1、毕业论文 - 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 食品保鲜新技术在冷藏集装箱中的应用研究 学 院： 学生姓名： 专 业： 建筑环境与设备工程 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 毕业论文 - 目 录 摘 要 . 1 Abstract . . 1 1 超声波杀菌技术在冷藏集装箱中的应用研究 . 1 1.1 超声波杀菌技术的发源及技术概述 . 1 1.2 超声波杀菌技术的作用机理 . 2 1.3 超声波杀菌技术的研究进展 . 6 1.4 超声波技术的设备介绍 . 13 1.5 超声波技术在冷藏集装箱中的应用前景 . 14 2 高压静电保鲜技术在冷藏集装箱中的应用研究 . 16 2.1 高压静电
2、保鲜技术的发源及介绍 . 16 2.2 高压保鲜技术的保鲜机理 . 17 2.3 高压静电场的应用 . 21 2.4 高压静电保鲜技术在冷藏集装箱中的应用前景 . 31 3 臭氧保鲜技术在冷藏集装箱中的应用研究 . 33 3.1 臭氧保鲜技术概述 . 33 3.2 臭氧保鲜技术的作用原理 . 34 3.3 臭氧保鲜技术的研究应用 . 36 3.4 臭氧保鲜技术的缺点 . 44 3.5 臭氧产生的方法 . 47 3.6 臭氧产生的设备 . 48 3.7 臭氧保鲜技术在冷藏集装箱中的应用研究 . 49 4 总结 . 50 参考文献 . 3 毕业论文 - 食品保鲜新技术在冷藏集装箱中的应用研究 摘
3、要 在食品行业如此发达的现代社会，如何在不影响食品本身的品质、营养价值以及 外观的前提下最大限度的延长其保鲜期已经成为该领域的一个重要研究课题，也是当今食品行业的一大挑战。食品行业经过长期的发展，已经出现了很多的保鲜技术。传统的比较成熟的保鲜技术一般通过低温冷藏和气调保鲜来达到减缓食品腐坏变质的过程，从而延长保鲜期，实现食品的远距离运输销售。任何事物都有不断向前发展的趋势，食品保鲜领域也不例外。现有的传统保鲜技术在实际使用中依然存在食品腐坏变质的现象，没有完全达到预期的效果。于是在科技日新月异的今天，各项新技术已经开始向食品保鲜领域渗透，学科间的交叉研究也成为研究的一个重要趋势。在 前期收集、
4、查阅以及参考了大量文献和研究资料的前提下，对现如今国内外食品保鲜领域的新技术做了一定的归纳和总结，对于其能保鲜的基本原理有了深入的了解。通过对不同保鲜新技术作用机理的针对性的了解，总结了其使用的适合范围和适宜的食品种类，结合冷藏集装箱的产品特殊性，提出了能适用于冷藏集装箱的保鲜新技术。 关键词 食品保鲜；新技术；冷藏；集装箱 毕业论文 - The new technology of food preservation in refrigerated container Abstract As ancestors said: Food is what the matter to the peop
5、le. The food industry is so advanced nowadays， how to extend its shelf life without damaging its quality， nutritional value and appearance has become an important research topic in the flied， it has also become a major challenge in todays food industry. The food industry has being a long history， th
6、ere have been a lot of preservation technologies. Traditional preservation techniques are generally used to controlled atmosphere and cold storage preservation to slow down the deterioration and spoilage of the food， thus extending the shelf life and to achieve longrange transport of food sales. Eve
