备受关注的新型热杀菌技术和非热杀菌技术

 

传统热杀菌技术在食品工业中已被广泛应用，它能够杀死各种微生物，而且杀菌程度可以准确控制，是一种有效的杀菌方式。但热杀菌所需的高温会导致食品产生色泽、风味和营养物质的改变和损失。

 

针对传统热杀菌技术存在的问题，出现了新型热杀菌技术和非热杀菌技术，它们具有节能、高效、安全、经济以及更大限度保持食品天然的色、香、味的特点，因此受到很多人的关注，大大促进了包装食品的生产和发展。

 

 

传统热杀菌技术的本质是依靠燃烧燃料或电阻加热在食品外部提供热能，通过传导和对流将热能转移到食品内部，从而达到杀菌和钝化酶的目的。食品加工中常用的有巴氏杀菌和灭菌。

 

 

巴氏杀菌指能够杀死食品中几乎所有的病原菌的热处理强度。热处理程度视目标产品中对象菌的耐热性而定。

 

在乳制品生产中，巴氏杀菌是最主要的热处理方式（63℃/30min或72℃/15s）。总β-乳球蛋白变性率和糠氨酸含量是国际奶业普遍用来评估奶和奶制品品质的2个重要指标，与其他灭菌方式比较，巴氏杀菌乳中这2个指标均为最低。

 

巴氏杀菌乳在冷藏条件下（≤10℃）货架期一般为10d，其风味、营养价值和其他性质与新鲜原料乳差异很小。

 

除乳制品外，巴氏杀菌在啤酒、果汁等食品的加工中也有很多应用。
 

二、灭菌

 

灭菌指能够杀死食品中包括芽孢在内的几乎全部微生物的热处理强度。灭菌处理的强度比巴氏杀菌高。在乳制品加工中，瓶内灭菌乳一般采用110℃处理30min，可灭活乳中全部的酶类，但并不能完全灭活微生物产生的脂酶和蛋白酶；使一些维生素含量降低；可引起乳蛋白（包括酪蛋白）的一些变化；可使乳的pH值降低约0.2个单位；而且还容易产生美拉德反应导致褐变及一些赖氨酸的损失。

 

 

理想的热杀菌效果应该是，在热力对食品品质的影响程度限制在最小条件下，迅速而有效地杀死存在于食品物料中的有害微生物，达到产品指标的要求。超高温杀菌、微波杀菌和欧姆杀菌是达到这一理想效果的新途径。

 

 

超高温杀菌指加热温度为135~150℃，加热时间为2~8s，加热后产品达到商业无菌要求的杀菌过程。这一杀菌条件相对低酸性食品常规杀菌中采用的100~135℃高出20~40℃，因此称为超高温杀菌。

 

大量实验表明，微生物对高温的敏感性远大于多数食品成分对高温的敏感性，故UHT能在很短时间内有效地杀死微生物，并较好地保持食品应有的品质，大大延长食品的货架期。因而目前广泛应用于乳品、饮料和发酵等行业。

 

要达到杀菌要求，同时食品不受到热损害，其技术关键是快速加热和快速冷却，最常用的换热设备是板式换热器。按照物料与加热介质直接接触与否，UHT过程可分为间接式加热法和直接混合式加热法。

 

经过UHT的食品达到了商业灭菌要求，必须采用无菌包装以防止在后续的包装、运输和销售过程中受到微生物的污染。但通常的UHT设备只适用于不含颗粒的物料或所含颗粒的粒度小于1cm物料的加热杀菌。对颗粒度大于1cm的物料，目前可用微波杀菌和欧姆杀菌来实现。
 

二、微波杀菌

 

微波是指频率为300MHz~300GHz，即波长为1m~1mm的超高频电磁波。微波杀菌是热效应和非热效应的共同结果。一方面微波穿透介质，极性分子受交变电场作用而取向运动，摩擦生热，产生热效应。

 

