Método de esterilización de bebidas de té neutras.
La tecnología de esterilización de alimentos es una de las tecnologías centrales en la industria alimentaria. En cierto sentido, la historia del desarrollo de la industria alimentaria es una historia del desarrollo de la tecnología de esterilización de alimentos. La tecnología de esterilización de alimentos utiliza diversos medios para matar diversos microorganismos dañinos que están contaminados por los propios alimentos, traídos de los contenedores de envasado de alimentos, traídos por los operadores y equipos durante el procesamiento y la preparación, y presentes en el entorno de producción, para tecnología para mantener calidad de los alimentos y lograr una determinada vida útil. Los costos de esterilización representan una proporción considerable de los costos de procesamiento de algunos alimentos, lo que afecta directamente el precio y la competitividad del producto en el mercado. La calidad de la tecnología de esterilización afecta directamente la calidad de los productos. Por lo tanto, se deben llevar a cabo intensas investigaciones sobre la tecnología de esterilización. La tecnología de esterilización generalmente se puede dividir en esterilización por calor, esterilización química y esterilización por radiación (rayos gamma, microondas, rayos infrarrojos, etc.). ), esterilización por filtración y esterilización combinada con calentamiento y otros medios. Varias tecnologías de esterilización tienen diferentes historias de desarrollo y tienen sus propias características y ámbito de aplicación. Se presentan las características, el estado de la investigación y los campos de aplicación de varios nuevos métodos de esterilización utilizados en la ingeniería alimentaria moderna.
Estado de la investigación de 1
1.1 Tecnología de esterilización térmica
El método de calentar para matar microorganismos dañinos en los alimentos no solo es un método antiguo, sino también extremadamente importante método moderno tecnología de esterilización. En 1804, el francés Appert inventó el método de embotellar alimentos y hervirlos en agua hirviendo durante mucho tiempo, lo que podía conservar los alimentos durante mucho tiempo. En la década de 1850, el francés Pasteur desarrolló el mecanismo del deterioro microbiano de los alimentos, sentando una base teórica para el desarrollo de la tecnología de esterilización.
La esterilización térmica de alimentos se puede dividir en esterilización a baja temperatura (pasteurización), esterilización a alta temperatura a corto plazo y esterilización instantánea a temperatura ultraalta. Los dos primeros métodos tienen una larga historia de aplicación debido a su efecto de esterilización estable, operación simple, baja inversión en equipo y ahora se usan ampliamente en la producción de diversos alimentos enlatados, bebidas, alcohol, productos farmacéuticos y productos lácteos. Este último método, debido a sus ventajas únicas, se ha convertido en una tecnología de esterilización de alimentos de alta tecnología.
1.2 Tecnología de esterilización instantánea a temperatura ultraalta (UHT)
La esterilización a temperatura ultraalta surgió con la aparición del dispositivo Stork en 1949. Posteriormente, se desarrollaron varios tipos de esterilización instantánea a temperatura ultraalta. La tecnología de esterilización por temperatura apareció en el mundo. El tratamiento a temperatura ultraalta se divide en dos tipos: calentamiento indirecto y calentamiento directo. Eleva rápidamente la temperatura del material líquido por encima de 130 °C y luego la mantiene durante unos segundos, logrando así la esterilización instantánea del material líquido.
El efecto de esterilización de la tecnología de esterilización instantánea a temperatura ultraalta es particularmente bueno y casi puede cumplir o acercarse a los requisitos de esterilización. Además, el tiempo de esterilización es corto, causa menos daño a los nutrientes de los materiales y la tasa de conservación de los componentes nutricionales alcanza más del 92%, lo que es mucho mejor que los dos métodos de esterilización térmica anteriores. Los equipos de esterilización a temperatura ultraalta y la tecnología de envasado aséptico de alimentos se están desarrollando rápidamente en el país y en el extranjero. En la actualidad, esta tecnología de esterilización se ha utilizado ampliamente en la producción de leche, jugos y diversas bebidas esterilizados, leche de soja, vino y otros productos.
