食品冷殺菌技術(shù)分析

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1食品冷殺菌技術(shù)及其應(yīng)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(shí)間后，使之達(dá)到滅菌要求。其基本原理是壓力對(duì)微生物的致死作用，主要是通過(guò)破壞其細(xì)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(fù)制等來(lái)實(shí)現(xiàn)[1]。采用超高壓技術(shù)，在400MPa～600MPa的壓力下，能殺死果汁中幾乎所有的細(xì)菌、霉菌和酵母菌?，F(xiàn)在日本市場(chǎng)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(guò)的果制品避免了一般高溫殺菌帶來(lái)的不良變化，口感好，色澤天然，安全性高，保質(zhì)期長(zhǎng)。但該技術(shù)不能連續(xù)生產(chǎn)，只能分批運(yùn)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(méi)有固定形狀的果蔬制品。

1.2超高壓脈沖電場(chǎng)殺菌

超高壓脈沖電場(chǎng)殺菌是采用高壓脈沖器產(chǎn)生的脈沖電場(chǎng)進(jìn)行殺菌的方法。其基本過(guò)程是用瞬時(shí)高壓處理放置在兩極間的低溫冷卻食品。其機(jī)理基于細(xì)胞膜穿孔效應(yīng)、電磁機(jī)制模型、粘彈極性形成模型、電解產(chǎn)物效應(yīng)、臭氧效應(yīng)等假設(shè)。其作用主要有2個(gè)（:1）場(chǎng)的作用。脈沖電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，細(xì)胞膜在脈沖電場(chǎng)和磁場(chǎng)的交替作用下，通透性增加，振蕩加劇，膜強(qiáng)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(xì)胞膜的保護(hù)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(yáng)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(yīng)和新陳代謝過(guò)程等的進(jìn)行。同時(shí)，液體介質(zhì)電離產(chǎn)生臭氧的強(qiáng)烈氧化作用，使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)發(fā)生一系列的反應(yīng)。通過(guò)場(chǎng)和電離的聯(lián)合作用，殺滅菌體[3]。超高壓脈沖電場(chǎng)殺菌已在實(shí)驗(yàn)室水平上取得了顯著的成效。它可保持食品的新鮮及其風(fēng)味，營(yíng)養(yǎng)損失少。但因其殺菌系統(tǒng)造價(jià)高，制約了它在食品工業(yè)上的應(yīng)用。且超高壓脈沖電場(chǎng)殺菌在黏性及固體顆粒食品中的應(yīng)用還有待進(jìn)一步的研究。

1.3強(qiáng)磁脈沖殺菌

該技術(shù)采用強(qiáng)脈沖磁場(chǎng)的生物效應(yīng)進(jìn)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(chǎng)強(qiáng)度。當(dāng)液體物料通過(guò)該段輸液管時(shí)，其中的細(xì)菌即被殺死。因殺菌物料的溫升一般不超過(guò)5℃[4]，物料的組織結(jié)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)成分、顏色均不遭破壞。應(yīng)特別指出的是，利用磁場(chǎng)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(yīng)而導(dǎo)致磁屏蔽。這就是脈沖磁場(chǎng)殺菌對(duì)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(qiáng)光殺菌

脈沖強(qiáng)光裝置是以極強(qiáng)的直流電通過(guò)充有惰性氣體的燈管，發(fā)出比地面上太陽(yáng)光強(qiáng)近2萬(wàn)倍的光能，在僅10-7s的滯留時(shí)間內(nèi)照射于物料表面，達(dá)到有效殺死細(xì)菌的效果。由于脈沖光波長(zhǎng)較長(zhǎng)，不會(huì)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(zhǎng)的傳統(tǒng)UV照射好。上世紀(jì)90年代美國(guó)圣地亞哥純脈沖技術(shù)研究所發(fā)明了此項(xiàng)殺菌新技術(shù)，稱之為“純亮”殺菌。此后美國(guó)XenonCorporation進(jìn)行系列脈沖強(qiáng)光殺菌設(shè)備研發(fā)，并與美國(guó)賓州大學(xué)教授AliDemirci博士合作進(jìn)行各種食品殺菌試驗(yàn)，獲得良好的效果，從而使該公司設(shè)備獲得美國(guó)市場(chǎng)認(rèn)可，該公司RS300B、RS300C和RS300M系列脈沖強(qiáng)光殺菌設(shè)備被用于魚(yú)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(xué)的及生物學(xué)等方面的綜合結(jié)果。其作用機(jī)制可歸納為（:1）作用于細(xì)胞膜、導(dǎo)致細(xì)胞膜的通透性增加、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外流，使細(xì)胞失去活力；（2）使細(xì)胞活動(dòng)必需的酶失活。這些酶既有基礎(chǔ)代謝的酶，也有合成細(xì)胞重要成分的酶；（3）破壞細(xì)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(guò)直接破壞RNA或DNA完成的；而殺滅細(xì)菌、霉菌類微生物則是先作用于細(xì)胞膜，使其構(gòu)成受到損傷，導(dǎo)致新陳代謝障礙并抑制其生長(zhǎng)，臭氧繼續(xù)滲透破壞膜內(nèi)組織，直至其死亡[7]。臭氧對(duì)幾乎所有病菌、霉菌、真菌及原蟲(chóng)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(yīng)用。臭氧溶解于水中，能消殺水中對(duì)人體的有害物質(zhì)，如鐵、錳、鉻、鉛、氧化物等，還可以分解有機(jī)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(duì)干燥菌體幾乎無(wú)殺菌作用。

