杀菌新技术在食品加工中的应用

浙江大学生物系统工程系 陆秋君 华顺宝 胡 康

目前，食品的安全问题日益突出，尤其是对于消灭或减少致病菌的方法表出极大的关注。而传统的热杀菌方法将引起食品的色、香、味等方面的变化，不能保持食品原有的品质与风味。对于热杀菌不足之处，近年来国内外出现了一些高新杀菌技术，如超高温技术、超高压技术、脉冲强光、微波技术、激光杀菌等技术不仅能保证食品在微生物方面的安全，而且能较好地保持食品原有的品质、质构、风味、色泽、新鲜度等。本文讨论了食品杀菌新技术的原理及其研究进展，旨在推进我国在食品杀菌技术方面的研究和应用。

1 热杀菌技术

1.1 超高温杀菌新技术

超高温杀菌是指在温度和时间标准分别为135～150℃、2～8_S的条件下，然后再迅速冷却到30～40℃，达到对乳制品或其他食品进行杀菌处理的一种工艺。它较好地保持食品品质与营养价值，广泛应用于乳、果汁、豆乳、茶、酒、矿泉水及其它一些产品上。超高温杀菌的基本原理是建立在食品品质及营养成分等遭受热力破坏的温度与微生物受热死亡的温度两者之间有很大差异这一规律之上的。通常温度越高，杀死微生物所需要的时间越短，丁裕海研制了超高温灭菌朱古力牛乳的制作方法及其合理，可行的超高温杀菌生产工艺，经长时间观察和尝试发现该产品具有稳定性好、口感佳等特点。超高温杀菌国内正在推行，有管式和板式2种形式。多管式超高温杀菌成套设备的传热系数接近板式换热器的水平。但比板式换热器耐压又易于清洗。

1.2 高温瞬时杀菌新技术

高温瞬时杀菌（HTST）是采用热交换器进行加热杀菌的新技术。卫彩霞对啤酒进行了短时高温杀菌的方式，实现了装瓶前杀菌，达到短时高温杀菌的目的。它具有安全、简单、投资费用率低、操作方便等优点，但要求杀菌后进行无菌包装，否则会引起啤酒的生物稳定性在保质期内不稳定。高温短时间巴氏杀菌的主要设备有转鼓式加温消毒器和片式热交换器，有的还配有均质机和标准化机。

1.3 高压低温杀菌新技术

高压低温杀菌是将食品在60℃条件下，使用608MPa压对食品进行杀菌处理，可将霉菌和芽孢菌的数量减少到原先的十万分之一。在25℃的条件下，使用608Mpa，处理20min，可将土豆色拉、猪肉等食品的芽孢菌全部杀死。美国用高压低温对天然果汁进行杀菌处理，也取得满意的结果。该技术对肉食、果蔬或果汁，可在不破坏食品原有的成分结构和风味的情况下达到杀菌的效果。

2        冷杀菌技术

2.1 超高压杀菌新技术

食品超高压杀菌，即将食品物料以某种方式包装好之后，放入液体介质，在100～1000Mpa压力下作用一段时间，使之达到灭菌、保持营养、改善风味、提高品质、延长货架期等目的。其基本原理是压力对微生物的致死作用，主要是通过破坏其细胞壁，使蛋白质凝固，抑制酶的活性和DNA等遗传物质的复制来实现。

冯艳丽等人研究了超高压处理在乳品中的应用，发现可以充分保留食品内的营养成分和原有风味，而且杀菌时间较短，不产生毒性物质。

黄亚东等利用超高压处理技术对纯天然、热敏性的胡萝卜-花生奶茶进行杀菌处理，能使蛋白质变性、微生物失去活性。还可达到保持营养、改善风味、提高品质、延长货架期等目的。

励建荣等研究了高压处理后的果汁和蔬菜汁，试验证实了高压处理后能达到杀菌效果，而且Vc损失很少，残存酶活性只有4%，色香味等感官指标不变，其综合效果优于热力杀菌；动物食品也能达到杀菌效果。励建荣等讨论了温度、pH值、水分活度、压力大小、加压时间和施压方式、微生物的种类及特性和食品物本身的组成等因素对超高压杀菌效果的影响。

国际上采用超高压“冷杀菌”技术生产果汁主要厂家是在日本、美国、德国等的几个大公司。如日本最近开发出了超高压杀菌机，压力在304-507MPa。国内的设备还处于试验阶段，目前的超高压设备主要性能参数为工作压力≥60MPa。