另一方面生物体与微波作用会产生复杂的生物效应，即非热效应，如微波电场改变细胞膜断面电子分布，使其通透性改变；引起蛋白质变性；改变生理生化反应的活化能；诱发各种离子基团，使微生物的生理活性物质发生改变；导致DNA和RNA结构中氢键的松弛、断裂和重新组合，诱发一些基因突变，中断细胞的正常生理功能。

 

微波加热设备主要由直流电源、磁控管、加热器、控制器和冷却系统组成，可应用于肉制品、禽制品、水产品、果蔬、罐头、奶制品、农作物、布丁和面包等一系列产品。

 

 

欧姆杀菌是利用电极，将电流直接导入食品，由食品本身介电性质所产生的热量达到直接杀菌的目的。欧姆杀菌技术适于处理黏度较高的液体物料，并可以含有一些颗粒的物料，如肉汤、布丁的商业化无菌处理。采用欧姆加热，使颗粒的加热速率与液体的加热速率相接近成为可能，并可获得比常规方法更快的颗粒加热速率（1~2℃/s），因而可缩短加工时间，得到高品质产品。

 

欧姆杀菌装置系统主要由泵、柱式欧姆加热器、保温管、控制仪表等组成，其中最重要的部分是柱式欧姆加热器。加热高酸制品时，反压维持在0.2MPa，杀菌温度达90~95℃，加热低酸食品时反压维持在0.4MPa，杀菌温度达120~140℃。目前，英国APVBaker公司已制造出工业化规模的欧姆加热设备，可使高温瞬时技术应用于含颗粒（粒径高达25mm）食品的加工。

 

 

非热杀菌技术是指采用非加热的方法杀灭食品中有害和致病的微生物，使杀菌对象达到特定杀菌程度要求的杀菌技术。食品的非热杀菌主要包括物理杀菌和化学杀菌，物理杀菌包括臭氧杀菌、生物防腐剂等，化学杀菌包括辐照杀菌、高静压杀菌、脉冲电场杀菌、高密度二氧化碳杀菌、超声波杀菌、紫外线杀菌、脉冲光杀菌、脉冲X射线杀菌等。这里介绍在食品工业中研究和应用较多的5种新技术。
 

一、高密度二氧化碳杀菌

 

高密度二氧化碳杀菌技术是近年来发展起来的一种新型的非热力杀菌技术，借助于5~50MPa的亚临界或超临界二氧化碳。二氧化碳在常压下可抑制微生物，在高压状态下可有效杀灭大量微生物。

 

当温度高于31℃，压力高于7.34MPa时，二氧化碳处于超临界状态。在低于超临界压力和温度下，二氧化碳是亚临界和气体状态。

 

超临界二氧化碳同时具备液体和气体的特性，黏度低，扩散性和溶解性高。DPCD的杀菌机理可能是对微生物细胞造成了机械损伤、细胞及细胞膜的破坏以及细胞内成分的泄漏或失活、胞内pH值的降低等。

 

高密度二氧化碳对微生物具有良好的杀菌效果，其中包括假单胞菌、链球菌、沙门氏菌、埃希氏肠杆菌、李斯特氏菌、葡萄球菌、梭状芽孢杆菌、肠球菌、乳酸菌、酵母菌、霉菌、真菌、微生物孢子等。细菌、真菌对高密度二氧化碳较敏感，与微生物孢子相比更易被灭活。

 

 

脉冲电场杀菌技术是将高电压（15~100kV/cm）脉冲作用于电极间的食品，常温下进行，作用时间短（<1s），以杀灭食品中的微生物的一种新型杀菌技术。

 

 

臭氧具广谱抗菌特性，对细菌营养细胞、芽孢、病毒、真菌均有高效杀灭作用。2001年FDA将臭氧列入可直接与食品接触的添加剂范围，这是臭氧杀菌技术发展的里程碑，在食品原料清洗、果蔬保鲜和畜产品加工中应用越来越多。

