1、农 产品加工2008 12栏目主持人：试验研究Shiyan Yanjiu刘润平氮气在食品工业中的应用肖功年1，屠定玉2（ 1. 浙江科技学院省农产品化学与生物加工技术重点实验室，浙江 杭州 310023；2. 浙江省舟山市农业局，浙江 舟山 316100）摘要： 氮气是一种惰性气体，可用于食品防腐 。文章从液氮冷冻与保质粉碎 、非碳酸饮料生产 、啤酒生产和食品包装方面综述了氮气在食品工业中的应用，并且指出氮气气调包装是氮气在食品工业中应用的一个新方向 。关键词： 氮气；食品；啤酒；饮料；包装中图分类号： TS205 文献标志码： A氮气 （ N2） 是一种无色 、无味 、无臭的惰性气体，密度为
2、 1.250 6 kg/m3，熔点为 - 209.86 ，沸点为 - 195.8 ，稍溶于水和乙醇，化学性质不活跃，在 1 个大气压下的冷却和冷冻整个过程中吸收的总能量为 382 kJ/kg，在同食品的接触过程中呈中性，因此可用于食品防腐 。1 液氮冷冻和保质粉碎当含水食品从常温 （大约为 20 ） 冷却到低于冻结温度 （至少低温于 - 15 ） 时，这种食品可以长期贮存而不会产生明显的变质 。这种冷冻过程包括凝固成水分的结晶 。如果食品的温度降低到凝固点之上 （对大多数食品在 - 2 0 之间），我们称这个过程为冷却 。类似地，如果一个产品已经凝固，也就是说它们中的水分大部分已经结冰，还能够
3、冷却到更低的温度 。使用液氮进行冷却 、冷冻和深度冷冻有许多优点 。天然香辛料不仅营养丰富，而且有很好的药理作用，具有保健和医疗的价值，例如大蒜，它是一种天然的抗菌素，可预防心血管疾病 、肠道疾病等 。为了使香辛料和功能性食品便于贮存 、添加和食用，往需要改变其规格，也就是需要经过碾磨粉碎 。而在常温下粉碎存在两个主要难题： 打滑，油质较多的食品 （如肉桂等） 更是如此，以至加工无法进行； 发热，由于芳香物质对温度的敏感性，在碾磨加工过程中由于温度的升高而使挥发性芳香组分损失，色香味发生变化，影响产品的质量 。采用液氮冷冻技术可解决这两个难题 。在特定的条件下，用高纯度的液氮，在瞬间使物料的温
4、度急剧下降，降温的程度视工艺的技术要求而定，液氮的消耗与温度的降低通常为 10.511.5。物料在低温冰冻的状态下变脆，解决了打滑的问题，使得碾磨进行顺利 。而且，由于采用液氮或激冷的方式降温，物料在加工过程中的挥发性组分和各种有机成分都不易损失，除规格的改变外，不至于发生质的变化 。美国的人参粉 、日本的甲鱼粉 、TONES的香辛料等均采用冷冻碾磨技术 。2 非碳酸饮料生产最近，在饮料工业出现了新一代的产品 非充气饮品 。非充气饮品市场的增长率估计要比传统的充气饮料市场的增长率高 50%。由于这种新产品的市场销路越来越好，生产非充气饮料的罐头厂会越来越多 。要使这些非充气产品具有较强的竞争力
5、必须改进装罐方法，同时在罐头最终密封之前加压到一定的范围，以便在不用 CO2的情况下采用传统的包装 、堆放及运输方法 。通过使用一个特殊设计的液氮贮存 、输送和加注系统，可在每只罐头内形成一定的压力，并使非充气装罐工业达到预定的加工速率 。在非充气饮料罐头中加注液氮的另一个好处是所注入的液氮可排除罐头顶部空间中的氧气，从而延长了易腐品的贮存期限 。3 啤酒生产啤酒中溶解氧 （ DO） 的多少，直接影响到啤酒的质量，氧会加速啤酒变质，缩短啤酒的贮存期 。生产中各个环节 （除冷却麦汁充氧除外） 物料接触氧气，都会极大地危害啤酒的品质 。但是，生产中所回收的 CO2常常难以保证采取避氧措施的全56农