1.3 Tecnología de esterilización por calentamiento por resistencia
La esterilización por calentamiento por resistencia, también conocida como esterilización óhmica, es un nuevo método de esterilización térmica que utiliza corriente eléctrica para generar calor en los alimentos para lograr el propósito de la esterilización. . Se trata de una nueva tecnología para la esterilización continua de alimentos ácidos y poco ácidos y de alimentos que contienen partículas (tamaño de partícula inferior a 25 mm).
La frecuencia de esterilización por calentamiento por resistencia es de 50~60Hz. Utiliza electrodos para introducir corriente eléctrica directamente en los alimentos y utiliza las propiedades dieléctricas de los propios alimentos para generar calor y lograr el propósito de esterilización. La idoneidad del calentamiento resistivo depende de la conductividad eléctrica del material alimentario.
La mayoría de los alimentos que se pueden bombear, tienen iones de sal disueltos y un contenido de humedad superior al 30% se pueden esterilizar mediante calentamiento por resistencia con buenos resultados. Sin embargo, algunos alimentos no ionizados, como grasas, azúcares y aceites, después del tratamiento. , no contiene sal. El agua no es apta para esta técnica. Los experimentos realizados en el Centro de Procesamiento de Alimentos británico APV han demostrado que el calentamiento por resistencia se ha utilizado con éxito para esterilizar una variedad de alimentos que contienen partículas y hojuelas grandes, como patatas, zanahorias, champiñones, carne de res, pollo, manzanas en rodajas, piñas y melocotones.
1.4 Tecnología de esterilización con ozono
El ozono es extremadamente inestable en el agua y se producen reacciones de reducción todo el tiempo, produciendo oxígeno monoatómico con fuertes propiedades oxidantes. En el momento de su producción, reacciona químicamente con las lipoproteínas de la pared celular bacteriana o los fosfolípidos y proteínas de la membrana celular, destruyendo así la pared celular bacteriana y la membrana celular, aumentando la permeabilidad de la membrana celular y volviendo a las bacterias. inactivo. Al mismo tiempo, el ozono puede difundirse rápidamente hacia las células y oxidar las enzimas, el ARN y el ADN de las células, matando así las bacterias.
La esterilización con ozono tiene las ventajas de ser de alta eficiencia, rápida, segura y económica. Desde su descubrimiento en 1785, se ha utilizado ampliamente en el procesamiento, transporte y almacenamiento de alimentos, agua del grifo y producción de agua purificada.
1.5 Tecnología de esterilización por radiación
Después de más de 40 años de investigación y desarrollo desde el uso pacífico de la energía atómica, la gente ha utilizado con éxito la tecnología de radiación atómica para esterilizar y conservar alimentos. La irradiación es un método de esterilización en frío que utiliza el poder de penetración de los rayos X, los rayos gamma o los rayos de electrones acelerados (los más comunes son los rayos gamma de Co60 y Cs137) para matar microorganismos y plagas en los alimentos. Los alimentos u organismos irradiados forman iones, moléculas excitadas o fragmentos moleculares, y estos productos luego interactúan para crear compuestos que son diferentes de la sustancia original. Sobre la base de los efectos químicos, las sustancias u organismos irradiados también producirán una serie de efectos biológicos, que conducirán a la destrucción y pérdida de actividad de plagas, huevos de insectos, proteínas de microorganismos, ácidos nucleicos y enzimas que promueven reacciones bioquímicas, poniendo fin a la Producción y elaboración de productos agrícolas. Procesos de erosión, crecimiento y envejecimiento de los alimentos para mantener una calidad estable.
En 1980, el Comité Conjunto de Expertos de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) y la Organización Mundial de la Salud (OMS) propusieron que "cualquier alimento irradiado en una dosis inferior a 10KGY no es tóxico." "No hay necesidad de realizar pruebas toxicológicas", promoviendo así la aplicación comercial de la irradiación en la producción mundial de alimentos.