7、rything has constantly developing trends， no exception of the flied of the food preservation. The existing traditional preservation techniques still exist in the actual use of the food spoilage deterioration phenomenon， not fully worked to achieve the desired results. So in the advancement of techno
8、logy of today， the new technology has begun to penetrate the flied of food preservation， interdisciplinary crossover study to become an important research trend. Under the premise of the precollection， access and reference to the extensive literature and research materials， and summarized the basic
9、principles know more. By understanding the role of the different preservation， sum up its use for the scope and appropriate types of food， combined with the particularity of the refrigerated container， new technology can be applied to the refrigerated container. Key Words Food preservation; New tech
10、nology; Refrigeration; Container 毕业论文 - 1 超声波杀菌技术在冷藏集装箱中的应用研究 1.1 超声波杀菌技术的发源及技术概述 1.1.1 超声波的介绍 超声波， 即频率大于 20000赫兹的声波， 因其频率下限大约等于人的听觉频率上限而得名 。人类的听觉频率范围间于 2020000赫兹，所以超声波是超出人类听觉范围的声波，对人类的听觉不会造成影响，在使用过程中更不会对人类造成噪音污染。超声波作为一种物理能量形式的机械波，已被广泛利用于医学、工业、化学和化工领域。在医学领域中，超声波 被用作进行超声诊断和超声治疗；在工业中利用超声波进行流体的测量、超声金属焊
11、接、超声无损探伤、超声钻孔、超声乳化、超声清洗等；在化学工业中超声波可以用来加速化学反应速度，起到催化的作用。在农业中，超声波处理可以提高种子的发芽率、出苗率，提高产量。 近年来研究表明，超声波在食品加工和评价方面也有广阔的应用前 景 1。根据超声波独有的特性，其不仅哪能够在极短的时间内破坏微生物的结构乃至将其彻底杀灭，还能够对食品产生起到诸如均质、催陈、裂解大分子物质等多种作用，从而更好的提高和完善食品品质，有效保持食品原有滋味和 风味 2。 同超声波在其他领域的已得到广泛应用一样，在食品工业领域关于超声波应用的课题也已经得到了多年的研究和发展。 近年来，超声波技术更是作为一项新技术在食品工
12、业中的应用研究十分热门，这方面的研究主要可以分为两个方面：一方面是 MHz 级的高频低能的诊断用超声波的应用，二是低频高能超声波的应用。前者主要应用于品质控制、过程控制及无损检测，例如用于确定食品的性质、测量液体食品的流速、检测食品的包 装等 3，即 主要应用于食品 分析及食品评价； 低频高能超声波应用是近些年才开始兴起的，但也已经发现了该种声能可以在许多方面发 挥它独有的作用，列如作为辅助手段用于溶液的结晶、物料的干燥、脱气、萃取、过滤、均质、肉质嫩化、促进细胞生长、刺激种子萌发、抑制和杀灭细菌等 领域 4。 1.1.2 超声波杀菌技术的发源 如上文已经提到，超声波是超出人类听频率范围的声波