6、 产品加工Tel： 0351-4606086E-mail:2008 12试验研究Shiyan Yanjiu面供应，或者由于回收 CO2时夹杂有太多的空气而导致 CO2的纯度不够 。氮气是一种和 CO2一样的惰性气体，不仅可以代替 CO2、防止氧化，而且还可改善啤酒的泡沫性能 。目前，国内外不少啤酒企业应用氮气抗氧取得了很好效果，氮气在啤酒酿造中已逐渐广泛应用 。通过近年来的研究，得知啤酒中氧对酒的损害是多方面的： 增加啤酒色度使啤酒变成红褐色； 产生涩味及老化味，双乙酰回弹；破坏芳香物质，特别是啤酒花的芳香会因氧化而迅速消失； 形成永久性混浊 。目前国内大多数厂家成品酒 DO 都较高，而且依赖
7、抗氧剂的使用，但使用抗氧剂仅仅是推迟氧化发生，并有负面影响，所以依据国外成功经验，最完善的做法应当是运用 CO2或 N2作为隔氧气体，代替现有使用的压缩空气，为治本之法 。4 食品包装N2性质稳定，使用 N2一般是利用它来排除O2，从而减缓食品的氧化作用和呼吸作用 。N2对细菌生长也有一定的抑制作用，另外 N2基本上不溶于水和油脂，食品对 N2的吸附作用很小，包装时不会由于气体被吸收而产生逐渐萎缩的现象 。食品包装用 N2可以使用变压吸附制氮技术和薄膜分离制氮技术在生产线现场制取符合食品卫生要求的N2。苏州净化气设备有限公司经过多年的研究，认为 N2纯度不得低于 96%，微粒含量不得高于 0.
8、01m，露点不得高于 - 20 ，无油味 。随着食品包装业的迅速发展，这种经济 、高效 、简便的包装方案已被越来越多的食品生产商所选用 。4.1 干 食 品 的 气 调 包 装奶粉 、咖啡 、土豆片 、乳酪 、松果 、花生等食品内部几乎没有水分，一般微生物无法繁殖生长，其保质期仅仅依赖于食品的氧化作用，如花生 、土豆片等食品会因氧化而变味，紫菜会因氧化而变色，同时香味和维生素会消失，茶叶的香味也会因氧化而变化 。对这类食品的气调包装主要考虑如何抑制食品的氧化作用，一般可采用真空充氮法，能将氧气含量降到 1以下，从而抑制食品的氧化作用，同时还必须防止食品吸潮，包装材料应采用对氧气和水蒸气阻隔性好
9、的薄膜 。一般对这类食品可不用低温贮藏 。4.2 微 湿 食 品 的 气 调 包 装微湿食品的贮藏比干食品的贮藏复杂，这时不仅要抑制食品的氧化作用，还必须防止食品发霉 。这类食品包括烤肉 、点心 、面制品等，其水分活性低于 0.90，霉菌和酵母在这种环境下能够生长繁殖，但由于含水量不高，它们的生长速度不会太快，尤其是在低温情况下 。对这类食品采用气调包装时，一般将 O2控制在一个较低的水平，并加入一定量的 CO2来抑制食品的氧化作用和微生物的生长 。由于含水量不高，故可以使用较高浓度的CO2，甚至某些情况可使用纯 CO2，也不会产生包装萎缩和食品酸化的现象 。包装材料可采用对 O2、CO2和水
10、蒸气阻隔性好的薄膜，多采取低温贮藏方式 。如果设计得当，气调包装可将这类食品的保质期提高 4 倍以上 。4.3 高 湿 食 品 的 气 调 包 装鱼肉 、果蔬均属水分含量高的食品，水分活性值高达 0.98 以上，这种环境很适合微生物的生长繁殖，包括厌氧微生物和好氧微生物 。设计这类食品的气调包装时，关键要注意混合气体的氧气浓度和阻隔膜的氧气透过率，并保证适当的贮藏温度，达到抑制微生物生长的目的 。对鲜肉的气调包装，主要考虑如何抑制微生物的生长和如何保持鲜肉的颜色 。一般用 CO2来抑制微生物的生长，用 O2保持鲜肉的颜色和抑制厌氧微生物的生长 。鲜肉长时间和空气接触颜色会变暗，而和定量的 O2