1.6 Tecnología de esterilización por microondas
El microondas se refiere a ondas electromagnéticas con una longitud de onda de 0,001 ~ 1 m (frecuencia 300 ~ 300000 MHz). Puede avanzar en línea recta a la velocidad de la luz. Cuando es bloqueado por un objeto, provocará reflexión, penetración, absorción y otros fenómenos. La frecuencia de microondas utilizada para la esterilización es de 2450 MHz. Los resultados de la investigación generalmente creen que el efecto letal de las microondas sobre los microorganismos tiene dos factores: efectos térmicos y efectos no térmicos. El efecto térmico se refiere a la absorción de energía de microondas por parte de los materiales, lo que aumenta la temperatura, logrando así el efecto de esterilización. El efecto no térmico se refiere al fuerte efecto de rotación de las moléculas polares en los organismos en el campo de microondas, que inactiva las células vegetativas de los microorganismos o destruye el sistema enzimático de las células microbianas, provocando la muerte de los microorganismos. La esterilización por microondas tiene las características de fuerte penetración, ahorro de energía, alta eficiencia de calentamiento, amplio rango de aplicación, fácil control y calentamiento uniforme. El contenido nutricional, el color, el aroma y el sabor de los alimentos aún se aproximan a la calidad natural de los alimentos después de la esterilización. En la actualidad, la esterilización por microondas se utiliza principalmente para esterilizar carne, pescado, productos de soja, leche, frutas y cerveza.
1.7 Tecnología de esterilización por infrarrojo lejano
El uso de rayos infrarrojos se inició en el siglo XX. Groveny de la Ford Motor Company de Estados Unidos obtuvo por primera vez una patente para el uso de rayos infrarrojos para fines terapéuticos. calefacción y secado en 1935. Muchos ingredientes y microorganismos en los alimentos tienen una fuerte absorción en la región del infrarrojo lejano de 3 ~ 10 μm. La esterilización por calentamiento por infrarrojo lejano no requiere un medio y el calor penetra directamente desde la superficie del objeto hacia el interior, por lo que no puede. solo se puede usar para alimentos en polvo y en bloques en general. También se puede usar para esterilizar granos de café, maní, cereales y otros frutos secos y esterilizar directamente alimentos en bolsas.
La máquina de envasado aséptico por infrarrojos iniciada por Japan Sanzi Company está compuesta por la máquina de envasado ML-501 y la máquina termorretráctil por infrarrojos de canal MS-801.
Esta máquina puede seleccionar la película termorretráctil del espesor y color correspondientes según la forma y el tamaño de los artículos a empaquetar, y esterilizarla con radiación de calor al mismo tiempo. El procedimiento de esterilización es sencillo y la calidad del embalaje supera con creces el embalaje manual.
La eficiencia aumenta de 6 a 8 veces.
1.8 Tecnología de esterilización ultravioleta
Según las diferentes longitudes de onda, la luz ultravioleta se puede dividir en tres bandas: banda de onda larga (3200~4000), banda de onda media (2750~3200), banda de onda corta (1800~2750). El poder de esterilización ultravioleta es fuerte en el rango de 2400~2800, y la longitud de onda más fuerte es 2500~2650 y se utiliza principalmente como longitud de onda de esterilización ultravioleta. Cuando los microorganismos se exponen a los rayos ultravioleta, algunos aminoácidos y ácidos nucleicos de sus células absorben los rayos ultravioleta y producen efectos fotoquímicos, provocando cambios químicos en los componentes intracelulares, especialmente ácidos nucleicos, proteínas protoplásmicas y ésteres, desnaturalizando el citoplasma y provocando la muerte de los microorganismos. . La luz ultravioleta se propaga en línea recta, su intensidad disminuye en proporción al cuadrado de la distancia y puede reflejarse en diferentes superficies con un poder de penetración débil. Se utilizan ampliamente para la desinfección de aire, agua y superficies de alimentos, materiales de envasado de alimentos, plantas de procesamiento de alimentos, equipos, utensilios y estaciones de trabajo.
