低温等离子体灭活苹果汁中耐高渗酵母的研究

发布时间：2020-05-27 07:04

【摘要】：中国是世界苹果生产第一大国,苹果汁出口贸易在我国食品工业中占据重要地位。然而,在苹果汁的贮藏过程中,耐高渗酵母会引起苹果汁腐败,导致其产生异味或涨包,造成较大的经济损失,成为我国苹果汁加工业中亟待解决的重要问题。因此,建立适宜的耐高渗酵母控制方法,对于保证苹果汁的质量安全至关重要。非热等离子体技术作为新型非热灭菌技术,具有杀菌效率高、处理时间短、处理温度低等优点,但其处理量小成为该技术大规模推广应用的主要障碍。本研究基于此问题,设计并制作了适用于液体食品中微生物污染处理的等离子体反应器,测定了其对苹果汁中耐高渗酵母的灭活效果,分析了低温等离子体处理对苹果汁品质的影响。并在试验基础上使用有限元分析软件COMSOL Multiphysics构建了等离子体灭活微生物的数值模型,以模拟处理过程中气液传质过程和微生物灭活效果,并寻求最佳的处理方案。论文的主要研究结果如下:(1)设计并制作了气相沿面放电等离子体反应器,其放电过程是典型的微放电过程,并使处理后的无菌水的pH值显著降低。用该装置在21kV放电电压条件下,处理30分钟后,无菌水的电导率从初始的12μs/cm升至142μs/cm,温度仅增加0.7℃,活性物质O_3和H_2O_2浓度分别为3.14mg/L和4.39mg/L;水中耐高渗酵母Z.rouxii LB细胞的数量减少了5.60log_(10),Z.rouxii 1130细胞的数量减少了6.82log_(10);耐高渗酵母Z.rouxii LB和Z.rouxii 1130的致死动力学曲线能较好地符合Weibull模型。并且研究发现,由于细胞壁组成的不同,导致了不同菌株对等离子体处理的敏感性不同,灭活同等数量的LB需要更长的时间。(2)根据气相沿面放电等离子体反应器灭活微生物的特点,建立了基于商业软件COMSOL Multiphysics的计算模型。将灭活过程简化为湍流中的气泡输运和稀释物种运输过程,经验证的模型可进一步用于研究初始酵母浓度和反应器尺寸对等离子体处理灭活酵母的影响。试验和模拟结果均表明,初始浓度的增加对酵母失活有负面影响,但反应器尺寸的变化对酵母失活没有显著影响(p0.05)。(3)为了提高传质效率和避免液体产生气泡,试制了等离子体喷雾反应器,并用该装置进行了水中酵母灭活测试。结果显示:在21kV的峰值放电电压下,等离子体处理30分钟后,无菌水中O_3和H_2O_2浓度分别为3.84mg/L和5.20mg/L,略高于气相沿面放电等离子体反应器;出口处臭氧浓度约为10mg/L,与气相沿面放电等离子体反应器无显著差别;水中耐高渗酵母Z.rouxii LB细胞的数量减少了5.92log_(10),Z.rouxii 1130细胞的数量减少了6.90log_(10);D值对比表明:等离子体喷雾反应器比气相沿面放电等离子体反应器能更快灭活水中的微生物。(4)建立了等离子体喷雾反应器对酵母溶液的灭活的计算模型。用该模型获得的酵母生存曲线和臭氧浓度曲线,与在不同放电电压下测量的试验结果能很好吻合。经验证的模型可进一步用于研究初始酵母浓度对酵母灭活的影响。基于这些模拟结果,可以优化等离子体灭活酵母的工艺方案。(5)将等离子体喷雾反应器应用于苹果汁中耐高渗酵母的灭活,初步解析了等离子体对微生物灭活的机制。等离子喷雾反应器处理30分钟后,可在0.5L苹果汁中对耐高渗酵母Z.rouxii LB和Z.rouxii 1130数量减少6.6-6.8log_(10);气体流速为150 L/h和液体流速为9.0L/h时可达到最大的灭活率;SEM图像显示,等离子体处理后细胞破裂,其内容物渗出;等离子体产生的化合物,例如O_3和H_2O_2,以及液相中的活性物质,是造成微生物灭活的主要原因。(6)明确了等离子体喷雾反应器对果汁理化指标的影响。当苹果汁中可溶性固形物的浓度增加时,使用等离子体喷雾反应器灭活酵母所需的时间也增加;等离子体处理后苹果汁的pH值仅略微增加,而还原糖浓度和可滴定酸浓度保持稳定;可溶性固形物浓度分别为12、36和60°Brix苹果汁经等离子喷雾反应器处理30分钟后,处理和未处理的样品之间的总色差分别为9.53、7.97和3.86;浓缩苹果汁和鲜榨苹果汁中挥发性化合物的主要成分-醇类、酯类、醛类和酮类的浓度没有显著变化(p0.05)。
【图文】：

西北农林科技大学博士学位论文率可以在 个广泛的频率范围内，包括线频率（50/60Hz）（Bermúde13；Misra et al. 2014a）、低频率（kHz）（Perni et al. 2008；Niemira, 20z）（Sakudo et al. 2013）和微波频率（GHz）（Schnabel et al. 2012）。温等离子体的产生方法主要有介质阻挡放电（Dielectric Barrier D滑动电弧放电（Glide Arc Discharge or Plasma Arc）、电晕放电（Corona D离子体（radio frequency plasma）等（刘欣宇 2015）。

图 1-1 不同等离子体源的示意图1-1 Schematic diagram of different plasma b）电晕放电；（c）微波放电；（d）射频ge;（b）Corona discharge;（c）Microwavedischarge（Niemira, 2012a）ectric barrier discharge，DBD）是近Miclea et al. 2001）。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS255.44

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本文编号：2683150