1.6輻射殺菌

輻照就是運(yùn)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(xué)或生物學(xué)上的變化，從而抑制或破環(huán)其新陳代謝和生長(zhǎng)發(fā)育，使細(xì)胞死亡，延長(zhǎng)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(qiáng)，對(duì)只要求表面處理的食品效果不佳。食品輻照操作簡(jiǎn)單，照射較易控制，幾乎無(wú)熱效應(yīng)，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(guó)家得到政府的認(rèn)可并批準(zhǔn)使用，我國(guó)對(duì)稻谷、小麥、玉米、蔬菜、水果、魚(yú)肉輻照保藏技術(shù)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(jiàn)光的紫色光和X射線之間的光波，波長(zhǎng)在100nm和400nm之間。其殺菌的原理是利用生物細(xì)胞內(nèi)的DNA吸收240nm~280nm范圍內(nèi)的光波，當(dāng)對(duì)260nm波長(zhǎng)的光波吸收達(dá)到最大值時(shí)，DNA受到破壞導(dǎo)致細(xì)菌死亡的特性進(jìn)行殺菌。同時(shí),紫外光還可降解有機(jī)物。185nm~400nm左右波長(zhǎng)的紫外光可裂解有機(jī)物中的碳鍵使其降解[9],即破壞微生物分子間特有的化學(xué)鍵導(dǎo)致細(xì)菌死亡。目前使用紫外線裝置大多數(shù)是管壁能夠通過(guò)紫外線的低壓汞燈,這種技術(shù)多見(jiàn)于對(duì)水的處理。而對(duì)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?；蛏氐囊后w均不能采用。另外,紫外線殺菌裝置使用時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng),否則效果變差。日本某公司研制開(kāi)發(fā)一種紫外線殺菌燈,使用時(shí)間可達(dá)到7000h,對(duì)活水魚(yú)槽中進(jìn)行滅菌,既保持水質(zhì)的清凈新鮮,又能延長(zhǎng)活魚(yú)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(xì)菌。因電子束的能量過(guò)大可能產(chǎn)生誘感放射性問(wèn)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(wú)菌狀態(tài)，不影響食品品質(zhì)。美國(guó)密蘇里大學(xué)、衣阿華州立大學(xué)和內(nèi)蒂克陸軍實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合組成一個(gè)跨學(xué)科研究組正在研發(fā)名為冷消毒的電子束技術(shù),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(huì)影響冷消毒過(guò)程的時(shí)間和強(qiáng)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(lái)能改進(jìn)此技術(shù),使之可用于形狀不規(guī)則的食品[11]。

1.9半導(dǎo)體光催化殺菌

半導(dǎo)體光催化殺菌即是光照射到大聚集體的TiO2表面時(shí)，激發(fā)產(chǎn)生光生電子和光生空穴對(duì)。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(kāi)。光生空穴有很強(qiáng)的得電子的能力，產(chǎn)生的光生電子-空穴對(duì)一方面與細(xì)胞壁、細(xì)胞膜以及細(xì)胞內(nèi)組分作用，導(dǎo)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(xì)胞壁、細(xì)胞膜以及細(xì)胞內(nèi)組分作用，使細(xì)胞功能單元失活。半導(dǎo)體光催化通過(guò)生物生命活動(dòng)過(guò)程中電子的得失來(lái)進(jìn)行殺菌，因而光催化條件控制得當(dāng)，就能達(dá)到良好的殺菌效果。目前，導(dǎo)體光催化殺菌技術(shù)僅用于水處理，在食品領(lǐng)域的其它方面尚未得到應(yīng)用，有待進(jìn)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(yīng)力能機(jī)械地破碎細(xì)胞壁和加快物質(zhì)轉(zhuǎn)移的原理進(jìn)行殺菌，所用的超聲波頻率一般為20KHz~100KHz，能量為104kw/cm2，波長(zhǎng)為3.0cm~7.5cm，是一種有效的非熱處理的殺菌方法。Villamiel等對(duì)奶制品采用超聲殺菌和傳統(tǒng)殺菌進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在相同的試驗(yàn)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(yǔ)

冷殺菌是在食品溫度不升高或升高很低的條件下進(jìn)行殺菌，彌補(bǔ)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(yíng)養(yǎng)成分，是一種安全、高效的殺菌方法。作為新型殺菌技術(shù)，近年來(lái)冷殺菌受到了國(guó)內(nèi)外食品行業(yè)的極大關(guān)注，使之成為21世紀(jì)食品工業(yè)研究和推廣的重要高新技術(shù)之一，在食品加工過(guò)程中采用冷殺菌技術(shù)成為必然的趨勢(shì)。因此它是最有應(yīng)用前景的殺菌技術(shù)。