食品冷殺菌技術分析

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1食品冷殺菌技術及其應用

1.1超高壓殺菌

超高壓殺菌是將食品物料以某種方式包裝以后，放入液體介質(zhì)（通常是食用油、甘油、油與水的乳液）中，在100MPa～1000MPa壓力下作用一段時間后，使之達到滅菌要求。其基本原理是壓力對微生物的致死作用，主要是通過破壞其細胞壁，使蛋白質(zhì)凝固，抑制酶的活性和DNA等遺傳物質(zhì)的復制等來實現(xiàn)[1]。采用超高壓技術，在400MPa～600MPa的壓力下，能殺死果汁中幾乎所有的細菌、霉菌和酵母菌。現(xiàn)在日本市場上已有利用超高壓殺菌的果汁、果醬等產(chǎn)品出售[2]。這種經(jīng)超高壓處理過的果制品避免了一般高溫殺菌帶來的不良變化，口感好，色澤天然，安全性高，保質(zhì)期長。但該技術不能連續(xù)生產(chǎn)，只能分批運用。超高壓殺菌可能引起果蔬在極限壓力下變形或狀態(tài)明顯改變。因此主要用于沒有固定形狀的果蔬制品。

1.2超高壓脈沖電場殺菌

超高壓脈沖電場殺菌是采用高壓脈沖器產(chǎn)生的脈沖電場進行殺菌的方法。其基本過程是用瞬時高壓處理放置在兩極間的低溫冷卻食品。其機理基于細胞膜穿孔效應、電磁機制模型、粘彈極性形成模型、電解產(chǎn)物效應、臭氧效應等假設。其作用主要有2個（:1）場的作用。脈沖電場產(chǎn)生磁場，細胞膜在脈沖電場和磁場的交替作用下，通透性增加，振蕩加劇，膜強度減弱，從而使膜破壞，膜內(nèi)物質(zhì)容易流出，膜外物質(zhì)容易滲入，細胞膜的保護作用減弱甚至消失。（2）電離作用。電極附近物質(zhì)電離產(chǎn)生的陰陽離子與膜內(nèi)生命物質(zhì)作用，阻礙了膜內(nèi)正常生化反應和新陳代謝過程等的進行。同時，液體介質(zhì)電離產(chǎn)生臭氧的強烈氧化作用，使細胞內(nèi)物質(zhì)發(fā)生一系列的反應。通過場和電離的聯(lián)合作用，殺滅菌體[3]。超高壓脈沖電場殺菌已在實驗室水平上取得了顯著的成效。它可保持食品的新鮮及其風味，營養(yǎng)損失少。但因其殺菌系統(tǒng)造價高，制約了它在食品工業(yè)上的應用。且超高壓脈沖電場殺菌在黏性及固體顆粒食品中的應用還有待進一步的研究。

1.3強磁脈沖殺菌

該技術采用強脈沖磁場的生物效應進行殺菌。在輸液管外面，套裝有螺旋形線圈，磁脈沖發(fā)生器在線圈內(nèi)產(chǎn)生（2～10）T的磁場強度。當液體物料通過該段輸液管時，其中的細菌即被殺死。因殺菌物料的溫升一般不超過5℃[4]，物料的組織結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)成分、顏色均不遭破壞。應特別指出的是，利用磁場殺菌要求食品材料具有較高的電阻率，一般大于10Ω•cm，以防材料內(nèi)部產(chǎn)生渦流效應而導致磁屏蔽。這就是脈沖磁場殺菌對有些食品材料具有很好的殺菌效果，而有些殺菌效果較差的原因[5]。

