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二氧化碳在食品工业上的应用
发布日期:2017-09-20 阅读次数: 字体大小:
二氧化碳是自然界中最普通的化合物之一。 化学分子式为CO2相对分子质量:44.01 地球上99.9%的二氧化碳存在于自然界的矿物中。二氧化碳通常是由燃烧有机化合物%细胞的呼吸作用、微生物的发酵作用等所产生。 植物在有阳光的情况下吸取二氧化碳,在其叶绿素内进行光合作用,产生碳水化合物和氧气,氧气可供其他生物进行呼吸作用,这种循环称为碳循环。 游离态的二氧化碳在大气中的浓度约为0.03%。 是一种密度较大的无色气体,不支持燃烧,对眼睛和呼吸器官有刺激作用,高浓度时略带酸味,高浓度二氧化碳对人身安全有影响,同时可抑制细菌生长。 加压和冷却时能变成液体或固体(干冰)。 由于二氧化碳本身的性质特点,随着人民生活水平和质量的提高,二氧化碳在食品工业上得到越来越广泛的应用。
       
1.食品的气调保鲜。
    近几年来我国水果产量迅速增加,然而,果农的收入并没有和产量的激增成比例地增加,其原因是水果产量增加后,而保鲜及加工落后,水果收获期集中,出现卖果难,售价低,腐烂严重,果农经济损失惨重。发达国家蔬菜水果产品损失不到5%据统计,我国蔬菜、水果损失达25%-30%。如果我们运用保鲜技术使产品贮藏损失降低一半,每年即可减少500 多万t 水果和3000 多万t 蔬菜的损失,相当于1000亿元的经济效益。
果蔬收获后,靠消耗体内营养进行呼吸,其呼吸强度直接影响其新鲜度,因此抑制呼吸,通过对贮藏环境中温度、湿度、氧气、二氧化碳和乙烯浓度等条件的控制,实现抑制果蔬的呼吸作用,减缓新陈代谢,减少腐烂及病虫害,减少水份丧失,最大限度地保持果蔬产品的新鲜度和商品性,延长贮藏期和销售的货架期。
气调贮藏是当今最先进的果蔬保鲜贮藏方法。 气调贮藏的实质是在冷藏的基础上增加气体成份调节。 气调贮藏在低氧(一般1%-5%的氧气含量),适当的二氧化碳浓度条件下,可以大大抑制果蔬呼吸,抑制有害菌繁殖生存,减少腐烂,保持果蔬优良的风味和芳香气味,抑制水份蒸发,保持果蔬新鲜度,而且还可抑制酶的活性,抑制乙烯产生(果蔬贮藏中自身会产生乙烯气体,乙烯又促使果蔬加快后熟和衰老),延缓后熟和衰老过程,长期保持果实硬度和新鲜,延长贮藏期和货架期。
    气调技术的核心就是将食品周围的气体调节成与正常大气相比含有低氧浓度和高二氧化碳浓度的气体,并配合适当的温度条件来延缓食品的寿命。果蔬经过气调保鲜贮藏时间长(蒜苔240-270d,苹果180-240d,梨、猕猴桃150-210d,葡萄60-90d枇杷、嫩玉米棒30-60d)。 目前采用透气性的塑料薄膜袋包装,袋内保持1%氧浓度10%-15%二氧化碳浓度,对蘑菇进行简易气调温保鲜表明,在3-5d内保持鲜嫩不开伞,基本无褐变,失水率低于1%可使蘑菇在4d内保持洁白,保鲜度佳。
二氧化碳不但用于果蔬的保鲜,对于烘烤食品,二氧化碳不但可有效地抑制霉菌,而且可以防止面包机软点心变硬,二氧化碳能比液氮更有效地延长其货架期,货架期可以延长到1个月。二氧化碳气调贮藏食品可用于大型密封容器,也可用于小包装。 在点心,干酪和果汁的小包装中充二氧化碳亦可延长保存期防止霉变,保持良好的感官品质。
   