13、，所以在听觉上人类是对超声波没有任何感知的 ， 作为一种人类听不见的声波，其发现的过程也有一段离奇的故事。众所周知很多时候新事物的发现本身就是一种偶然，但无论如何，归根结底来讲，所有的偶然中也都隐藏着必然的因素。 1793 年夏季的一个夜晚，意大利科学家拉扎罗 斯帕毕业论文 - 拉捷放飞了试验用的几只 蝙蝠 5，他 想要揭开瞎了失去视觉功能的蝙蝠如何自由飞行的迷团。在进行这项实验之前，斯帕拉捷一直认为：蝙蝠之所以能在夜空中自由自在地飞翔，能在非常黑暗的条件下灵巧地躲过各种障碍物去捕捉飞虫，其必定是长了一双非常敏锐的 眼睛 。他之所以要刺瞎蝙蝠的双眼来进行试验，正是想证明这一猜想。但事实却完全出
14、乎他的意料。被放飞的蝙蝠们抖动着带有薄膜的肢翼，飞向夜空，灵巧的躲过了各种 障碍物，并发出自由自在的 “ 吱吱 ” 叫声。 “ 不用眼睛没有视觉功能的蝙蝠，那又是依靠什么来辨别障碍物，捕捉食物的呢？ ” 。于是，他又把蝙蝠的鼻子堵住，放了出去，结果，蝙蝠还是照样飞得轻松自如。 “ 奥秘会不会在翅膀上呢？ ” 。斯帕拉捷这次在蝙蝠的翅膀上涂了一层 油漆 。然而，这也丝毫没有影响到它们的飞行。最后，斯帕拉捷塞住蝙蝠的耳朵， 这次，蝙蝠在东碰西撞后，很快丧失了飞行能力。原来，蝙蝠是靠听觉来确定方向，捕捉目标的。斯帕拉捷的 新发现 引起了人们的震动。此后，许多科学家进一步研究了这个课题。最后，人们终于
15、弄清楚了蝙蝠飞行的奥秘：蝙蝠是利用 “ 超声波 ” 在夜间导航的。它的喉头发出一种超过人的耳朵所能听到的高频声波，这种声波沿着直线传播，一碰到物体就迅速返回来，它们用耳朵接收了这种返回来 的超声波， 此来确定前面有无物体及物体的大小方向， 作出准确的判断 以 ，引导它们飞行。 “ 超声波 ”的科学原理，现已广泛地运用到航海探测、导航和医学中去了。 超声波技术的实际运用起源于英国。 20 世纪 50 年代，英国格拉斯哥医生唐纳德发现，超声波技术可用来探测孕妇腹中胎儿的生长情况。当今的超声波技术在医学上的应用已经相当成熟。借助超声波技术可以实现观察、监视母亲腹中胎儿的位置、生长发育及活动情况，并能
16、及早的确定是否为双胞胎或畸形胎儿，为母婴的健康提供了保障。在现代医学上超声波亦能应用于诊断胆结石、肝肿大及眼球、胰腺、乳房、 肾等脏器的病变。此外，利用超声波还可进行金属探伤、航海探测等。超声波技术不仅在以上方面有较好的应用，在食品杀菌上也有较广阔的应用前景，同时和其他杀菌保鲜技术相比，具有 能耗低、时间短、有效保存食品营养成分和天然色、香、味 等特点 6。 1.2 超声波杀菌技术的作用机理 超声波在食品领域的研究也已经历很长一段时间，其在这一领域能起到的作用和作用机理也已经得到了很好的解释。 超声波是在媒质中传播的一种机械振动。由于其频率高、波长短，除了具有方向性好、功率大、穿透力强等特点以
17、外，超声波还能引起空化作用和一系 列的特殊效应，如毕业论文 - 力学效应、热学效应、化学 效应和生物效应 7。 对于食品的保存 ， 由微生物引起的腐败变质远比生物化学变质更显著 ， 其危害性亦更大。因此，食品保鲜技术的关键在于尽量抑制保存环境中微生物的生长与繁殖。为了保证食品的安全性及贮藏性，杀菌是食品生产中一个重要的环节，杀菌的好坏直接影响着食品的品质。早起食品工业中为了防止食品腐败和延长其保质期，通常的做法是添加防腐剂抑制腐败菌的生长繁殖或通过各项杀菌技术处理达到目的。在许可的浓度范围内添加防腐剂一般对人体是无害的，但随着长期的摄入，谁也不知道防腐剂会对人们 身体造成的不理影响。所以随着人
18、们生活水平的提高，对身体健康的越来越重视，不添加防腐剂显然已经成为食品行业的发展趋势，要达到这一目的，各项杀菌技术在食品上的应用开始不断取得突破性的发展。食品的杀菌方法多种多样，就其实质来讲，都是为了抑制食品中微生物的生长繁殖甚至将其杀灭，从而达到食品能在较长时间内可供食用的目的 8。在 现代社会中，应用比较普遍的杀菌保鲜技术主要有高温干燥、烫漂、巴氏杀菌、冷冻及防腐剂等常规技术。高温杀菌是食品工业使用最普遍的杀菌方式，但在高温处理过程中，温度越高，处理时间越长，食品中的养分损 失就越严重，严重的还会导致食品中分子结构的破坏，失去其原来的食疗功效，又或将导致不良风味、变色加剧、挥发性成分损，且