2.2 辐射杀菌技术

食品辐射是利用原子能射线的辐射能量对食品进行杀菌、抑制发芽、延缓成熟等处理，以使其在一定时期内不腐败变质，延长保藏期，增加供应量。在辐射处理中，食品内部不会升温，也不会引起色、香、味等方面的变化，是一种冷处理方法，能最大限度地保存食品原有的品质和风味。食品辐射源大致可分为3种：X射线，γ射线和电子线。辐射处理是通过损害细胞内遗传物质而有效地阻止它们继续自下而上的生物过程，从而实现了杀虫、灭菌、抑制生长发育和新陈代谢。影响辐射效果的主要因素有剂量、辐射介质及状态、温度辐射气氛及微生物的种类。

岳田利等提出了香味蒜蓉⁶⁰Co-γ射线辐照杀菌单元操作方法，并建立了某些营养素含量与辐照剂量的关系模型。钱之江等利用⁶⁰Co-γ射线辐照处理茶叶，研究了辐照剂量对杀菌效果和茶叶品质的影响，结果表明，杀菌效果随辐照剂量的增加而呈显著影响；在色泽变化方面，辐照剂量对高档茶较显著，对中、低档茶无显著差异。陈家华研究了高剂量辐照胡椒粉对胡椒碱的影响，表明在大于10kGy的辐射下，胡椒碱处于稳定状态，含量无显著变化。彭玲等研究了红碎茶辐照杀菌工艺，研究结果表明：采用⁶⁰Co-γ射线能有效降低红碎茶中霉菌数，经2.0～4.0kGy剂量辐照，能确保红碎茶中的霉菌数低于10³cfu/g，且辐照对红碎茶的品质无负面影响。李淑荣等进行了烤鱼片辐照杀菌效果的研究，当烤鱼片的辐照剂量低于6.0kGy时，对烤鱼片的感官品质无明显影响。傅俊杰进行脱水蔬菜辐照杀菌及贮藏保鲜效果的研究，利用γ射线辐照处理脱水蔬菜，能有效地杀灭产品中的微生物，贮藏保鲜效果在1年以上；辐照杀菌剂量为6～10kGy，该杀菌剂量对品质无影响，同时还进行了不同含水率对杀菌效果的试验。傅俊杰等研究了食用藕粉的辐照杀菌技术，确定辐照杀菌适宜剂量6kGy，同时⁶⁰Co-γ射线能有效地杀灭产品中的微生物，对品质无明显影响，但淀粉黏滞性随剂量增大而下降。另外，王芊等对植物提取物进行了辐照杀菌工艺的研究。彭凌等对猪肉脯的加工工艺及辐照杀菌效果进行了研究。孟丽芬等对五香干豆腐的辐照杀菌加工工艺也进行了研究。

另外在辐射杀菌中，用软电子束来进行食品的杀菌是一种新兴技术，软电子束是指低于30eV的低能级电子束。试验证明，几乎各种食品，都能用6～20万eV的低能级的电子束来消毒杀菌。在使用这种软电子束消毒杀菌系统对谷物和香料等食品进行辐射处理时，还应作垂直方面和侧向的振动。这样谷物和香料等食品移动时，软电子束才能均匀地照射到谷物的香料等食品的表面。由于软电子束只能穿透到这些被得理物内的50～100μm的深处，所以用软电子束以其表现进行处理，不仅可使被处理物成为无菌状态，而且也不会深入到食品内部。这样，对食品的质量，就不会有什么影响。此外，用软电子束杀灭未脱壳小麦、未脱壳米和味精等食品的消毒杀菌，软电子束辐照的部分，会在脱壳或精碾时去掉，从而，使米、麦、味精等具有与未经辐照处理一样的质量。

3        其他杀菌技术

3.1脉冲电场杀菌技术

脉冲电场杀菌技术，其原理是将液态食品作为电介质置于高强度的脉冲电场中，食品中微生物的细胞膜在强脉冲电场的作用下被击穿，产生不可修复的破裂或穿孔，使细胞组织受损，导致微生物的失活。它主要由高压脉冲发生器和杀菌容器等组成。杀菌效果受场强大小、杀菌时间、食品的酸碱度、对象菌的种类等因素的影响。目前高压脉冲电场非热杀菌技术已用于蛋液的工业化生产中，其采用的电场强度为35～45kV/cm，流量为3000～8000L/h，另外在实验室已进行了对苹果汁、桔子汁、脱脂乳及绿豆饮料等食品的杀菌研究。利用脉冲电场处理大豆，可实现灭酶脱腥，并有效的保留大豆的香气。