1.9 Tecnología de esterilización magnética
La esterilización magnética consiste en colocar los alimentos a esterilizar en un campo magnético y, bajo la acción de una cierta intensidad del campo magnético, los alimentos se esterilizan en la habitación. temperatura. Dado que este método de esterilización no requiere calentamiento y tiene un efecto de esterilización de amplio espectro, el sabor y la calidad de los alimentos procesados no se verán afectados. Por lo tanto, es principalmente adecuado para alimentos sólidos envasados en diversas bebidas, alimentos líquidos, condimentos, etc. .
1.10 Tecnología de esterilización por pulsos de campo eléctrico de alto voltaje
La esterilización por pulsos de campo eléctrico de alto voltaje coloca los alimentos en un campo eléctrico instantáneo de alto voltaje generado entre dos electrodos. Porque los impulsos eléctricos de alto voltaje (HEEP) pueden dañar la membrana celular de las bacterias y cambiar su permeabilidad, matando así las células.
Existen dos formas de obtener campos eléctricos pulsados de alto voltaje. Una es utilizar el principio del circuito de oscilación LC. Primero, se carga un conjunto de capacitores mediante una fuente de energía de alto voltaje y los capacitores se conectan a una bobina inductora y electrodos en la cámara de procesamiento. Cuando el condensador se descarga, se añaden ondas de caída de pulso exponencial de alta frecuencia a los dos electrodos para formar un campo eléctrico de pulso de alto voltaje. Debido a que el circuito LC se descarga muy rápidamente, la energía del campo eléctrico puede liberarse en decenas o cientos de microsegundos. El dispositivo de control automático puede cargar y descargar continuamente el circuito de oscilación LC y el proceso de esterilización puede completarse en decenas de milisegundos. La otra es utilizar un transformador específico de alta frecuencia y alto voltaje para obtener un campo eléctrico pulsado continuo de alto voltaje. Generalmente, la intensidad del campo eléctrico de esterilización por pulsos de alto voltaje es de 15~100kV/cm, la frecuencia del pulso es de 1~100kHz y la frecuencia de descarga es de 1~20kHz.
La esterilización por pulsos de campo eléctrico de alto voltaje generalmente se realiza a temperatura ambiente y el tiempo de procesamiento es de decenas de milisegundos. Este método tiene dos características: primero, debido al corto tiempo de esterilización, el consumo de energía durante el proceso de tratamiento es mucho menor que el método de tratamiento térmico. En segundo lugar, dado que se lleva a cabo a temperatura y presión normales, en comparación con los alimentos frescos, las propiedades físicas, las propiedades químicas y los componentes nutricionales de los alimentos procesados no cambian mucho y no hay una diferencia perceptible en sabor y sabor. El efecto de esterilización es obvio (no
1.11 Tecnología de esterilización ultrasónica
Las ondas ultrasónicas son ondas sonoras con una frecuencia superior a 10 kHz. Las ondas ultrasónicas, como las ondas sonoras ordinarias, son ondas longitudinales. La interacción entre las ondas ultrasónicas y los medios de transmisión de sonido contiene enormes La energía de los alimentos puede comprimirse y expandirse rápida y alternativamente cuando encuentra materiales. Esta energía es suficiente para matar y destruir microorganismos en muy poco tiempo y también puede tener una variedad de efectos. sobre los alimentos, como la homogeneización de macromoléculas, el envejecimiento, el agrietamiento, etc., tienen múltiples efectos que son difíciles de obtener con otros métodos de esterilización física, mejorando así la calidad de los alimentos y garantizando la seguridad de los alimentos. logró buenos resultados con salsa de soja. /p>
1.12 Tecnología de esterilización con luz fuerte por pulso
La tecnología de esterilización con luz fuerte por pulso esteriliza mediante un destello de luz blanca intensa. Consiste en una unidad de suministro de energía y una lámpara de gas inerte. unidad. La unidad de fuente de alimentación puede proporcionar alto voltaje y gran corriente. El componente pulsante que proporciona energía a la lámpara de gas inerte.