19、这种处理方法会严重影响一些产品的口感，所以虽然其杀菌效果非常理想，能有效杀灭细菌及其他微生物，但不足之处也显而易见，应对一般的食品杀菌当然完全可以胜任，但若是对高温非常敏感的食品果蔬，则明显不适用了。当然杀菌方式的选择在线阶段已经有很大的余地，但其他几种杀菌方式也存在一些不足之处，归结其主要缺陷是处理时间 长 9，杀菌不彻底或 不易实现自动化生产，同时在一定范围内会影响食品原有的风味及造成营养成 份的破坏流失等。如化学杀菌技术一般会引起有害化学物质在食品中的残留，严重危害食品安全，如若长期使用经过化学杀菌技术处理的食品果蔬，刚在身体中进行累积，危害食用者 的身体健康 10；而传统的低温加热 虽
20、然能有效的保持食品的本质，但却不能将食品中的微生物全部杀死，杀灭率不高，所以杀菌效果都不是非常理想。随着人民生活水平的不断提高，对生活的质量要求也相应的越来越高。食品安全已经成为目前社会的一个重要课题，解决好食品安全问题，以及在交通如此便利的今天，将新鲜食品果蔬类送上人们的餐桌将是一个不容忽视的问题，是食品果蔬界 的一个重大挑战，也是各界致力于精精益求精的方向。在这当中食品的保鲜杀菌当然是重中之重。为了更大限度地保持食品果蔬天然的色、香、味和一些生理活性成分， 满足现代人的生活要求，目前，国际上对一些新型非热杀菌技术的研究已进入高潮，如远红外照毕业论文 - 射技术，振动磁场技术，高压脉冲电场技
21、术等，超声场因其独特的性质及规律，在杀菌研究中引起人们的广泛关注，成为国内外学者研究开 发的热点 11。超声波 保鲜杀菌技术便在这样的时代背景下应运而生。超声波在介质中传播，能引起一系列的效应：空化效应、机械效应、热效应等。 机械效应是指超声波在 介质中传播时，介质质点振动振幅虽小，但频率很高，在介质中可造成巨大的压强变化，超声波的这种力学效应叫机械作用。超声波在介质中传播，介质质点交替压缩与伸张形成交变声压，从而获得巨大加速度，介质中的分子因此产生剧烈运动，引起组织细胞容积和内溶物移动、变化及细胞原浆环流，这种作用可引起细胞功能的改变，引起生物体的许多反应。由于不同介质质点（例如生物分子）的
22、质量不同，则压力变化引起的振动速 度有差 12。 热效应指超声波作用于介质，使介质分子产生 剧烈振动，通过分子间的相互作用，引起介质温度升高。当超声波在机体组织内 传播时，超声能量在机体或其他媒质中产生热作 用主要是组织吸收声能的结果。超声波的热效应，与高频及其他物理因子所具有的弥漫性热作用是不同的 13。例 如，用 250kHz的超声波对体积为 2cm3的样品照射 10s，可使水、酒精、甘油和硬脂酸的温度分别升高 2 ， 3.5 ， 10 和 36 ，这种吸收声能而引起的温度升高是稳 定的 14。 空化效应指超声波处理过程中，当声波接触到液体介质时冲击波，这些冲击波产生非常高的温度和压力，可
23、达到 5500 和 50000KPa，这内爆导致的压力改变是超声波杀菌的主要原因，这热区域可以杀 死一些细菌，但是作用的 范围有限 15。利用 超声波空化效应在液体中产生的局部瞬间高温及温度交变变化、局部瞬间高压和压力变化，使液体中某些细菌致死，病毒失活，甚至使体积较小的一些微生物的细胞壁破坏，从而延长保鲜期，保持食物原 有风味 16。 一定强度的超声波作用于液体时 会产生空化现象常见超声波设备使用频率为 20kHz到 10MHz，频率为 20100kHz的超声波能引起空化，因超声波频率在 2.5MHz上时空化现象不能发生，所以使用的超声波频率必须在 2.5MHz以下 17。一般认 为，超声波
24、杀菌的作用机理主要是由 于其空化效应产生的高压与高 温效应 18，使微生物细胞 内物质受到强烈的震荡，从而达到对微生物的破坏作用。所谓的空化作用是当超声波作用在介质中，其强度超过某一空气阀值时，会产生空化现象，即液体中微小的空化核 (微小气泡 )在声场作用下被激活，表现为泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程。在一定频率的超声波作用下，在空化泡崩溃的瞬间，在其微小空间产生高达 5000 以上的高温毕业论文 - 和 109k/s的温度变化率及 108N/s的强大 冲击波 19-22。这种超声 波空化效应所产生的瞬时高温及温度变化和瞬时高压与压力变化，导 致微生物菌体细胞壁和细胞膜破坏，胞