 

臭氧的作用机理是首先作用于细胞膜，使膜构成成分受损伤而导致新陈代谢障碍，臭氧继续渗透穿过膜而破坏膜内脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，导致细胞溶解、死亡；同时，臭氧还能使细胞活动所必要的酶失去活性，而影响其正常的生理功能。

 

臭氧杀菌时除可直接利用臭氧气体对物质进行处理外，还可将其溶解于水，形成臭氧水进行杀菌。臭氧水杀菌作用有些不同，其氧化反应有2种，微生物菌体既与溶解于水中的臭氧直接反应，又与臭氧分解生成的羟基间接反应，由于羟基为极具氧化性的氧化剂，因此臭氧水的杀菌速度极快。

 

 

频率大于20kHz的声波，因超出人耳可闻的上限而被称为超声波。超声波杀菌是通过传声介质的相互作用产生巨大的能量，在很短的时间内杀死微生物。一般认为，超声波的杀菌效力主要来自于细胞内部的空化作用。其杀菌效果受到多种因素的影响，包括超声波的频率、强度和照射时间，微生物的种类和数量以及媒质的性质等。超声波杀菌技术适合处理果蔬汁饮料、酒类、牛奶、矿泉水和酱油等液体食品。
 

五、高静压杀菌

 

高静压杀菌技术是将100~1000MPa的静态液体压力施加于液态或固态食品、生物制品等物料上并保持几秒钟到几十分钟，起到杀菌、破坏酶及改善物料结构和特性的作用。

 

 

①它能在常温或常温附近的温度下达到杀菌灭酶的作用，而且其对大分子的修饰使得它可能对制品的质构等品质因素有一定的改善作用；

 

②HHP过程的传压速度快、均匀，只要制品本身不具备很大的压缩性，不会影响制品的外观形态。

 

高静压杀菌效果也受诸多因素的影响，包括微生物的种类和生长期培养条件、压力大小和加压时间、施压方式、处理温度、pH值、介质成分及水分活度等。

 

 

辐照杀菌是指利用电磁射线、加速电子照射被杀菌的物料从而杀死微生物的一种杀菌技术。用于杀菌的辐照可分为电离辐照（如γ射线、加速电子）与非电离辐照（如紫外线、红外线和微波）。

 

食品辐照杀菌根据所要达到的目的及所需的剂量，可分为辐照耐贮杀菌、辐照巴氏杀菌和辐照阿氏杀菌。相对于其他杀菌技术，辐照杀菌有着自己的优越性。适宜的剂量下，物料的温度在辐照处理过程中升高很小；辐照均匀、快速、易控制；物料也在有包装的情况下进行杀菌；辐照处理后不会留下任何残留物。

 

同时它也有弱点，如需要专门的辐射源，设备投资大；射线对人体有影响，因此需要十分注意操作人员的防护措施；辐照的灭酶效果不好等。目前用于食品工业杀菌的射线多为60Co-γ射线。

 

 

虽然非热杀菌技术在保持食品的色泽、风味、营养物质有很大的优势，但是它也存在着自己的技术缺陷，例如难以杀死细菌芽胞，杀菌强度大时温度易升高等，限制了其应用范围。因此，人们将热杀菌技术和非热杀菌技术结合使用，或几种非热杀菌技术结合使用来达到所需的热处理效果。

 

随着人们消费意识增强与消费水平提高，对食品的质量与安全的要求也越来越高。在这种形势下，传统热杀菌技术仍然会继续发挥它的重要作用，但新型热杀菌技术和非热杀菌技术的应用会更加广泛，因为新的方式不仅能够更好地保持食品原有的色香味，对环境的伤害也更小，节能、节水和减少废气废水的排放。而各种杀菌方式的结合使用也是一种趋势，能保证食品在达到杀菌、灭酶的要求下，更好地保持其本身的色泽、风味和营养价值。