11、接触就能保持鲜红色，但 O2含量不能太高，否则会使肉变成褐色 。气调包装时一般采用 CO2、O2和 N2的混合气体，其中 CO2的体积分数大于 20、O2的体积分数为 45%80，包装材料采用气体高阻隔膜，但对水蒸气透过量的要求并不严格，贮藏多采用冷冻方式以抑制微生物的生长 。海鲜食品含有大量的厌氧微生物，需要用氧气来抑制此种微生物的生长，因此为了保持海鲜食品的新鲜，设计好 CO2和 O2的混合比例非常重要 。现在对海鲜食品气调包装时，一般并不采用 O2阻隔性能很好的材料，这样外界的 O2就能渗透进包装内部，从而保证混合气体中 O2的比例，这是一种比较安全的包装方法 。水果 、蔬菜的气调包装是
12、最复杂的 。在通常情况下，果蔬的呼吸作用愈强，贮藏时间愈短，愈容易腐烂变质；但又不能完全抑制果蔬的呼吸，否则果蔬就会发蔫 、失去光泽，并且容易受到微生物侵染 。一般可以通过控制混合气体中 O2和 CO2的比（下转第 61 页）57农 产品加工Tel： 0351-4606086E-mail:2008 12例及控制贮藏温度的方法来控制果蔬的呼吸强度，例如对柑橘进行气调包装，控制混合气体内的 O2体积分数为 12.5%17.5、CO2体积分数为 1.35%3.65，就能较好地抑制柑橘的呼吸强度，可将腐果率由 7.63降低到 2.32。5 结语我国每年由于食品腐烂变质造成了大量的浪费，尤其是水果 、蔬
13、菜，因为在收获 、运输 、贮藏过程中没有使用合适的保存方法而造成的腐烂现象非常普遍，如果误食了变质的食物，还会损害人们的生命健康，因此对食品保存方法的研究是非常重要的 。气调包装能大大提高食品的保质期 、保鲜期，而且不用对食品进行化学处理，有着良好的社会效益和经济效益，是食品包装研究的一个重要发展方向，也是氮气在食品工业中应用的一个新领域 。参考文献：谢开明 . 液氮在饮料行业中的应用 J.深冷技术， 1994（ 1）： 49-50.周莹 . 液氮冷冻技术在香辛料与功能食品加工中的应用 J. 广州食品工业科技， 1996， 12 （ 4）： 30， 39.柴国梁 . 氮气的应用和市场 J. 上
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16、ournal of food science， 1997， 62 （ 6）： 1 150.2345671Gongyi Tantao工艺探讨3 结论（ 1） 本研究采用单因素试验确定了中性蛋白酶水解玉米蛋白的较佳水解条件，即底物质量分数为2.5%、pH 值 7.5、酶底比为 2%、温度为 50 ，水解 4 h 水解度可达 24.75%。（ 2） 采用单因素试验确定了碱性蛋白酶水解玉米蛋白的较佳水解条件，即底物质量分数为 1.5%、pH 值 10.0、酶底比为 1%、温度为 60 ，水解 4h 水解度可达 31.04%。（ 3） 以玉米蛋白粉酶解后水解度为指标，无论是单因素试验还是正交试验，碱性蛋
17、白酶的水解度都明显高于中性蛋白酶 。在其影响因素中，对中性蛋白酶而言，影响最大的是 pH 值，而对碱性蛋白酶而言，影响最大的是底物质量分数，这可能是因为相比较而言，中性蛋白酶对 pH 值更为敏感，碱性蛋白酶在其碱性环境下酶活比较稳定所致 。（ 4） 碱性蛋白酶水解的水解度比中性蛋白酶水解的水解度大，且二者达到水解度显著增大并基本保持平衡的时间基本相同，均为 4 h 左右，从原料利用率的角度上考虑，碱性蛋白酶水解玉米蛋白粉的效果要比中性蛋白酶的好 。参考文献：翟瑞文，李雁群，佘世望 . 用玉米渣生产玉米蛋白肽饮料 J. 食品科学， 1997， 18 （ 9）： 31-33.金英姿 . 玉米蛋白生
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