2.在饮料工业中二氧化碳的应用
    碳酸饮料是在一定条件下充入二氧化碳气的制品,是软饮料(非酒精饮料)的一种。按照我国软饮料的分类标准,碳酸饮料(汽水)分为:果汁型碳酸饮料、果味型碳酸饮料、可乐型碳酸饮料、低热量型的碳酸饮料和其他型碳酸饮料。
二氧化碳改善了碳酸饮料的风味,参与提供了酸性环境,产生了刺激性的清凉爽口感并赋予了碳酸饮料特有的泡沫奔涌的外观。 首先是调节风味,在饮料中碳酸起到调节溶液PH 值的作用,使饮料中各种原料风味更协调;其次起防腐作用,碳酸可使PH 值下降,耐酸菌除外,其他的微生物均难以繁殖和生存,二氧化碳的存在使容器内缺氧,许多嗜氧菌也无法生存,二氧化碳使容器内有一定的压力,压力也能使微生物生长条件破坏甚至死亡。 这些特性可以使汽水、汽酒类饮料具有较好的防腐能力,从而延长了保质期。 所以碳酸饮料的二氧化碳含量是一个重要的特征性质量指标。碳酸饮料的发泡和刺激味道来自二氧化碳, 饮料内的二氧化碳使用量取决于特定的口味和品牌,加工中使用低温液体和增大压力使更多的二氧化碳溶解来加速碳酸化作用。 饮用时由于温度增高使二氧化碳气化,产生刺激并带走人体热量,所以给饮用者以清凉感。
 
3.二氧化碳在食品冷藏和冷冻的应用
    固态的二氧化碳称做“干冰”。 “干冰”是一种比冰更好的致冷剂,它冷却的温度比冰低的多,可以产生-78℃的低温。而且,“干冰”熔化时,不会像冰那样变成液体,它直接蒸发成为温度很低的、干燥的二氧化碳气体,因此它的冷藏效果特别好。 “干冰”经常用于保藏容易腐烂的食品,如干冰用来冷冻和保藏鱼、肉、水果、蔬菜之类的食物。干冰最大的优点就是气化,不会化水污染实物。 用于储存速冻食品、航空食品、长短途冷藏运输。但是干冰冷冻保藏食品的费用比较高,限制其应用范围。
    在冷冻食品加工企业中,食品速冻设备正在逐渐普及,国外先进的冻结技术和设备也被普遍采用。 按冻结方式分类,速冻设备可分为:空气循环式、接触式和喷淋式。 喷淋式则主要采用将液氮、二氧化碳液体喷淋在食品表面,靠液体蒸发快速带走食品内的热量,达到快速降温的目的。 由于二氧化碳液体制取需要特殊的设备和工艺,得来不易,如果没有便利的条件,势必会加大食品加工成本,但二氧化碳速冻法具有温度低,冻结块的特点。 对于无包装的小尺寸食品冻结时间为4-8min。每公斤食品大约耗二氧化碳0.5-2.0kg。二氧化碳用于食品的急速冷冻、冷却和保存。 在绝热的冷冻室中,把液体二氧化碳直接喷射到鲜肉、鱼贝及香菇、饺子、春卷等各种新鲜和加工食品上,使食品在瞬间冷冻,急速地通过0-5℃这个最大的冰结晶生成区,生成的冰结晶数量多而细小,不破坏食物的组织,可以保存冷冻前的鲜味。 如用于保存大米、鸡蛋、海鱼、面包等。如果是一些附加值特别高的产品,为提高冻结速度,降低冻结温度,采用这种方法值得,但对于利润越来越少的大众化食品来说,很难推广。
国外研究在冷海水中通入二氧化碳保藏渔获物已取得一定成效。 因为鱼体腐败的主要原因是细菌作用,同样温度条件下冷海水保藏鱼比冰藏鱼腐败快,是由于海水循环扩大了细菌污染。 当冷海水中通入二氧化碳后,海水PH 值降低抑制细菌的生长,延长渔获物的保鲜期。 但此法必须克服对金属的腐蚀作用,才能推广应用。 总之,随着二氧化碳在食品冷藏和冷冻应用研究的深入和进展,今后会得到推广和普及的。
                  