25、质溶出，使液体中某些细菌致死，病毒失活，甚至使体积较小的一些微生物的细胞壁破坏，从而延 长保鲜期。空化效应产生的同时还会激发产生大量的自由基，均可达到细菌致死和病毒失活的效果 23-24。同时相关的研究表明若超声波的频率过高将不宜产生空化效应25，超声波频率越低，在液体中产生空化现象越容易，一般采用 2040kHz的超声波便可获得较好的空化效应 26。 功率超声波在液体媒介中传播时显著的特 点是会产生空化现象。低频机械波由于机械振动产生的正压力波会在液体介质中产生上百万 计的微小气泡，在负压过程中小气泡会由于拉伸膨胀并且在下一次压力波到来时迅速剧烈地爆炸，伴有大量能量的释放。这种能量的释放会使
26、得周围溶液形成微射流，能够对物体表面造成冲击和腐蚀，而这种气泡的破裂还伴随有机械效应和热效应。超声波的热效应即超声波作用于介质，使介质分子产生剧烈振动，通过分子间的相互作用，引起介质温度升高。当超声波在机体组织内传播时，超声能量在机体或其他媒质中产生热作用主要 是组织吸收声能的结果。超声波的热效应，与高频及其他物理因子所具有的弥漫性热作用是不同的 27。例如，用 250kHz的超声波对体 积 2cm3的样品照射 10s，可使水、酒精、甘油和硬脂酸的温度分别升高 2 ，3.5 ， 10 和 36 ，这种吸收声能而引起的温度升高是稳定的 28。 超声波的声能穿过液相有正压和负压交替的周期。若声强足
27、够大，液体所受的负压足够强，就会破坏液体结构的完整性而产生气泡或空穴，引发气蚀 (空化效应 )，原先溶解在液体中的气体也会进入气泡，气泡快速扩张。当超声波的正压作用阶段来临时，气泡在表面张力的作用下收缩，气泡中的气体受到压缩又会进入液体之中。但是由于气泡收缩，表面积减小，使气泡中气体扩散回液体的面积缩小，因此一个压 缩和扩张的循环后，进入气泡的气体的量总要多于压缩时离开气泡的气体量，气泡会不断长大 (图 1)。 图 1 声波作用的汽蚀过程中气泡的形成 空化效应在物体表面产生的射流能够清除表面污物和细菌，而且可以达到传统清洗杀菌所不能及的表面细缝中。在食品消毒过程中，超声波和杀菌剂结合使用能够高
28、效地毕业论文 - 清除和杀灭食品表面的细菌。超声波表面清洁的一项最新应用实例是利用超声波配合杀菌剂清洁孵化的蛋，与目前所使用的喷药或者气熏方法相比。超声辅助清洁的效果更好。超声波与氨水结合处理使得新鲜果蔬表面的细菌数量明显降低，空化作用也使得细菌 对杀菌剂更为敏感。 图 2 时间对杀菌效果的影响 由图 2可知，随着超声波处理时间的增加，杀菌率呈现逐渐上升的趋势，在少于 9min 时，上升趋势较为明显，尤其在 3 5min时杀菌率由 37.98%上升至 76.56%，这个时间段内杀菌效果明显，由于在此期间，超声波能源源不断的提供能量使得空化效应连续进行，对微生物的结构不断破坏，更容易杀灭；随着时
29、间的延长，微生物数量的下降，空化效应作用于微生物的效力逐渐降低，杀菌率趋于平缓。 1.3 超声波杀菌技术的研究进展 超声波保鲜杀菌技术不仅在保鲜杀菌方面有其独特的优势， 而且还能够对食品起到诸如均质、催陈、裂解大分子物质等多种作用，具有其他物理灭菌方法难以取得的多重效果，从而能够更好地提高食品品质，保证食品安全。 1.3.1 超声波 保鲜杀菌技术 在防止绿茶饮料褐变的研究 2000年，朱绍华采用超声波发生仪作为灭菌设备 ， 以酱油为灭菌对象 ， 用超声波对酱油做了不同灭菌时间的试验。结果表明：超声波对液体食品灭菌是有效的，当累计灭菌时间达到 4min时，所处理的酱油样品中 微生物 总数指标达到了合格， 取得了良好的杀菌效果 29。绿茶饮料由于富含茶多酚、生物碱、氨基酸、多糖以及矿物质元素等，除具有生津止渴外，还具有多种保健功能，例如消除人体自由基 30、抗凝血 31、提高免疫力和抗肿瘤 32等辅助保健功效，因而深受消费者的欢迎。在绿茶饮料的生产和存贮 过程中，一直遇到一个褐变问题难以解决。 绿茶汤在或长或短的放置过程中，由于酶及细菌的作用，叶绿素、茶多酚、蛋白质和各种维生素等受到不同程度的氧化破坏，颜色会逐渐加深，绿色减弱的同时，黄色明显加深，色泽会 由原来的黄绿色渐变成黄色，再由黄色变成黄棕色，直到最终变成棕褐色或者褐色，同时其明亮度也不断降低，这就是绿茶的褐