3.2磁力杀菌技术

磁力杀菌是将需要杀菌消毒的食品放在一定强度的磁场中，在磁场强度的作用下，使食品在常温下起到杀菌作用。工作原理是先在食品上附一片非晶体薄膜的磁性体，然后在磁场中上下振动，产生电磁诱导作用，产生电动势，起到对细菌的搅拌作用，从而达到一定的杀菌效果。如日本三井造船公司采用0.6T（特斯拉）磁通量密度，将食品在N极和S极之间经过48h的连续摇动，可达到100%的杀菌效果。日本秋田大学与秋田酿造试验场共同使用，磁力杀菌技术获得成功。磁力杀菌即采用6000Gs的磁力强度，将食品放在N极和S极之间，经过连续摇动，不需加热，既可达到100%的杀菌效果，并对食品的成分和风味无任何影响。

3.3 微波杀菌技术

微波杀菌是指波长在1mm～1m（频率为300-3×10⁵MHz）之间的电磁波以光速向前直进，遇到食品类介质损失较大的物质则吸收，吸收后产生分子间的磨擦，从而把电波能转为热能。由于食品中的微生物吸收电能而使温度升高，破坏菌体中的蛋白质，从而起到杀死微生物服务体作用。微波加热杀菌，具有穿透能力强，节约能源，加热效率高等特点。目前可用于肉、鱼、豆制品、牛乳、水果及啤酒等的杀菌。钱建亚啤酒采用中高功率杀菌后，菌落总数小于14cfu/m1，大肠菌群未检出，都符合国标GB4927-1985。

目前的微波设备，它与常规方法相比，即开始用，没有热惯性，操作灵活方便。输出微波功率可调，它的传送速度也是可调的，在0.5～5m/min，另外还可加红外控温装置。德国贝斯托夫公司新近研制成功的微波混合室系统，利用微波对食品进行杀菌处理，效果十分理想。该系统由附在相应电源设备的微波发生器、波导管连接器及处理室组成，它能够以食品内极其微小的温度差异，对在边疆流动的食品进行快速的巴氏灭菌温度时间保持1～8min，而后送入贮藏室，贮藏前温度降至15℃以下。该技术杀菌适用于已经包装的面包片、果酱、香肠和锅饼等食品，保存期6个月以上。

3.4 高压静电场杀菌技术

高压静电场具有较好的杀菌作用，而且随着电场强度的增大和处理时间的延长，杀菌效果更好。但它也受包装的影响。蒋耀庭等研究了高压静电场在生酱油灭菌处理的研究。黄炜等利用高压静电场对水、果汁、牛奶等6种食品进行处理，结果显示，静电场能杀灭这些食品中的细菌，而且对食品的色、香、味不会产生影响。虽然高压静电场对食品有较好杀菌作用，但也会产生一定的负面影响，要广泛用于目前的食品工业，还存在一定的距离。

3.5紫外线杀菌技术

紫外线的杀菌作用，主要是由于其辐射线能可以破坏有机物的分子结构。它的能量级较小，同时不能使原子产生电离现象，但可以使原子的电子处于不稳定的激发状态，从而破坏有机物分子间的某些特有的化学结合。目前在国外有一定的应用。但由于本身照射的可能引起分子的变化，如照射后产生变性，变色等不良现象，所以它的应用也受到一定的限制。日本水处理设备生产厂家，北辰公司研制开发出一种紫外线杀菌灯，可以在活水鱼槽中进行杀菌消毒。它既能保持水槽中水质的清洁保鲜，又能延长鱼的寿命。这种紫外线杀菌灯，以高纯度的石英玻璃为材料，其强力紫外线所产生的臭氧，能使鱼致死的亚硝酸转变为硝酸，从而杀灭水中的病源菌。

3.6 脉冲光杀菌技术

脉冲光杀菌技术是以正常交流电为电源，通过惰性气体氙闪光发出200~1100nm的光波长而杀死细菌。本系统主要包括动力单元和灯单元，动力单元为惰性气体提供能量，灯便放出只持续数百微秒的脉冲强光。研究表明，脉冲光对多数生物有致死作用。

3.7 急速冷冻杀菌技术

英国科学家最近发现，使用干冰丸可以冻死有毒细菌。与其他广泛使用的化学消毒剂不同，干冰丸可迅速挥发，而没有残留物质。目前，英国一研究小组希望将该技术转化应用于饭店和食品加工厂里的设备表面净化。喷枪是由俄亥俄州拉夫兰的冷风机公司制造的。它每分钟喷出10m³的压缩气体，其中混有谷粒大小的固体二氧化碳。因为二氧化碳的温度是-78.4℃，与细菌接触后立即将细菌冷冻。

4        结束语

除上述杀菌新技术外，食品杀菌还有臭氧杀菌技术、CO₂杀菌技术、远红外杀菌技术等传统杀菌技术，它们都在食品工业的不同领域显示出较好的应用价值。在我国食品工业中，由于生产技术的落后，大多数产品是利用传统的热力杀菌，致使一些产品的质量、档次不高。

（原载于《食品科技》2006年第6期）