4.超临界CO2在食品工业的应用
    二氧化碳在温度高于临界温度(Tc)31℃、压力高于临界压力(Pc)3Mpa 的条件下,便转化为介乎气态和液态的超临界状态。 这时,其性质会发生变化,其密度近于液体,粘度近于气体,扩散系数为液体的100 倍,因而具有惊人的溶解能力,二氧化碳处于温度和压力的临界值水平就会失去液体或气体的典型特性,变成一种高密度液体或称超临界流体。 超临界流体既可以像液体那样溶解很多物质,又具有气体的渗透力,可穿过任何微孔, 由于超临界流体兼备气体和液体的这些特性,它可用于从化学物质中分解有毒物质。 用它可溶解多种物质,然后提取其中的有效成分或生物活性物质,具有广泛应用。
    在食品加工过程中可用二氧化碳的超临界流体从海产品切片后的边角料中提取调味香精,还可以从植物中提取天然色素和香料,剔除咖啡豆中的咖啡因成分等也都可以发挥它的作用。 由于这种方法不使用含毒有机溶剂,可有效避免食品受污染,尤其在提取对温度很敏感的蛋白质、维生素等成分的时候,可在不加热的情况下安全进行,从而保证内部组织成分不受破坏。 这项技术在清除食品中的微生物这一工序取得了一项新进展,专家们在食品加工流水线上增加一部高压舱,让具有极强渗透力的超临界二氧化碳通过微生物的细胞壁孔隙进入其体内,然后迅速将环境气压从73个大气压骤降到正常水平,使二氧化碳急剧膨胀,从而杀死微生物中的有害细菌和病毒。 与传统的加热消毒相比,这种方法不会改变食物的原有味道。
5.二氧化碳在食品工业的其他用途
二氧化碳除了以上在食品工业的主要应用外,还有许多用途:
(1)二氧化碳干燥食品:用二氧化碳代替空气干燥食品的技术是以二氧化碳作为干燥介质可以在较低温度(32.2-46.1℃)下干燥食品。 加工出的产品质量好,如能够较好地保留新鲜果蔬的香气、色泽和质构,很容易复水,复水后仍保持其新鲜的品质,并且成本大大地低于冷冻干燥,其质量效果可以与冷冻干燥相媲美;
(2)制造冰淇淋:主要原料为水果、蔬菜、干果和优质的冰淇淋,加入二氧化碳,冰淇淋的膨化率可达100% ,口感清爽,带给你最沁凉的感动;
(3)果汁的保藏:用二氧化碳来贮藏果汁在国外是常用的果汁保藏方法。 空罐经过清洗灭菌后随即充入二氧化碳,然后在保持正压的条件下,输入经过巴氏灭菌并冷却的果汁。 用二氧化碳使罐压保持0.15Mpa-0.2Mpa,在每罐贮藏10t 果汁的不锈钢罐中常温的条件下,总可溶性固形物的保存率为97%,总酸保存率为94%,维生素C的保存率为81%-85%
(如果不充二氧化碳而采用防腐剂的方法,则维生素的保存率只有20%-25.3%)。 细菌总数略有增加但符合卫生指标要求,大肠杆菌菌群数在12 月内一直保持不变,果汁的色泽和风味基本不变,明显优于使用防腐剂保存的果汁,取得良好贮藏效果。 并且这种方法能够在常温下使果汁保鲜,从而可以节约建设冷库的巨额投资;
    (4)油脂防止氧化:食用油脂容易氧化变质,贮藏不善时极易酸败,长期摄取变质的油脂会中毒诱发癌变。 近年来试验证明,用二氧化碳置换油脂贮罐上部空间的空气,可达到油脂隔绝氧气防止油品氧化变质。 通过试验,油脂的过氧化值无明显变化,已取得大型贮罐贮藏油脂的满意结果。