Las lámparas de gas inerte pueden emitir luz desde la región ultravioleta hasta el infrarrojo cercano. Su espectro es muy cercano al de la luz solar, pero su intensidad es de miles a decenas de miles de veces más fuerte. El ancho del pulso de luz es inferior a 800 μs. Solo trata la superficie de los alimentos, tiene poco efecto sobre el sabor y el contenido nutricional de los alimentos y puede usarse para extender la vida útil de los alimentos envasados en materiales transparentes y alimentos frescos. Los estudios de Zhou Wanlong y otros han demostrado que la luz intensa pulsada tiene un fuerte efecto letal sobre Bacillus subtilis y levaduras. Después de más de 30 destellos, estas bacterias se pueden reducir de 105 a 0. La banda germicida de luz intensa pulsada puede ser luz ultravioleta, pero otras bandas pueden tener efectos sinérgicos.
1.13 Tecnología de esterilización a presión ultraalta
En los últimos años, Japón ha tomado la iniciativa en el desarrollo de una nueva tecnología de procesamiento y conservación de alimentos, concretamente la tecnología de esterilización a presión ultraalta. La llamada tecnología de alta presión hidrostática (conocida como HHP) consiste en sellar los alimentos en recipientes elásticos o colocarlos en un sistema de presión estéril (a menudo utilizando agua u otros medios fluidos como medio para transmitir la presión) y procesarlos en condiciones de alta presión. presión hidrostática (generalmente por encima de 100 MPa durante un período de tiempo para lograr el propósito de procesamiento y conservación). Bajo alta presión, las proteínas y enzimas se desnaturalizarán y la membrana nuclear de los microorganismos se triturará en muchos trozos pequeños, convirtiéndose en una pasta junto con el protoplasma. Este cambio irreversible conduce a la muerte de los microorganismos. La muerte de los microorganismos sigue una cinética de reacción de primer orden. Para la mayoría de los microorganismos que no son esporas, el efecto de esterilización es bueno a temperatura ambiente y una presión de 450 MPa; las esporas de Bacillus son resistentes a la presión y la esterilización requiere una presión más alta, que a menudo es más efectiva cuando se combina con otros métodos de tratamiento como el calentamiento. La temperatura y el medio tienen una gran influencia en el método y el efecto de la esterilización de alimentos a presión ultraalta. Los tratamientos repetidos intermitentes de alta presión son una buena manera de matar las esporas tolerantes a la presión.
El esterilizador de presión ultraalta recientemente desarrollado en Japón tiene una presión de trabajo de 304~507MPa. La mayor ventaja de la esterilización a presión ultraalta es que no tiene ningún efecto sobre las sustancias aromatizantes, la vitamina C y los pigmentos de los alimentos, y tiene poca pérdida de nutrientes. Es especialmente adecuada para esterilizar jugos y mermeladas.
1.14 Tecnología de esterilización por filtración por membrana
Con el desarrollo de la ciencia de los materiales, han aparecido varias membranas una tras otra, y la tecnología de separación por membrana se ha utilizado ampliamente en la producción industrial, como la alimentaria y la biofarmacéutica. , como Extracción de sustancias bioquímicas, preparación de agua pura, concentración de jugo, etc. Dependiendo de la fuerza impulsora, los procesos de separación con membranas se pueden dividir en dos tipos. Uno es un proceso de membrana impulsado por presión, como la ultrafiltración; el otro es un proceso de membrana impulsado eléctricamente, llamado intercambio iónico, como la electrodiálisis. Los procesos de membrana impulsados por presión se pueden dividir en filtración de microporos, ultrafiltración y ósmosis inversa según el tamaño de los poros y la capacidad de retención de la membrana.
