻射用于催陳新酒 分別對白酒和雪山紅景天酒進行了紅外線人工催陳的試驗，經紅外輻射處理后，其共同的特點是酒體協調、口 感綿軟、香味濃郁。同時，雪山紅景天酒的顏色加深。在保證不破壞酒中營養成分的情況下，溫度應控制為 55℃ ~57℃。 紅外輻射用于催陳新醋 紅外線人工催陳新醋與催陳新酒的方法類似，對江西萬年縣釀造廠生產的新醋進行紅外輻射處理，其結果是，總酸、氨基酸態氮和還原糖略有減少，總酯增加，細菌總數降為零；紅外輻射處理的殺菌效果比自然老熟 3 個月的陳醋好，而總酯增加的幅度沒有陳醋好。 21 超聲波用于催陳新酒 超聲波在釀造業中的應用主要用于催陳新酒，用于催陳新醋還未見報道。采用頻率為 19kHz，功率為 50W 的低頻超聲波對白酒進行人工催陳 ，樣品中總酸、總酯和雜油醇的含量隨處理時間的延長有升有降。升降規律與酒的自然老熟規律類似。利用頻率為 25kHz 的超聲波對楊桃強化酒進行處理 ，通過分析乙醇、總酸、總酯和色香味體的感官指標表明，經超聲波處理后的酒，除色沒受影響外，香、味和體均有增加。總酯隨處理時間延長而增加，但處理 20min 較 10min 只稍有增加，同時酒精度和總酸含量隨超聲波處理時間增加呈下降趨勢。當試驗中處理時間為 10min，間隔 4h 為最佳。這說明超聲波處理對提高楊桃強化酒的品質有促進作 用，可以起到加速陳化的作用。 采用 540W 的微波功率，對刺梨干紅原酒處理 3min 在不同階段測定其陳釀過程中的物質變化，隨著處理時間的增加，樣品中總酸和總酯的含量都會發生變化，但處理組的變化幅度明顯高于對照組，但微波處理對酒的顏色變化影響較小。可見微波處理的辦法在刺梨干紅的人工催陳方面是可行的。 采用輸出功率 ~、輻射頻率 2450MHz 的微波對太原市古燈調味品有限公司提供的食醋進行人工催陳。試驗中以活性炭為載體固載的 MnAc、FeCl 和 MnAc3eCl 復合催 化劑，在微波誘導條件下對食醋的催陳作用。正交試驗表明，經過活化處理的 MnAc 或 FeCl 均可使食醋中的酯含量提高，但 MnAcFeCl 復合催化劑可以明顯提高食醋中的總酯含量（ p ）。催化酯化的最佳條件是： MnAc FeCl 錳復合催化劑用量為 4g/L，反應溫度為 30℃，保溫 30min。 . 納米工藝技術是將流動的液體物質在一定的高壓作用下，以 2 股極高的超音速流，通過 1 組單晶金剛石溝槽成一定角度對撞，從而激勵金剛石晶片產生高頻超聲波長，使酒中的各類物質產生極強 的活性，并在這種特殊的狀態下，使酒的老熟過程瞬間完成。可起到促進酯化的效果，同時使酒的 22 口味更“綿”，酒中的所有醛類物質全部消失，甲醇含量降低了幾十倍。 發酵食品滅菌消毒發酵食品生產時需進行滅菌處理。傳統的滅菌方法通常采用加熱和化學滅菌處理，但這 2 種方法會破壞發酵食品的風味，并損失掉某些營養成分。為了最大限度地保持發酵食品的營養成分，目前采用現代物理技術進行滅菌消毒。 . 筆者等 利用高壓靜電場對生醬油進行滅菌處理并與加熱處理方法進行對比，對處理過的醬油進行香氣成分、氨基酸、 理化指標的分析。當靜電處理時間≥ 12min 時，細菌總數≤ 4500 個 /mL，已明顯低于國家規定細菌總 數的標準（細菌總數 30000 個 /mL）。就殺滅細菌而言，加熱處理法比靜電處理法更好。就保持醬油營養成分而言，高壓靜電處理比加熱處理更好。因此，高壓靜電場既可以改善醬油的色、香、味，又可以達到殺滅醬油中有害細菌的目的 . 在發酵食品中，高壓脈沖電場主要用于生醬油、咸菜葡萄酒等的滅菌消毒。高壓脈沖電場