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Nature C:食品保鲜新突破-1700℃1秒钟,牛肉可室温保鲜5天

已有 759 次阅读 2024-5-10 18:32 |个人分类:化学|系统分类:科研笔记

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近日,美国马里兰大学胡良兵教授团队在《Nature Communications》上发表了题为“Flash heating process for efficient meat preservation”的论文,以牛肉作为模型,介绍了一种新型肉类保存技术-超高温瞬间加热法(UFH),该技术是通过影响食品表面薄层来达到保鲜效果。

【总结】

(1)高效杀菌并保持食品品质:通过将肉类表面瞬间加热到2000K以上的高温,形成一个大约100微米厚的脱水层,有效地杀灭了表面的微生物,同时保持了肉类的内部质量,如外观、质地和营养水平几乎不变。

(2)快速处理时间:整个加热过程不到1秒钟,远快于传统的加热方法,如煮沸、烘焙和烧烤等。

(3)节能与环保:由于加热时间极短,能量消耗显著低于传统加热方法,有助于降低能源使用。

(4)延长肉类保质期:处理后的肉类在常温下可以安全存放5天,未处理的对照样品则迅速恶化,显示出显著的微生物生长和品质下降。

(5)兼容性和潜在的工业应用:此技术可以单独使用或与低温技术结合,提供一种灵活且成本效益高的解决方案,适用于大规模肉类加工。

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图1. 超高温瞬间加热法(UFH)处理肉类的概念图

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图2. UFH处理肉类的情况

【研究背景】

(1)随着全球肉类消费量的稳步增长,已超过每年300百万吨,肉类的保存成为了一个重要议题。由于其丰富的营养成分,肉类容易受到微生物的污染和腐败,需要有效的保存技术以确保食品安全和营养价值。

(2)常规的肉类保存方法,如冷藏、冷冻或化学防腐等,虽然可以延长肉类的保质期,但往往会影响肉品的新鲜度和口感。此外,维持低温链的运输和存储需要大量能源,增加了成本和潜在的食品安全风险。

(3)如煮沸、烘焙和烧烤等传统加热方法通常需要较长时间,可能会导致食品的营养损失和结构变化,而且效率较低。

(4)由于传统方法的限制,食品工业迫切需要新的技术来提高肉类产品的保存效率和质量,同时降低能源消耗和成本。

【研究方法】

(1)UFH装置的设置和操作:使用碳毡作为加热元件,通过直流电源供电,在不到1秒的时间内将碳毡加热到约2000K的高温。该设备配置使得高温能够迅速并均匀地传递到肉类表面。

(2)温度和水分分析:利用高速摄像机和颜色比率测温技术监测加热过程中碳毡的温度变化。通过二维数值模拟研究UFH处理过程中肉样品的瞬态温度分布和水分变化。

(3)微生物测试:对处理前后的肉类样本进行微生物测试,包括总需氧菌、肠杆菌科和霉菌及酵母菌的数量测定,以评估UFH技术在抑制微生物生长方面的效果。

(4)化学特性分析:分析处理后肉类的总蛋白含量、总挥发性碱性氮(TVB-N)和pH值,以评估其新鲜度和营养水平的变化。

(5)细胞毒性评估:通过与3T3-L1和CCD18co细胞系的共培养,评估UFH处理肉类表面的细胞毒性。

(6)物理特性分析:使用扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱分析研究肉类的表面微观结构和化学成分,以及通过流变学测试评估肉类的质地变化。

【研究结果】

(1)有效的微生物抑制:UFH处理显著降低了肉类表面的微生物数量,包括需氧细菌、肠杆菌科、酵母菌和霉菌,使它们的数量降至检测限以下,并在常温下存放5天期间保持低水平。

(2)保持肉类品质:尽管肉类经历了超高温的短时处理,其内部的视觉外观、质地和营养水平基本未受影响。UFH技术仅作用于肉类的表层,内部肉质保持新鲜。

(3)延长肉类保质期:UFH处理的肉类在室温下的保质期显著延长,可达5天,而未处理的对照样品则迅速恶化。

(4)维持肉类的物理和化学稳定性:UFH处理的肉类在质地测试中表现出较好的弹性和黏性行为,表明其物理结构稳定。化学分析结果显示,处理后的肉类在总蛋白含量、pH值和总挥发性碱性氮(TVB-N)方面与新鲜肉类相似,说明其保持了较高的新鲜度和营养价值。

(5)安全性评估:细胞毒性测试表明,UFH处理后的肉类表面对细胞无毒性,证明了这一处理方法的安全性。

【展望】

根据研究内容和结果,可以推测一些可能的后续研究方向:

(1)优化加热参数:研究不同的加热温度、时间以及电力输入对肉类品质和微生物抑制效果的影响,以找到最优的加热参数设置。

(2)扩展到其他食品类型:探索UFH技术在其他类型食品保存中的应用,如海产品、家禽等,评估其在不同食品中的效果和适用性。

(3)长期保存效果研究:除了短期内的微生物抑制和品质保持,更深入地研究UFH处理后食品在更长时间存储条件下的品质变化和安全性。

(4)经济性和可行性评估:进行成本效益分析,考察UFH技术在工业规模应用中的经济性,包括设备成本、运行费用以及潜在的节能效果。

(5)消费者接受度研究:考虑到UFH处理可能导致肉类表面出现特殊的外观,研究消费者对UFH处理食品的接受度,评估市场潜力。

(6)结合其他保存技术:探讨UFH技术与其他食品保存技术(如冷藏、冷冻、抗菌包装等)的结合使用效果,以达到更优的保存效果。

(7)详细的化学和生物学机制研究:深入研究UFH技术对食品化学成分和微生物的具体影响机制,以及这些变化对食品安全和营养的长期影响。

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https://doi.org/10.1038/s41467-024-47967-1



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