1.4脈沖強光殺菌

脈沖強光裝置是以極強的直流電通過充有惰性氣體的燈管，發(fā)出比地面上太陽光強近2萬倍的光能，在僅10-7s的滯留時間內(nèi)照射于物料表面，達到有效殺死細菌的效果。由于脈沖光波長較長，不會發(fā)生小分子電離，其殺菌效果明顯比非脈沖或連續(xù)波長的傳統(tǒng)UV照射好。上世紀90年代美國圣地亞哥純脈沖技術研究所發(fā)明了此項殺菌新技術，稱之為“純亮”殺菌。此后美國XenonCorporation進行系列脈沖強光殺菌設備研發(fā)，并與美國賓州大學教授AliDemirci博士合作進行各種食品殺菌試驗，獲得良好的效果，從而使該公司設備獲得美國市場認可，該公司RS300B、RS300C和RS300M系列脈沖強光殺菌設備被用于魚片、肉丁等食品以及血液的殺菌[6]。

1.5臭氧殺菌

臭氧滅菌或抑菌作用，通常是物理的、化學的及生物學等方面的綜合結(jié)果。其作用機制可歸納為（:1）作用于細胞膜、導致細胞膜的通透性增加、細胞內(nèi)物質(zhì)外流，使細胞失去活力；（2）使細胞活動必需的酶失活。這些酶既有基礎代謝的酶，也有合成細胞重要成分的酶；（3）破壞細胞質(zhì)內(nèi)的遺傳物質(zhì)或使其失去功能。臭氧殺滅病毒是通過直接破壞RNA或DNA完成的；而殺滅細菌、霉菌類微生物則是先作用于細胞膜，使其構(gòu)成受到損傷，導致新陳代謝障礙并抑制其生長，臭氧繼續(xù)滲透破壞膜內(nèi)組織，直至其死亡[7]。臭氧對幾乎所有病菌、霉菌、真菌及原蟲卵囊都有明顯的滅活效果，并可以破壞肉毒桿菌毒素。臭氧的滅菌速度極快，是氯的300倍～600倍，紫外線的3000倍。臭氧的高氧化還原電位，決定了它在氧化、脫色、除味、保鮮方面的應用。臭氧溶解于水中，能消殺水中對人體的有害物質(zhì)，如鐵、錳、鉻、鉛、氧化物等，還可以分解有機物及滅藻。但臭氧的滅菌效果受溫度和濕度的影響。在低溫高濕條件下，滅菌效果好；在高溫條件下，臭氧易分解，滅菌效果下降；環(huán)境濕度低，滅菌效果較差，對干燥菌體幾乎無殺菌作用。

1.6輻射殺菌

輻照就是運用X射線、γ射線或電子高速射線照射食品引起食品內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生物理、化學或生物學上的變化，從而抑制或破環(huán)其新陳代謝和生長發(fā)育，使細胞死亡，延長食品的貯藏期。食品中常用的輻照源主要是Co60、Cs137等所產(chǎn)生的γ射線，其穿透性強，對只要求表面處理的食品效果不佳。食品輻照操作簡單，照射較易控制，幾乎無熱效應，可較好地保持食品原有的品質(zhì)，衛(wèi)生安全性較高，節(jié)能。除用于果蔬的貯藏保鮮，如抑制土豆、大蒜、洋蔥等的發(fā)芽和延緩果蔬的衰老外，還可用于許多食品的消毒殺菌，如調(diào)味料、肉類、海產(chǎn)品、糧食及脫水蔬菜等[8]。目前，輻射殺菌已在許多國家得到政府的認可并批準使用，我國對稻谷、小麥、玉米、蔬菜、水果、魚肉輻照保藏技術已取得成效，日益顯示出廣闊的前景。