Generalmente, el tamaño de los poros de las membranas es de 0,0001~10 μm y el tamaño de las partículas microbianas en el material es generalmente de 0,5 ~ 2 μm. Si elige una membrana con un tamaño de poro más pequeño, el material será líquido. Se filtra a través de la membrana y las partículas bacterianas serán interceptadas, lo que se denomina esterilización por filtro.
La tecnología de esterilización por filtración por membrana tiene las ventajas de un bajo consumo de energía, funcionamiento a temperatura normal, adecuada para materiales sensibles al calor y una gran adaptabilidad del proceso. Tiene amplias perspectivas de aplicación y se ha utilizado ampliamente en filtración y esterilización de alimentos, bioquímica, productos farmacéuticos, agua y aire, productos lácteos, jugos de frutas, etc.
Existen muchas tecnologías de esterilización en ingeniería alimentaria, como la tecnología de esterilización con dióxido de cloro, la tecnología de esterilización con cloro, la tecnología de esterilización electrónica, la tecnología de esterilización por calentamiento y presión, la tecnología de esterilización química por calentamiento, la tecnología de esterilización por radiación de calentamiento y la esterilización electrostática. tecnología, etc. Estas tecnologías están siendo investigadas y aplicadas.
2 Tendencias de desarrollo y contramedidas
Las tecnologías contemporáneas de esterilización de alimentos son diversas, cada una con sus propias características y ámbito de aplicación. La gente también explora constantemente nuevos métodos de esterilización. La tecnología moderna de esterilización de alimentos se está deshaciendo gradualmente del método tradicional de esterilización por calentamiento, o utiliza esterilización en frío a baja temperatura, o utiliza una variedad de métodos de esterilización, o utiliza tecnología de envasado moderna para cooperar estrechamente con la tecnología de esterilización, o utiliza liofilización, vacío. concentración, refrigeración, congelación e impregnación al vacío y otras técnicas modernas de procesamiento. , Para minimizar la pérdida de diversos nutrientes en los alimentos, mantener el sabor original de los alimentos tanto como sea posible, mejorar la economía y la conveniencia de la tecnología de esterilización tanto como sea posible y mejorar el empaque de los alimentos. Ante muchos problemas como la escasez de recursos alimentarios, el agotamiento de la energía, la contaminación ambiental y la explosión demográfica, existe una necesidad urgente de investigar y desarrollar vigorosamente una tecnología de esterilización de alimentos de alta tecnología económica, conveniente, práctica y multifuncional para adaptarse a la modernización de la industria alimentaria.
En los últimos años, la industria alimentaria de mi país ha entrado en un período de rápido desarrollo, lo que ha planteado graves desafíos a la investigación tecnológica de esterilización relativamente atrasada de mi país. Se requiere con urgencia que introduzcamos y absorbamos activamente tecnología avanzada extranjera, llevemos a cabo investigaciones y desarrollos en profundidad de tecnología de ingeniería de esterilización, profundicemos la reforma del sistema de investigación científica, aumentemos la inversión en investigación científica, implementemos un modelo de combate de grandes cuerpos, y cooperar con diversos campos como maquinaria, química, bioquímica, microorganismos, física avanzada y electrónica. Los investigadores científicos de las disciplinas trabajan en estrecha colaboración. El sistema de investigación y promoción de la tecnología de ingeniería de esterilización de mi país debe establecerse lo antes posible para promover la rápida mejora de la tecnología de ingeniería de esterilización de mi país en los últimos años, reducir la brecha con el nivel avanzado internacional y promover un mayor desarrollo de la tecnología de ingeniería de esterilización de mi país. industria alimentaria.