1.7紫外線殺菌

紫外線是介于可見光的紫色光和X射線之間的光波，波長在100nm和400nm之間。其殺菌的原理是利用生物細胞內(nèi)的DNA吸收240nm~280nm范圍內(nèi)的光波，當對260nm波長的光波吸收達到最大值時，DNA受到破壞導致細菌死亡的特性進行殺菌。同時,紫外光還可降解有機物。185nm~400nm左右波長的紫外光可裂解有機物中的碳鍵使其降解[9],即破壞微生物分子間特有的化學鍵導致細菌死亡。目前使用紫外線裝置大多數(shù)是管壁能夠通過紫外線的低壓汞燈,這種技術多見于對水的處理。而對其它一些食品如果蔬汁飲料、啤酒、葡萄酒、牛奶或其它含有膠體顆粒或色素的液體均不能采用。另外,紫外線殺菌裝置使用時間不宜過長,否則效果變差。日本某公司研制開發(fā)一種紫外線殺菌燈,使用時間可達到7000h,對活水魚槽中進行滅菌,既保持水質(zhì)的清凈新鮮,又能延長活魚壽命[10]。

1.8軟電子束冷消毒殺菌

軟電子束冷消毒殺菌是利用直線加速器產(chǎn)生的電子束破壞微生物的DNA，從而殺滅食品表面的細菌。因電子束的能量過大可能產(chǎn)生誘感放射性問題，則用于照射食品的電子束能量被限制在10MeV以下。電子束穿透性低，僅使食品表面呈無菌狀態(tài)，不影響食品品質(zhì)。美國密蘇里大學、衣阿華州立大學和內(nèi)蒂克陸軍實驗室聯(lián)合組成一個跨學科研究組正在研發(fā)名為冷消毒的電子束技術,其目的是消滅食品中可能致命的大腸桿菌O157∶H7。此法快,不需加熱。但有一系列變數(shù)如肉類的脂肪含量、厚度和狀態(tài)（鮮肉還是凍肉）會影響冷消毒過程的時間和強度。此法現(xiàn)在只限用于液體和形狀整齊的均質(zhì)食品。該研究組希望將來能改進此技術,使之可用于形狀不規(guī)則的食品[11]。

1.9半導體光催化殺菌

半導體光催化殺菌即是光照射到大聚集體的TiO2表面時，激發(fā)產(chǎn)生光生電子和光生空穴對。由于光電子遷移速度比光生空穴快得多，所以，光生電子和光生空穴分開。光生空穴有很強的得電子的能力，產(chǎn)生的光生電子-空穴對一方面與細胞壁、細胞膜以及細胞內(nèi)組分作用，導致酶失活等，另一方面光生電子和水中溶解氧發(fā)生作用形成氫氧自由基，與細胞壁、細胞膜以及細胞內(nèi)組分作用，使細胞功能單元失活。半導體光催化通過生物生命活動過程中電子的得失來進行殺菌，因而光催化條件控制得當，就能達到良好的殺菌效果。目前，導體光催化殺菌技術僅用于水處理，在食品領域的其它方面尚未得到應用，有待進一步的探索[12]。

1.10超聲殺菌

超聲殺菌利用超聲空穴現(xiàn)象產(chǎn)生的剪應力能機械地破碎細胞壁和加快物質(zhì)轉(zhuǎn)移的原理進行殺菌，所用的超聲波頻率一般為20KHz~100KHz，能量為104kw/cm2，波長為3.0cm~7.5cm，是一種有效的非熱處理的殺菌方法。Villamiel等對奶制品采用超聲殺菌和傳統(tǒng)殺菌進行對比研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在相同的試驗條件下，超聲殺菌效果優(yōu)于傳統(tǒng)殺菌，初步表明超聲殺菌可用于奶制品工業(yè)[13]。

2結(jié)束語

冷殺菌是在食品溫度不升高或升高很低的條件下進行殺菌，彌補了熱殺菌的不足，可最大限度地保持食品功能成分的生理活性及原有的色、香、味及營養(yǎng)成分，是一種安全、高效的殺菌方法。作為新型殺菌技術，近年來冷殺菌受到了國內(nèi)外食品行業(yè)的極大關注，使之成為21世紀食品工業(yè)研究和推廣的重要高新技術之一，在食品加工過程中采用冷殺菌技術成為必然的趨勢。因此它是最有應用前景的殺菌技術。